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数控机床的设计与加工过程

2021-03-25

国产数控机床在设计时根据设计手册选择零件的经济精度,当装配精度达不到要求时,利用试凑或者采用不恰当的拧紧等措施使基础件局部变形过大来几何精度,造成大的装配应力。内应力往往根据经验,缺乏规范的工艺措施。如果设计时不能充足考虑装配时和使用时力、热等造成的基础件精度变化,就会导致精度设计不合理,进而可能造成装配时产生大的装配应力,使用时装配应力释放导致导轨滑块安装基准变化,加剧导轨滑块磨损。如果制造阶段内应力释放不,服役时,内应力释放也将导致导轨滑块的安装基准发生变化,造成导轨滑块的非正常磨损,精度保持性下降。

因此,造成导轨滑块非正常磨损的主要因素为:内应力释放变形和装配应力蠕变变形等。

一、减小装配应力的措施

设计时如果没有考虑移动部件重力在全行程内造成的基础件精度变化,造成装配后的轴线几何精度达不到设计要求,现场采用不恰当的拧紧等措施使基础件局部变形过大来导轨的直线度、平行度等精度,就会产生大的装配应力。机床使用时,地脚螺栓中受力大的螺栓蠕变快,导轨安装基准变化;同时,导轨的基准变化将加剧导轨滑块的磨损,轴线几何精度丧失。

二、内应力工艺

机床基础件大部分为铸件,少量为焊接件,在铸造或焊接过程中会产生的内应力。为了使内应力充足释放,往往采用自然失效的方式处理基础件。自然失效周期长,不能达到生产时,采用热时效的方式。热时效耗能大,基础件大小受限于时效炉的尺寸。目前流行的是振动时效。床身的各阶振型,作为振动时效工艺参数选择的依据,但是没有定量给出铸造残余应力振动时效后应力变化的大小。低频振动时效时零件变形量大,甚至出现破坏,为了防止出现这种现象,提出了超过1kHz的高频振动工艺方案,在两块焊接的钢板上进行了试验验证,高频振动愈能均化焊接件的残余应力的结论。焊接件一般质量小,但是对于大型铸件,高频振动受激振能量限制,不太适当。某型号卧式加工中心床身结构,利用模态分析选择了振动时效的激振频率、支撑点、激振点和拾振点,根据工件质量选择了激振时间,根据大动应力和激振力的关系选择了激振力大小,并且与原有振动工艺应力的效果进行了对比。目前,对振动时效的定量研讨少,大部分工厂是按照经验对大型基础件进行振动时效处理。

因此,为了减小内应力释放变形造成的轴线基准变形以及基准变形造成的导轨滑块非正常磨损,需要规范基础件制造时的内应力工艺,定量控制内应力的大小。

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。数控机床的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升机械工业竞争力的重要。

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。本文研讨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。

数控机床在加工过程中,因为数控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。

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。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。

20世纪80年代,以某国为代表的一些工业发达开始了对机床性技术的研讨。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,研讨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。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,研讨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(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方法。近几年,数控机床性技术取得了深入的进展,由守旧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。