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           “數控機床”的新技術(shù)應用與發(fā)展 (1)

    由于數控機床是機、電、液、光學(xué)檢測為一體的多領(lǐng)域工程技術(shù)的結合,所以展望數控技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,必然脫離不開(kāi)這些技術(shù)的發(fā)展。本文主要從下述幾個(gè)方面分析數控系統的發(fā)展與新技術(shù)的應用。
 (1)機床機械結構的變化導致電氣控制方式的變化。
 (2)計算機技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)數控系統新技術(shù)的應用。
 (3)制造技術(shù)對數控系統新的要求。
 (4)全數字化驅動(dòng)實(shí)現高速度、高精度控制。
 (5)系統網(wǎng)絡(luò )化、人性化,平臺進(jìn)一步兼容開(kāi)放。
      1、數控機床的結構創(chuàng )新
   數控機床今后的機械結構趨勢--結構簡(jiǎn)潔。
 (1)直線(xiàn)電動(dòng)機(Linear Motor)取代滾珠絲桿,如圖1所示。
        
                           圖 1
   其特點(diǎn)是:直線(xiàn)電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單,控制精度高。
   傳統的滾珠絲桿傳動(dòng)鏈結構需要絲桿軸承座、滾珠絲桿、聯(lián)軸器、結構復雜,傳動(dòng)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(xiàn)電動(dòng)機可以克服由機械傳動(dòng)鏈丟失的精度,另外從電氣角度看,參數設置更直接、簡(jiǎn)便、精確。
 (2)扭矩電動(dòng)機(Synchronous Built-in Servo Motor)取代蝸桿蝸輪,如圖2所示。
        
                          圖 2
   其特點(diǎn)是:
  a.機構簡(jiǎn)單、成本低、便于維修保養。由于蝸桿蝸輪隸屬齒輪類(lèi)加工,精度與成本成正比,高精度齒輪成本高,并且長(cháng)期使用后,精度損失很難恢復。而力矩電動(dòng)機克服了上述問(wèn)題。
  b.控制精度高。由于蝸桿蝸輪需要速比換算,在數控系統應用中被稱(chēng)之為“柔性齒輪比”計算,而力矩電動(dòng)機直接驅動(dòng)負載末端,傳動(dòng)比為1:1,電氣參數設置簡(jiǎn)單、精確。
 (3)內裝式高速主軸(Built-in High Speed Spindle)取代主軸變速箱,如圖3所示。
        
                           圖 3
   其特點(diǎn)是:結構簡(jiǎn)單,制造成本低。
   由于傳統的主軸變速需要通過(guò)機械齒輪的切換,而機械齒輪箱結構復雜、換擋需要的控制信號多,制造、維修成本高。隨著(zhù)變頻調速技術(shù)以及電動(dòng)機制造技術(shù)的發(fā)展,現在制造技術(shù)可以使變頻調速范圍調寬。另外采用陶瓷軸承、油霧潤滑等新技術(shù),高速主軸電動(dòng)機軸承可達2~5萬(wàn)r/min。同時(shí)低速大轉矩特性也在進(jìn)一步提高。
 (4)其他機械結構創(chuàng )新--重心驅動(dòng)(DCG--Driven at the Center of Gravity)
   從力學(xué)角度分析,在推動(dòng)物體移動(dòng)時(shí),如果作用點(diǎn)不是在物體重心,則會(huì )產(chǎn)生一個(gè)扭矩M,對機床運動(dòng)和定位來(lái)講就是一個(gè)不穩定因素,影響輪廓加工精度和穩定性。
   通常的單滾珠絲杠驅動(dòng)力與工件受力點(diǎn)總是隨著(zhù)加工軌跡的變化而變化的(加工過(guò)程中隨著(zhù)刀具的移動(dòng),作用力與反作用力總是不同心的),也就是說(shuō)工作臺所受的扭矩總是存在的。
   那么采用重心驅動(dòng)就能解決上述問(wèn)題,最顯著(zhù)的作用就是減小振動(dòng),提高加工精度。圖4a表明是通常單絲杠傳動(dòng),b是DCG驅動(dòng)的振動(dòng)幅值。采用DCG結構的機床加工出來(lái)的產(chǎn)品表面粗糙度也不一樣,如圖5所示。圖6是采用DCG的機械機構,X、Y、Z軸全部使用2根滾珠絲杠,3軸同時(shí)進(jìn)行重心驅動(dòng)來(lái)提高加速度。
        
                       圖 4
         
                      圖 5
         
                      圖6: 3軸雙驅結構
 (5)其他機械結構創(chuàng )新——現有結構基礎上的變革
   采用內冷式滾珠絲杠。由于走刀產(chǎn)生大量的熱量,通過(guò)滾珠絲杠內冷裝置有效地將熱量帶走,
減小了絲杠的熱變性,保證了運動(dòng)定位的精度和穩定性。如圖7所示。
       
                 圖 7
 (6)帶內置銑削電動(dòng)機的轉塔
   傳統的銑削機構涉及傳動(dòng)鏈、齒輪等機械部件,結構復雜、制造工藝復雜,裝置會(huì )產(chǎn)生大量的熱和振動(dòng)。而帶內置銑削電動(dòng)機的轉塔結構最大程度上減少了熱量和振動(dòng)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。結構如圖8所示。
          
                  圖 8

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