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數控機床的知識
數控機床是數字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種裝有程序控制系統的自動(dòng)化機床。下面小編來(lái)介紹下數控機床相關(guān)的知識，希望大家覺(jué)得受用。
一、結構要求與總體布局
在數控機床發(fā)展的最初階段，其機械結構與通用機床相比沒(méi)有多大的變化，只是在自動(dòng)變速、刀架和工作臺自動(dòng)轉位和手柄操作等方面作些改變。隨著(zhù)數控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點(diǎn)，才對機床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。數控機床的主體機構有以下特點(diǎn)：
1、由于采用了高性能的無(wú)級變速主軸及伺服傳動(dòng)系統，數控機床的極限傳動(dòng)結構大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈也大大縮短;
2、為適應連續的自動(dòng)化加工和提高加工生產(chǎn)率，數控機床機械結構具有較高的靜、動(dòng)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(dòng)間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副和滾動(dòng)導軌、消隙齒輪傳動(dòng)副等;
4、為了改善勞動(dòng)條件、減少輔助時(shí)間、改善操作性、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，采用了刀具自動(dòng)夾緊裝置、刀庫與自動(dòng)換刀裝置及自動(dòng)排屑裝置等輔助裝置。根據數控機床的適用場(chǎng)合和機構特點(diǎn)，對數控機床結構因提出以下要求：
(一)較高的機床靜、動(dòng)剛度
數控機床是按照數控編程或手動(dòng)輸入數據方式提供的指令自動(dòng)進(jìn)行加工的。由于機械結構(如機床床身、導軌、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(guò)程中不能人為地調整與補償，因此，必須把各處機械結構部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。
為了提高數控機床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結構，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(dòng)部件因位置變動(dòng)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(diǎn)，并在結合面之間施加足夠大的預加載荷，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)揮數控機床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高動(dòng)態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統的剛度、增加阻尼以及調整構件的自振頻率等。試驗表明，提高阻尼系數是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結構既可以增加靜剛度、減輕結構重量，又可以增加構件本身的阻尼。因此，近年來(lái)在數控機床上采用了鋼板焊接結構的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動(dòng)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(dòng)關(guān)系遭到破環(huán)，也是機床季度下降。對于數控機床來(lái)說(shuō)，因為全部加工過(guò)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，在數控機床結構中通常采用以下措施。
1、減少發(fā)熱
機床內部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應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外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過(guò)良好的散熱和冷卻來(lái)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(guò)加熱的方法，使機床各點(diǎn)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
在同樣發(fā)熱條件下，機床機構對熱變形也有很大影響。如數控機床過(guò)去采用的單立柱機構有可能被雙柱機構所代替。由于左右對稱(chēng)，雙立
二、主運動(dòng)機械部件
數控機床的主傳動(dòng)運動(dòng)是指生產(chǎn)切屑的傳動(dòng)運動(dòng)，例如，數控車(chē)床上主軸帶動(dòng)工件的旋轉運動(dòng)，立式加工中心上主軸帶動(dòng)銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉運動(dòng)。數控機床的主傳動(dòng)運動(dòng)是通過(guò)主傳動(dòng)電機拖動(dòng)的。
(一)主傳動(dòng)運動(dòng)的變速系統
目前，數控機床的主傳動(dòng)電機已經(jīng)基本不再使用普通交流異步電機和傳統的直流調速電機，他們與逐步被新興的交流變頻調速伺服電機和直流伺服調速電機代替。
數控機床的主運動(dòng)要求有較大的調速范圍，以保證加工時(shí)能選用合理的切屑用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。
為了適應各種工件和各種工件材料的要求，自動(dòng)換刀的數控機床和加工中心主運動(dòng)的調速范圍應進(jìn)一步擴大。數控機床的變速時(shí)按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機構必須適應自動(dòng)操作的要求。
由于直流和交流變速主軸電機的調速系統日趨完善，不僅能方便地實(shí)現寬范圍的無(wú)級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節和提高了變速控制的可靠性，因此在數控機床的主傳動(dòng)系統中更能顯示出它的優(yōu)越性。
為了確保低速時(shí)的扭矩，有的數控機床在交流和直流電機無(wú)級變速的基礎上配以齒輪變速。由于主運動(dòng)采用了無(wú)級變速，在大型數控車(chē)床上測斜端面時(shí)就可實(shí)現恒速切屑控制，以便進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數控機床
主傳動(dòng)主要有三種配置方式。
1、帶有變速齒輪的主傳動(dòng)
這是大、種型數控機床采用較多的一種方式。通過(guò)少數幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿(mǎn)足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數控機床業(yè)采用此種傳動(dòng)方式，以獲得強力切屑時(shí)所需要的扭矩�；讫X輪的移位大都采用液壓撥*或直接由液壓油缸帶動(dòng)齒輪實(shí)現。
2、通過(guò)皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)
這主要應用在小型數控機床上，可以避免齒輪傳動(dòng)是引起的振動(dòng)與噪聲。但它只能使用與要求的扭矩特性的主軸。
3、由調速電機直接驅動(dòng)的主傳動(dòng)
這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。
(二)數控擊穿主軸部件
數控機床主軸部件的精度、剛度和熱變形對加工質(zhì)量有直接影響。由于加工過(guò)程中不對數控機床進(jìn)行人工調整，因此這些影響就更為嚴重。目前數控機床的主軸廠(chǎng)主要有三種型式。
1、前后支撐采用不同軸承
前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對向心推力球軸承。此配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿(mǎn)足強力切屑的要求，因此普遍應用于各類(lèi)數控機床。
2、前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承
向心推力球軸承高速時(shí)性能良好，主軸最高轉速可達4000r/min。但是，它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和緊密的數控車(chē)床。
3、雙列和單列圓錐滾子軸承
這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強的動(dòng)載荷，安裝與調整性能也好。但是，這種軸承限制了主軸的最高轉速和精度，因此使用中等精度、低速與重載的數控機床。
在主軸的機構上，要處理好卡盤(pán)和刀架的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙調整、 主軸部件的潤滑和密封以及工藝上的其他一系列問(wèn)題。
為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對機床工作精度的影響，通常利用潤滑油的循環(huán)系統把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度。
在某些數控鏜、銑床上采用專(zhuān)用的制冷裝置，比較理想的實(shí)現了溫度控制。近年來(lái)，某些數控機床的主軸軸承采用高級油脂，用封入方式進(jìn)行潤滑，每加一次油脂可以使用7年至10年。為了使潤滑油和油脂不致混合，通常采用迷宮密封方式。
對于數控車(chē)床主軸，因為在它的兩端安裝著(zhù)結構笨重的動(dòng)力卡盤(pán)和夾緊油缸，所以主軸剛度必須進(jìn)一步提高，并應設計合理的連接端，以改善動(dòng)力卡盤(pán)與主軸端度的連接剛度。
對于數控鏜床或銑床的主軸，考慮到實(shí)現刀具的快速或自動(dòng)裝卸，主軸上還配有刀具自動(dòng)裝卸、主軸準停和主軸孔內切屑的清除裝置。
三、進(jìn)給傳動(dòng)機械部件
通常，一個(gè)典型的數控機床閉環(huán)控制進(jìn)給系統，由位置比較，放大元件、驅動(dòng)單元、機械傳動(dòng)裝置和檢測反饋元件等幾部分組成。其中，機械傳動(dòng)裝置是位置控制中的一個(gè)重要環(huán)節。這里所說(shuō)的機械傳動(dòng)裝置，是指將驅動(dòng)源的旋轉運動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_的直線(xiàn)運動(dòng)的整個(gè)機械傳動(dòng)鏈，包括齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動(dòng)機構。
(一)聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是用來(lái)連接寄給機構的兩根軸使之一起回轉移傳遞扭矩和運動(dòng)的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類(lèi)型繁多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器的應用最為廣泛。
套筒聯(lián)軸器構造簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，但裝卸困難(軸需作軸向移動(dòng))。且要求兩軸嚴格對中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時(shí)受到一定限制。
繞行聯(lián)軸器采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動(dòng)力傳遞沒(méi)有
方向間隙。
凸緣式聯(lián)軸器構造簡(jiǎn)單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉速低、五種及、軸的剛性大及對中性好的場(chǎng)合。他的主要缺點(diǎn)是對兩軸的對中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機件內引起附加載荷，使工作狀況惡化。
(二)減速機構
1、齒輪傳動(dòng)裝置
齒輪傳動(dòng)是應用非常廣泛的一種機械傳動(dòng)，各種機床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數控機床伺服進(jìn)給系統中采用齒輪傳動(dòng)裝置的目的有兩個(gè)。一是將高轉速的轉矩的伺服電機(如步進(jìn)電機、直流和交流伺服電機等)的輸出改變?yōu)榈娃D速大轉矩的執行件的輸入;另一是使滾珠絲杠和工作臺的轉動(dòng)慣量在系統中占有較小的比重。此外，對于開(kāi)環(huán)系統還可以保證所要求的運動(dòng)精度。
為了盡量減小齒側間隙對數控機床加工精度的影響，經(jīng)常在結構上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯齒法、利用偏心套調整齒輪副中心距或采用軸向墊片調整法消除齒輪側隙。
與采用同步齒形帶相比，在數控機床進(jìn)給傳動(dòng)鏈中采用齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機構中常配置阻尼器來(lái)改善動(dòng)態(tài)性能。
2、同步齒形帶
同步齒形帶傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng)。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動(dòng)和動(dòng)力，因而兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)相對滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動(dòng)。齒形帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動(dòng)效率也高，現已在數控機床上廣泛應用。同步齒形帶的主要參數與規格如下：
(1)齒距
齒距p為相鄰兩齒在節線(xiàn)上的距離。由于強力層在工作時(shí)長(cháng)度不變，所以強力層的中心線(xiàn)被規定為齒形帶的節線(xiàn)(中性層)，并以節線(xiàn)的周長(cháng)L作為齒形帶的公稱(chēng)長(cháng)度。
(2)模數
模數定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計算的一個(gè)主要依據。
(3)其它參數
齒形帶的其它參數和尺寸與漸開(kāi)線(xiàn)齒條基本相同。齒形帶齒形的計算公式與漸開(kāi)線(xiàn)齒條不同，因為齒形帶的節線(xiàn)在強力層上，而不在齒高中部。
齒形帶的標注方法是：模數*寬度*齒數，即m*b*z。
(三)滾珠絲杠螺母副
為了提高進(jìn)給系統的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數控機床進(jìn)給系統的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數之差。因此，形成不太長(cháng)的直線(xiàn)運動(dòng)機構常用滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達85%-98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅動(dòng)升降運動(dòng)(如主軸箱或升降臺的升降)，則必須有制動(dòng)裝置。
滾珠絲杠的靜、動(dòng)摩擦系數實(shí)際上幾乎沒(méi)有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)制造.
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