數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)比分析摘要：分析了金屬切削類數(shù)控機(jī)床主機(jī)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)比分析了數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)和外觀等方面的差異，闡述了數(shù)控機(jī)床相對(duì)于普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和加工精度、節(jié)能環(huán)保等的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1 前言當(dāng)今世界，綜合實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)達(dá)國家都對(duì)機(jī)床行業(yè)高度重視，因?yàn)闄C(jī)床是一切工業(yè)冷加工的基礎(chǔ)。無論是汽車工業(yè)，還是航天、軍工等產(chǎn)品的生產(chǎn)都離不開機(jī)床。隨著機(jī)床技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)床的種類不斷增多、加工精度也不斷提高，數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)設(shè)備不斷地改進(jìn)完善。數(shù)控機(jī)床集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光電技術(shù)于一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性等特點(diǎn)，隸屬于關(guān)系國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其先進(jìn)性和擁有量是衡量一個(gè)國家先進(jìn)制造業(yè)整體水平的重要標(biāo)志。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，尤其發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床已成為保證國防工業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略物資，同時(shí)對(duì)提升一個(gè)國家的航空、航天、船舶、汽車、模具、電站設(shè)備等制造業(yè)的國際競爭力，將有著舉足輕重的重要影響。所以各國都競相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，特別是隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在20世紀(jì)8O年代以后加速發(fā)展，有力地推動(dòng)了社會(huì)的工業(yè)進(jìn)步。隨著數(shù)控機(jī)床的飛速發(fā)展，已經(jīng)形成了低、中、高三種格局的廣闊市場。目前，我國數(shù)控金切機(jī)床市場上高、中、低檔機(jī)床消費(fèi)比重，在消費(fèi)量上約為5：50：45，在消費(fèi)額上約為15：70：15?？梢哉f，國內(nèi)對(duì)高中檔數(shù)控機(jī)床的需求無論在消費(fèi)量還是消費(fèi)金額方面都已超過了低檔機(jī)床。普通機(jī)床由于歷史原因和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展還依然服役于一些小規(guī)模的加工企業(yè)或者老加工企業(yè)，但已逐年被淘汰或者技術(shù)改造，通過增加數(shù)控伺服系統(tǒng)，從而提高效率和加工精度?？傊瑪?shù)控機(jī)床替代普通機(jī)床裝備已是大勢(shì)所趨。下文主要針對(duì)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)做一些對(duì)比分析。2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控在GB中的定義是“用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法”?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是集高新技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。數(shù)控加工設(shè)備主要分切削加工、壓力加工和特種加工(如數(shù)控電火花加工機(jī)床等)3類。切削加工類數(shù)控機(jī)床的加工過程能按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行。消除了人為的操作誤差和實(shí)現(xiàn)了手工操作難以達(dá)到的控制精度，加工精度還可以用軟件來校正和補(bǔ)償。因此，可以獲得比機(jī)床精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進(jìn)行粗、精加工，配置自動(dòng)換刀裝置后，還能縮短輔助加工時(shí)間、提高生產(chǎn)率；由于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡受可編程的數(shù)字信號(hào)控制，因而可以加工單件和小批量且形式復(fù)雜的零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。綜上所述，數(shù)控機(jī)床具有精度高、效率高、自動(dòng)化程度高和柔性好的特點(diǎn)。從數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)看，由于微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等新技術(shù)、新工藝在機(jī)床行業(yè)的滲透和應(yīng)用，它與普通機(jī)床相比不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu) 性能方面發(fā)生了“質(zhì)”和“形”的變化，且其外觀造型也形成了自身獨(dú)特的風(fēng)格和特點(diǎn)。3 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床雖然也有普通機(jī)床所具有的床身和立柱、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架等部件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、高速度控制相匹配，對(duì)機(jī)床主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無問隙、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫?。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其性能的具體手段，是實(shí)現(xiàn)性能的核心因索(當(dāng)然結(jié)構(gòu)也受材料和工藝的影響)，因此，數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也有了重大變化。31 基礎(chǔ)部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件主要包括床身、立柱、工作臺(tái)等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執(zhí)行器官的相對(duì)位置。數(shù)控機(jī)床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時(shí)大吃刀、大走刀的最大切削力、叉要能夠保證精加工時(shí)的高精度。因此，對(duì)基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)汁在強(qiáng)度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等都提出了很高的要求?，F(xiàn)行生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床采用的主要措施有：鑄件采用全封閉截面，合理布置內(nèi)部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導(dǎo)軌面加寬，車床采用傾斜的床身和導(dǎo)軌還利于排屑，床身、立柱采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，可以明顯提高其剛度，根據(jù)熱對(duì)稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。32 主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時(shí)為使數(shù)控機(jī)床能獲得最佳的切削速度，主傳動(dòng)須在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速?，F(xiàn)行數(shù)控機(jī)床采用高性能的直流或交流無級(jí)凋速主軸電機(jī)，較普通機(jī)床的機(jī)械分級(jí)變速傳動(dòng)鏈大為簡化。對(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(chǎn)率和自動(dòng)化程度，主軸應(yīng)有刀具或工件的自動(dòng)夾緊、放松、切屑清理及主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。最近日本叉開發(fā)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。33 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過滾珠絲杠帶動(dòng)刀具或工件完成各坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為確定進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械裝置時(shí)以“無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有：采用低摩擦、輕拖動(dòng)、高效率的滾珠絲杠和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；采用大扭矩、寬調(diào)速的伺服電機(jī)直接與絲杠相聯(lián)接，縮短和簡化進(jìn)給傳動(dòng)鏈；通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動(dòng)間隙； 對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌和絲杠預(yù)加載荷，預(yù)拉伸。34 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和自動(dòng)交換工作臺(tái)數(shù)控鏜、數(shù)控銑和加工中心，采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圓周任意角度的分度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。對(duì)多工序數(shù)控機(jī)床，配置自動(dòng)交換工作臺(tái)，進(jìn)一步縮短輔助加工時(shí)間。35 刀架系統(tǒng)回轉(zhuǎn)刀架，更換主軸換刀和帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)及多刀架、多主軸布局對(duì)提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平發(fā)揮了重要作用。為使刀具在機(jī)床上迅速定位、夾緊，普遍采用標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)和機(jī)夾刀。36 數(shù)控附件機(jī)床附件的作用是配合機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。數(shù)控機(jī)床專用的附件有：對(duì)刀儀， 自動(dòng)編程機(jī)，自動(dòng)排屑器，物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置， 自動(dòng)冷卻、潤滑及各種新型配套件如導(dǎo)軌防護(hù)罩等。4 數(shù)控機(jī)床的外觀造型特點(diǎn)數(shù)控機(jī)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(hù)罩，配備有現(xiàn)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(jī)床各種操作手柄、手輪和線型復(fù)雜零散的多面型表面形態(tài)。安全防護(hù)罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵人侵，隔聲降噪，有利于機(jī)床的精度保持和環(huán)境保護(hù)，真正體現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化的特點(diǎn)。依人機(jī)工程學(xué)宜人性原則設(shè)計(jì)的桌面式或懸掛式數(shù)控操作面版，是機(jī)床與操作者聯(lián)系和信息交流的唯一界面，指示燈、按鈕、按鍵的數(shù)量與排列及CRT的設(shè)計(jì)，既適合人的操作特性，又利于人機(jī)間的協(xié)調(diào)與交流，通過視覺良好的鍵面色彩，標(biāo)準(zhǔn)化的象形符號(hào)意象抽取，能準(zhǔn)確反映和傳遞兩者間的信息。5 結(jié)論數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反映產(chǎn)品內(nèi)在功能的深層特性，外觀表達(dá)的是產(chǎn)品表層特性，對(duì)用戶而言，深層次的與產(chǎn)品使用密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)性能要通過表層的外觀形態(tài)來傳遞和表達(dá)。全封閉防護(hù)罩雖然掩蓋了機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)，卻至少傳達(dá)了數(shù)控機(jī)床這樣幾個(gè)方面的深層內(nèi)含：先進(jìn)的數(shù)控?cái)?shù)顯裝置；對(duì)機(jī)床的精度和剛度使用的可靠性、安全防護(hù)性及環(huán)保等有嚴(yán)格要求；采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的刀具系統(tǒng)及安裝位置合理的自動(dòng)換刀裝置； 采用整套商品化