数控机床整机可靠性研究概述及其性能

发布时间:2020-02-21  发布者:禹创重工机械
数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品,是机械制造设备中具有、、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。根据原机械工业部机床工具局的规定,自重在10t-30t范围内的机床属于大型机床、30t-100t属于重型机床、大于100t的属于超重型机床。重型数控机床主要用于大型和型零件的加工,服务于、航天航空、船舶、能源(发电)、交通运输(铁路、汽车)、冶金、工程机械等主要工业支柱产业以及工程项目。
“十五”以来,我国数控机床行业进入发展时期,涌现出诸如大连机床集团和沈阳机床集团等世界知名的机床企业,重型数控龙门膛铣床,重型落地膛铣床,重型立、卧式车床等重型机床的年产量和市场消费量已居世界前茅,然而我国重型数控机床95%依赖,这说明虽然国内重型数控机床行业发展,重型机床市场潜力巨大,但国产重型数控机床整体水平与机床相比依然有较大差距,对重型数控机床的研究仍任重而道远。
目前,对重型机床的研究主要集中在设计、制造及装配方面,对己装备服役的重型数控机床的研究则相对较少,但重型机床因其体积庞大、质量重、结构复杂、加工对象,在车间中往往数量较少且加工任务无法替代,成为车间产品加工流程的约束瓶颈,因此重型数控机床往往保持24h的连续加工。
同时因为重型数控机床造价昂贵,其期望服役期往往达10年甚至10年以上,如果仅依靠设计、制造、装配的机床固有加工性能来维持重型数控机床长时间连续地加工,显然不合理,所以对己装备服役的重型数控机床进行研究很有意义。数控加工工艺参数的选择关系到加工系统的生产率、生产成本和产品的加工质量,且机床在使用一段时间后,会出现由零部件的磨损、老化、腐蚀等原因造成的机床加工精度衰退、加工质量差等,原来的加工工艺参数己经不适应机床当前的固有特性和工作状态,需要根据目前的机床工作状态来重新优化选择加工工艺参数。因此,本文将针对己装备服役的重型数控机床的加工工艺参数选择问题进行研究,通过优化重型机床加工过程的工艺参数组合,达到提高机床加工性能的目的。
数控机床的加工工艺参数优化范围包括无约束优化和约束优化、单目标优化和多目标优化、单刃优化和多刃优化、单刀具优化与多刀具优化等。在实际生产中,目标函数与约束条件多种多样,选择时应根据实际需求确定重要的目标函数与约束条件。本文研究的重型机床的铣削加工是多约束、多目标、多切削刃的优化问题。
机床在加工过程中,因为机床本身的动态特性可能会产生颤振现象,严重影响加工质量,所以在建立优化模型的约束中需要将颤振因素考虑进去,颤振可以根据动力学模型对加工过程的模拟来判断。对于此台机床而言,当主轴转速和进给速度、切削超过3mm时,机床发生颤振。
数控机床产业是为装备制造业和提供基础装备的战略产业,是装备制造业的核心,其发展水平关乎和国民经济的发展。当今世界,数控机床的拥有量及其性能水平的高低已成为衡量一个综合制造的重要标志之一,其作为现代制造业的主流加工设备,已成为制造业和工业竞争的焦点。历史和现实表明,发展数控机床产业是提高机械工业竞争力的重要。
随着现代制造业的发展,数控机床的使用已经越来越普遍。我国数控装备在性方面与差距显著。首先,国产数控机床整机的性水平与数控机床相比处于劣势,尤其是加工中心及车铣复合数控加工装备的性指标明显低于欧美日等国生产的数控机床。其次,与数控机床配套的功能部件,如数控刀架、刀库、直线导轨、滚珠丝杠,机械手、主轴,还有一些的定位、检测、警报装置等的性水平与相比差距。其大多依靠,拖了数控机床主机发展的后腿,成为数控机床产业发展的瓶颈。
我国已经认识到这种差距,在“八五,、“九五”及“十五”期间,均将数控机床性研究作为科技攻关项目,“十一五”期间把数控机床及其关键功能部件性研究放在位置,列为科技重大专项重要研究内容。本文结合“数控机床与基础制造装备”科技重大专项“大型链式刀库和高速盘式刀库及自动换刀装置研究”,对数控机床及其关键功能部件性研究进行归纳分析,结合现有性分析数据,对数控机床及其关键功能部件性研究现状及研究方法进行论述,探索数控机床及其关键功能部件的性研究及性试验的可行方案,以期为数控机床及其功能部件性水平的提升提供参考。
1、数控机床性研究
性技术研究是从1957美国有名的《军用电子设备性报告》开始的。这个报告被公认为是电子产品性理论和方法的奠基性文件。从此,性学科逐步发展为一门单独的学科。而机床性的起源要追溯到20世纪70年代的前苏联,专门从事机床性的研究,主要进行机床参数故障模型、工艺性以及性预测等方面的研究。随着现代数控技术的发展,新一代数控机床性研究学者对数控机床性技术进行了更加深入的研究。
20世纪80年代,以美国为代表的一些工业发达开始了对机床性技术的研究。他们对数控机床进行现场跟随试验,收集了大量的故障数据,分析处理所获得的故障数据并进行性评价,研究故障数据的分布规律,找到数控机床性的薄弱环节,从而进行性增长设计,实现数控机床的性增长。德国一则是对机床用户反馈的故障信息进行性分析,建立了机床诊断与预测系统,并在数控机床的设计、制造及装配过程中建立了性体系。而日本则是对数控机床进行故障诊断与分析,研究数控机床的故障模式与故障原因,对数控机床性水平的提升有重要的意义。英国将模糊理论运用到数控机床的性故障数据的分析及处理中,解决了性技术中的一些不确定性问题。意大利将可维修系统的R&;M(性及维修性)分析应用于一系列机床上。应用寿命数据分析,描述可维修部分的故障分布,然后给出了整个机床的R&;M方法。近几年,数控机床性技术取得了深入的进展,由传统的定性分析到定量计算,并且计算机辅助性技术的产生推动了数控机床性技术的发展。
2、国内数控机床性研究
20世纪80年代开始,我国开始重视机械性的研究。经过了30的探索,我国数控机床性水平了程度的提升。在“八五“、“九五”及“十五”期间,数控机床性研究作为科技攻关项目,取得了丰硕的研究成果“十一五”期间,“数控机床与基础制造装备”科技重大专项正在逐步实施,对数控装备(数控机床、数控系统及数控机床关键功能部件)的性技术研究及数控机床产品的性水平的提升和考核给予高度关注。国内各高校针对性设计、性计算方法、性评估及性分配及性评价模型等方面开展了大量的研究。
对可能存在的各种情况
进行分析并提出处理意见,将多维性设计转化为求解非线性方程组,然后用数值方法求解;对一般性设计方法进行分析,指出其存在的不足;提出了剩余度的概念,建立了剩余度之和为化目标函数,性条件和边界条件为约束的机械性优化设计的数学模型,编制了相应的计算机程序;对过盈联接的性优化设计进行了研究,并用实例验证了研究结果的正确性。
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