理论教育 数控机床的结构特点详解

数控机床的结构特点详解

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:数控机床虽然种类繁多、结构各异,但总体而言,它们的机械部件结构都在一定程度上具有以下的共同特点。

数控机床的结构特点详解

数控机床虽然种类繁多、结构各异,但总体而言,它们的机械部件结构都在一定程度上具有以下的共同特点。

1.基本结构简单

作为机床的基本结构,数控机床利用伺服进给系统代替了普通机床的机械进给系统,且可通过主电动机的调速实现主轴变速,因此,它完全取消了普通机床的机械进给变速箱,并大大简化主传动系统的结构。

数控机床的进给伺服电动机具有大范围、恒转矩输出特性,它可直接连接滚珠丝杠;机床所使用专用主轴电动机,其调速范围宽、低速输出转矩大,电动机和主轴可直接连接或只需简单的机械变速;因此,数控机床的机械传动部件,如齿轮、轴、轴承的数量比普通机床要少得多。在使用直线电动机、转台直接驱动电动机、电主轴的场合,甚至可省略丝杠、蜗轮蜗杆和主轴箱,实现所谓的“零传动”。

数控机床的加工和运动可通过加工程序指令自动控制,它不需要像普通机床那样,通过操作手柄进行变速和调整,其手动操作机构比普通机床简单得多,许多机床甚至完全没有手动操作机构。

2.传动高速高效

数控机床一方面可通过伺服进给和主轴驱动系统,大大简化机械传动系统的结构,但同时也对传动部件提出了更高的要求。为了满足数控机床高速、高效、高精度的要求,机床所使用的传动部件需要具有高速、高效、低摩擦和无间隙特性,需要采用滚珠丝杠、塑料滑动导轨静压导轨、直线滚动导轨等高效、低摩擦传动部件,以减少进给系统的摩擦阻力、提高传动效率,获得良好的低速运动性能和较高的定位精度

在快进速度接近或超过100m/min,主轴转速超过20000r/min的现代高速、高精度加工机床或五轴加工机床、复合加工机床上,采用直线电动机、转台直接驱动电动机、电主轴等新颖的传动部件是机床进给、主传动系统的必然选择。(www.daowen.com)

3.广泛采用功能部件

工艺复合和功能集成是自动化、柔性化和无人化加工的基本要求,也是现代数控机床的特点和当前技术发展的方向之一。在加工中心上,通过自动换刀实现了一次装夹,完成钻、铣、镗、攻螺纹等多工序的加工;通过增加数控回转工作台、双轴数控转台、双轴回转主轴头,机床可具备四轴、五轴加工功能,从而进行空间曲线、曲面、倾斜面的加工。在车削中心上,通过动力刀架,在完成回转体零件的内孔、外圆、端面车削加工的基础上,增加了侧面、端面的孔加工和铣削加工功能。为了实现部件的标准化、模块化,便于制造和维修,数控机床的自动换刀装置、数控转台、动力刀架等部件,以及实现高效、自动加工所必需的自动排屑装置、自动润滑装置、自动冷却等功能部件,目前都已有专业生产厂家生产,在数控机床上应用广泛。

功能集成是当代数控机床的技术发展方向之一。为了适应自动化、无人化、柔性化加工需要,现代数控机床不仅具有工序集成和工艺复合能力,而且还可实现工件的自动装卸和交换,刀具的自动测量、破损检测和寿命管理;工件的自动测量和自动补偿等功能;当代复合加工机床的出现,使得一台机床从毛坯直接加工到成品的完全加工成为了可能。为此,在柔性化、无人化、复合加工的机床上,还需要配套工作台自动交换装置、自动上下料装置、刀具自动测量检测装置等特殊功能部件。

4.布局不断创新

追求高速、高效、高精度,进行加工的集成、复合,实现自动化、无人化加工是当代数控机床的发展方向;最大限度地利用资源、节能降耗、绿色环保是现代社会对制造技术提出的新要求。

高效、自动和复合加工一方面大大提高了机床效率,但也必然导致机床的开机时间、工作负载的增加,机床必须能够在高负载下长时间可靠工作,它对机床的结构部件提出了更高的要求;同时,也希望数控机床既能够进行精加工,同时也满足粗加工的要求。但是,如果沿用传统的结构布局,机床就需要有适应粗加工、大切削的刚度、强度和抗震性,且能够达到精密加工机床同样的精度要求,其结构部件的体积、重量、耗材必然增加,驱动电动机的功率、转矩需要提高,难以做到节约资源、节能降耗,因此需要通过高速加工工艺来代替传统的强力切削,保证加工效率和精度。

为了实现高速、高精度加工,机床的运动部件重量就必须减轻。为此,高速、高精度的立式加工中心需要采用龙门式、桥架式结构布局,而卧式加工中心则需要框架式立柱、滑枕式主轴、“框中框”和“箱中箱”等特殊结构布局,通过箱体的移动来代替传统的工作台和立柱运动,以便最大限度地降低运动部件的重量,大幅度运动速度和定位精度,满足现代数控机床的高速、高精度加工需要。

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