數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品，是機械制造設(shè)備中具有、、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。根據(jù)原機械工業(yè)部機床工具局的規(guī)定，自重在10t-30t范圍內(nèi)的機床屬于大型機床、30t-100t屬于重型機床、大于100t的屬于超重型機床。重型數(shù)控機床主要用于大型和型零件的加工，服務(wù)于、航天航空、船舶、能源(發(fā)電)、交通運輸(鐵路、汽車)、冶金、工程機械等主要工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)以及工程項目。

“十五”以來，我國數(shù)控機床行業(yè)進(jìn)入發(fā)展時期，涌現(xiàn)出諸如大連機床集團(tuán)和沈陽機床集團(tuán)等世界的機床企業(yè)，重型數(shù)控龍門膛銑床，重型落地膛銑床，重型立、臥式車床等重型機床的年產(chǎn)量和市場消費量已居世界前茅，然而我國重型數(shù)控機床依賴，這說明雖然國內(nèi)重型數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展，重型機床市場潛力巨大，但國產(chǎn)重型數(shù)控機床整體水平與機床相比依然有較大差距，對重型數(shù)控機床的研究仍任重而道遠(yuǎn)。

目前，對重型機床的研究主要集中在設(shè)計、制造及裝配方面，對己裝備服役的重型數(shù)控機床的研究則相對較少，但重型機床因其體積龐大、質(zhì)量重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工對象，在車間中往往數(shù)量較少且加工任務(wù)無法替代，成為車間產(chǎn)品加工流程的約束瓶頸，因此重型數(shù)控機床往往保持24h的連續(xù)加工。

同時因為重型數(shù)控機床造價昂貴，其期望服役期往往達(dá)10年甚至10年以上，如果僅依靠設(shè)計、制造、裝配的機床固有加工性能來維持重型數(shù)控機床長時間連續(xù)地加工，顯然不合理，所以對己裝備服役的重型數(shù)控機床進(jìn)行研究很有意義。數(shù)控加工工藝參數(shù)的選擇關(guān)系到加工系統(tǒng)的生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和產(chǎn)品的加工質(zhì)量，且機床在使用一段時間后，會出現(xiàn)由零部件的磨損、老化、腐蝕等原因造成的機床加工精度衰退、加工質(zhì)量差等，原來的加工工藝參數(shù)己經(jīng)不適應(yīng)機床當(dāng)前的固有特性和工作狀態(tài)，需要根據(jù)目前的機床工作狀態(tài)來重新優(yōu)化選擇加工工藝參數(shù)。因此，本文將針對己裝備服役的重型數(shù)控機床的加工工藝參數(shù)選擇問題進(jìn)行研究，通過優(yōu)化重型機床加工過程的工藝參數(shù)組合，達(dá)到提高機床加工性能的目的。

數(shù)控機床的加工工藝參數(shù)優(yōu)化范圍包括無約束優(yōu)化和約束優(yōu)化、單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化、單刃優(yōu)化和多刃優(yōu)化、單刀具優(yōu)化與多刀具優(yōu)化等。在實際生產(chǎn)中，目標(biāo)函數(shù)與約束條件多種多樣，選擇時應(yīng)根據(jù)實際需求確定的目標(biāo)函數(shù)與約束條件。本文研究的重型機床的銑削加工是多約束、多目標(biāo)、多切削刃的優(yōu)化問題。

機床在加工過程中，因為機床本身的動態(tài)特性可能會產(chǎn)生顫振現(xiàn)象，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，所以在建立優(yōu)化模型的約束中需要將顫振因素考慮進(jìn)去，顫振可以根據(jù)動力學(xué)模型對加工過程的模擬來判斷。對于此臺機床而言，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度、切削超過3mm時，機床發(fā)生顫振。

數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)是為裝備制造業(yè)和提供基礎(chǔ)裝備的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是裝備制造業(yè)的核心，其發(fā)展水平關(guān)乎和國民經(jīng)濟的發(fā)展。當(dāng)今世界，數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低已成為衡量一個綜合制造的重要標(biāo)志之一，其作為現(xiàn)代制造業(yè)的主流加工設(shè)備，已成為制造業(yè)和工業(yè)競爭的焦點。歷史和現(xiàn)實表明，發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)是提高機械工業(yè)競爭力的重要。

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床的使用已經(jīng)越來越普遍。我國數(shù)控裝備在性方面與差距顯著。首先，國產(chǎn)數(shù)控機床整機的性水平與數(shù)控機床相比處于劣勢，尤其是加工中心及車銑復(fù)合數(shù)控加工裝備的性指標(biāo)明顯低于歐美日等國生產(chǎn)的數(shù)控機床。其次，與數(shù)控機床配套的功能部件，如數(shù)控刀架、刀庫、直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠，機械手、主軸，還有一些的定位、檢測、警報裝置等的性水平與相比差距。其大多依靠，拖了數(shù)控機床主機發(fā)展的后腿，成為數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

我國已經(jīng)認(rèn)識到這種差距，在“八五，、“九五”及“十五”期間，均將數(shù)控機床性研究作為科技攻關(guān)項目，“十一五”期間把數(shù)控機床及其關(guān)鍵功能部件性研究放在位置，列為科技重大專項重要研究內(nèi)容。本文結(jié)合“數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項“大型鏈?zhǔn)降稁旌透咚俦P式刀庫及自動換刀裝置研究”，對數(shù)控機床及其關(guān)鍵功能部件性研究進(jìn)行歸納分析，結(jié)合現(xiàn)有性分析數(shù)據(jù)，對數(shù)控機床及其關(guān)鍵功能部件性研究現(xiàn)狀及研究方法進(jìn)行論述，探索數(shù)控機床及其關(guān)鍵功能部件的性研究及性試驗的可行方案，以期為數(shù)控機床及其功能部件性水平的提升提供參考。

1、數(shù)控機床性研究

性技術(shù)研究是從1957美國有名的《電子設(shè)備性報告》開始的。這個報告被公認(rèn)為是電子產(chǎn)品性理論和方法的奠基性文件。從此，性學(xué)科逐步發(fā)展為一門單獨的學(xué)科。而機床性的起源要追溯到20世紀(jì)70年代的前蘇聯(lián)，專門從事機床性的研究，主要進(jìn)行機床參數(shù)故障模型、工藝性以及性預(yù)測等方面的研究。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，新一代數(shù)控機床性研究學(xué)者對數(shù)控機床性技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。

20世紀(jì)80年代，以美國為代表的一些工業(yè)發(fā)達(dá)開始了對機床性技術(shù)的研究。他們對數(shù)控機床進(jìn)行現(xiàn)場跟隨試驗，收集了大量的故障數(shù)據(jù)，分析處理所獲得的故障數(shù)據(jù)并進(jìn)行性評價，研究故障數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，找到數(shù)控機床性的薄弱環(huán)節(jié)，從而進(jìn)行性增長設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)控機床的性增長。德國一則是對機床用戶反饋的故障信息進(jìn)行性分析，建立了機床診斷與預(yù)測系統(tǒng)，并在數(shù)控機床的設(shè)計、制造及裝配過程中建立了性體系。而日本則是對數(shù)控機床進(jìn)行故障診斷與分析，研究數(shù)控機床的故障模式與故障原因，對數(shù)控機床性水平的提升有重要的意義。英國將模糊理論運用到數(shù)控機床的性故障數(shù)據(jù)的分析及處理中，解決了性技術(shù)中的一些不確定性問題。意大利將可維修系統(tǒng)的R&；M(性及維修性)分析應(yīng)用于一系列機床上。應(yīng)用壽命數(shù)據(jù)分析，描述可維修部分的故障分布，然后給出了整個機床的R&；M方法。近幾年，數(shù)控機床性技術(shù)取得了深入的進(jìn)展，由傳統(tǒng)的定性分析到定量計算，并且計算機輔助性技術(shù)的產(chǎn)生推動了數(shù)控機床性技術(shù)的發(fā)展。

2、國內(nèi)數(shù)控機床性研究

20世紀(jì)80年代開始，我國開始重視機械性的研究。經(jīng)過了30的探索，我國數(shù)控機床性水平了程度的提升。在“八五“、“九五”及“十五”期間，數(shù)控機床性研究作為科技攻關(guān)項目，取得了豐碩的研究成果“十一五”期間，“數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項正在逐步實施，對數(shù)控裝備(數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床關(guān)鍵功能部件)的性技術(shù)研究及數(shù)控機床產(chǎn)品的性水平的提升和考核給予高度關(guān)注。國內(nèi)各高校針對性設(shè)計、性計算方法、性評估及性分配及性評價模型等方面開展了大量的研究。

對可能存在的各種情況

進(jìn)行分析并提出處理意見，將多維性設(shè)計轉(zhuǎn)化為求解非線性方程組，然后用數(shù)值方法求解；對一般性設(shè)計方法進(jìn)行分析，指出其存在的不足；提出了剩余度的概念，建立了剩余度之和為化目標(biāo)函數(shù)，性條件和邊界條件為約束的機械性優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，編制了相應(yīng)的計算機程序；對過盈聯(lián)接的性優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究，并用實例驗證了研究結(jié)果的正確性。