1.2機(jī)床各子系統(tǒng)的故陣模式分析1.2. 1刀庫(kù)系統(tǒng) 刀庫(kù)系統(tǒng)的故降棋式概率表和概率圖見表2和圖22.故障原因概率表和概率圖見表3和圖3, 由表2和圖2可知:刀庫(kù)系統(tǒng)最頻繁的故障模式是刀庫(kù)失調(diào)，約占50%，主要變現(xiàn)為機(jī)械手無(wú)動(dòng)作、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)不到位、機(jī)械手抓錯(cuò)刀等。 由表3和圖3可知:刀庫(kù)系統(tǒng)最頻繁的故障原因是零部件精度偏失，約占40%，主要表現(xiàn)為機(jī)械手組件的加工、裝配精度和精度穩(wěn)定性不夠高;其次是零部件損壞，約占30%，主要表現(xiàn)為機(jī)械手卡爪損壞和電磁閥損壞。1.2.2主軸系統(tǒng) 主軸系統(tǒng)的故障模式概率表和概率圖見表4和圖4.故障原因概率表和概率圖見表5和圖5, 由表4和圖4可知:主軸系統(tǒng)最頻繁的故障模式是主軸失調(diào)，約占33.33%，主要表現(xiàn)為主軸箱內(nèi)有嗓聲、主軸不能換擋;其次是零部件損壞，約占22.22%，表現(xiàn)為主軸軸承損壞和同步傳動(dòng)帶斷裂。 由表5和圖5可知:主軸系統(tǒng)最頻縈的故障原因是零部件損壞，約占50%，主要表現(xiàn)為主傳動(dòng)齒輪磨損、主軸軸承損壞、旋轉(zhuǎn)密封圈損壞等。
1.2.3進(jìn)給系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)的故障模式概率表和概率圖見表6和圖6.故障原因概率表和概率圖見表7和圖7, 由表6和圖6可知:進(jìn)給系統(tǒng)最頻繁的故障模式為元器件損壞，約占25%，表現(xiàn)為光柵尺讀數(shù)頭損壞和驅(qū)動(dòng)模塊損壞。 由表7和圖7可知:進(jìn)給系統(tǒng)最頻策的故障原因?yàn)榱悴考绕?主要表現(xiàn)為傳動(dòng)單元零部件的加工、裝配精度和精度德定性不夠離，傳動(dòng)間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)取?.2.4液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的故障模式概率表和概率圖見表8和圖8.故障原因概率表和概率圖見表9和圖9, 由表8、圖8,表9和圖9可知:液壓系統(tǒng)最頻繁的故障模式是液、氣、油滲漏.約占37.5%，主要故障原因?yàn)橛凸軗p壞、管接頭損壞等。2提高臥式加工中心機(jī)床可.性的措施 通過以上的故障分析可知:該公司目前生產(chǎn)的臥式加工中心主要故障部位為刀庫(kù)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，其次為冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而排屑系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障的次數(shù)比較少。欲提高臥式加工中心的可靠性，須以刀庫(kù)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)為重點(diǎn)突破對(duì)象，兼顧其他子系統(tǒng)，針對(duì)各子系統(tǒng)的故降模式和故障原因.從設(shè)計(jì)、制造、采購(gòu)、試驗(yàn)等方面全方位采取措施。
滾滑復(fù)合導(dǎo)軌是在貼塑導(dǎo)軌的寨礎(chǔ)上，增加一定的卸荷滾動(dòng)單元(滾動(dòng)體)(圖1)，使得運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副動(dòng)、靜摩擦盡量接近，有效避免爬行并維持較好的運(yùn)動(dòng)精度和高速運(yùn)動(dòng)特性。同時(shí)，滾滑復(fù)合導(dǎo)軌還保持了貼塑導(dǎo)軌的特性，運(yùn)用于各類中重型數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌。 滾滑復(fù)合導(dǎo)軌原理:滾動(dòng)摩擦F1+滑動(dòng)摩擦F2(滑動(dòng)面貼塑)，滾動(dòng)與滑動(dòng)配合形成一種復(fù)合摩擦，復(fù)合摩擦因數(shù)為fo，該因數(shù)大于滾動(dòng)摩擦因數(shù)石，小于滑動(dòng)摩擦因數(shù)石，即f0={f1,f2}。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)爬行、能高速運(yùn)行、運(yùn)動(dòng)高精度、抗振性好、調(diào)整方便。 使用的滾動(dòng)體單元具有摩擦因數(shù)小(一般在0.003左右)，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)相差小，不受運(yùn)動(dòng)變化的影響，定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 端蓋2與導(dǎo)向片4引導(dǎo)滾動(dòng)體(滾住)3循環(huán)滾動(dòng)。使用時(shí)，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝在運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面上，與之相配的導(dǎo)軌為鑲鋼淬火導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱3在支承部件的導(dǎo)軌面與本體6之間滾動(dòng)，同時(shí)又繞本體6循環(huán)滾動(dòng)，滾柱3與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不接觸。 滾滑復(fù)合導(dǎo)軌具有以下特點(diǎn):(1)精度自調(diào)整能力，安裝基面許用誤差大;(2)制造精度高，非運(yùn)動(dòng)部件導(dǎo)軌可使用導(dǎo)軌磨床進(jìn)行加工;(3)可高速運(yùn)行，運(yùn)行速度******可達(dá)到60 m/min; (4)能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度;(5)有預(yù)加負(fù)載，剛度極高;(6)維修性能較好，調(diào)試方便;(7)制造難度大，滾動(dòng)體單元使用數(shù)里大.采用淬火導(dǎo)軌，成本較高，設(shè)計(jì)及制造難度較大。
模糊層次分析法 1965年著名的美國(guó)工程控制和系統(tǒng)論專家、加利福尼亞大學(xué)教授L A ZADF.H發(fā)表了著名的論文“模糊集合”，給出了模糊性現(xiàn)象的定及描述和分析運(yùn)算的方法。應(yīng)用模糊評(píng)到法首先要確定評(píng)價(jià)參數(shù)，不同參數(shù)在評(píng)價(jià)中所起的作用也不相同.裕要分別確定各參數(shù)的權(quán)難因子大小。隨后要根據(jù)不同參數(shù)的特點(diǎn)給出擬合隸屬函數(shù).結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)模栩變換給出隸屬度值，完成棋糊綜合評(píng)價(jià)。 層次分析法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家，匹茲堡大學(xué)的ALSAATY教授于20世紀(jì)70年代提出的一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。通過兩兩比較因素(或目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案)的相對(duì)重要性，構(gòu)造上層某要索對(duì)下層相關(guān)元素的權(quán)重判斷矩陣，以給出相關(guān)元素對(duì)某要素的相對(duì)重要序列。 層次分析法通過明確問題、建立層次分析結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造到斷矩陣、層次單排序和層次總排序5個(gè)步驟計(jì)算各層次構(gòu)成要素對(duì)于總目標(biāo)的組合權(quán)重.從而得出不同可行方案的綜合評(píng)價(jià)值，為選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)。AHP通過元家的兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，一致性檢驗(yàn)方面有一定的難度，而棋糊層次分析法(FAHP)通過元素兩兩比較構(gòu)造模枷一致判斷矩陣，再由模糊一致矩陣求各元素的相對(duì)重要性權(quán)重。
立式加工中心生產(chǎn)中自動(dòng)對(duì)刀一般由自動(dòng)對(duì)刀儀、對(duì)刀電路及數(shù)控系統(tǒng)完成，而尋找中心宏程序使用普通尋邊器就能完成。操作簡(jiǎn)單，便于上手。只要會(huì)手工對(duì)刀和循環(huán)啟動(dòng)該程序就能得到對(duì)刀點(diǎn)x和y值。 但運(yùn)用該程序時(shí)要注意以下幾點(diǎn): (1)對(duì)刀點(diǎn)的選擇 對(duì)刀點(diǎn)即G54工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，在工件x和y方向的中心處。 (2)碰刀點(diǎn)的選擇 記錄的4處碰刀點(diǎn)位置，其中兩點(diǎn)連線應(yīng)該平行于:坐標(biāo)軸，另外兩點(diǎn)連線平行于y坐標(biāo)軸。 (3)循環(huán)啟動(dòng)次數(shù) 要得到正確的對(duì)刀點(diǎn)x和y值，需要循環(huán)啟動(dòng)5次宏程序。前4次是讀取4個(gè)碰刀的當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)值;第5次經(jīng)過運(yùn)算得到對(duì)刀點(diǎn)的x和y值以及計(jì)算圓心的偏差，并對(duì)G54、G55和EXT(G60)進(jìn)行賦值。 (4)偏差判斷 需要操作者具備一定生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，能對(duì)圓形零件對(duì)刀后判斷其計(jì)算圓心x和y值的偏差范圍。一般要根據(jù)加工情景給定判斷標(biāo)準(zhǔn)，粗加工時(shí)要考慮加工余量，精加工時(shí)考慮形位公差。注：方形零件不用進(jìn)行判斷偏差范圍。
數(shù)控立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)一般包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)兩個(gè)部分，每個(gè)部分的能量消耗都十分復(fù)雜。但是，文獻(xiàn)將主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率簡(jiǎn)化為空載功率、切削功率和附加載荷損耗功率3個(gè)部分(圖1)。其中，空載功率、切削功率和附加載荷損耗功率的定義如下:空載功率:機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)在某一指定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行且尚未加工的狀態(tài)稱為空載狀態(tài)，其間所消耗的功率稱為空載功率;切削功率:機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)在切削狀態(tài)下用于去除工件材料所消耗的功率;附加載荷損耗:機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)由于載荷(切削功率)而產(chǎn)生的附加損耗。這部分損耗只在切削狀態(tài)下存在。 從圖1可以看出:數(shù)控立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入功率可以分為空載功率、切削功率和附加載荷損耗功率:其中:附加載荷損耗功率形成比較復(fù)雜，主要包括電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部分在切削狀態(tài)下產(chǎn)生的附加電損和機(jī)械損耗。同時(shí)，附加載荷損耗的測(cè)量也很復(fù)雜，不可能直接準(zhǔn)確測(cè)量，附加載荷損耗與切削功率之比(負(fù)載載荷損耗系數(shù))是一個(gè)0. 15 --0.25之間的常數(shù)。不過最新研究發(fā)現(xiàn):附加載荷損耗系數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，而是與切削功率成正比，即： 由式(1)、(2)可以得到: 由式(3)可知:知道測(cè)量出輸人功率Pi，估計(jì)出空載功率Pu。，就可以估計(jì)出附加載荷損耗Pad和切削功率Pc，實(shí)現(xiàn)切削功率的在線估計(jì)。
數(shù)控銑床的氣缸與移動(dòng)斜楔連接。工作狀態(tài)為夾緊時(shí)，氣缸推動(dòng)斜楔向前運(yùn)動(dòng)，滾柱沿斜楔上的曲面向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)頂桿，使卡爪回轉(zhuǎn)而夾緊工藝球頭，此時(shí)氣缸停止推動(dòng)，靠滾柱和斜楔之間的自鎖來(lái)保持夾緊狀態(tài)。放松時(shí)，氣缸拉動(dòng)移動(dòng)斜楔回程，滾柱滑下，在壓縮彈簧的回復(fù)力作用下使頂桿向下運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)卡爪回轉(zhuǎn)，松開工藝球頭。移動(dòng)斜楔的工作斜面是由幾部分組成的復(fù)合面，工作斜面的第一部分是與滾柱直徑相同的曲面片，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于松開的工作狀態(tài)時(shí)，用來(lái)防止?jié)L柱滾動(dòng);第二部分的平面升角較大，用來(lái)使機(jī)構(gòu)迅速接近夾緊狀態(tài)，保證機(jī)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膴A緊行程;再進(jìn)入第三個(gè)升角較小的平面，用來(lái)夾緊并保持自鎖。為保證結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，在頂桿上裝導(dǎo)向套，導(dǎo)向銷釘防止了移動(dòng)斜楔的轉(zhuǎn)動(dòng)。 調(diào)姿系統(tǒng)如圖2所示，球鉸裝置與三坐標(biāo)定位器的伸縮柱連接。工作時(shí)，把需要對(duì)合或加工的部件吊裝到三坐標(biāo)定位器伸縮柱上，這時(shí)球頭處于松開狀態(tài)，三坐標(biāo)定位器與大部件之間屬于球鉸聯(lián)結(jié)，此時(shí)可通過4個(gè)三坐標(biāo)定位器聯(lián)動(dòng)調(diào)整部件的位姿。當(dāng)位姿調(diào)整達(dá)到要求后，球鉸裝置由氣缸驅(qū)動(dòng)卡爪夾緊工藝接頭。
立式加工中心數(shù)控裝置的選擇 (1)類型的選擇根據(jù)數(shù)控立式加工中心的類型選擇相應(yīng)的數(shù)控裝置，一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控裝置有適用于車、鉆、銼、銑、磨，沖壓、電火花切割等加工類型，應(yīng)有針對(duì)性的進(jìn)行選擇。 (2)性能的選擇不同的數(shù)控裝置，其性能高低差別很大，如控制軸數(shù)有單軸，2軸，3軸，4軸，5軸，甚至10多軸.20多軸;聯(lián)動(dòng)軸數(shù)有2軸或3軸以上，最高進(jìn)給速度有10m/min，15m/min, 24m/min, 240m/min，分辨率有0.0Imm，0.001mm，0.0001 inm,這些指標(biāo)不同，價(jià)格亦不同，應(yīng)根據(jù)加工中心實(shí)際需要，如一般平面零件加工選用2軸聯(lián)動(dòng)，復(fù)雜型面加工選用3軸以上聯(lián)動(dòng)。不要追求最新最高水平，應(yīng)合理選擇。 (3)功能的選擇一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)有許多功能，包括基本功能—數(shù)控裝置必備功能，選擇功能—供用戶選擇的功能。選擇功能有的為了解決不同的加工對(duì)象，有的為了提高加工質(zhì)量，有的為了方便編程，有的為了改善操作和維修性能。有的選擇功能是相關(guān)的，選擇這項(xiàng)還必須選另一項(xiàng)。因此要根據(jù)加工中心的設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇。不要不加分析，選擇功能過多而用不上，反而增加了產(chǎn)品成本;也不要考慮不周，而把相關(guān)功能漏訂，使數(shù)控機(jī)床功能降低，造成不必要損失， 選擇功能中的可編程序控制器有內(nèi)裝和獨(dú)立型兩種。最好選用內(nèi)裝型的，它有不同型號(hào)，首先要根據(jù)數(shù)控裝置與機(jī)床之間的輸人輸出信號(hào)點(diǎn)數(shù)來(lái)選擇。選用的點(diǎn)數(shù)要比實(shí)用點(diǎn)數(shù)稍多一些，以備可能追加和變更控制性能的需要。其次要估計(jì)順序程序規(guī)模選擇存儲(chǔ)容量，普通CNC車床約有1000步程序。小型加工中心約2000步。程序規(guī)模隨著機(jī)床復(fù)雜程度的增加，存儲(chǔ)容量也隨著增大，要根據(jù)具體情況合理選擇。還有處理時(shí)間、指令功能、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部繼電器等技術(shù)規(guī)格，數(shù)量也應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。 (4)價(jià)格的選擇不同國(guó)家、不同的數(shù)控裝置帶造廠家，生產(chǎn)的不同規(guī)格產(chǎn)品，價(jià)格上有很大差異，應(yīng)在滿足控制類型、性能、功能選擇的基礎(chǔ)上，綜合分析性能價(jià)格比，選擇性能價(jià)格比高的數(shù)控裝置，以便降低成本。 (5)技術(shù)服務(wù)的選擇在選擇符合技術(shù)要求的數(shù)控裝置時(shí)，還要考慮到生產(chǎn)1一家的iI譽(yù)，產(chǎn)品使用說(shuō)明等文件資料是否齊全。能不能給用戶培訓(xùn)編程、操作和維修人員。有無(wú)專門的技術(shù)服務(wù)部門，長(zhǎng)期提供零備件和及時(shí)的維修服務(wù)，以利發(fā)揮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 對(duì)于最終用戶單位選用的數(shù)控裝置不宜太多太雜，應(yīng)盡量選擇信譽(yù)高的同一制造廠家的產(chǎn)品，否則會(huì)給維護(hù)維修帶來(lái)極大困難。對(duì)于機(jī)床制造廠這類中間用戶，應(yīng)根據(jù)本廠發(fā)展規(guī)劃，在符合技術(shù)發(fā)展要求.滿足最終用戶不同需要的情況下。選用幾種數(shù)控裝置。
(1)優(yōu)化策略 立式加工中心測(cè)溫點(diǎn)的優(yōu)化基本策略有:主因素策略、能觀測(cè)性策略、互不相關(guān)策略、最近線性策略、最少布點(diǎn)策略、******靈敏度策略。以上的六種策略之間是相互聯(lián)系和影響的，只是考慮的角度不同。 主因素策略是指用于溫度建模的各溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)與熱誤差數(shù)據(jù)有較強(qiáng)的聯(lián)系，即兩者有很強(qiáng)的相關(guān)性。一般當(dāng)相關(guān)數(shù)p>0.8時(shí)，即可視為符合主因素策略。 互不相關(guān)策略是指根據(jù)主因素策略獲得了一定數(shù)量的與熱誤差有密切關(guān)系的測(cè)溫點(diǎn)，但這些測(cè)溫點(diǎn)之間有些具有非常高的相關(guān)性，可互相表達(dá)。若把這些測(cè)溫點(diǎn)全部用于建模，由于測(cè)溫點(diǎn)之間相關(guān)性從而導(dǎo)致模型的預(yù)測(cè)精度下降。如果各測(cè)溫點(diǎn)之間線性相關(guān)度很高，則熱誤差建模時(shí)的系數(shù)矩陣會(huì)出現(xiàn)奇異降秩現(xiàn)象，所以應(yīng)該極力避免這種情況的發(fā)生。因此對(duì)符合主因素策略的測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)該聚類選取，即從一個(gè)相關(guān)類中選出一個(gè)作為代表，用于熱誤差建模。這樣，不但可以減少立式加工中心測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)量，還可以提高模型的預(yù)測(cè)精度。
高速立式加工中心中直線進(jìn)給的控制策略 高速立式加工中心使用的直線電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給控制系統(tǒng)除了受波動(dòng)力和摩擦力作用外，還會(huì)受負(fù)載變化、外界干擾、電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化以及齒槽效應(yīng)和端部效應(yīng)等不確定因素的影響，對(duì)這些因素進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量非常困難，甚至不可能。因此，傳統(tǒng)PID控制已不能滿足控制需求，探索滿足控制性能的控制策略就顯得尤為重要。為了更好地解決直線電動(dòng)機(jī)的控制問題，近年來(lái)部分高校和研究所在直線電動(dòng)機(jī)的控制方面作了大量的研究工作，取得了不少成果。直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)中電流和轉(zhuǎn)速以及直軸和交軸電流之間的非線性禍合給系統(tǒng)的精確控制帶來(lái)了極大的不便，目前絕大多數(shù)控制策略的研究都是建立在模型解藕線性化的基礎(chǔ)上，當(dāng)前的解藕線性化方法主要包括磁場(chǎng)定向矢量控制方法和反饋線性化方法等。 永磁直線同步伺服電動(dòng)機(jī)(PMLSM)伺服系統(tǒng)由電氣子系統(tǒng)和機(jī)械子系統(tǒng)構(gòu)成，在控制要求相對(duì)不高的情況下，認(rèn)為兩個(gè)子系統(tǒng)中電流和速度的變化過程在時(shí)間尺度上相差很大，至少在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。此時(shí)，通常忽略速度和電流間的非線性動(dòng)態(tài)藕合，可采用磁場(chǎng)定向矢量控制方法實(shí)現(xiàn)兩變量間的靜態(tài)解耦，從而獲得其線性化模型。但是，對(duì)高速、高精度的速度控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，兩子系統(tǒng)的時(shí)間尺度大小相對(duì)接近，此時(shí)必須考慮模型的非線性以及電流和速度之間的動(dòng)態(tài)耦合。狀態(tài)反饋線性化方法較好地解決了模型的精確線性化和動(dòng)態(tài)解禍的問題。采用磁場(chǎng)定向矢量控制方法比較成功地解決了PMISM電流和轉(zhuǎn)速間的靜態(tài)藕合問題，但對(duì)高速立式加工中心的整個(gè)系統(tǒng)機(jī)電兩方面的非線性影響卻未加考慮。而對(duì)于高精度要求的伺服系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速和電流的時(shí)間常數(shù)可能會(huì)在一個(gè)數(shù)量級(jí)，此時(shí)兩者的動(dòng)態(tài)禍合將會(huì)影響系統(tǒng)的控制精度。采用電氣傳動(dòng)反饋線性化實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)解禍，基于反饋線性化的系統(tǒng)不需要設(shè)計(jì)電流控制器，可直接設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速到電壓的控制律。 如果您對(duì)我們的立式加工中心有興趣，可以登陸我們網(wǎng)站查看：http://m.himslangfull.com/Pro/4.html