數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的要求

　　在數(shù)控機床發(fā)展的最初階段，其機械結(jié)構(gòu)與通用機床相比沒有多大的變化，只是在自動變速、刀架和工作臺自動轉(zhuǎn)位和手柄操作等方面作些改變。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點，才對機床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。數(shù)控機床的主體機構(gòu)有以下特點：1由于采用了高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，數(shù)控機床的極限傳動結(jié)構(gòu)大為簡化，傳動鏈也大大縮短;2為適應(yīng)連續(xù)的自動化加工和提高加工生產(chǎn)率，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的靜、動態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形小;3為減小摩擦、消除傳動間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了高效傳動部件，如滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌、消隙齒輪傳動副等;4為了改善勞動條件、減少輔助時間、改善操作性、提高勞動生產(chǎn)率，采用了刀具自動夾緊裝置、刀庫與自動換刀裝置及自動排屑裝置等輔助裝置。根據(jù)數(shù)控機床的適用場合和機構(gòu)特點，對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)因提出以下要求：

　　一、較高的機床靜、動剛度

　　數(shù)控機床是按照數(shù)控編程或手動輸入數(shù)據(jù)方式提供的指令自動進行加工的。由于機械結(jié)構(gòu)如機床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過程中不能為地調(diào)整與補償，因此，必須把各處機械結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。

　　為了提高數(shù)控機床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承

　　，以減小主軸的徑向和軸向變形。為了提高機床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用液力平衡減少移動部件因位置變動造成的機床變形。為了提高機床各部件的接觸剛度，增加機床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。

　　為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的高效加工能力，并能進行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高動態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗表明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來在數(shù)控機床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。

　　二、減少機床的熱變形

　　在內(nèi)外熱源的影響下，機床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關(guān)系遭到破環(huán)，也是機床季度下降。對于數(shù)控機床來說，因為全部加工過程是計算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴重。為了減少熱變形，在數(shù)控機床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。

　　1、減少發(fā)熱

　　機床內(nèi)部發(fā)熱時產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)當盡可能地將熱源從主機中分離出去。

　　2、控制溫升

　　在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機床的發(fā)熱部位強制冷卻，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各點的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。

　　3、改善機床機構(gòu)

　　在同樣發(fā)熱條件下，機床機構(gòu)對熱變形也有很大影響。如數(shù)控機床過去采用的單立柱機構(gòu)有可能被雙柱機構(gòu)所代替。由于左右對稱，雙立柱機構(gòu)受熱后的主軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動可以方便地用一個坐標的修正量進行補償。

　　軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對加工直徑的影響降低到最小限度。在結(jié)構(gòu)上還應(yīng)盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時應(yīng)使主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現(xiàn)傾斜。

　　數(shù)控機床中的滾珠絲杠常在預(yù)計載荷大、轉(zhuǎn)速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產(chǎn)造成的后果是嚴重的，尤其是在開環(huán)系統(tǒng)中，它會使進給系統(tǒng)喪失定位精度。目前某些機床用預(yù)拉的方法減少絲杠的熱變形。對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據(jù)測量結(jié)果由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補償脈沖加以修正。

　　三、減少運動間的摩擦和消除傳動間隙

　　數(shù)控機床工作臺或拖板的位移量十一脈中當量為最小單位的，通常又要求能以基地的速度運動。為了使工作臺能對數(shù)控裝置的指令作出準確響應(yīng)，就必須采取相應(yīng)的措施。目前常用的滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌在摩擦阻尼特性方面存在著明顯的差別。在進給系統(tǒng)中用滾珠絲杠代替滑動絲杠也可以收到同樣的效果。目前，數(shù)控機床幾乎無一例外地采用滾珠絲杠傳動。

　　數(shù)控機床尤其是開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機床的加工精度在很大程度上取決于進給傳動鏈的精度。除了減少傳動齒輪和滾珠絲杠的加工誤差之外，另一個重要措施是采用無間隙傳動副。對于滾珠絲杠螺距的累積誤差，通常采用脈沖補償裝置進行螺距補償。

　　四、提高機床的壽命和精度保持性

　　為了提高機床的壽命和精度保持性，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮數(shù)控機場零部件的耐磨性，尤其是機床導(dǎo)軌、進給伺港機主軸部件等影響進度的主要零件的耐磨性。在使用過程中，應(yīng)保證數(shù)控機床各部件潤滑良好。

　　五、減少輔助時間和改善操作性能

　　數(shù)控機床的單件加工中，輔助時間非切屑時間占有較大的比重。要進一步提高機床的生產(chǎn)率，就必須采取促使最大限度地壓縮輔助時間。目前已經(jīng)有很多數(shù)控機床采用了多主軸、多刀架、以及帶刀庫的自動換刀裝置等，以減少換刀時間。對于切屑用量加大的數(shù)控機床，床身機構(gòu)必須有利于排屑。

來源：中國機械設(shè)備生產(chǎn)門戶

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