数控加工机床的三大核心技术介绍

复杂工况高效高精度加工技术

高效高精度加工是机床用户追求的永恒目标，加工工艺作为获取优质零件的必要环节，其优劣对零件加工质量和效率有直接影响。当前，机床用户在切削加工编程阶段由于缺乏对机床本体性能的认识，仅考虑刀具与工件的几何约束关系进行工艺编程，工艺制定和参数选择多凭人员的习惯和经验。此外，在加工复杂型面零件时，强时变、参变的切削负载将激发工艺系统的复杂响应，易导致加工过程失稳、零件报废。目前提高加工质量的常用方法是采用“加工 分析 测量 修正 再加工”的思路，生产周期长，成本高。随着对高效高精度加工的不断追求，这种传统的被动式工艺制定流程难以充分发挥机床的使用效率。

实际上，加工过程与工艺系统之间存在交互机制，想要实现高效高精度加工，首先需研究切削过程与工艺系统之间的动态交互作用机理，针对不同机床性能、刀具性能和零件加工要求，综合工艺系统特性和工艺过程，考虑物理性能约束，提出面向高效高精度加工的刀具路径规划与工艺参数优化方法，实现工艺系统与加工过程的最优匹配。其次，研究考虑加工过程影响的机床自适应控制技术，在伺服驱动环节和数控环节开发先进控制策略，实现多源物理量在线测量、加工误差分析与补偿，提高加工效率和质量。

精度保持性相关技术

精度保持性是评价数控机床性能的重要指标之一，也是影响国产数控机床性能的主要瓶颈。当前，国内还没有一个比较系统的精度保持性研究体系。另外，通过对国产数控机床精度衰退的调研，发现造成国产数控机床精度保持性差的原因主要是非正常磨损。因此，为提高国产机床的精度保持性，需针对国产数控机床的设计、制造过程和使用环境，建立精度保持性理论体系，研究相应的改善措施。在几何精度保持性方面，设计阶段应考虑导轨滑块、丝杠螺母等动结合部的寿命设计，考虑重力影响的大型结合面的精度设计；在制造阶段实现内应力的合理控制，动、静结合面的小或无应力装配，最终减小移动部件质心位置变化造成的基础件变形、基础件内应力释放变形、装配应力造成的螺栓蠕变等引起的导轨滑块非正常磨损。

在主轴精度保持性方面，重点研究主轴轴承间隙（配合）、轴承预紧力等装配参数，以及主轴密封与润滑方式，设计阶段考虑服役状态合理选择轴承与主轴配合、冷却参数以及密封结构等。制造阶段关注服役态下轴承预紧力保证措施，以减小轴承非正常磨损。在运动精度保持性方面，研究运动部件非正磨损造成的机械参数变化，电器参数老化造成的电器参数变化，以及两者间的机电参数不匹配而引起的运动精度保持性衰退机理，研究机械参数、电器参数的辨识方法及自适应控制算法，实现运动精度的恢复与保持。在整机精度监控方面，实时监控机床使用阶段的工作环境和运行状态，选择合适的监控参数以及参数阈值，保证机床在正常条件下使用，也是延长精度保持性的有效措施。

可靠性相关技术

机床可靠性技术已成为机床行业最主要的关键技术之一，也是一直影响国产数控机床市场信誉和竞争力的主要问题。经过数十年的发展和积累，国产数控机床可靠性技术研究虽然在可靠性建模、故障分析、可靠性设计、可靠性试验和可靠性增长等方面取得了明显进展，但与国外机床相比还处于落后状态。数控机床是一个故障模式多样、故障机理复杂、故障可修复的复杂系统，其可靠性研究在技术上多学科相互交叉、时间上贯穿机床全生命周期、空间上涉及多部门协同，是一项复杂的系统工程。国产机床可靠性所面临的核心技术问题是，需针对机床全生命周期强化可靠性试验、建模、分析、设计等方面的基础研究，深入开展机床制造可靠性、装配可靠性、早期故障排除可靠性、使用可靠性、维修性设计和预防性维修策略等可靠性技术研究，提高可靠性数据积累能力，提出数控机床整机、功能部件和关键零件的可靠性概率设计方法，深入研究故障产生的物理本质、故障相关性、故障模式及规律，重视维修性和可用性，实现数控机床设计、制造和使用全生命周期内的可靠性增长，加快凝练出国产机床可靠性技术体系，制定可靠性技术规范和技术标准，提高国产机床可靠性。

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