“數(shù)控機(jī)床”的新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 (1)

    由于數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電、液、光學(xué)檢測為一體的多領(lǐng)域工程技術(shù)的結(jié)合，所以展望數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，必然脫離不開這些技術(shù)的發(fā)展。本文主要從下述幾個方面分析數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展與新技術(shù)的應(yīng)用。
 (1)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致電氣控制方式的變化。
 （2）計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步帶動數(shù)控系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用。
 （3）制造技術(shù)對數(shù)控系統(tǒng)新的要求。
 （4）全數(shù)字化驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高速度、高精度控制。
 （5）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、人性化，平臺進(jìn)一步兼容開放。
      1、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
   數(shù)控機(jī)床今后的機(jī)械結(jié)構(gòu)趨勢－－結(jié)構(gòu)簡潔。
 （1）直線電動機(jī)（Linear Motor)取代滾珠絲桿，如圖1所示。
        
                           圖 1
   其特點(diǎn)是：直線電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高。
   傳統(tǒng)的滾珠絲桿傳動鏈結(jié)構(gòu)需要絲桿軸承座、滾珠絲桿、聯(lián)軸器、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動鏈中精度損失多（如軸承游隙、絲桿螺距誤差、絲桿反向間隙等）。而采用直線電動機(jī)可以克服由機(jī)械傳動鏈丟失的精度，另外從電氣角度看，參數(shù)設(shè)置更直接、簡便、精確。
 （2）扭矩電動機(jī)（Synchronous Built-in Servo Motor）取代蝸桿蝸輪，如圖2所示。
        
                          圖 2
   其特點(diǎn)是：
  a.機(jī)構(gòu)簡單、成本低、便于維修保養(yǎng)。由于蝸桿蝸輪隸屬齒輪類加工，精度與成本成正比，高精度齒輪成本高，并且長期使用后，精度損失很難恢復(fù)。而力矩電動機(jī)克服了上述問題。
  b.控制精度高。由于蝸桿蝸輪需要速比換算，在數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中被稱之為“柔性齒輪比”計算，而力矩電動機(jī)直接驅(qū)動負(fù)載末端，傳動比為1:1，電氣參數(shù)設(shè)置簡單、精確。
 （3）內(nèi)裝式高速主軸（Built-in High Speed Spindle)取代主軸變速箱，如圖3所示。
        
                           圖 3
   其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。
   由于傳統(tǒng)的主軸變速需要通過機(jī)械齒輪的切換，而機(jī)械齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換擋需要的控制信號多，制造、維修成本高。隨著變頻調(diào)速技術(shù)以及電動機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在制造技術(shù)可以使變頻調(diào)速范圍調(diào)寬。另外采用陶瓷軸承、油霧潤滑等新技術(shù)，高速主軸電動機(jī)軸承可達(dá)2~5萬r/min。同時低速大轉(zhuǎn)矩特性也在進(jìn)一步提高。
 （4）其他機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新－－重心驅(qū)動(DCG--Driven at the Center of Gravity)
   從力學(xué)角度分析，在推動物體移動時，如果作用點(diǎn)不是在物體重心，則會產(chǎn)生一個扭矩M，對機(jī)床運(yùn)動和定位來講就是一個不穩(wěn)定因素,影響輪廓加工精度和穩(wěn)定性。
   通常的單滾珠絲杠驅(qū)動力與工件受力點(diǎn)總是隨著加工軌跡的變化而變化的(加工過程中隨著刀具的移動,作用力與反作用力總是不同心的),也就是說工作臺所受的扭矩總是存在的。
   那么采用重心驅(qū)動就能解決上述問題,最顯著的作用就是減小振動,提高加工精度。圖4a表明是通常單絲杠傳動,b是DCG驅(qū)動的振動幅值。采用DCG結(jié)構(gòu)的機(jī)床加工出來的產(chǎn)品表面粗糙度也不一樣,如圖5所示。圖6是采用DCG的機(jī)械機(jī)構(gòu),X、Y、Z軸全部使用2根滾珠絲杠,3軸同時進(jìn)行重心驅(qū)動來提高加速度。
        
                       圖 4
         
                      圖 5
         
                      圖6: 3軸雙驅(qū)結(jié)構(gòu)
 (5)其他機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新——現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的變革
   采用內(nèi)冷式滾珠絲杠。由于走刀產(chǎn)生大量的熱量,通過滾珠絲杠內(nèi)冷裝置有效地將熱量帶走,
減小了絲杠的熱變性,保證了運(yùn)動定位的精度和穩(wěn)定性。如圖7所示。
       
                 圖 7
 (6)帶內(nèi)置銑削電動機(jī)的轉(zhuǎn)塔
   傳統(tǒng)的銑削機(jī)構(gòu)涉及傳動鏈、齒輪等機(jī)械部件,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝復(fù)雜,裝置會產(chǎn)生大量的熱和振動。而帶內(nèi)置銑削電動機(jī)的轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)最大程度上減少了熱量和振動的產(chǎn)生,避免了傳輸損耗,并且提高了加工精度和切削性能。結(jié)構(gòu)如圖8所示。
          
                  圖 8

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