數(shù)控機床是裝備制造業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化的基本裝備，是具有含量的工作母機，能否功能、和的數(shù)控機床，反映了一個 制造業(yè)水平的高低。國產(chǎn)數(shù)控機床與歐、美、口等發(fā)達(dá) 制造的數(shù)控機床相比，功能和精度水平逐漸接近，但在性方面尚有較大的差距，致使國內(nèi)中 機床及其關(guān)鍵功能部件市場、尤其 數(shù)控機床產(chǎn)品市場長期大量被。性水平低已成為制約我國機床行業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此提高國產(chǎn)數(shù)控機床及其關(guān)鍵功能部件的性水勢在必行。
進(jìn)行數(shù)控機床和關(guān)鍵功能部件性設(shè)計是提高數(shù)控機床性水平的主要途徑之一，目前采用的主要是基于故障分析的性綜合設(shè)計，概率設(shè)計是機床性設(shè)計的必然趨勢，而機床載荷譜是性概率設(shè)計的客觀依據(jù)。目前各機床及功能部件制造企業(yè)的載荷信息積累嚴(yán)重不足，無法編制、合理的數(shù)控機床載荷譜。因此為使機床產(chǎn)品具有 的設(shè)計閩值，往往依靠經(jīng)驗來選擇相應(yīng)的 系數(shù)。然而，機床載荷和零件強度不是恒定值，而是隨機變量，利用 系數(shù)法設(shè)計的機床對性而言缺少客觀依據(jù)，所以設(shè)計出的機床缺乏性。上世紀(jì)90年代，吉林工業(yè)大學(xué)針對當(dāng)時的數(shù)控車床產(chǎn)品開展了一些載荷譜技術(shù)的研究，但載荷譜編制過程并沒有考慮機床移動和切削過程中機床自身重力、摩擦力及慣性力的作用、刀具磨鈍對切削力的影響等，導(dǎo)致載荷譜的建立方法不完善；同時，隨著機械、控制、液壓和測量傳感技術(shù)的發(fā)展，機床與上世紀(jì)90年代產(chǎn)品相比結(jié)構(gòu) 加簡化，功能 加完善。當(dāng)今機床多采用伺服電機驅(qū)動絲杠進(jìn)給，傳動鏈 短；采用交流或直流控制單元驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，摒棄了采用多級齒輪副變速的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，且實現(xiàn)了主軸的無級變速；同時，為了實現(xiàn)切削，機床剛度也有了很大的提高。機床結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致載荷的傳遞規(guī)律也發(fā)生了變化；同時近年來隨著切削工藝的改進(jìn)，機床的使用工況與90年代相比也有很大不同，因此原有載荷譜已不能反映當(dāng)今機床產(chǎn)品的實際工作情況。
(1)論述了數(shù)控機床的發(fā)展、數(shù)控機床性技術(shù)、載荷譜技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其研究進(jìn)展。對數(shù)控機床性建模、故障分析、性設(shè)計和試驗技術(shù)進(jìn)行了綜述和分析，歸納了數(shù)控機床性技術(shù)研究的狀況和主要動態(tài)，分析了現(xiàn)階段我國數(shù)控機床性技術(shù)研究存在的問題。通過分析和研究我國數(shù)控機床性技術(shù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)凝練了數(shù)控機床性研究的主要技術(shù)路線。論述了機械產(chǎn)品載荷譜技術(shù)的研究現(xiàn)狀和載荷譜的編制流程，指出了數(shù)控機床載荷譜編制方法的不足，為此提出了考慮機床移動過程重力、摩擦力及慣性力等載荷，切削過程重力、摩擦力等載荷和刀具磨鈍對切削力影響的載荷譜編制方法。
(2)開展了數(shù)控機床現(xiàn)場性試驗，并收集了大量的故障信息。采取功能獨立、功能共享和行業(yè)共識的原則，劃分了數(shù)控機床子系統(tǒng)?；诖?，利用主次分析方法對現(xiàn)場性試驗獲得的故障信息進(jìn)行了分析，了數(shù)控機床故障的頻發(fā)部位。針對在故障危害度分析時沒有考慮故障模式頻率比、故障影響概率、故障率和難以定量表示故障影響概率的 值的權(quán)重導(dǎo)致分析結(jié)果與實際不符的問題，本文提出采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法為故障模式頻率比、故障影響概率、故障率的權(quán)重客觀賦予值、用三角隸屬度函數(shù)表示對故障影響概率的評判值的求取危害度的方法。利用該方法對故障模式進(jìn)行了分析，了影響數(shù)控機床性的關(guān)鍵部位。 后，對關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行了故障機理分析：元器件、零部件和軸承損壞主要是載荷交變或沖擊作用使其產(chǎn)生疲勞損傷或斷裂；松動主要是載荷沖擊和振動作用使其發(fā)生聯(lián)接松動或引線松動；滲漏主要是摩擦和熱應(yīng)力使密封圈產(chǎn)生裂紋和磨損。通過故障機理分析可知，大部分故障是由于載荷作用造成的，因此提出對機床載荷傳遞規(guī)律及載荷譜技術(shù)進(jìn)行研究。
(3)分析了數(shù)控車床和加工中心的組成和結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，開展了機床切削載荷傳遞規(guī)律的研究。研究了數(shù)控車床在移動、車削、鉆孔過程中載荷(切削力和切削扭矩)的傳遞規(guī)律，了車床主軸軸承、絲杠、導(dǎo)軌的受力模型和主軸電機、絲杠電機的扭矩模型；研究了加工中心在移動、立銑削、面銑削、鉆孔過程中載荷(切削力和扭矩)的傳遞規(guī)律，了加工中心主軸軸承、絲杠、導(dǎo)軌的受力模型和主軸電機、絲杠電機的扭矩模型。
(4)分析了數(shù)控機床切削載荷信息的獲取方法，制定了載荷信息的收集流程，基于該流程，進(jìn)行了數(shù)控機床現(xiàn)場載荷試驗，并收集了大量的載荷信息。對機床切削力的演化規(guī)律進(jìn)行了論述和分析，機床切削力除了受切削工藝參數(shù)影響外，還受刀具磨鈍因素的影響?；诖?，利用正交試驗方法設(shè)計了切削力與刀具磨鈍映射關(guān)系的試驗方案。在數(shù)控車床和加工中心上搭建了切削力試驗系統(tǒng)，并開展了試驗研究。利用多元線性回歸方法求出了考慮刀具磨鈍影響的切削力經(jīng)驗公式，建立了刀具磨損量和切削力之間的映射關(guān)系。
(5)論述了機械產(chǎn)品載荷譜的編制方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)控機床的工作特點，對機床產(chǎn)品載荷譜的編制方法進(jìn)行了研究，數(shù)控機床載荷譜編制的關(guān)鍵是切削載荷數(shù)據(jù)的獲取、載荷循環(huán)的計數(shù)以及載荷分布模型的。以機床切削長度與進(jìn)給量的比值作為載荷循環(huán)次數(shù)，機床切削力(或扭矩)與機床設(shè)計的 大切削力(或扭矩)的比值為相對切削載荷，相對切削載荷對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)與總循環(huán)次數(shù)比值為相對循環(huán)次數(shù)。以數(shù)控車床為對象，對數(shù)控機床載荷譜的編制進(jìn)行了案例說明。分別利用威布爾、對數(shù)正態(tài)、伽瑪和貝塔分布分別對數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。針對載荷數(shù)據(jù)服從多個分布的情況，提出以多種誤差信息融合為評價因素，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法出了載荷的分布模型。
