數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)械制造設(shè)備中具有、、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。根據(jù)原機(jī)械工業(yè)部機(jī)床工具局的規(guī)定，自重在10t-30t范圍內(nèi)的機(jī)床屬于大型機(jī)床、30t-100t屬于重型機(jī)床、大于100t的屬于超重型機(jī)床。重型數(shù)控機(jī)床主要用于大型和型零件的加工，服務(wù)于、航天航空、船舶、能源(發(fā)電)、交通運(yùn)輸(鐵路、汽車)、冶金、工程機(jī)械等主要工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)以及工程項(xiàng)目。
“十五”以來，我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)進(jìn)入發(fā)展時(shí)期，涌現(xiàn)出諸如大連機(jī)床集團(tuán)和沈陽機(jī)床集團(tuán)等世界的機(jī)床企業(yè)，重型數(shù)控龍門膛銑床，重型落地膛銑床，重型立、臥式車床等重型機(jī)床的年產(chǎn)量和市場消費(fèi)量已居世界前茅，然而我國重型數(shù)控機(jī)床依賴，這說明雖然國內(nèi)重型數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展，重型機(jī)床市場潛力巨大，但國產(chǎn)重型數(shù)控機(jī)床整體水平與機(jī)床相比依然有較大差距，對重型數(shù)控機(jī)床的研究仍任重而道遠(yuǎn)。
目前，對重型機(jī)床的研究主要集中在設(shè)計(jì)、制造及裝配方面，對己裝備服役的重型數(shù)控機(jī)床的研究則相對較少，但重型機(jī)床因其體積龐大、質(zhì)量重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工對象，在車間中往往數(shù)量較少且加工任務(wù)無法替代，成為車間產(chǎn)品加工流程的約束瓶頸，因此重型數(shù)控機(jī)床往往保持24h的連續(xù)加工。
同時(shí)因?yàn)橹匦蛿?shù)控機(jī)床造價(jià)昂貴，其期望服役期往往達(dá)10年甚至10年以上，如果僅依靠設(shè)計(jì)、制造、裝配的機(jī)床固有加工性能來維持重型數(shù)控機(jī)床長時(shí)間連續(xù)地加工，顯然不合理，所以對己裝備服役的重型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行研究很有意義。數(shù)控加工工藝參數(shù)的選擇關(guān)系到加工系統(tǒng)的生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和產(chǎn)品的加工質(zhì)量，且機(jī)床在使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)由零部件的磨損、老化、腐蝕等原因造成的機(jī)床加工精度衰退、加工質(zhì)量差等，原來的加工工藝參數(shù)己經(jīng)不適應(yīng)機(jī)床當(dāng)前的固有特性和工作狀態(tài)，需要根據(jù)目前的機(jī)床工作狀態(tài)來重新優(yōu)化選擇加工工藝參數(shù)。因此，本文將針對己裝備服役的重型數(shù)控機(jī)床的加工工藝參數(shù)選擇問題進(jìn)行研究，通過優(yōu)化重型機(jī)床加工過程的工藝參數(shù)組合，達(dá)到提高機(jī)床加工性能的目的。
數(shù)控機(jī)床的加工工藝參數(shù)優(yōu)化范圍包括無約束優(yōu)化和約束優(yōu)化、單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化、單刃優(yōu)化和多刃優(yōu)化、單刀具優(yōu)化與多刀具優(yōu)化等。在實(shí)際生產(chǎn)中，目標(biāo)函數(shù)與約束條件多種多樣，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求確定的目標(biāo)函數(shù)與約束條件。本文研究的重型機(jī)床的銑削加工是多約束、多目標(biāo)、多切削刃的優(yōu)化問題。
機(jī)床在加工過程中，因?yàn)闄C(jī)床本身的動(dòng)態(tài)特性可能會(huì)產(chǎn)生顫振現(xiàn)象，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，所以在建立優(yōu)化模型的約束中需要將顫振因素考慮進(jìn)去，顫振可以根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型對加工過程的模擬來判斷。對于此臺(tái)機(jī)床而言，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度、切削超過3mm時(shí)，機(jī)床發(fā)生顫振。
數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)是為裝備制造業(yè)和提供基礎(chǔ)裝備的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是裝備制造業(yè)的核心，其發(fā)展水平關(guān)乎和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。當(dāng)今世界，數(shù)控機(jī)床的擁有量及其性能水平的高低已成為衡量一個(gè)綜合制造的重要標(biāo)志之一，其作為現(xiàn)代制造業(yè)的主流加工設(shè)備，已成為制造業(yè)和工業(yè)競爭的焦點(diǎn)。歷史和現(xiàn)實(shí)表明，發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)是提高機(jī)械工業(yè)競爭力的重要。
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用已經(jīng)越來越普遍。我國數(shù)控裝備在性方面與差距顯著。首先，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床整機(jī)的性水平與數(shù)控機(jī)床相比處于劣勢，尤其是加工中心及車銑復(fù)合數(shù)控加工裝備的性指標(biāo)明顯低于歐美日等國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床。其次，與數(shù)控機(jī)床配套的功能部件，如數(shù)控刀架、刀庫、直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠，機(jī)械手、主軸，還有一些的定位、檢測、警報(bào)裝置等的性水平與相比差距。其大多依靠，拖了數(shù)控機(jī)床主機(jī)發(fā)展的后腿，成為數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。
我國已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種差距，在“八五，、“九五”及“十五”期間，均將數(shù)控機(jī)床性研究作為科技攻關(guān)項(xiàng)目，“十一五”期間把數(shù)控機(jī)床及其關(guān)鍵功能部件性研究放在位置，列為科技重大專項(xiàng)重要研究內(nèi)容。本文結(jié)合“數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)“大型鏈?zhǔn)降稁旌透咚俦P式刀庫及自動(dòng)換刀裝置研究”，對數(shù)控機(jī)床及其關(guān)鍵功能部件性研究進(jìn)行歸納分析，結(jié)合現(xiàn)有性分析數(shù)據(jù)，對數(shù)控機(jī)床及其關(guān)鍵功能部件性研究現(xiàn)狀及研究方法進(jìn)行論述，探索數(shù)控機(jī)床及其關(guān)鍵功能部件的性研究及性試驗(yàn)的可行方案，以期為數(shù)控機(jī)床及其功能部件性水平的提升提供參考。
1、數(shù)控機(jī)床性研究
性技術(shù)研究是從1957美國有名的《電子設(shè)備性報(bào)告》開始的。這個(gè)報(bào)告被公認(rèn)為是電子產(chǎn)品性理論和方法的奠基性文件。從此，性學(xué)科逐步發(fā)展為一門單獨(dú)的學(xué)科。而機(jī)床性的起源要追溯到20世紀(jì)70年代的前蘇聯(lián)，專門從事機(jī)床性的研究，主要進(jìn)行機(jī)床參數(shù)故障模型、工藝性以及性預(yù)測等方面的研究。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，新一代數(shù)控機(jī)床性研究學(xué)者對數(shù)控機(jī)床性技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。
20世紀(jì)80年代，以美國為代表的一些工業(yè)發(fā)達(dá)開始了對機(jī)床性技術(shù)的研究。他們對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行現(xiàn)場跟隨試驗(yàn)，收集了大量的故障數(shù)據(jù)，分析處理所獲得的故障數(shù)據(jù)并進(jìn)行性評(píng)價(jià)，研究故障數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，找到數(shù)控機(jī)床性的薄弱環(huán)節(jié)，從而進(jìn)行性增長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的性增長。德國一則是對機(jī)床用戶反饋的故障信息進(jìn)行性分析，建立了機(jī)床診斷與預(yù)測系統(tǒng)，并在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造及裝配過程中建立了性體系。而日本則是對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障診斷與分析，研究數(shù)控機(jī)床的故障模式與故障原因，對數(shù)控機(jī)床性水平的提升有重要的意義。英國將模糊理論運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床的性故障數(shù)據(jù)的分析及處理中，解決了性技術(shù)中的一些不確定性問題。意大利將可維修系統(tǒng)的R&；M(性及維修性)分析應(yīng)用于一系列機(jī)床上。應(yīng)用壽命數(shù)據(jù)分析，描述可維修部分的故障分布，然后給出了整個(gè)機(jī)床的R&；M方法。近幾年，數(shù)控機(jī)床性技術(shù)取得了深入的進(jìn)展，由傳統(tǒng)的定性分析到定量計(jì)算，并且計(jì)算機(jī)輔助性技術(shù)的產(chǎn)生推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床性技術(shù)的發(fā)展。
2、國內(nèi)數(shù)控機(jī)床性研究
20世紀(jì)80年代開始，我國開始重視機(jī)械性的研究。經(jīng)過了30的探索，我國數(shù)控機(jī)床性水平了程度的提升。在“八五“、“九五”及“十五”期間，數(shù)控機(jī)床性研究作為科技攻關(guān)項(xiàng)目，取得了豐碩的研究成果“十一五”期間，“數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)正在逐步實(shí)施，對數(shù)控裝備(數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件)的性技術(shù)研究及數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的性水平的提升和考核給予高度關(guān)注。國內(nèi)各高校針對性設(shè)計(jì)、性計(jì)算方法、性評(píng)估及性分配及性評(píng)價(jià)模型等方面開展了大量的研究。
對可能存在的各種情況
進(jìn)行分析并提出處理意見，將多維性設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為求解非線性方程組，然后用數(shù)值方法求解；對一般性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，指出其存在的不足；提出了剩余度的概念，建立了剩余度之和為化目標(biāo)函數(shù)，性條件和邊界條件為約束的機(jī)械性優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序；對過盈聯(lián)接的性優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并用實(shí)例驗(yàn)證了研究結(jié)果的正確性。
