数控机床的装配质量研究

前期管理 2018-01-10 10:07:01
    数控机床装配质量可以定义为:数控机床的装配质量是指装配完成后的机床的固有特性满足用户需要的程度。数控机床的固有特性包括精度、精度寿命、可靠性、可维修性等关键质量特性,综合反映了产品的可用程度。装配质量不仅关系到产品质量,也影响产品制造的经济性。
    一、数控机床的装配精度
    装配精度是指机床装配完成以后,各工件面间的相对位置和相对运动等参数与规定指标的符合程度,即产品装配后几何参数实际达到的精度。主要包括:零部件间的尺寸精度、相互位置精度、相对运动精度和接触精度,零部件间的尺寸精度又包括配合精度和距离精度。各种装配精度之间不是孤立的,而是关联的:接触精度和配合精度是距离精度和位置精度的基础;位置精度又是相对运动精度的基础。
    装配精度是数控机床产品质量中的重要指标,因为装配精度直接影响机床实际工作时的工作精度,从而间接影响机床加工对象的零件精度。机械产品的装配精度与组成产品的相关零件精度之间有着密切的关系,常用的手段是通过提高零件精度来提高产品精度,但并不是有了零件精度就保证了产品精度,还与装配工艺和装配中的操作等有关,尤其是对于数控机床这种复杂的机电系统,装配精度的保障和提高不可能完全靠提高零件精度来实现,原因主要有两个方面:一方面如果单靠零件的高精度来保障装配精度,必然会对零件提出很高要求,会带来生产困难及较高的制造成本,有时甚至无法实现;另一方面,通过优化装配过程中的各部件与组件单元的装配工艺及过程控制也可能实现,有时甚至效果更好。数控机床的装配精度控制难易程度跟装配对象及要求有关。如果机床的某项精度只与一个零件的精度有关,就比较容易控制,如在动柱式加工中心装配时,要保证立柱运动与工作台的垂直度,只要保证床身上工作台导轨与立柱导轨的垂直度即可。更多情况下,数控机床装配精度与多个零件的精度有关,每一个零件的误差都累计到整个产品系统中,影响最终产品的装配精度。
    二、数控机床的精度寿命
    数控机床的精度寿命是指数控机床在正常使用条件和维护保养情况下,保持其精度特性的能力。精度寿命主要包括两个方面的能力:一方面是机床进给系统保持定位精度的能力,另一方面是保持工件-刀具耦合作用下的切削轨迹的震荡范围的能力。
    数控机床精度保持与使用工况与维护有着十分紧密的关系,但主要还是取决于数控机床的设计、和装配等环节。决定机床几何精度和加工精度的关键部件,比如进给系统,是机床精度寿命的核心影响因素。基础大件的精度寿命也是影响其精度变差的主要原因之一。机床制造中使用的材料性能与零部件的精度衰减特性非常关键。
    精度寿命不是在出厂验收中体现的,在生产过程只针对验收时明确的各项精度指标进行控制显然是不够的。机床的精度寿命只有在使用一段时间之后才能反映出来,机床生产厂家不能针对机床的精度衰退做出定期维护,而用户在使用过程中也无法对机床的定位精度进行预测,只有在出现精度衰退之后才请厂家来维修,由此导致了机床维修周期长、成本高,间接降低了机床的平均故障间隔时间。
进给系统是制约机床精度寿命的关键因素。国产数控机床与国外技术相比,一个最大的差距就是进给系统的定位精度能力,目前CNC装置插补后的进给脉冲当量最小单位已经达到纳米级,而国内超精密加工中心的进给轴定位才达到0.1um的定位精度。国产数控机床进给系统不仅定位精度较差,有很大的提高空间,而且定位精度衰减快。
    装配技术也是影响机床精度寿命的重要因素,国产机床采购与进口机床相同的伺服进给系统和关键组件(如滚珠丝杆、直线导轨、支撑轴承等),装配后的机床的可靠性与稳定性远不如进口机床。
大量的实践表明:即使是同样精度的零部件,如果采用科学的装配技术,就可以使产品的性能得到极大的改进。因此,在装配阶段对影响机床加工精度及影响各关键功能部件的精度寿命的各种因素,如零件在载荷下的变形、切削及高速滑动时产生的热变形、摩擦磨损下的进给系统定位误差及动态误差等,进行分析研究其衰减变化规律,是提高数控机床精度寿命的重要手段。
    三、数控机床的装配可靠性
    数控机床可靠性是数控机床在规定的工作时间内、规定的工作条件下加工出精度满足要求的零件的能力。数控机床可靠性由全生命周期各阶段可靠性来保证,数控机床可靠就需要机床能够在规定的时间内完成规定功能。机床可靠性是其产品的重要质量特性,综合反映了产品在使用过程中的性能、精度等的稳定性和保持性,国际市场上数控机床产品间的竞争本质上是机床可靠性的竞争,高可靠性的数控机床不仅价格高、利润高,而且受欢迎程度高。
    数控机床装配可靠性是在部件与组件装配可靠性的基础上来保证的,各部件装配可靠是保证部件实现功能的主要前提。我国国产数控机床的故障率仍然较高,可靠性问题存在于各个方面,零部件故障率高是最突出的现象,部分核心功能部件,国内企业的出厂质量跟进口零件有较大差距,常见的现象是低端产品用国内零件配套,中高档产品的主要功能部件依赖国外进口,但是原装进口采购回来的关键功能部件装配成整机后,可靠性却远远赶不上进口机床,根本差距主要出现在装配环节。
    尽管数控机床可靠性是由设计、制造、装配等的各个过程质量决定的,要提高其可靠性需要全面提高设计能力、制造能力;但是装配工作是机床可靠性生成的最后环节,显得尤为重要。装配阶段可靠性保障能力的提高是保障数控机床可靠性的重要途径。
    四、结论
    机械装配是机械制造过程中的最后环节,在制造过程中占有非常重要的地位。机械产品的质量最终由装配工作来保证,装配质量直接决定了产品质量。
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