數(shù)控機(jī)床的裝配質(zhì)量研究

閔廣吉++智長會

摘 要：裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)規(guī)定和精度要求，將構(gòu)成產(chǎn)品的零件結(jié)合成組件、部件、直至整個產(chǎn)品的過程。數(shù)控機(jī)床的裝配包括整機(jī)裝配和部件裝配，整機(jī)裝配是將主機(jī)、各功能單元、數(shù)控系統(tǒng)、罩殼等組裝在一起并實現(xiàn)規(guī)定功能的工藝環(huán)節(jié)；部件裝配是將零件、組件等組裝在一起并實現(xiàn)規(guī)定功能的工藝環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；裝配質(zhì)量；精度壽命；可靠性

數(shù)控機(jī)床裝配質(zhì)量可以定義為：數(shù)控機(jī)床的裝配質(zhì)量是指裝配完成后的機(jī)床的固有特性滿足用戶需要的程度。數(shù)控機(jī)床的固有特性包括精度、精度壽命、可靠性、可維修性等關(guān)鍵質(zhì)量特性，綜合反映了產(chǎn)品的可用程度。裝配質(zhì)量不僅關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，也影響產(chǎn)品制造的經(jīng)濟(jì)性。

一、數(shù)控機(jī)床的裝配精度

裝配精度是指機(jī)床裝配完成以后，各工件面間的相對位置和相對運動等參數(shù)與規(guī)定指標(biāo)的符合程度，即產(chǎn)品裝配后幾何參數(shù)實際達(dá)到的精度。主要包括：零部件間的尺寸精度、相互位置精度、相對運動精度和接觸精度，零部件間的尺寸精度又包括配合精度和距離精度。各種裝配精度之間不是孤立的，而是關(guān)聯(lián)的：接觸精度和配合精度是距離精度和位置精度的基礎(chǔ)；位置精度又是相對運動精度的基礎(chǔ)。

裝配精度是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量中的重要指標(biāo)，因為裝配精度直接影響機(jī)床實際工作時的工作精度，從而間接影響機(jī)床加工對象的零件精度。機(jī)械產(chǎn)品的裝配精度與組成產(chǎn)品的相關(guān)零件精度之間有著密切的關(guān)系，常用的手段是通過提高零件精度來提高產(chǎn)品精度，但并不是有了零件精度就保證了產(chǎn)品精度，還與裝配工藝和裝配中的操作等有關(guān)，尤其是對于數(shù)控機(jī)床這種復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，裝配精度的保障和提高不可能完全靠提高零件精度來實現(xiàn)，原因主要有兩個方面：一方面如果單靠零件的高精度來保障裝配精度，必然會對零件提出很高要求，會帶來生產(chǎn)困難及較高的制造成本，有時甚至無法實現(xiàn)；另一方面，通過優(yōu)化裝配過程中的各部件與組件單元的裝配工藝及過程控制也可能實現(xiàn)，有時甚至效果更好。數(shù)控機(jī)床的裝配精度控制難易程度跟裝配對象及要求有關(guān)。如果機(jī)床的某項精度只與一個零件的精度有關(guān)，就比較容易控制，如在動柱式加工中心裝配時，要保證立柱運動與工作臺的垂直度，只要保證床身上工作臺導(dǎo)軌與立柱導(dǎo)軌的垂直度即可。更多情況下，數(shù)控機(jī)床裝配精度與多個零件的精度有關(guān)，每一個零件的誤差都累計到整個產(chǎn)品系統(tǒng)中，影響最終產(chǎn)品的裝配精度。

二、數(shù)控機(jī)床的精度壽命

數(shù)控機(jī)床的精度壽命是指數(shù)控機(jī)床在正常使用條件和維護(hù)保養(yǎng)情況下，保持其精度特性的能力。精度壽命主要包括兩個方面的能力：一方面是機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)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軌跡的震蕩范圍的能力。

數(shù)控機(jī)床精度保持與使用工況與維護(hù)有著十分緊密的關(guān)系，但主要還是取決于數(shù)控機(jī)床的設(shè)計、和裝配等環(huán)節(jié)。決定機(jī)床幾何精度和加工精度的關(guān)鍵部件，比如進(jìn)給系統(tǒng)，是機(jī)床精度壽命的核心影響因素。基礎(chǔ)大件的精度壽命也是影響其精度變差的主要原因之一。機(jī)床制造中使用的材料性能與零部件的精度衰減特性非常關(guān)鍵。

精度壽命不是在出廠驗收中體現(xiàn)的，在生產(chǎn)過程只針對驗收時明確的各項精度指標(biāo)進(jìn)行控制顯然是不夠的。機(jī)床的精度壽命只有在使用一段時間之后才能反映出來，機(jī)床生產(chǎn)廠家不能針對機(jī)床的精度衰退做出定期維護(hù)，而用戶在使用過程中也無法對機(jī)床的定位精度進(jìn)行預(yù)測，只有在出現(xiàn)精度衰退之后才請廠家來維修，由此導(dǎo)致了機(jī)床維修周期長、成本高，間接降低了機(jī)床的平均故障間隔時間。

進(jìn)給系統(tǒng)是制約機(jī)床精度壽命的關(guān)鍵因素。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國外技術(shù)相比，一個最大的差距就是進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度能力，目前CNC裝置插補(bǔ)后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量最小單位已經(jīng)達(dá)到納米級，而國內(nèi)超精密加工中心的進(jìn)給軸定位才達(dá)到0.1um的定位精度。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)不僅定位精度較差，有很大的提高空間，而且定位精度衰減快。

裝配技術(shù)也是影響機(jī)床精度壽命的重要因素，國產(chǎn)機(jī)床采購與進(jìn)口機(jī)床相同的伺服進(jìn)給系統(tǒng)和關(guān)鍵組件（如滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、支撐軸承等），裝配后的機(jī)床的可靠性與穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如進(jìn)口機(jī)床。

大量的實踐表明：即使是同樣精度的零部件，如果采用科學(xué)的裝配技術(shù)，就可以使產(chǎn)品的性能得到極大的改進(jìn)。因此，在裝配階段對影響機(jī)床加工精度及影響各關(guān)鍵功能部件的精度壽命的各種因素，如零件在載荷下的變形、切削及高速滑動時產(chǎn)生的熱變形、摩擦磨損下的進(jìn)給系統(tǒng)定位誤差及動態(tài)誤差等，進(jìn)行分析研究其衰減變化規(guī)律，是提高數(shù)控機(jī)床精度壽命的重要手段。

三、數(shù)控機(jī)床的裝配可靠性

數(shù)控機(jī)床可靠性是數(shù)控機(jī)床在規(guī)定的工作時間內(nèi)、規(guī)定的工作條件下加工出精度滿足要求的零件的能力。數(shù)控機(jī)床可靠性由全生命周期各階段可靠性來保證，數(shù)控機(jī)床可靠就需要機(jī)床能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能。機(jī)床可靠性是其產(chǎn)品的重要質(zhì)量特性，綜合反映了產(chǎn)品在使用過程中的性能、精度等的穩(wěn)定性和保持性，國際市場上數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品間的競爭本質(zhì)上是機(jī)床可靠性的競爭，高可靠性的數(shù)控機(jī)床不僅價格高、利潤高，而且受歡迎程度高。

數(shù)控機(jī)床裝配可靠性是在部件與組件裝配可靠性的基礎(chǔ)上來保證的，各部件裝配可靠是保證部件實現(xiàn)功能的主要前提。我國國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的故障率仍然較高，可靠性問題存在于各個方面，零部件故障率高是最突出的現(xiàn)象，部分核心功能部件，國內(nèi)企業(yè)的出廠質(zhì)量跟進(jìn)口零件有較大差距，常見的現(xiàn)象是低端產(chǎn)品用國內(nèi)零件配套，中高檔產(chǎn)品的主要功能部件依賴國外進(jìn)口，但是原裝進(jìn)口采購回來的關(guān)鍵功能部件裝配成整機(jī)后，可靠性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上進(jìn)口機(jī)床，根本差距主要出現(xiàn)在裝配環(huán)節(jié)。

盡管數(shù)控機(jī)床可靠性是由設(shè)計、制造、裝配等的各個過程質(zhì)量決定的，要提高其可靠性需要全面提高設(shè)計能力、制造能力；但是裝配工作是機(jī)床可靠性生成的最后環(huán)節(jié)，顯得尤為重要。裝配階段可靠性保障能力的提高是保障數(shù)控機(jī)床可靠性的重要途徑。

四、結(jié)論

機(jī)械裝配是機(jī)械制造過程中的最后環(huán)節(jié)，在制造過程中占有非常重要的地位。機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量最終由裝配工作來保證，裝配質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]A.C.普羅尼科夫等著，李昌琪等譯.數(shù)控機(jī)床的精度與可靠性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.