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数控机床设计中对机械结构的要求

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发表于 2014-3-17 19:28:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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数控机床的主体组织有以下特点:

1)由于选用了高性能的无级变速主轴及伺服传动体系,数控机床的极限传动布局大为简化,传动链也大大缩短;

2)为习惯连续的主动化加工和进步加工生产率,数控机床机械布局具有较高的静、动态刚度和阻尼精度,以及较高的耐磨性,并且热变形小;

3)为减小摩擦、消除传动空隙和获得更高的加工精度,更多地选用了高效传动部件,如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等;

4)为了改善劳动条件、削减辅佐时刻、改善操作性、进步劳动生产率,选用了刀具主动夹紧设备、刀库与主动换刀设备及主动排屑设备等辅佐设备。依据数控机床的适用场合和组织特点,对数控机床布局应提出以下要求:
   
一、较高的机床静、动刚度
   
数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令主动进行加工的。由于机械布局(如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等)的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿,因此,必须把各处机械布局部件产生的弹性变形控制在最小限度内,以确保所要求的加工精度与表面质量。
   
为了进步数控机床主轴的刚度,不光经常选用三支撑布局,并且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承为主轴轴承 ,以减小主轴的径向和轴向变形。为了进步机床大件的刚度,选用封闭界面的床身,并选用液力平衡削减移动部件因方位变动造成的机床变形。为了进步机床各部件的接触刚度,添加机床的承载能力,选用刮研的方法添加单位面积上的接触点,并在结合面之间施加足够大的预加载荷,以添加接触面积。这些办法都能有用地进步接触刚度。
   
为了充分发挥数控机床的高效加工能力,并能进行稳定切削,在确保静态刚度的前提下,还必须进步动态刚度。常用的办法首要有进步体系的刚度、添加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明,进步阻尼系数是改善抗振性的有用方法。钢板的焊接布局既能够添加静刚度、减轻布局重量,又能够添加构件本身的阻尼。因此,近年来在数控机床上选用了钢板焊接布局的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振荡衰减,对进步抗振性也有较好的作用。
   
二、削减机床的热变形
   
在内外热源的影响下,机床各部件将发生不同程度的热变形,使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环,也是机床季度下降。对于数控机床来说,因为全部加工过程是计算的指令控制的,热变形的影响就更为严重。为了削减热变形,在数控机床布局中通常选用以下办法。

1. 削减发热
              
机床内部发热时产生热变形的首要热源,应当尽能够地将热源从主机中分离出去。

2. 控制温升
              
在采纳了一系列削减热源的办法后,热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的内外热源通常是好不简单的,甚至是不能够的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升,以削减热源的影响。其中部较有用的方法是在机床的发热部位强行冷却,也能够在机床低温部分通过加热的方法,使机床各点的温度趋于一致,这样能够削减由于温差造成的翘曲变形。
     
  
3. 改善机床组织
            
在同样发热条件下,机床组织对热变形也有很大影响。如数控机床过去选用的单立柱组织有能够被双柱组织所代替。由于左右对称,双立柱组织受热后的主轴线除产生笔直方向的平移外,其它方向的变形很小,而笔直方向的轴线移动能够方便地用一个坐标的批改量进行补偿。

轴的热变形发生在刀具切入的笔直方向上。这就能够使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。

在布局上还应尽能够减小主轴中心与主轴向地面的间隔,以削减热变形的总量,同时应使主轴箱的前后温升一致,避免主轴变形后出现倾斜。

数控机床中的滚珠丝杠常在估计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作,因此丝杠简单发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的,尤其是在开环体系中,它会使进给体系损失定位精度。当前某些机床用预拉的方法削减丝杠的热变形。对于采纳了上述办法仍不能消除的热变形,能够依据丈量结果由数控体系发出补偿脉冲加以批改。

三、削减运动间的摩擦和消除传动空隙
   
数控机床工作台(或拖板)的位移量十一脉中当量为最小单位的,通常又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控设备的指令作出精确响应,就必须采纳相应的办法。当前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给体系中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也能够收到同样的作用。当前,数控机床几乎无一例外地选用滚珠丝杠传动。
   
数控机床(尤其是开环体系的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了削减传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外,另一个重要办法是选用无空隙传动副。对于滚珠丝杠螺距的累积误差,通常选用脉冲补偿设备进行螺距补偿。
  
  
四、进步机床的寿数和精度保持性
   
为了进步机床的寿数和精度保持性,在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性,尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的首要零件的耐磨性。在使用过程中,应确保数控机床各部件光滑良好。
   

五、削减辅佐时刻和改善操作性能
   
数控机床的单件加工中,辅佐时刻(非切屑时刻)占有较大的比重。要进一步进步机床的生产率,就必须采纳促使最大限度地压缩辅佐时刻。当前已经有很多数控机床选用了多主轴、多刀架、以及带刀库的主动换刀设备等,以削减换刀时刻。对于切屑用量加大的数控机床,床身组织必须有利于排屑。
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