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摘要随着社会生产力的发展,如今机床生产小批量或大批量机械零件、配件等不再需要繁杂的一系列手动操作,取而代之的是数控机床。数控机床经过几十年的发展,还是有一大批高档数控系统的国产市场完全依靠进口,这样就会形成受制于人的局面。究其原因,国产中高端数控系统的差距主要表现在技术成熟度低、可靠性不高、质量不稳定、精度不高,正因为如此,对于质量的保证才显得尤其重要。
关键词机床;数控系统;质量
中图分类号TG502.7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0094-01
数控机床是现代制造业的基础装备,其质量如何及机床可靠性能的高低直接影响着一个国家先进制造业的发展水平。而数控系统是各类数控机床的控制中枢,它在使用和运行过程中的质量,直接关系到数控机床整体设备的正常运行。随着先进制造技术的发展,不仅要求机床具有优越的性能和高度的自动化功能,更要求具有性能与功能的维持性、可靠性、维修性和维修保障性,即要求机床具有可信性。数控系统可靠性是广大数控机床用户选购产品时最为关注的质量属性,面对国内外日趋激烈的市场竞争,可靠性好坏几乎成为我国民族数控产业生死存亡的关键。
1数控机床的质量保证技术重要性
1)数控机床加工精度高,生产效率高,决定了质量保证技术的重要性。数控机床是一种安装了程序控制系统的机床,该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的。尤其是其加工精度高和生产较高效的情况,导致了对其进行质量保证非常重要。
加工精度高:数控机床是精密机械和自动化技术的综合体。机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差,通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。由于数控机床实现自动加工,所以减少了操作人员素质带来的人为误差,提高了同批零件的一致性。
生产效率高:就生产效率而言,相对普通机床,数控机床的效率一般能提高2～3倍、甚至十几倍。主要体现在以下几个方面:①一次装夹完成多工序加工,省去了普通机床加工的多次变换工种、工序间的转件以及划线等工序。②简化了夹具及专用工装等,由于是一次装夹完成加工。所以普通机床多工序的夹具省去了,即使偶尔必须用到专用夹具。由于数控机床的超强功能夹具的结构也可简化。
2)数控系统的故障可能性很大,要防患未然。数控机床较为复杂,当机床发生故障时都会导致工作瘫痪,无法正常运行。数控机床故障的发生频率高低,故障原因等可以评定数控机床质量的好坏,通过多年来对遍布全国的汽车,航天,兵工、动力和通用机械等行业的数十家机床用户进行调查发现:装有国外数控系统的数控机床。数控系统(含伺服单元)故障数占整台机床故障总数的21.8%配备国外数控系统的加工中心,其数控系统(含伺服单元)故障数占故障总数的18.2%,国外数控系统故障部位主要是进给运动控制单元,实时数据库,电气系统以及CNC电源故障等。其故障模式涉及面也很广。其中多发的故障模式是元器件损坏、CNC参数设定错误,加工环境湿度太大或灰尘太大、元器件性能参数下降,软件故障、外部干扰引起数据丢失或混乱等。国产数控系统的故障部位也是多方面的,主要为进给驱动单元,主板、数控面板、检测单元、其它硬件(多功能板)。电源及电气系统等。其中最频繁的故障模式是元器件损坏、元器件功能丧失软件故障(CNC参数错误等)、伺服系统设计不合理,元器件性能参数下降和线路,电缆连接不良等。由此可见,无论是国外数控系统还是国产数控系统,都是数控机床的重要故障源之一,都会对机床整机造成停机损。
2数控机床的质量保证技术应用
数控机床的质量保证技术是质量保證系统中的重要组成部分,也是加工质量保证技术的核心内容。建立完善、可靠的基于数控机床的质量保证系统,不仅是提高数控机床利用率的关键,也是保证产品质量和降低生产成本的关键。基于数控机床的质量保证技术主要包括:
1)数控程序代码的合理性检验由CAD/CAM生成或手工编制的NC程序代码的合理性,避免加工过程出现因NC代码不合理所造成的加工中心的损坏、刀具的损坏或工件的报废;2)数控加工的计算机仿真研究数控加工仿真建模理论,实施图形仿真和物理仿真,预测加工过程状态和加工质量;3)数控机床故障的快速诊断与报警采用多传感器的数据融合技术和多模型技术,应用小波理论、神经网络以及模糊控制技术,快速、有效地提取故障信号特征,对机床故障进行检查;4)数控加工质量的在线检测与质量预报采用类似3)的诸项技术和各种快速算法,通过对刀具磨损检测、机床工况的检测、工件表面粗糙度的检测,实现在线产品加工检验;并根据检测结果和质量预报模型,进行质量产品预报;5)数控加工误差的实时补偿与控制根据误差来源分类情况和在线检测结果,研究补偿方案的办法,通过计算机与数控系统的通讯及对伺服系统的补偿控制,采用模糊神经网络等技术,在原有的设备水平的基础上,保持或提高产品的加工质量。
实现基于数控的加工质量保证系统,其中一个主要方面就是如何检测加工过程信号、如何从信号中提取信号关键特征,及如何根据提取出的特征进行决策控制。由于加工过程的复杂性,实现有效、通用的刀具破损、磨损(尤其是磨损)检测、机床运动误差检测、加工尺寸精度的在线检测,仍然非常困难。当前已有的刀具监控系统、误差检测系统、加工尺寸精度在线检测系统,都由于其可靠性和通用性不理想而没有被工业界广泛地接受。因此,实现基于数控加工质量保证系统,仍存在着许多困难需要克服。可靠性分析是建立在大量的可靠性数据基础上的,在产品可靠性试验、故障分析、可靠性设计及使用、维修中都离不开可靠性信息。鉴于上述原因,借鉴当前数控机床可靠性理论的研究成果和相关的数理统计知识,编制了数控机床数据统计分析系统。
3数控机床技术质保技术的发展趋势
高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床认证中要特别注意的总趋势,主要表现在:
1)机床复合技术包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合,车磨复合,成形复合加工、特种复合加工等,对于这些的检测和认证进来呈现比较严格的趋势,因为这些直接关系到数控机床的有效工作。
2)在实际的认证中,必须对智能化技术进行关注。如:自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段,智能化提升了机床的功能和品质。
3)精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级(0.01mm)提升到目前的微米级(0.001mm),有些品种已达到0.05μm左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工,精度可稳定达到0.05μm左右,形状精度可达0.01μm左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级(0.001μm)。
4结束语
目前,无论是国外还是国内数控机床的质量问题或多或少都存在着,换言之数控机床的可靠性增长技术还有待进一步的研究,降低数控机床的故障率,在可靠性摸底和故障分析的基础上进行多方面的有针对性的可靠性改进。在市场竞争日趋激烈的今天,如何提高可靠性及可靠性的好坏是数控产业的关键所在。
参考文献
[1]赵辉.欧式木窗数控铣榫机设计理论[D].东北林业大学,2002.
[2]王旭亮.低速走丝电火花线切割机床运动控制机理的研究[D].南京航空航天大学,2006.
[3]姜宏.基于图像处理的平面焊接轨迹自动识别研究[D].新疆大学,2006.
关键词机床;数控系统;质量
中图分类号TG502.7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0094-01
数控机床是现代制造业的基础装备,其质量如何及机床可靠性能的高低直接影响着一个国家先进制造业的发展水平。而数控系统是各类数控机床的控制中枢,它在使用和运行过程中的质量,直接关系到数控机床整体设备的正常运行。随着先进制造技术的发展,不仅要求机床具有优越的性能和高度的自动化功能,更要求具有性能与功能的维持性、可靠性、维修性和维修保障性,即要求机床具有可信性。数控系统可靠性是广大数控机床用户选购产品时最为关注的质量属性,面对国内外日趋激烈的市场竞争,可靠性好坏几乎成为我国民族数控产业生死存亡的关键。
1数控机床的质量保证技术重要性
1)数控机床加工精度高,生产效率高,决定了质量保证技术的重要性。数控机床是一种安装了程序控制系统的机床,该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的。尤其是其加工精度高和生产较高效的情况,导致了对其进行质量保证非常重要。
加工精度高:数控机床是精密机械和自动化技术的综合体。机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差,通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。由于数控机床实现自动加工,所以减少了操作人员素质带来的人为误差,提高了同批零件的一致性。
生产效率高:就生产效率而言,相对普通机床,数控机床的效率一般能提高2～3倍、甚至十几倍。主要体现在以下几个方面:①一次装夹完成多工序加工,省去了普通机床加工的多次变换工种、工序间的转件以及划线等工序。②简化了夹具及专用工装等,由于是一次装夹完成加工。所以普通机床多工序的夹具省去了,即使偶尔必须用到专用夹具。由于数控机床的超强功能夹具的结构也可简化。
2)数控系统的故障可能性很大,要防患未然。数控机床较为复杂,当机床发生故障时都会导致工作瘫痪,无法正常运行。数控机床故障的发生频率高低,故障原因等可以评定数控机床质量的好坏,通过多年来对遍布全国的汽车,航天,兵工、动力和通用机械等行业的数十家机床用户进行调查发现:装有国外数控系统的数控机床。数控系统(含伺服单元)故障数占整台机床故障总数的21.8%配备国外数控系统的加工中心,其数控系统(含伺服单元)故障数占故障总数的18.2%,国外数控系统故障部位主要是进给运动控制单元,实时数据库,电气系统以及CNC电源故障等。其故障模式涉及面也很广。其中多发的故障模式是元器件损坏、CNC参数设定错误,加工环境湿度太大或灰尘太大、元器件性能参数下降,软件故障、外部干扰引起数据丢失或混乱等。国产数控系统的故障部位也是多方面的,主要为进给驱动单元,主板、数控面板、检测单元、其它硬件(多功能板)。电源及电气系统等。其中最频繁的故障模式是元器件损坏、元器件功能丧失软件故障(CNC参数错误等)、伺服系统设计不合理,元器件性能参数下降和线路,电缆连接不良等。由此可见,无论是国外数控系统还是国产数控系统,都是数控机床的重要故障源之一,都会对机床整机造成停机损。
2数控机床的质量保证技术应用
数控机床的质量保证技术是质量保證系统中的重要组成部分,也是加工质量保证技术的核心内容。建立完善、可靠的基于数控机床的质量保证系统,不仅是提高数控机床利用率的关键,也是保证产品质量和降低生产成本的关键。基于数控机床的质量保证技术主要包括:
1)数控程序代码的合理性检验由CAD/CAM生成或手工编制的NC程序代码的合理性,避免加工过程出现因NC代码不合理所造成的加工中心的损坏、刀具的损坏或工件的报废;2)数控加工的计算机仿真研究数控加工仿真建模理论,实施图形仿真和物理仿真,预测加工过程状态和加工质量;3)数控机床故障的快速诊断与报警采用多传感器的数据融合技术和多模型技术,应用小波理论、神经网络以及模糊控制技术,快速、有效地提取故障信号特征,对机床故障进行检查;4)数控加工质量的在线检测与质量预报采用类似3)的诸项技术和各种快速算法,通过对刀具磨损检测、机床工况的检测、工件表面粗糙度的检测,实现在线产品加工检验;并根据检测结果和质量预报模型,进行质量产品预报;5)数控加工误差的实时补偿与控制根据误差来源分类情况和在线检测结果,研究补偿方案的办法,通过计算机与数控系统的通讯及对伺服系统的补偿控制,采用模糊神经网络等技术,在原有的设备水平的基础上,保持或提高产品的加工质量。
实现基于数控的加工质量保证系统,其中一个主要方面就是如何检测加工过程信号、如何从信号中提取信号关键特征,及如何根据提取出的特征进行决策控制。由于加工过程的复杂性,实现有效、通用的刀具破损、磨损(尤其是磨损)检测、机床运动误差检测、加工尺寸精度的在线检测,仍然非常困难。当前已有的刀具监控系统、误差检测系统、加工尺寸精度在线检测系统,都由于其可靠性和通用性不理想而没有被工业界广泛地接受。因此,实现基于数控加工质量保证系统,仍存在着许多困难需要克服。可靠性分析是建立在大量的可靠性数据基础上的,在产品可靠性试验、故障分析、可靠性设计及使用、维修中都离不开可靠性信息。鉴于上述原因,借鉴当前数控机床可靠性理论的研究成果和相关的数理统计知识,编制了数控机床数据统计分析系统。
3数控机床技术质保技术的发展趋势
高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床认证中要特别注意的总趋势,主要表现在:
1)机床复合技术包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合,车磨复合,成形复合加工、特种复合加工等,对于这些的检测和认证进来呈现比较严格的趋势,因为这些直接关系到数控机床的有效工作。
2)在实际的认证中,必须对智能化技术进行关注。如:自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段,智能化提升了机床的功能和品质。
3)精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级(0.01mm)提升到目前的微米级(0.001mm),有些品种已达到0.05μm左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工,精度可稳定达到0.05μm左右,形状精度可达0.01μm左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级(0.001μm)。
4结束语
目前,无论是国外还是国内数控机床的质量问题或多或少都存在着,换言之数控机床的可靠性增长技术还有待进一步的研究,降低数控机床的故障率,在可靠性摸底和故障分析的基础上进行多方面的有针对性的可靠性改进。在市场竞争日趋激烈的今天,如何提高可靠性及可靠性的好坏是数控产业的关键所在。
参考文献
[1]赵辉.欧式木窗数控铣榫机设计理论[D].东北林业大学,2002.
[2]王旭亮.低速走丝电火花线切割机床运动控制机理的研究[D].南京航空航天大学,2006.
[3]姜宏.基于图像处理的平面焊接轨迹自动识别研究[D].新疆大学,2006.