數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1.1　數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)概述

　　數(shù)控機(jī)床發(fā)展至今，由于進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)、主軸驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的不斷改進(jìn)提高，加之為適應(yīng)高生產(chǎn)率的需要，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)已從初期對普通機(jī)床局部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，逐步發(fā)展成為具有數(shù)控機(jī)床自身特色的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

　　它帶有自動(dòng)換刀裝置（ATC）、刀庫和一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，主軸上可安裝水平方向的各種刀具，并且可以一次裝夾對被加工工件進(jìn)行五個(gè)工作面加工。

　　歸納起來，通常數(shù)控機(jī)床組成如下。

　　數(shù)控機(jī)床組成主機(jī)：床身、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、機(jī)床底座等。

　　數(shù)控裝置：CPU、PLC、ROM、RAM、接口、總線等。

　　驅(qū)動(dòng)裝置：滾珠絲杠螺母副、伺服電動(dòng)機(jī)（包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、交流或直流伺服電動(dòng)機(jī)）等。

　　輔助裝置：排屑裝置、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動(dòng)對刀裝置等。

　　與具有同樣加工功能的普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)還有如下主要特點(diǎn)：

　　1.高剛度和高抗振性

　　機(jī)床剛度反映了機(jī)床抵抗變形的能力。根據(jù)機(jī)床所受載荷的不同，機(jī)床在靜態(tài)力作用下所表現(xiàn)出來的剛度稱為機(jī)床的靜剛度；機(jī)床在動(dòng)態(tài)力作用下所表現(xiàn)出來的剛度稱為機(jī)床的動(dòng)剛度。

　　提高數(shù)控機(jī)床剛度有以下措施：

　�。�1）提高數(shù)控機(jī)床的靜剛度和固有頻率

　　通過改善薄弱環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)或布局，減少彎曲負(fù)載和轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

　�。�2）改善數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的阻尼特性

　　在大件內(nèi)腔填充阻尼材料以吸收和耗散振動(dòng)能量。

　�。�3）用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)在可代替鑄鐵作機(jī)床基礎(chǔ)大件的新材料有丙烯酸樹脂混凝土等剛度高、抗振性好、耐腐蝕、耐熱的材料。還可以采用型鋼焊接成大型基礎(chǔ)件，既省時(shí)、省材料，又可以減少廢品率。

　　2.減少機(jī)床熱變形的影響

　　機(jī)床熱變形是影響機(jī)床加工精度的重要因素之一。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和加工進(jìn)給速度遠(yuǎn)高于普通機(jī)床，而大切削量產(chǎn)生的熱量對工件和機(jī)床部件的熱傳導(dǎo)影響遠(yuǎn)比普通機(jī)床嚴(yán)重。熱變形對于加工精度的影響使操作員往往難以修正。

　　減少數(shù)控機(jī)床熱變形的措施有：

　�。�1）改進(jìn)機(jī)床布局和結(jié)構(gòu)

　 　采用熱對稱結(jié)構(gòu)減少熱應(yīng)力。例如，臥式加工中心使用框式雙立柱結(jié)構(gòu)，主軸箱嵌入立柱內(nèi)，使熱變形時(shí)主軸中心只產(chǎn)生垂直方向的變化，而垂直方向的微小變形 較容易進(jìn)行修正補(bǔ)償。另外，靠近熱源處的筋板厚度不要厚薄懸殊，減少各部分溫度變化率。傾斜導(dǎo)軌也有利于熱切屑盡快進(jìn)入排屑口，減少堆積。

　�。�2）溫度控制

　　對機(jī)床易產(chǎn)生熱量的部位采用散熱、風(fēng)冷和液冷等控制溫升的方法來吸收熱源產(chǎn)生的熱量，這也是各類數(shù)控機(jī)床目前普遍采用的一種減少熱變形影響的對策。

　　（3）熱位移補(bǔ)償

　　采用熱敏傳感器和存有相應(yīng)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)組成的反饋系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)給予補(bǔ)償修正，減少熱變形。

　　3.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化

　　主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分別采用交流或直流軸電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)。這兩類電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，結(jié)合變頻器可實(shí)現(xiàn)主軸無級變速，主軸箱結(jié)構(gòu)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)也比普通機(jī)床大為簡化。

　　4.高傳動(dòng)效率和無間隙傳動(dòng)裝置

　　數(shù)控機(jī)床常在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中采用滾珠絲杠螺母副、靜壓蝸桿蝸輪副等裝置。這些裝置可使數(shù)控機(jī)床在高速進(jìn)給狀態(tài)下工作平穩(wěn)，且保持較高的定位精度。這些進(jìn)給傳動(dòng)裝置還有壽命長、剛度高、無間隙、高靈敏度和低摩擦阻力的特點(diǎn)。

　　5.性能可靠的導(dǎo)軌

　 　機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)之一。機(jī)床加工精度和使用壽命在很大程度上決定于導(dǎo)軌的質(zhì)量，數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高要求。數(shù)控機(jī)床要求其導(dǎo)軌在高速進(jìn)給時(shí)不振 動(dòng)，在低速進(jìn)給時(shí)不爬行，具有很高的靈敏度，還能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性好，精度保持性好。目前的數(shù)控機(jī)床上使用的導(dǎo)軌從類型上仍是滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng) 導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌三種，但在材料和結(jié)構(gòu)上已與普通機(jī)床大不相同。

　　2.1.2　主軸部件

　　數(shù)控機(jī)床的主軸部件是一個(gè)關(guān)鍵部件，它包括主軸的支撐、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。主軸部件的結(jié)構(gòu)及工作性能，直接影響到被加工零件的精度、加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具壽命。無論是數(shù)控車床還是數(shù)控銑床等，主軸部件都應(yīng)滿足下列指標(biāo)：