金屬切削數控機床的結構特點的論文

1　數控機床的特點 　　數控在GB中的定義是“用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”。現代數控機床是集高新技術于一體的典型機電一體化加工設備。數控加工設備主要分切削加工、壓力加工和特種加工(如數控電火花加工機床等)3類。切削加工類數控機床的加工過程能按預定的程序自動進行，消除了人為的操作誤差和實現了手工操作難以達到的控制精度，加工精度還可以用軟件來校正和補償。因此，可以獲得比機床精度還要高的加工精度及重復定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進行粗、精加工，配置自動換刀裝置后，還能縮短輔助加工時間、提高生產率；由于機床的運動軌跡受可編程的數字信號控制，因而可以加工單件和小批量且形式復雜的零件，生產準備周期大為縮短。綜上所述，數控機床具有精度高、效率高、自動化程度高和柔性好的特點。  　　從數控機床的生產現狀和發展趨勢看，由于微電子技術、信息處理技術等新技術、新工藝在機床行業的滲透和應用，它與普通機床相比不僅在機械結構性能方面發生了“質”和“形”的變化，且其外觀造型也形成了自身獨特的風格和特點。 2　數控機床機械結構設計的特點 　　數控機床雖然也有普通機床所具有的床身和立柱、導軌、工作臺、刀架等部件。但為了與控制系統的高精度、高速度控制相匹配，對機床主機部分的結構設計還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無間隙、高諧振頻率、適當的阻尼比等要求。由于機械結構形式是體現其性能的具體手段，是實現性能的核心因素(當然結構也受材料和工藝的影響)，因此，數控機床的關鍵部件在結構設計中也有了重大變化。 2.1　基礎部件的結構特點 　　數控機床的基礎件主要包括床身、立柱、工作臺等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執行器官的相對位置。數控機床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時的高精度。因此，對基礎件的結構設計在強度、剛度、抗振性、熱變形和內應力等都提出了很高的要求。現行生產的數控機床采用的主要措施有：鑄件采用全封閉截面，合理布置內部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導軌面加寬，車床采用傾斜的床身和導軌還利于排屑，床身、立柱采用鋼質焊接結構，可以明顯提高其剛度，根據熱對稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。 2.2　主傳動系統的結構特點 　　主傳動系統實現各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉速范圍內保證恒功率輸出，同時為使數控機床能獲得最佳的切削速度，主傳動須在較寬的范圍內實現無級變速。現行數控機床采用高性能的直流或交流無級調速主軸電機，較普通機床的機械分級變速傳動鏈大為簡化。對加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結構設計和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產率和自動化程度，主軸應有刀具或工件的自動夾緊、放松、切屑清理及主軸準停機構。最近日本又開發研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。 2.3　進給系統結構特點 　　數控機床的進給系統是由伺服電機驅動，通過滾珠絲杠帶動刀具或工件完成各坐標方向的進給運動。為確定進給系統的傳動精度和工作穩定性，在設計機械裝置時，以“無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有： ①采用低摩擦、輕拖動、高效率的滾珠絲杠和直線滾動導軌； ②采用大扭矩、寬調速的伺服電機直接與絲杠相聯接，縮短和簡化進給傳動鏈； ③通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯軸器的傳動間隙； ④對滾動導軌和絲杠預加載荷，預拉伸。 2.4　數控回轉工作臺和自動交換工作臺 　　數控鏜、數控銑和加工中心，采用內部結構具有數控進給驅動機構特點的回轉工作臺，實現圓周任意角度的分度和進給運動。對多工序數控機床，配置自動交換工作臺，進一步縮短輔助加工時間。 2.5　刀架系統 　　回轉刀架，更換主軸換刀和帶刀庫的自動換刀系統及多刀架、多主軸布局對提高生產效率和自動化水平發揮了重要作用。為使刀具在機床上迅速定位、夾緊，普遍采用標準刀具系統和機夾刀。 2.6　數控附件 　　機床附件的作用是配合機床實現自動化加工。數控機床專用的附件有：①對刀儀，②自動編程機，③自動排屑器，④物料儲運及上下料裝置，⑤自動冷卻、潤滑及各種新型配套件如導軌防護罩等。 3　數控機床的外觀造型特點 　　數控機床的外觀大都采用線型簡潔的板塊組合式全封閉安全防護罩，配備有現代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機床各種操作手柄、手輪和線型復雜零散的多面型表面形態。安全防護罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵入侵，隔聲降噪，有利于機床的精度保持和環境保護，真正體現了機、電、液一體化的特點。 　　依人機工程學宜人性原則設計的桌面式或懸掛式數控操作面版，是機床與操作者聯系和信息交流的唯一界面，指示燈、按鈕、按鍵的數量與排列及CRT的設計，既適合人的操作特性，又利于人機間的協調與交流，通過視覺良好的鍵面色彩，標準化的象形符號意象抽取，能準確反映和傳遞兩者間的信息。 4　結論 　　數控機床結構設計反映產品內在功能的深層特性，外觀表達的是產品表層特性，對用戶而言，深層次的與產品使用密切相關的結構性能要通過表層的外觀形態來傳遞和表達。全封閉防護罩雖然掩蓋了機床的主體結構，卻至少傳達了數控機床這樣幾個方面的深層內含：①先進的數控數顯裝置；②對機床的精度和剛度使用的可靠性、安全防護性及環保等有嚴格要求；③采用先進標準的刀具系統及安裝位置合理的自動換刀裝置；④采用整套商品化、標準化的新型配套件、自動排屑、潤滑和冷卻裝置等。概括為高精度、高效率、高自動化和機電液一體化。