【文章內容簡介】 精度加工，在簡化機械結構的同時，對于機械結構傳動裝置和元件在數控銑床上得到廣泛的應用。如滾珠絲杠副、塑料滑動導軌、靜壓導軌、直線滾動導軌等高效執(zhí)行部件，不僅可以減少進給系統的摩擦阻力，提高傳動效率，而且還可以使運動平穩(wěn)并獲得較高的定位精度。近年來，隨著新材料、新工藝的普及、應用、高速加工已經成為目前數控銑床的發(fā)展方向之一?？爝M速度達到了每分鐘數十米，甚至上百米。主軸轉速達到了每分鐘上萬轉，甚至十幾萬轉，采用電主軸、直線電動機、直線滾動導軌新產品，新技術勢在必行。具有適應無人化、柔性化加工的特殊部件“工藝復合化”和“功能集成化”是無人化，柔性化加工的基本要求，也是數控機床的最顯著的特點和當前的發(fā)展方向。因此，自動換刀裝置、動力刀架、自動排屑裝置、自動潤滑裝置等特殊機械部件是必不可少的，有的機床還帶有自動工作臺交換裝置（APC）?！肮δ芗苫笔钱斍皵悼劂姶驳牧硪恢匾l(fā)展方向，隨著數控銑床向無人化、柔性化加工發(fā)展，功能集成化更多體現在工件的自動裝卸、自動定位；刀具的自動對刀、破損檢測、壽命管理；工件的自動測量與自動補償等功能上。對機械結構、零部件的要求高高速、高效、高精度的加工要求，無人化的管理以及工藝復合化、功能集成化一方面可以大大提高生產率，同時，也必然會使機床的開機時間、工作負載隨之增加，機床必須在高負載下，長時間可靠工作。因此，對組成機床的各種零部件和控制系統的可靠性要求很高。 數控銑床對機械結構的基本要求具有較高的靜、動剛度和良好的抗振性銑床的剛度反映了機床結構抵抗變形的能力。銑床變形所產生的誤差，通常很難通過調整和補償的辦法予以解決。為了滿足數控銑床高效，高精度、高可靠性以及自動化的要求、與普通銑床相比，數控銑床應具有更高的靜剛度。此外，為了充分發(fā)揮機床的效率，加大切削用量，還必須提高機床的抗振性，避免切削是的共振和顫振，而提高結構的動剛度是提高機床抗振性的基本途徑。 具有良好的熱穩(wěn)定性銑床的熱變形是影響銑床加工精度的主要因素之一。由于數控銑床的主軸轉速、快進速度都遠遠高于普通銑床，機床又長時間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動機、絲杠、軸承和導軌的發(fā)熱都比較嚴重，加上高速切削產生的切屑影響，使得數控機床的熱變形影響比普通銑床要嚴重的多，雖然在先進的數控系統中具有熱變形補償功能，但是它并不能完成消除熱變形對于加工精度的影響。因此，在數控銑床上還應采取必要的措施，盡可能減少機床的熱變形。 具有較高的運動精度與良好的低速穩(wěn)定性利用伺服系統代替普通銑床的進給系統是數控銑床的主要特點。伺服系統的最小移動量（脈沖當量），甚至更小，最低進給速度，一般只有1mm/min，甚至更低，這就要求進給系統具有較高的運動精度，良好的跟蹤性能低速穩(wěn)定性，才能對數控系統的位置指令作出準確的響應，從而得到要求的定位精度。傳動裝置的間隙直接影響銑床的定位精度，雖然在數控中可以通過采取間隙補償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除，特別是對于非均勻間隙，必須采用機械消除間隙措施，問題才能得到較好地解決。 具有良好的操作、安全防護性能方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關心的問題。在大部分數控銑床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調整等還需要操作者完成；機床的維修更不可能離開人。而且由于加工效率的提高，數控機床的工件裝卸可能比普通機床更加頻繁。因此，良好的操作性能是數控機床設計時必須考慮的問題。數控銑床是一種高度自動化的加工設備，動作復雜，高速運動部件較多，對機床動作互鎖、安全防護性能等要求比普通銑床要高的多。同時，數控銑床一般都有高壓、大流量的冷卻系統，為了防止切屑，冷卻液的飛濺，數控銑床通常都應采用封閉或半封閉的防護形式，增加防護性能。 銑床進給傳動系統的數控化改造數控銑床的進給傳動系統常用伺服進給系統來工作，伺服進給系統的作用是根據數控系統傳來的指令信息，進行放大以后控制執(zhí)行部件的運動，不僅控制進給運動的速度，同時還要精確控制刀具相對于工作的移動位置和軌跡，因此，數控銑床進給系統，尤其是輪廓控制系統，必須對經運動的位置和運動的速度兩方面實現自動控制。一個典型的數控銑床閉環(huán)控制的進給系統，通常有位置比較、放大元件、驅動單元、機械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分組成，而其中的機械傳動裝置是位置控制環(huán)中的一個重要環(huán)節(jié)。這里所說的機械傳動裝置，是指將驅動源旋動運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈，包括減速裝置、絲杠螺母副等中間傳動機構。傳動系統的剛度和慣量主要決定于機械結構設計，而傳動系統的間隙、摩擦死區(qū)則是造成傳動系統非線性的主要原因。因此，數控銑床對機械傳動系統的要求可以概況如下： 提高傳動部件的剛度一般來說，數控銑床直線運動的定位精度和分辨率都要達到微米級，回轉運動的定位精度和分辨率都要達到角秒級，伺服電動機的驅動力矩（特別是起動、制動是的力矩）也很大。如果傳動部件的剛度不足，必然會使出阿杜部件產生彈性變形，影響系統的定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性和響應快速性。加打滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、支承部件進行預緊，對滾珠絲杠進行預拉伸等，都是提高傳動系統剛度的有效措施。減小傳動部件的慣量在驅動電動機一定是，傳動部件的慣量直接決定了進給系統的加速度，它是影響進給系統快速性的主要因素。特別是在高速加工的數控機床上，由于對進給系統的加速度要求高，因此，在滿足系統強度和剛度的前提下，應盡可能減小零部件的質量、直徑，以降低慣量，提高快速性。減小系統的摩擦阻力進給系統的的摩擦阻力一方面會降低傳動效率，產生發(fā)熱，另一方面，它還直接影響系統的快速性；此外，由于摩擦力的存在，動、靜摩擦系數的編號，將導致傳動配件的彈性變形，產生非線性的摩擦死區(qū)，影響系統的定位精度和閉環(huán)系統的動態(tài)穩(wěn)定性。采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、直線滾動導軌、靜壓導軌和塑型導軌等高效執(zhí)行部件，可以減少系統的摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行。數控機床的進給運動可以分為直線運動和圓周運動兩大類。直線進給運動包括機床的基本坐標軸（X、Y、Z軸）以及和基本坐標軸平行的坐標軸（U、V、W等）的運動；圓周進給運動是指繞基本坐標軸X、Y、Z回轉的坐標運動。 滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副具有以下特點；（1）摩擦損失小，傳動效率高；（2）絲杠螺母之間預緊后，可以消除間隙，提高了傳動剛度；（3）摩擦阻力小，而且它幾乎與運動速度無關，動、靜摩擦力的變化也很小，不易產生低速爬行現象；（4）長期工作磨損小，使用壽命廠，精度保持性好。因此，在數控銑床上得到了廣泛應用，是目前中，小型數控機床最為常見的傳動型式。 但由于它有運動的可逆性，即一方面能將旋轉運動轉換為直線運動，反過來也能將直線運動轉換為旋轉運動，不能實現自鎖。當一在垂直傳動或水平放置的高速大慣量傳動中心必須裝有制動裝置，使用具有裝置的伺服驅動電動機是最簡單的方法。另外，為了防止安裝、使用是螺母脫離絲杠，在機床上還必須配置超程保護裝置，這一點對于高速加工數控機床來說尤為重要。 靜壓絲杠螺母副靜壓絲杠螺母副是通過油壓在絲杠和螺母的接觸面之間，產生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母之間有邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦。當絲杠轉到是通過油膜推動螺母直線移動，反之，螺母轉動也可使絲杠直線移動。靜壓絲杠螺母的特點是：（1）摩擦系數小，比滾珠絲杠（～）的摩擦損失更小，因此，其起動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行。（2）油膜層可以吸振，提高了運動的平穩(wěn)性。（3）由于油液的不斷運動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機床的精度和光潔度。（4）油膜成具有一定剛度，減小了反向間隙。（5）油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動誤差小于絲杠本身的制造誤差。（6）承載能力與供油壓力成正比，與轉速無關，但靜壓絲杠螺母副應有一套供油系統，而且對油的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成股良后果。 靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副大型數控機床不宜采用絲杠傳動，因長絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動精度；同時軸向剛度與扭轉剛度也難提高，如果加大絲杠直徑，則轉動慣量增大，伺服系統的動態(tài)特性不易保證，故常用靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副傳動。靜壓蝸桿蝸條副的工作原來與靜壓絲杠螺母相同，蝸條實質上是螺母的一部分，蝸桿相當于一根短絲杠，這種傳動機構，壓力油必須從蝸桿進入靜壓油腔，加上蝸桿是旋轉的，與蝸條的接觸區(qū)只有120。左右，要使壓力油只能進入接觸區(qū)，必須解決蝸桿的配油問題。齒輪齒條副傳動用于行程較長的大型機床上，可以得到較大的傳動比，進行高速直線運動，剛度及機械效率也高。但其傳動不夠平穩(wěn)，傳動精度不高，而且還不能自鎖。采用齒輪齒條副運動是，必須采取措施消除齒側間隙，當傳動負載小是也可采用雙片薄齒輪調整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側貼緊，從而消除齒側間隙。當傳動負載大時，可采用雙厚齒輪傳動結構。 直流電動機直接驅動直流電動機是近年來發(fā)展起來的高速、高精度數控機床最有代表性的先進技術之一。利用直流電動機驅動，可以完全取消傳動系統中將旋轉運動變?yōu)橹本€運動的環(huán)節(jié)，大大簡化機械傳動系統的結構，實現所謂的“零傳動”。它從根本上消除傳動環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響，故可以獲得比傳統進給驅動系統更高的定位精度，快進速度和加速度。XA5032型銑床數控化改造進給系統，X、Y、Z三軸在滿足傳遞扭矩的前提下采用FANUC 20M 直流伺服電機并配有直流功能驅動系統，提高了驅動性能。步進電機通過精密膜片抗繞性聯軸器與滾珠絲杠直接相連，提高了傳動精度，效率較高，其中Z向通過圓錐齒輪轉換成垂直方向的傳動，其構型式如下圖所示X、Y、Z三軸采用帖塑導軌，靜，動摩擦系統變化小，快速移動響應快，振動小，低速移動是無爬行，穩(wěn)定性好。 X、Y向進給傳動圖 Z向進給傳動圖第三章 普通銑床數控系統總體設計方案的擬定 總體方案確定由于改造后的經濟型數 控銑床應具有定 位、直 線插補、順、逆時 針插補、暫 停、循 環(huán)加工、公英制螺 紋加工等功能，并且在車削加工中，要求刀具沿X Y軸運動有確 定的 函 數關系（即： 刀具以給定的速 率相對于工件沿加工路徑運動）， 所以不能選用點位 控制系統，因為點位 控制系統 要求工件相對 于刀 具移動過程中 不進行切削。因此，改造后的機床 應選用連續(xù)控制系統。普通銑床型 銑床改造屬