國產數(shù)控機床精度保持性分析及研究現(xiàn)狀

馬軍旭　趙萬華　張根保

1.西安交通大學,西安,710049　　2.機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室,西安,7100543.重慶大學,重慶,400030

國產數(shù)控機床精度保持性分析及研究現(xiàn)狀

馬軍旭1,2趙萬華1,2張根保3

1.西安交通大學,西安,7100492.機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室,西安,7100543.重慶大學,重慶,400030

通過對國產數(shù)控機床精度的大量調研發(fā)現(xiàn),非正常磨損造成機床精度衰退的數(shù)目占機床總數(shù)的比例較大。為了更清晰地找出精度下降的原因，從主軸精度、基礎件幾何精度和各軸的運動精度入手，分別在機床的設計、制造和使用三個階段分析了造成國產數(shù)控機床精度保持性差的原因。針對不同類型機床精度，提出了提高機床精度保持性的方法。

精度保持性；非正常磨損；裝配應力；機電匹配

0　引言

國產數(shù)控機床與國外數(shù)控機床的精度保持性有很大的差距，在國家科技重大專項的支持下,針對某型號臥式加工中心、立式加工中心和磨齒機精度保持性問題,筆者走訪了10余家機床用戶,翻閱了機床廠的部分維修記錄，得到了機床的精度衰退情況。其中,臥式加工中心為：機床使用半年之后出現(xiàn)地腳螺栓調整12例,一年之后出現(xiàn)工作臺消隙調整2例,其他3例。立式加工中心為:3個月后出現(xiàn)Z軸軸承磨損6例，Z軸剛度降低3例,半年之后出現(xiàn)X軸與Y軸聯(lián)動橢圓13例，X、Y、Z軸定位精度降低9例,其他2例。磨齒機為：3個月后出現(xiàn)頂尖與C軸同軸度下降8例,半年之后出現(xiàn)Z軸與C軸平行度問題16例,Z軸精度下降12例，X軸精度下降8例，主軸軸承精度下降或損壞時間在1個月至1年之間不定共14例,其他5例。

磨損是造成機床精度下降的原因。正常磨損情況下,機床精度保持時間與零部件(導軌、軸承等)壽命是相當?shù)摹８鶕?jù)對國產機床設計、制造過程和使用情況的調研，得到國產機床精度衰退的主要原因是運動部件間非正常磨損的結論。

數(shù)控機床精度保持性衰退原因和提高措施因結構形式的不同而不同。主軸部件因高速旋轉，既不同于直線進給軸的運動形式，又與旋轉進給軸速度差別較大，因此，本文將主軸精度獨立于幾何精度之外，作為一項獨立的精度指標。除主軸精度外，軸線的幾何精度是機床精度的基礎，而機床運動時的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)精度影響著機床的加工精度。為了便于找出精度衰退的原因,把機床精度分成三個部分：主軸精度、幾何精度和運動精度[1]。根據(jù)調研的10余家國產數(shù)控機床用戶的機床精度衰退情況得到：主軸精度衰退14例,占調研機床總數(shù)的11.5%；幾何精度(不包括主軸精度，下同)衰退76例,占調研機床總數(shù)的62.3%;運動精度衰退24例,占調研機床總數(shù)的19.7%;其他精度問題8例,占調研機床總數(shù)的6.6%。

本文針對國產數(shù)控機床精度保持性存在的問題,從主軸精度、幾何精度、運動精度及整機精度監(jiān)控四個方面分析了國產數(shù)控機床在設計、制造和使用階段造成精度保持性差的原因及解決方法，回顧了目前國產機床精度保持性的研究現(xiàn)狀,并給出了提高國產數(shù)控機床精度保持性的建議。

1　主軸精度保持性分析及研究現(xiàn)狀

主軸在設計階段的主要任務是完成結構方案、分配零部件公差及確定零件間的配合；在制造階段的主要任務是合理地施加預緊力,保證主軸剛度,限制主軸溫升。國產主軸在精度設計時往往根據(jù)設計手冊選擇經濟精度及其配合，在制造時根據(jù)經驗選擇預緊力，缺少科學計算的指導。使用時，主軸的溫升會造成軸承間隙、預緊力的變化，如果在設計、制造時考慮不充分，就會造成軸承的非正常磨損。密封、潤滑不良也將直接導致軸承非正常磨損,如圖1所示。

圖1　主軸精度保持性影響因素

因此,造成主軸軸承非正常磨損的因素主要為:設計階段的軸承間隙(配合)過大或過小、密封及潤滑結構不合理，以及制造階段預緊力過大或過小。

1.1軸承間隙的合理設計

設計階段,通常為了保證主軸徑向跳動精度,選擇較小的軸承和主軸箱間隙。在結構和冷卻、潤滑參數(shù)確定的情況下,間隙越大,主軸徑向跳動越大；反之，間隙越小，主軸徑向跳動越小,但主軸發(fā)熱變形越大，容易加劇磨損或者造成軸承卡死。為了提高主軸的精度保持性,合理地選擇軸承與主軸箱間隙，減小軸承的非正常磨損顯得尤其重要。

Burton等[2]研究了主軸在使用時溫度造成角接觸軸承尺寸的變化情況,并給出了計算方程,但是計算精度不夠高。Jedrzejewski等[3]為了從熱變形、剛度等方面來評價間隙設計結果，利用有限元法和有限差分法建立了高速加工中心主軸箱混合模型，分析了因旋轉速度變化形成的離心力造成的間隙變化。Holkup等[4]同時考慮了軸承滾珠、滾道的接觸變形線性疊加軸承外圈與軸承座的熱變形來計算軸承間隙。Kim等[5]建立了軸承間隙隨外部載荷、轉速和操作時間變化的變形曲線，為間隙設計提供了依據(jù)。但是其提供的是單個軸承在各種工況下的變形量，一般情況下，主軸軸承是成組使用的。

因此，為了提高主軸的精度保持性，減小軸承非正常磨損，在設計軸承間隙時，需要同時考慮轉速變化引起的離心力造成的軸承變形、預緊力造成的軸承發(fā)熱變形、主軸的冷卻效果以及軸承的配置方式等的影響。

1.2預緊力的合理選擇

主軸的功能是給刀具提供足夠的動力和剛度來保證正常切削工件。在制造階段,為了保證主軸有足夠的剛度，往往對軸承施加預緊力。預緊力越大，主軸剛度越大,主軸發(fā)熱變形也越大,軸承越容易磨損,主軸精度保持性越差。合理保證服役狀態(tài)下主軸預緊力,能夠減小主軸軸承發(fā)熱造成的非正常磨損，提高主軸精度保持性。

Kim等[6]通過預緊力測試裝置和跳動測試裝置測試了不同切削條件下預緊力對跳動精度的影響，優(yōu)化了主軸預緊力。Jiang等[7]為了獲得高轉速低溫升、低轉速高剛度主軸的預緊力,建立了離心力和陀螺效應影響的軸承非線性模型，利用傳遞矩陣法(transfer matrix method,TMM)分析了調壓預緊時的溫升和剛度,得到結論:高速時,根據(jù)主軸溫度變化選擇預緊力，低速時，根據(jù)主軸軸承的疲勞壽命選擇預緊力。Chen等[8]在分析預緊力對溫升的影響時,得到結論:低速時(轉速n<10 000 r/min),溫升與預緊力的關系不大；高速時(轉速n>10 000 r/min),由于離心力造成滾珠和內圈的接觸不良,所以摩擦力增大,溫升增大。蔣興奇等[9]為了防止高速軸承出現(xiàn)內溝道或鋼球表面的擦傷,同時又使軸承的運轉摩擦力矩最小,給出了主軸角接觸軸承最小預緊載荷的計算方法。給出的軸承預緊力影響因素是在主軸徑向載荷很小(10 N)的條件下計算得到的,不能適用于機床的切削狀態(tài)。

因此,考慮使用狀態(tài)下的轉速、切削載荷、溫升對預緊力的影響,才能保證裝配時的預緊力在使用狀態(tài)下是合理的,減小預緊力設置不當造成的精度衰退，提高主軸精度的保持性。

1. 3潤滑和密封不當

主軸軸承的密封和潤滑不當也是造成國產數(shù)控機床主軸、特別是磨削類主軸軸承非正常磨損的重要原因。申陽等[10]統(tǒng)計了國產主軸軸承損壞的形式,指出潤滑不良是主軸異常磨損的一個重要因素。磨削類機床由于砂輪在工作時磨粒的脫落造成冷卻液中雜質過多,如果軸承密封不良更容易造成主軸軸承的磨損。余常武[11]針對某型號磨床主軸軸承密封不嚴造成主軸磨損的情況(最嚴重的情況是試切時軸承磨損損壞)，改進了主軸密封結構，使其精度保持時間延長至17個月以上。

由國產主軸精度保持性的分析和回顧可知,提高國產數(shù)控機床主軸精度保持性的措施應在主軸的設計和制造階段實施。應考慮主軸使用工況，合理設計主軸間隙、選擇預緊力，進而提高機床主軸精度保持性。

2　幾何精度保持性分析及研究現(xiàn)狀

根據(jù)GB18400.1-2010中幾何精度的檢測項目,除去與主軸精度相關的項目,幾何精度主要是與運動軸線相關的精度。運動軸線幾何精度保持性取決于基礎件精度保持性?；A件在設計階段的主要任務是完成結構方案,校核剛度和強度,確定導軌安裝基準面等的公差；在制造階段的主要任務是合理地消除基礎件內應力以及保證裝配后的幾何精度。國產數(shù)控機床在設計時根據(jù)設計手冊選擇零件的經濟精度，當裝配精度達不到要求時，利用試湊或者采用不恰當?shù)臄Q緊等措施使基礎件局部變形過大來保證幾何精度，造成較大的裝配應力。內應力消除往往根據(jù)經驗，缺乏規(guī)范的工藝措施。如果設計時不能充分考慮裝配時和使用時力、熱等造成的基礎件精度變化，就會導致精度設計不合理，進而可能造成裝配時產生較大的裝配應力，使用時裝配應力釋放導致導軌滑塊安裝基準變化，加劇導軌滑塊磨損。如果制造階段內應力釋放不完全，服役時，內應力釋放也將導致導軌滑塊的安裝基準發(fā)生變化，造成導軌滑塊的非正常磨損，精度保持性下降,如圖2所示。

因此,造成導軌滑塊非正常磨損的主要因素為:內應力釋放變形和裝配應力蠕變變形等。

圖2　幾何精度保持性影響因素

2.1內應力消除工藝

機床基礎件大部分為鑄件,少量為焊接件，在鑄造或焊接過程中會產生一定的內應力。為了使內應力得到充分釋放，往往采用自然失效的方式處理基礎件。自然失效周期較長，不能滿足生產時,采用熱時效的方式。熱時效耗能大，基礎件大小受限于時效爐的尺寸。目前較為流行的是振動時效。Li等[12-13]利用有限元仿真得到床身的各階振型，作為振動時效工藝參數(shù)選擇的依據(jù),但是沒有定量給出鑄造殘余應力振動時效后應力變化的大小。低頻振動時效時零件變形量大,甚至出現(xiàn)破壞,He等[14]為了防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象，提出了超過1 kHz的高頻振動工藝方案,在兩塊焊接的鋼板上進行了試驗驗證,得到高頻振動更能均化焊接件的殘余應力的結論。焊接件一般質量較小,但是對于大型鑄件，高頻振動受激振能量限制,不太合適。胡敏等[15]針對某型號臥式加工中心床身結構,利用模態(tài)分析選擇了振動時效的激振頻率、支撐點、激振點和拾振點,根據(jù)工件質量選擇了激振時間,根據(jù)最大動應力和激振力的關系選擇了激振力大小,并且與原有振動工藝消除應力的效果進行了對比。目前,對振動時效的定量研究較少,大部分工廠是按照經驗對大型基礎件進行振動時效處理。

因此,為了減小內應力釋放變形造成的軸線基準變形以及基準變形造成的導軌滑塊非正常磨損,需要規(guī)范基礎件制造時的內應力工藝，定量控制內應力的大小。

2.2減小裝配應力的措施

設計時如果沒有考慮移動部件重力在全行程內造成的基礎件精度變化,造成裝配后的軸線幾何精度達不到設計要求,現(xiàn)場采用不恰當?shù)臄Q緊等措施使基礎件局部變形過大來保證導軌的直線度、平行度等精度,就會產生較大的裝配應力。機床使用時,地腳螺栓中受力較大的螺栓蠕變較快,導軌安裝基準變化；同時，導軌的基準變化將加劇導軌滑塊的磨損，軸線幾何精度喪失。

在設計階段,張文凱[16]根據(jù)臥式加工中心移動部件在行程內質心位置變化造成的導軌安裝基準面變形,利用ANSYS的APDL語言優(yōu)化了地腳螺栓布局,使導軌安裝面直線度由11.6 μm減小到了8.6 μm。減小了為保證機床精度造成的部分地腳螺栓應力,使地腳螺栓的布局設計更加合理。張景和等[17]在大型非球面超精密機床上設計了卸荷浮板結構,減小了導軌負荷(導軌及其上移動部件的質量)。當卸荷量達到12 kN時,主導軌直線度為0.375 μm/600 mm。張伯鵬等[18]針對大型數(shù)控龍門銑床橫梁重力變形問題,在輔助梁上設置了3個出力可控的液壓千斤頂，利用遺傳算法實現(xiàn)了自演機制，減小了重力變形造成的誤差。上述兩種方法利用改變橫梁結構，增大橫梁剛度,減小了重力變形對導軌直線度的影響，間接地提高了機床的精度保持性。但是受機床結構影響，有些機床不能通過改變結構來增大橫梁剛度,只能通過制造階段的工藝措施來合理地保證精度。

在制造階段,胡萬良等[19]利用壓電式傳感器發(fā)明了智能墊鐵(ZL200910024358.7),該智能墊鐵能夠監(jiān)測機床墊鐵的受力大小,用于機床在裝配時保證地腳螺栓受力均勻,減小機床使用時地腳螺栓蠕變量的不一致。智能墊鐵只是監(jiān)測了地腳螺栓的受力狀況,可以再改進使其能夠自動調整來保證地腳螺栓受力均勻。郭鐵能等[20-21]針對數(shù)控重型龍門銑床超跨距橫梁由于跨度大、滑板滑枕質量大造成的橫梁向下彎曲(最大撓度可達1 mm),采用對導軌面預起拱的方法來補償橫梁變形對加工精度的影響。利用合理的裝配工藝保證機床的精度,間接地提高了機床的精度保持性。

單個運動軸的裝配應力會造成導軌滑塊的非正常磨損,運動軸間的裝配應力是由于固定結合面精度的設計和裝配的不合理產生的，固定結合面的螺栓蠕變會造成運動軸間的垂直度、平行度等精度的衰退。螺栓蠕變常見于高溫下法蘭盤連接用螺栓的蠕變,而Oehlert等[22]、Neeraj等[23]認為,常溫下金屬在一定載荷下也會發(fā)生蠕變,單琳豪[24]研究了船用螺旋槳在服役時的蠕變。目前還缺少機床結合面螺栓蠕變造成的幾何精度衰退規(guī)律。

根據(jù)幾何精度保持性的分析和回顧，提高國產數(shù)控機床幾何精度保持性的措施應在機床的設計和制造階段實施。考慮裝配應力、內應力等的影響，合理設計基礎件精度，規(guī)范裝配工藝，避免為了保證精度而犧牲精度保持性。

3　運動精度保持性分析及研究現(xiàn)狀

圖3　加工振紋

數(shù)控機床的運動精度不同于準靜態(tài)下的幾何精度，是機床在保證幾何精度的前提下，進給時運動軸在位移、速度、加速度三個方面的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)精度[1]。運動精度取決于進給系統(tǒng)的機電參數(shù)是否匹配。數(shù)控機床較普通機床最大的優(yōu)勢在于多軸聯(lián)動,單軸的運動不穩(wěn)定決定了多軸聯(lián)動誤差，聯(lián)動加工時將在工件表面產生振紋等，影響工件的加工質量,如圖3所示。機床使用一段時間后，機械參數(shù)中的接觸剛度和阻尼等隨運動副的磨損而變化；電機線圈繞組中漆包絕緣層出現(xiàn)老化導致線圈間的絕緣電阻值變化，輸出電磁力矩中出現(xiàn)諧波成分。機電參數(shù)不再是初始的最優(yōu)匹配，就會造成運動精度的下降，精度保持性變差。

運動精度下降之后可以通過機電參數(shù)匹配在一定程度上進行恢復。表1所示為某臺機床在使用一段時間后的運動精度對比。

表1　某型號機床運動精度衰退及恢復對比表

機電參數(shù)匹配之前,需要辨識機械參數(shù)和電機參數(shù),然后通過一定的控制算法進行匹配。Ren等[25]提出了子結構參數(shù)耦合辨識方法,Celic等[26]基于子結構參數(shù)耦合辨識方法提出了改進的關節(jié)參數(shù)辨識方法,對固定結合部剛度進行了辨識。但是數(shù)控機床非正常磨損造成的是動結合部的動力學參數(shù)變化。胡峰等[27-28]在絲杠徑向施加簡諧振動，利用初參數(shù)解析法辨識了絲杠支撐處、螺母處和導軌滑塊處的剛度。邰曉輝[29]利用Inamura和Sata方法識別了系統(tǒng)中的軸承、螺母的軸向剛度和阻尼。但是其辨識的只是軸承和螺母的剛度，不是整個進給系統(tǒng)的剛度。陳光勝等[30]利用編碼器和光柵尺的信號作為輸入信號，對進給系統(tǒng)機械剛度進行了辨識。上述辨識都是在靜態(tài)下進行的，而運動精度恢復需要的是動態(tài)下辨識的機械參數(shù)。曹錕[31]針對高速進給系統(tǒng)的高階線性模型,將M序列和勻速運動信號相疊加,改進了辨識方法,對某型號機床的直線進給軸剛度進行了辨識,并利用激光干涉儀進行了驗證。

Joksimovic等[32]對感應電機定子繞組匝間短路故障引起的線電流頻譜變化進行了建模和仿真分析,發(fā)現(xiàn)相比于正常電機，匝間短路故障電機線電流頻譜中出現(xiàn)電流基頻的三次諧波，正常電機中存在諧波成分的幅值增大。Tallam等[33]利用坐標變換理論得到了感應電機定子繞組匝間短路故障的瞬態(tài)模型。該模型能夠根據(jù)誤差靈敏度函數(shù)準確預測故障線電流的正序和負序部分量值。Nicolas等[34]基于電流殘差定義的故障因子對永磁同步電動機匝間短路故障進行了建模和分析,考慮使用條件和參數(shù)不確定性使得預測模型能夠對匝間短路電阻小于1 kΩ的故障進行準確預測。

蔣銳權等[35]利用神經元的自學習功能，提出了適用于數(shù)控機床位置伺服控制的神經元控制器,該算法結構簡單，不需要知道受控對象的結構和參數(shù)，而影響精度保持性的恰恰是結構機械參數(shù)的變化,因此這種算法不能滿足要求。Irisa等[36]通過辨識伺服進給系統(tǒng)的數(shù)學模型,將控制參數(shù)整定轉化為非線性約束方程的求解過程，此方法能夠得到較滿意的效果，但整定過程比較復雜。Kuo等[37]利用遺傳算法對五軸數(shù)控機床的運動控制參數(shù)進行了整定,其整定后的參數(shù)在一定程度上改善了機床加工的輪廓精度。陳鵬展[38]提出了先獲得機械表征對象特征的參考模型，再對參考模型進行控制參數(shù)尋優(yōu)的方法，既保證了控制參數(shù)整定的快速性，又能得到滿意的整定結果。李學偉[39]針對多軸聯(lián)動中，軌跡預補償方法中誤差分配為考慮各軸跟隨特性而導致補償效果不理想的問題，提出了零相差軌跡與補償控制方法，利用加工圓弧和拋物線方案進行了驗證。

根據(jù)運動精度保持性的分析和回顧，提高數(shù)控機床運動精度保持性的措施應在機床的制造和使用階段實施。機械參數(shù)的辨識、電機參數(shù)的辨識和合理的機電匹配算法是提高國產數(shù)控機床精度保持性的關鍵。

4　整機精度監(jiān)控系統(tǒng)

調研時發(fā)現(xiàn)，國產數(shù)控機床在使用時,由于使用不當(如切削力過載)和維護保養(yǎng)不足(如潤滑油不夠清潔)等造成機床軸承及靜壓導軌等零部件的過早磨損，機床精度下降的情況也較多。因此，針對國產數(shù)控機床的這一特殊情況，研發(fā)整機監(jiān)控系統(tǒng)，對機床進行工作狀態(tài)監(jiān)控及維護保養(yǎng)也能延續(xù)機床的精度保持性。

機床在使用期間，如果機床切削力過大，將加劇主軸軸承的受力，造成軸承的非正常磨損，機床精度很快下降。因此，監(jiān)控切削力大小，設置切削過載報警有助于延長機床的精度保持性時間。朱曉春[40]提出通過檢測主軸和進給電動機的功率和角速度，計算出切削扭矩，來實現(xiàn)切削過載的在線監(jiān)控。對切削力進行監(jiān)控,不僅有利于減小刀具的磨損，而且還可以減小主軸軸承因過載造成的磨損。

潤滑液不清潔會加劇運動部件間的磨損，造成導軌滑塊或者軸承精度下降。特別是磨削類機床，磨粒脫落在冷卻液中，如果軸承密封不當，極易造成軸承的磨損[11]。通過對潤滑液清潔度監(jiān)控，及時更換不合格的潤滑液，定期保養(yǎng)機床，也有利于提高機床的精度保持性。張根保等[41]建立了基于液壓系統(tǒng)清潔度熵的關鍵故障源提取模型，提取出了關鍵故障源，對其清潔度進行了控制,這樣有利于減小液壓元件(如靜壓導軌等)的非正常磨損，提高機床的精度保持性。李平等[42]建立了絲桿磨損量與驅動電機做功的數(shù)學模型，利用監(jiān)控驅動電機做功的總量來決定絲桿是否需要維護。絲杠的磨損影響半閉環(huán)控制機床的定位精度和重復定位精度。陳宇[43]分析了機床關鍵功能部件故障數(shù)據(jù)，在有用性最大的基礎上提出了最佳預防維修間隔時間模型，并求得該機床關鍵功能部件最佳預防維護間隔時間。

對于不同類型的機床，需要監(jiān)控的參數(shù)類型和參數(shù)的閾值范圍是不同的，這需要根據(jù)機床的特點進一步研究才能確定。

根據(jù)整機精度監(jiān)控的分析和回顧，在機床的使用階段，對機床工作狀態(tài)及工作環(huán)境進行監(jiān)控，適時地對機床進行維護保養(yǎng)，也能提高機床的精度保持性。對機床整機精度監(jiān)控的項目有：潤滑油的清潔度、液壓系統(tǒng)壓力、電機的功率、主軸振動、環(huán)境溫度、濕度、空氣清潔度。通過這些參數(shù)的監(jiān)控,可實施維修時間在線預報和強制維護保養(yǎng)。

5　提高國產數(shù)控機床精度保持性的建議

通過國產數(shù)控機床精度保持性的分析及相關研究文獻的回顧，根據(jù)調研的國產數(shù)控機床設計、制造過程和使用環(huán)境，針對機床的三類精度，為避免非正常磨損，提高國產數(shù)控機床精度保持性，在設計、制造和使用階段提出以下建議。

(1)幾何精度保持性方面。提高措施應集中在設計和制造階段的精度合理保證。造成導軌滑塊非正常磨損的主要因素有：考慮移動部件質心位置變化造成的基礎件變形、基礎件內應力釋放變形、裝配應力造成的螺栓蠕變等。因此提高保持性的措施，在設計階段有：地腳螺栓的數(shù)量和布局優(yōu)化，導軌面的等剛度設計或反變形設計，考慮重力影響的大型結合面的精度設計；在制造階段有:內應力的合理控制,動靜結合面的小或無應力裝配。

(2)主軸精度保持性方面。提高措施應集中在設計和制造階段的精度合理保證。造成軸承非正常磨損的主要因素有：主軸軸承間隙(配合)的設計，軸承預緊力的合理設置，以及主軸密封、潤滑。因此提高保持性的措施，在設計階段有：考慮工作狀態(tài)造成的各種變形，合理地選擇軸承與主軸及主軸箱的配合、冷卻參數(shù)的選擇、密封結構選擇等。在制造階段有：預緊力大小的選擇及其在服役狀態(tài)下的保證措施。

(3)運動精度保持性方面。提高措施應集中在制造和使用階段的精度恢復上。造成運動精度衰退的主要因素有：運動部件非正常磨損造成的機械參數(shù)變化、電器參數(shù)老化造成的電器參數(shù)變化及兩者間的機電參數(shù)不匹配。因此提高運動精度保持性，在使用階段為：機電參數(shù)的自適應控制。為了達到自適應控制，需要研究機械參數(shù)、電器參數(shù)的辨識及自適應控制算法。

(4)整機精度監(jiān)控方面。提高措施應集中在使用階段監(jiān)控機床的工作環(huán)境和運行狀態(tài)上。造成精度非正常磨損的主要因素有：潤滑油的清潔度，切削力的過載，環(huán)境溫度的變化等。因此提高運動精度保持性，在使用階段監(jiān)控的參數(shù)有：潤滑油的清潔度、切削力、主軸參數(shù)、環(huán)境溫度、濕度、振動等。同時，對于不同類型的機床和特點，選擇合適的監(jiān)控參數(shù)以及參數(shù)閾值的設定是保證數(shù)控機床精度保持性的重點。

6　結語

通過對國產數(shù)控機床精度衰退的調研,發(fā)現(xiàn)造成國產數(shù)控機床精度保持性差的原因為非正常磨損。通過對國產數(shù)控機床在設計、制造過程及使用情況的調研，對影響精度保持性的因素分析，以及對主軸精度、幾何精度以及運動精度的研究回顧，提出提高國產數(shù)控機床精度保持性的措施為合理設計、規(guī)范裝配及正確使用。主軸精度保持性應在設計和制造階段合理地設計軸承間隙及保證合適的預緊力，幾何精度保持性應在設計和制造階段減小裝配應力的產生、合理地消除鑄件內應力；運動精度保持性應在使用階段，使機床的機械電氣參數(shù)達到最佳匹配；在機床的使用階段，監(jiān)控機床的工作參數(shù)，適時地對機床進行維護保養(yǎng)。

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(編輯王艷麗)

Research Status and Analyses on Accuracy Retentivity of Domestic CNC Machine Tools

Ma Junxu1,2Zhao Wanhua1,2Zhang Genbao3

1.Xi’an Jiaotong University,Xi’an,710049 2.State Key Laboratory for Manufacturing System Engineeing,Xi’an,710054 3.Chongqing University,Chongqing,400030

With a large number of accuracy survey on domestic CNC machine tools,it was found that the number of accuracy recession caused by abnormal wear gave a bigger proportion.In order to find the reasons of accuracy descends more clearly,the reasons that led to the poor accuracy retentivity in the stage of design, manufacture and applications were analyzed from three aspects of spindle accuracy, geometric accuracy and dynamic accuracy. Finally, aiming at the different types of CNC machine tools, the methods to improve accuracy retentivity were proposed.

accuracy retentivity;abnormal wear;assembly stress;matching of electrical parameter and mechanical parameter

2015-05-22

國家科技重大專項(2010ZX04014-015,2012ZX04005011);國家自然科學基金資助重點項目(51235009)

TG659;TH162DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.22.020

馬軍旭,男,1981年生。西安交通大學機械工程學院博士研究生。主要研究方向為數(shù)控機床精度保持性技術。趙萬華，男，1965年生。西安交通大學機械工程學院教授、博士研究生導師,長江學者。張根保，男，1953年生。重慶大學機械工程學院教授、博士研究生導師。