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數(shù)控機床的知識
數(shù)控機床是數(shù)字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。下面小編來介紹下數(shù)控機床相關(guān)的知識，希望大家覺得受用。
一、結(jié)構(gòu)要求與總體布局
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人為地調(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
二、主運動機械部件
數(shù)控機床的主傳動運動是指生產(chǎn)切屑的傳動運動，例如，數(shù)控車床上主軸帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉(zhuǎn)運動。數(shù)控機床的主傳動運動是通過主傳動電機拖動的。
(一)主傳動運動的變速系統(tǒng)
目前，數(shù)控機床的主傳動電機已經(jīng)基本不再使用普通交流異步電機和傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，他們與逐步被新興的交流變頻調(diào)速伺服電機和直流伺服調(diào)速電機代替。
數(shù)控機床的主運動要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時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(yīng)各種工件和各種工件材料的要求，自動換刀的數(shù)控機床和加工中心主運動的調(diào)速范圍應(yīng)進一步擴大。數(shù)控機床的變速時按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。
由于直流和交流變速主軸電機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)和提高了變速控制的可靠性，因此在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。
為了確保低速時的扭矩，有的數(shù)控機床在交流和直流電機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。由于主運動采用了無級變速，在大型數(shù)控車床上測斜端面時就可實現(xiàn)恒速切屑控制，以便進一步提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數(shù)控機床
主傳動主要有三種配置方式。
1、帶有變速齒輪的主傳動
這是大、種型數(shù)控機床采用較多的一種方式。通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數(shù)控機床業(yè)采用此種傳動方式，以獲得強力切屑時所需要的扭矩。滑移齒輪的移位大都采用液壓撥*或直接由液壓油缸帶動齒輪實現(xiàn)。
2、通過皮帶傳動的主傳動
這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動是引起的振動與噪聲。但它只能使用與要求的扭矩特性的主軸。
3、由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動
這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，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(shù)控擊穿主軸部件
數(shù)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。由于加工過程中不對數(shù)控機床進行人工調(diào)整，因此這些影響就更為嚴重。目前數(shù)控機床的主軸廠主要有三種型式。
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，可以滿足強力切屑的要求，因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)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性能良好，主軸最高轉(zhuǎn)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(shù)控車床。
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載荷，安裝與調(diào)整性能也好。但是，這種軸承限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，因此使用中等精度、低速與重載的數(shù)控機床。
在主軸的機構(gòu)上，要處理好卡盤和刀架的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙調(diào)整、 主軸部件的潤滑和密封以及工藝上的其他一系列問題。
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(tǒng)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(shù)控鏜、銑床上采用專用的制冷裝置，比較理想的實現(xiàn)了溫度控制。近年來，某些數(shù)控機床的主軸軸承采用高級油脂，用封入方式進行潤滑，每加一次油脂可以使用7年至10年。為了使?jié)櫥秃陀椭恢禄旌�，通常采用迷宮密封方式。
對于數(shù)控車床主軸，因為在它的兩端安裝著結(jié)構(gòu)笨重的動力卡盤和夾緊油缸，所以主軸剛度必須進一步提高，并應(yīng)設(shè)計合理的連接端，以改善動力卡盤與主軸端度的連接剛度。
對于數(shù)控鏜床或銑床的主軸，考慮到實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還配有刀具自動裝卸、主軸準停和主軸孔內(nèi)切屑的清除裝置。
三、進給傳動機械部件
通常，一個典型的數(shù)控機床閉環(huán)控制進給系統(tǒng)，由位置比較，放大元件、驅(qū)動單元、機械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分組成。其中，機械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。這里所說的機械傳動裝置，是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈，包括齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動機構(gòu)。
(一)聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是用來連接寄給機構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)移傳遞扭矩和運動的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類型繁多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器的應(yīng)用最為廣泛。
套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡單，徑向尺寸小，但裝卸困難(軸需作軸向移動)。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，可使動力傳遞沒有
方向間隙。
凸緣式聯(lián)軸器構(gòu)造簡單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對中性好的場合。他的主要缺點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(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化。
(二)減速機構(gòu)
1、齒輪傳動裝置
齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機(如步進電機、直流和交流伺服電機等)的輸出改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸入;另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重。此外，對于開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運動精度。
為了盡量減小齒側(cè)間隙對數(shù)控機床加工精度的影響，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)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(diào)整齒輪副中心距或采用軸向墊片調(diào)整法消除齒輪側(cè)隙。
與采用同步齒形帶相比，在數(shù)控機床進給傳動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(gòu)中常配置阻尼器來改善動態(tài)性能。
2、同步齒形帶
同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，且無相對滑動，平均傳動比較準確，傳動精度高，而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現(xiàn)已在數(shù)控機床上廣泛應(yīng)用。同步齒形帶的主要參數(shù)與規(guī)格如下：
(1)齒距
齒距p為相鄰兩齒在節(jié)線上的距離。由于強力層在工作時長度不變，所以強力層的中心線被規(guī)定為齒形帶的節(jié)線(中性層)，并以節(jié)線的周長L作為齒形帶的公稱長度。
(2)模數(shù)
模數(shù)定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計算的一個主要依據(jù)。
(3)其它參數(shù)
齒形帶的其它參數(shù)和尺寸與漸開線齒條基本相同。齒形帶齒形的計算公式與漸開線齒條不同，因為齒形帶的節(jié)線在強力層上，而不在齒高中部。
齒形帶的標注方法是：模數(shù)*寬度*齒數(shù)，即m*b*z。
(三)滾珠絲杠螺母副
為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機床進給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。因此，形成不太長的直線運動機構(gòu)常用滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的傳動效率高達85%-98%，是普通滑動絲杠副的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(qū)動升降運動(如主軸箱或升降臺的升降)，則必須有制動裝置。
滾珠絲杠的靜、動摩擦系數(shù)實際上幾乎沒有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預(yù)載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專門工廠制造.
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