【文章內(nèi)容簡介】 、高精度加工，在簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動裝置和元件在數(shù)控銑床上得到廣泛的應(yīng)用。如滾珠絲杠副、塑料滑動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、直線滾動導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件，不僅可以減少進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力，提高傳動效率，而且還可以使運(yùn)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(yīng)用、高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控銑床的發(fā)展方向之一?？爝M(jìn)速度達(dá)到了每分鐘數(shù)十米，甚至上百米。主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了每分鐘上萬轉(zhuǎn)，甚至十幾萬轉(zhuǎn)，采用電主軸、直線電動機(jī)、直線滾動導(dǎo)軌新產(chǎn)品，新技術(shù)勢在必行。具有適應(yīng)無人化、柔性化加工的特殊部件“工藝復(fù)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(shù)控機(jī)床的最顯著的特點和當(dāng)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(jī)械部件是必不可少的，有的機(jī)床還帶有自動工作臺交換裝置（APC）?！肮δ芗苫笔钱?dāng)前數(shù)控銑床的另一重要發(fā)展方向，隨著數(shù)控銑床向無人化、柔性化加工發(fā)展，功能集成化更多體現(xiàn)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(bǔ)償?shù)裙δ苌?。對機(jī)械結(jié)構(gòu)、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(fù)合化、功能集成化一方面可以大大提高生產(chǎn)率，同時，也必然會使機(jī)床的開機(jī)時間、工作負(fù)載隨之增加，機(jī)床必須在高負(fù)載下，長時間可靠工作。因此，對組成機(jī)床的各種零部件和控制系統(tǒng)的可靠性要求很高。 數(shù)控銑床對機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。銑床變形所產(chǎn)生的誤差，通常很難通過調(diào)整和補(bǔ)償?shù)霓k法予以解決。為了滿足數(shù)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(shù)控銑床應(yīng)具有更高的靜剛度。此外，為了充分發(fā)揮機(jī)床的效率，加大切削用量，還必須提高機(jī)床的抗振性，避免切削是的共振和顫振，而提高結(jié)構(gòu)的動剛度是提高機(jī)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(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速、快進(jìn)速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通銑床，機(jī)床又長時間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動機(jī)、絲杠、軸承和導(dǎo)軌的發(fā)熱都比較嚴(yán)重，加上高速切削產(chǎn)生的切屑影響，使得數(shù)控機(jī)床的熱變形影響比普通銑床要嚴(yán)重的多，雖然在先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)中具有熱變形補(bǔ)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(shù)控銑床上還應(yīng)采取必要的措施，盡可能減少機(jī)床的熱變形。 具有較高的運(yùn)動精度與良好的低速穩(wěn)定性利用伺服系統(tǒng)代替普通銑床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控銑床的主要特點。伺服系統(tǒng)的最小移動量（脈沖當(dāng)量），甚至更小，最低進(jìn)給速度，一般只有1mm/min，甚至更低，這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動精度，良好的跟蹤性能低速穩(wěn)定性，才能對數(shù)控系統(tǒng)的位置指令作出準(zhǔn)確的響應(yīng)，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(shù)控中可以通過采取間隙補(bǔ)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(jī)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(hù)性能方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關(guān)心的問題。在大部分?jǐn)?shù)控銑床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調(diào)整等還需要操作者完成；機(jī)床的維修更不可能離開人。而且由于加工效率的提高，數(shù)控機(jī)床的工件裝卸可能比普通機(jī)床更加頻繁。因此，良好的操作性能是數(shù)控機(jī)床設(shè)計時必須考慮的問題。數(shù)控銑床是一種高度自動化的加工設(shè)備，動作復(fù)雜，高速運(yùn)動部件較多，對機(jī)床動作互鎖、安全防護(hù)性能等要求比普通銑床要高的多。同時，數(shù)控銑床一般都有高壓、大流量的冷卻系統(tǒng)，為了防止切屑，冷卻液的飛濺，數(shù)控銑床通常都應(yīng)采用封閉或半封閉的防護(hù)形式，增加防護(hù)性能。 銑床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)常用伺服進(jìn)給系統(tǒng)來工作，伺服進(jìn)給系統(tǒng)的作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來的指令信息，進(jìn)行放大以后控制執(zhí)行部件的運(yùn)動，不僅控制進(jìn)給運(yùn)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(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)，尤其是輪廓控制系統(tǒng)，必須對經(jīng)運(yùn)動的位置和運(yùn)動的速度兩方面實現(xiàn)自動控制。一個典型的數(shù)控銑床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常有位置比較、放大元件、驅(qū)動單元、機(jī)械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分組成，而其中的機(jī)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(jī)械傳動裝置，是指將驅(qū)動源旋動運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_直線運(yùn)動的整個機(jī)械傳動鏈，包括減速裝置、絲杠螺母副等中間傳動機(jī)構(gòu)。傳動系統(tǒng)的剛度和慣量主要決定于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，而傳動系統(tǒng)的間隙、摩擦死區(qū)則是造成傳動系統(tǒng)非線性的主要原因。因此，數(shù)控銑床對機(jī)械傳動系統(tǒng)的要求可以概況如下： 提高傳動部件的剛度一般來說，數(shù)控銑床直線運(yùn)動的定位精度和分辨率都要達(dá)到微米級，回轉(zhuǎn)運(yùn)動的定位精度和分辨率都要達(dá)到角秒級，伺服電動機(jī)的驅(qū)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(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)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(jìn)行預(yù)緊，對滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸等，都是提高傳動系統(tǒng)剛度的有效措施。減小傳動部件的慣量在驅(qū)動電動機(jī)一定是，傳動部件的慣量直接決定了進(jìn)給系統(tǒng)的加速度，它是影響進(jìn)給系統(tǒng)快速性的主要因素。特別是在高速加工的數(shù)控機(jī)床上，由于對進(jìn)給系統(tǒng)的加速度要求高，因此，在滿足系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小零部件的質(zhì)量、直徑，以降低慣量，提高快速性。減小系統(tǒng)的摩擦阻力進(jìn)給系統(tǒng)的的摩擦阻力一方面會降低傳動效率，產(chǎn)生發(fā)熱，另一方面，它還直接影響系統(tǒng)的快速性；此外，由于摩擦力的存在，動、靜摩擦系數(shù)的編號，將導(dǎo)致傳動配件的彈性變形，產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)系統(tǒng)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(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑型導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件，可以減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運(yùn)動精度，避免低速爬行。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動可以分為直線運(yùn)動和圓周運(yùn)動兩大類。直線進(jìn)給運(yùn)動包括機(jī)床的基本坐標(biāo)軸（X、Y、Z軸）以及和基本坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸（U、V、W等）的運(yùn)動；圓周進(jìn)給運(yùn)動是指繞基本坐標(biāo)軸X、Y、Z回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)運(yùn)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(yù)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(yùn)動速度無關(guān)，動、靜摩擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；（4）長期工作磨損小，使用壽命廠，精度保持性好。因此，在數(shù)控銑床上得到了廣泛應(yīng)用，是目前中，小型數(shù)控機(jī)床最為常見的傳動型式。 但由于它有運(yùn)動的可逆性，即一方面能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，反過來也能將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，不能實現(xiàn)自鎖。當(dāng)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(qū)動電動機(jī)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(jī)床上還必須配置超程保護(hù)裝置，這一點對于高速加工數(shù)控機(jī)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(chǎn)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(dāng)絲杠轉(zhuǎn)到是通過油膜推動螺母直線移動，反之，螺母轉(zhuǎn)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(shù)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(yùn)動的平穩(wěn)性。（3）由于油液的不斷運(yùn)動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機(jī)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(zhuǎn)速無關(guān)，但靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要求高，如果在運(yùn)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(shù)控機(jī)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(zhuǎn)剛度也難提高，如果加大絲杠直徑，則轉(zhuǎn)動慣量增大，伺服系統(tǒng)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(zhì)上是螺母的一部分，蝸桿相當(dāng)于一根短絲杠，這種傳動機(jī)構(gòu)，壓力油必須從蝸桿進(jìn)入靜壓油腔，加上蝸桿是旋轉(zhuǎn)的，與蝸條的接觸區(qū)只有120。左右，要使壓力油只能進(jìn)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(jī)床上，可以得到較大的傳動比，進(jìn)行高速直線運(yùn)動，剛度及機(jī)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(yùn)動是，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動負(fù)載小是也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。當(dāng)傳動負(fù)載大時，可采用雙厚齒輪傳動結(jié)構(gòu)。 直流電動機(jī)直接驅(qū)動直流電動機(jī)是近年來發(fā)展起來的高速、高精度數(shù)控機(jī)床最有代表性的先進(jìn)技術(shù)之一。利用直流電動機(jī)驅(qū)動，可以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動的環(huán)節(jié)，大大簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)更高的定位精度，快進(jìn)速度和加速度。XA5032型銑床數(shù)控化改造進(jìn)給系統(tǒng)，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(jī)并配有直流功能驅(qū)動系統(tǒng)，提高了驅(qū)動性能。步進(jìn)電機(jī)通過精密膜片抗繞性聯(lián)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(zhuǎn)換成垂直方向的傳動，其構(gòu)型式如下圖所示X、Y、Z三軸采用帖塑導(dǎo)軌，靜，動摩擦系統(tǒng)變化小，快速移動響應(yīng)快，振動小，低速移動是無爬行，穩(wěn)定性好。 X、Y向進(jìn)給傳動圖 Z向進(jìn)給傳動圖第三章 普通銑床數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 總體方案確定由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控銑床應(yīng)具有定 位、直 線插補(bǔ)、順、逆時 針插補(bǔ)、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(yùn)動有確 定的 函 數(shù)關(guān)系（即： 刀具以給定的速 率相對于工件沿加工路徑運(yùn)動）， 所以不能選用點位 控制系統(tǒng)，因為點位 控制系統(tǒng) 要求工件相對 于刀 具移動過程中 不進(jìn)行切削。因此，改造后的機(jī)床 應(yīng)選用連續(xù)控制系統(tǒng)。普通銑床型 銑床改