论高速精密数控机床可靠性技术

张玉伟，陈鑫

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161005）

论高速精密数控机床可靠性技术

张玉伟，陈鑫

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161005）

技术的拓展和研发，体系的建立和完善，是发展我国数控机床行业的根本途径，面对市场需求的趋势，必须推进高精度机床的工程研究，增加数控机床技术的可靠性。

数控机床；可靠性；高速精密

数控机床的柔性自动化性能卓越、精度优异且稳定、功能多样且灵捷，作为先进制造技术中的一项核心技术，它备受人们的关注。数控机床不仅开创了机械产品向机电一体化发展的先河，还有效地保障了国民经济和国防建设的持续发展。作为一种高精度、高效率的自动化设备，一旦发生故障就会带来巨大的损失，所以保证数控机床的可靠性尤为重要。

数控机床的可靠性关键就在于功能部件的可靠性，所以要对功能部件进行定期地测试，还要对生产过程进行现场跟踪，将产品置于规定的条件以及时间范围内，测量其功能的执行能力。还要确保数控机床与市场上的更新和创新速度同步，对于那些使用周期长，不能满足产品开发进度要求的过时数控机床要及时丢弃。下面来深入地探讨一下数控机床的关键部件和可靠性技术，以及国家对于数控机床方面相应的制度措施。

1 数控机床的关键部件

（1）主轴。主轴的构成主要是转子、轴承、齿轮、主轴外壳、冷却装置以及驱动电动机，轴承是整个主轴的支撑点，而传动需要由齿轮的转动来完成，冷却装置可以降低驱动电动机的温度。主轴的可靠性指标主要是径向力、轴向力和转矩，性能参数精度、振动、噪声和温度等的变化体现着指标数据是否合理。

（2）数控动力伺服刀架。动力伺服刀架的功能是辅助数控机床对于刀具储备、自动换刀以及夹刀切削等功能的实现，除了能够钻削和铣削之外，动力伺服刀架还具有结构紧凑、定位精度高、转位快、刚性好等优势，这样就可以提高加工精度和效率。

（3）数控转塔刀架。数控机床核心部件就是数控转塔刀架，与动力伺服刀架的区别就在于没有动力轴，也就是说试验时并不需要扭矩加载装置。但是它还是需要有驱动装置和精定位装置来维持整个刀架的具体工作，松开和锁紧装置、装刀装置来完成刀具的储备和切换功能。

2 数控机床的可靠性技术

（1）经济加工精度的提高。相对于过去而言，如今的数控机床加工精度提升了 100 倍左右，并且以每 8 年提高一倍的速度发展着，这种加工精度的提高使整个数控机床在制造上具备着精密严谨的特点，降低了错误的发生率。拿尺寸精度和形位精度为例，国内大致在 0.008～0.010mm 范围内浮动，而国外已经达到 0.002～0.003mm 的精度，这其中存在着至少有 15年的差距，所以还要继续在加工精度的提高上进行创造研究。

（2）复合加工机床的形成。复合机床是指在一台机床上完成从毛坯到成品的所有程序，分为两大类：工艺复合型和工序复合型。工艺复合型机床是跨加工类别的机床，尤指加工方法上的不同，工序复合型机床的特点是增加工件在一次安装下的加工工序数。复合型数控机床工艺适用性良好，制品储存和传输环节的省略大大支持了制造的准时性，对于现在制造工业的行情来看，更具有广泛使用的前景。

（3）大型化和微小化两极发展。航天航空、IT 和国防对高新技术的需求大大推动了数控机床的发展，对于航天航空来说，需要大量的大型化能源储备装置，例如重型立式卧式加工中心和铣车中心，而 IT 行业在超精密加工技术和微纳米技术上的要求苛刻。如今人们对于生活的便捷程度提出了新的要求，需要微小型尺寸的手机、电脑、手表甚至是步行工具来舒适生活，这样就促进了商品化超精密机床的开发。加工尺寸的扩大、加工精度的提高、加工方法的多样使机床技术越来越靠谱，对于不同的加工对象也要采取不同的加工技术，例如对晶片或是光学镜片进行加工时，要采取非机械化的加工方法超精密磨削和研抛会使加工精度优于 0.005μm。

（4）智能化和集成化的数字化制造。机床技术要讲究与信息技术相同步，所以机床的发展有了一个明确的方向，那就是更加智能化与数字化，在数字化生产线与工厂上投入了大量的资金以保证应用空间的拓展，而智能技术能够实现适应误差补偿、复杂曲面运动轨迹的优化以及故障自诊断和信息维护等功能，这种数字化方向的发展大大提高了制造的效率。

3 我国数控机床的对策

（1）以高速化为先导。提高数控机床的高效柔性和高精化就要加强其高速化的发展，高速化体现在主轴切削运动的最高转速以及最大进给速度，表征压缩机床辅助时的快移速度和自动换刀/工作台转位速度上，但是在发展过程中也有要注意的地方，例如高速的范围要以先进适用为出发点，并且不能够脱离机床，要与机床结构和控制性能相匹配。

（2）发展网络化制造单元。信息技术的蓬勃发展促进了数控机床向数字化制造迈进，而发展网络化制造单元可以有效地强化数控机床相关企业的自治管理能力，并能够与企业ERP、PDM 和 CAD 的信息集成，进而与各管理层联系作出智能决策，这样可以提高生产过程的视化监控，提高材料的利用率，拒绝资金的浪费，实现高效的柔性生产。

（3）开展可靠性设计。影响我国数控机床品质最重要的因素就是不能降低机床故障率，尤其在大批量的自动生产线上，一旦出现故障就会导致所有生产线出现故障。精心设计、严格制造以及科学评测对于分析故障模式和找出薄弱环节来说十分有效，所以在机床的可靠性上还要考虑设计的可靠，设计时不仅考虑力学特性，还要考虑合理分配部件组成，以及配套件的采购和制造过程对质量的监督。

4 结语

我国在数控机床上虽然取得了一些成效，但是未来机床行业的任务仍然艰巨，理论和方法的不完善导致我国机床的档次和可靠性略低，要以找出弊端为前提来发展数控机床技术，直奔着高效化发展的目标对复合型机床这方面进行创新，并且保证机床的加工精度要能够满足市场的需求，增强数控机床技术的可靠性。

［1］杨兆军，陈传海，陈菲，等.数控机床可靠性技术的研究进展［J］.机械工程学报，2013，49（20）：130-139.

［2］张根保，李冬英，刘杰，等.面向不完全维修的数控机床可靠性评估［J］.机械工程学报，2013，49（23）：136-141.

［3］田文杰，牛文铁，常文芬，等.数控机床几何精度溯源方法研究［J］.机械工程学报，2014，50（7）：128-135.

On Reliability Technology of High Speed Precision CNC Machine Tools

ZHANG Yu-wei，CHEN X in
（Qigihar Institute of Technology，Qigihar，H eilongjiang 161005，China）

The research and development of technology and the establishment of perfect system are the basic way for the development of China's CNC machine tool industry.Facing the trend of market demand，it must advance the engineering research of high precision machine tools，and increase reliability of CNC machine tool technology.

CNC machine tools；reliability；high speed precision

TG659

A

2095-980X（2016）12-0015-02

2016-11-10

张玉伟，主要研究方向：数控机床。