機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主要部分。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能，保證數(shù)控機(jī)床的性能要求，來(lái)自數(shù)控裝置的各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作指令必須從機(jī)床本體轉(zhuǎn)換為真實(shí)準(zhǔn)確的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。
(數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu))
CNC機(jī)床本體由以下幾個(gè)部分組成：
(1)主傳動(dòng)系統(tǒng)，其作用是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。
(2)進(jìn)給系統(tǒng)，其作用是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
(3)機(jī)床基礎(chǔ)零件通常指床體、底座、立柱、滑座、工作臺(tái)等。它的作用是支撐機(jī)床本體的零件和零件，并確保這些零件和零件在切削過(guò)程中占據(jù)準(zhǔn)確的位置。
(4)液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻、防護(hù)、排屑等裝置，可實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和某些輔助功能。
(5)實(shí)現(xiàn)工件旋轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件，如旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
(6)刀庫(kù)、刀架和自動(dòng)換刀裝置(6)(ATC)。
(7)自動(dòng)托盤(pán)交換裝置(APC)。
(8)刀具損壞檢測(cè)、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置等特殊功能裝置。
其中，機(jī)床基本部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、液壓、潤(rùn)滑、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本部件，其他部件根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能和需求進(jìn)行選擇。雖然數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)機(jī)床非常相似，但數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體在整體布局、結(jié)構(gòu)和性能上與傳統(tǒng)機(jī)床有很大不同，出現(xiàn)了許多完全新穎的機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件，以適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的功能特點(diǎn)。
數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化加工設(shè)備。雖然數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，但由于數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)化、高精度、高質(zhì)量、高效率地解決中小批量的加工問(wèn)題，仍然被機(jī)械制造商廣泛使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和在機(jī)床上的應(yīng)用為數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化、高精度和高效率提供了可能性，但要將可能性轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，就必須要求數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、穩(wěn)定性和剛性。這些特性包括
提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度。
在切削力和其它力的作用下，機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度是指機(jī)床抵抗變形的能力。在加工過(guò)程中，機(jī)床受到各種外力的影響，包括運(yùn)動(dòng)部件和工件的自重、切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)的慣性力、摩擦阻力等。在這些力的作用下，機(jī)床的各個(gè)部件都會(huì)發(fā)生變形，如各個(gè)基本部件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形、支撐部件的局部變形、固定連接面與運(yùn)動(dòng)嚙合面的接觸變形等。這些變形會(huì)直接或間接導(dǎo)致刀具與工件之間的相對(duì)位移，破壞刀具和工件原有的正確位置，從而影響機(jī)床的加工精度和切割過(guò)程的特性。因此，提高機(jī)床的靜態(tài)剛度是機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的普遍要求。為了獲得高效率，數(shù)控機(jī)床具有大功率、高速度，使其承受的各種外力負(fù)荷更加惡劣。而且加工過(guò)程的自動(dòng)化也使得加工誤差無(wú)法通過(guò)人工干預(yù)進(jìn)行修正和補(bǔ)償，因此數(shù)控機(jī)床的變形會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。為了保證數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)化、高效切削條件下的穩(wěn)定性和高精度，其機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的靜態(tài)剛度，數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)比普通機(jī)床高50％。
1．采用合理的筋板結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸。
在機(jī)床外力的作用下，每個(gè)基礎(chǔ)零件都會(huì)承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的載荷，其彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的大小取決于基礎(chǔ)零件的截面抗彎和抗扭慣性矩。抗彎和抗扭慣性矩大，變形小，剛度高。表5-1列出了不同截面形狀和尺寸的慣性矩，當(dāng)截面面積相同(即重量相同)時(shí)。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，在形狀和截面面積相同的情況下，減小壁厚，增加截面的輪廓尺寸，可以大大增加剛度；封閉截面的剛度遠(yuǎn)高于不封閉截面的剛度；圓形截面的抗扭剛度高于方形截面，抗彎曲剛度低于方形截面。
2．采用合理的結(jié)構(gòu)布局，改善機(jī)床的受力狀態(tài)，提高機(jī)床的靜剛度
如果切削力、自重等外力相同，可以改善機(jī)床的受力狀態(tài)，減少變形，從而達(dá)到提高剛度的目的。例如，在其它條件不變的情況下，縮短主軸前端的懸伸長(zhǎng)度，可以減小主軸承受的彎矩，從而減小主軸前端的撓度，提高主軸的剛度。采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)布局，可顯著改善機(jī)床的受力狀態(tài)，提高機(jī)床的剛度。
3．補(bǔ)償相關(guān)零件，零件的靜態(tài)變形
在外力的作用下，機(jī)床的變形是不可避免的。如果能采取措施減少變形對(duì)加工精度的影響，結(jié)果就相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。按照這個(gè)思路，有很多方法可以補(bǔ)償零件和零件的靜態(tài)變形。這種方法廣泛用于補(bǔ)償自重引起的靜態(tài)變形。
4．提高機(jī)床各部件的接觸剛度
在機(jī)床各部件的固定連接面和運(yùn)動(dòng)副的連接面之間，總會(huì)有宏觀和微觀的不平整。兩個(gè)面之間真正接觸的只是一些高點(diǎn)，實(shí)際接觸面積小于兩個(gè)接觸面的面積(名義接觸面積)。因此，在承載過(guò)程中，作用于這些接觸點(diǎn)的壓力遠(yuǎn)強(qiáng)于平均壓力，導(dǎo)致接觸變形。平均壓力p和變形δ這個(gè)比例叫做接觸剛度，即。
由于機(jī)床總是有大量的靜動(dòng)連接面，如果不注意提高接觸剛度，每個(gè)連接面的接觸變形都會(huì)大大降低機(jī)床的整體剛度，對(duì)加工精度產(chǎn)生非常不利的影響。實(shí)際接觸面積的大小是影響接觸剛度的根本因素，任何增加實(shí)際接觸面積的方法都可以有效地提高接觸剛度。例如，機(jī)床的導(dǎo)軌通常采用人工刮刀技術(shù)作為最終的精加工過(guò)程。通過(guò)刮刀研究，可以增加單位面積上的接觸點(diǎn)，使接觸點(diǎn)分布均勻，從而增加導(dǎo)軌副結(jié)合面的實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度。例如，采用滾動(dòng)軸承作為支撐的主軸部件，需要設(shè)計(jì)預(yù)緊結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)軸承間隙，使軸承在預(yù)加載的情況下運(yùn)行，從而提高主軸的支撐剛度。預(yù)加載增加了實(shí)際接觸點(diǎn)的面積，從而達(dá)到提高接觸剛度的目的。采用螺紋緊固的固定連接面，合理布置一定數(shù)量的螺栓，對(duì)螺栓的擰緊扭矩提出嚴(yán)格要求，以保證適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，也是提高接觸剛度的常用措施。
5．采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)
長(zhǎng)期以來(lái)，鑄鐵主要用于機(jī)床基礎(chǔ)零件。近年來(lái)，鋼板焊接結(jié)構(gòu)取代鑄鐵零件的趨勢(shì)不斷擴(kuò)大，從單件和小批量重型和超重型機(jī)床的應(yīng)用逐漸發(fā)展到一定批量的中型機(jī)床。
提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性能
機(jī)床的振動(dòng)會(huì)在加工工件的表面留下振動(dòng)，影響工件的表面質(zhì)量。在嚴(yán)重的情況下，加工過(guò)程很難進(jìn)行。機(jī)床加工時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生兩種振動(dòng):強(qiáng)制振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的抗振能力是指抵抗這兩種振動(dòng)的能力。
強(qiáng)制振動(dòng)是在各種動(dòng)態(tài)力的作用下被迫產(chǎn)生的振動(dòng)(如高速旋轉(zhuǎn)部件的不平衡力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的換向沖擊力、周期變化的切削力等)。).如果動(dòng)態(tài)力的頻率與機(jī)床某個(gè)部件的固有頻率重合，就會(huì)產(chǎn)生共振。機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗強(qiáng)制振動(dòng)的能力可以用動(dòng)剛度來(lái)表示。
自激振動(dòng)是在具有額外動(dòng)力的情況下，由切削過(guò)程本身激發(fā)的振動(dòng)。自激振動(dòng)的頻率接近或略高于機(jī)床主振動(dòng)的低階固有頻率，振幅較大，對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生極其不利影響。當(dāng)機(jī)床的剛度、刀具的切削角度、工件和刀具材料、切削速度和進(jìn)給量都是一定的時(shí)候，影響自激振動(dòng)的主要因素是切削寬度B。因此，作為判斷機(jī)床切削穩(wěn)定性(抵抗自激振動(dòng)的能力)的指標(biāo)，可以將不產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大切削寬度稱為臨界切削寬度。
高速切削是產(chǎn)生動(dòng)力的直接因素，強(qiáng)力切削也意味著切削寬度大。在追求高速高切削效率的同時(shí)，數(shù)控機(jī)床也為容易產(chǎn)生強(qiáng)制振動(dòng)和自激振動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。切削過(guò)程的自動(dòng)化使得振動(dòng)難以手動(dòng)控制和消除。數(shù)控機(jī)床只能通過(guò)自身機(jī)床結(jié)構(gòu)的高抗振性來(lái)降低和克服振動(dòng)對(duì)加工精度和加工過(guò)程的影響。
提高機(jī)床的抗振性，可以從提高靜態(tài)剛度、固有頻率和阻尼性幾個(gè)方面入手。前面已經(jīng)詳細(xì)介紹了提高靜態(tài)剛度的措施。由于固有頻率(其中k為靜態(tài)剛度，m為結(jié)構(gòu)質(zhì)量)，在提高靜態(tài)剛度時(shí)，結(jié)構(gòu)件的重量可以相對(duì)減小，即單位重量的剛度可以提高固有頻率。前面介紹的合理布置鋼筋板，采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)等措施提高靜態(tài)剛度，也可以達(dá)到提高固有頻率的目的。
1、基礎(chǔ)內(nèi)腔填充泥芯、混凝土等阻尼材料
泥芯、混凝土填充在基礎(chǔ)件的內(nèi)腔內(nèi)，振動(dòng)時(shí)可以利用相對(duì)摩擦來(lái)消耗振動(dòng)能量，從而提高結(jié)構(gòu)的阻尼性能。
2、表面采用阻尼涂料
對(duì)于彎曲振動(dòng)結(jié)構(gòu)件，涂層厚度越大，阻尼越大，在其表面噴涂一層內(nèi)阻尼性高、彈性高的粘性材料(如瀝青基制成的水泥減振劑、聚合物和油漆膩?zhàn)拥?。).阻尼涂層不僅可以改變?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和剛度，還可以獲得更高的阻尼比，其阻尼比ξ價(jià)值可以達(dá)到0.05~0.1。鋼板焊接結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用這種措施。
3、采用新材料制造基礎(chǔ)件
近10年來(lái)，德國(guó)和瑞士在應(yīng)用聚合物混凝土制造基礎(chǔ)件方面取得了進(jìn)展。德國(guó)布格哈特-韋貝爾(BURKHARUT&WEBER)該公司為HYOP80NCW加工中心制作了丙烯酸樹(shù)脂混凝土床體，其動(dòng)態(tài)剛度是鑄鐵件的6倍。斯圖德，瑞士精密磨床制造商(STUDER)該公司制作了S40和S50系列數(shù)控外圓磨床的樹(shù)脂混凝土床體，具有剛度高、抗振性能好、耐化學(xué)腐蝕、耐熱等特點(diǎn)。
4、在接合面之間充分利用阻尼
在焊接結(jié)構(gòu)上，壁板和筋板之間采用間歇焊接(即焊接一段，空一段，再焊接一段)，空振動(dòng)時(shí)相互摩擦，可以消耗振動(dòng)能量，從而獲得良好的阻尼特性。
減少機(jī)床的熱變形
熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，許多零件和零件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如電機(jī)、滾動(dòng)軸承、切屑、刀具和工件的切割零件、液壓系統(tǒng)等。這些產(chǎn)生熱量的零件和零件稱為熱源。熱源產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射傳遞給機(jī)床的各個(gè)零件，導(dǎo)致溫度升高和熱膨脹。由于熱源分布不均勻，各熱源產(chǎn)生的熱量不均勻，零件質(zhì)量不均勻，導(dǎo)致機(jī)床各部位溫度升高不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)和不均勻的熱膨脹變形。
CNC機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)床，而且大切削用量產(chǎn)生的熾熱切屑也較多，因此發(fā)熱遠(yuǎn)比傳統(tǒng)機(jī)床嚴(yán)重，而熱變形對(duì)加工精度的影響往往難以由操作人員來(lái)糾正，因此應(yīng)特別注意如何減少機(jī)床的熱變形。
1、改進(jìn)機(jī)床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)
與熱源相比，這種結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。這樣，當(dāng)發(fā)生熱變形時(shí)，可以保證工件或刀具旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱線的位置不變，從而減少熱變形對(duì)加工精度的影響。最典型的例子是許多臥式加工中心采用的框式雙柱結(jié)構(gòu)。主軸箱嵌入框式立柱，定位在立柱的左右導(dǎo)軌的兩個(gè)內(nèi)側(cè)。熱變形時(shí)，主軸中心在水平方向的位置保持不變，從而減少了熱變形的影響。
(2)采用預(yù)拉伸滾珠絲杠結(jié)構(gòu)。
數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠在預(yù)加載荷大、轉(zhuǎn)速高、散熱差的情況下工作，容易發(fā)熱。滾珠絲杠的熱伸長(zhǎng)直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。預(yù)拉伸可以減少絲杠的熱變形。這種方法是在加工滾珠絲杠時(shí)，使螺距略小于名義值，在組裝時(shí)預(yù)拉伸絲杠。即使螺距值達(dá)到名義值，當(dāng)絲杠工作加熱時(shí)，絲杠中的拉伸應(yīng)力補(bǔ)償熱應(yīng)力，從而減少熱伸長(zhǎng)。
(3)機(jī)床布局時(shí)，盡量減少內(nèi)部熱源
內(nèi)熱源發(fā)熱是導(dǎo)致熱變形的主要原因。因此，在機(jī)床布局設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量將熱源從主機(jī)中分離出來(lái)，如電機(jī)、變速箱、液壓泵站等。
加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱切屑是不可忽視的熱源。在機(jī)床布局中，應(yīng)考慮使排屑通暢。應(yīng)設(shè)置自動(dòng)排屑裝置，以便隨時(shí)將排屑排出機(jī)床。同時(shí)，應(yīng)在工作臺(tái)或?qū)к壣显O(shè)置隔熱罩，以隔離數(shù)控技術(shù)中排屑的熱量。
2、控制溫升
采用散熱、風(fēng)冷、液體冷卻等控制溫升的方法，吸收熱源產(chǎn)生的熱量，是各種數(shù)控機(jī)床中減少熱變形影響的常用對(duì)策。其中，強(qiáng)制冷卻是一種有效的方法。所謂強(qiáng)制冷卻，就是用冷卻裝置冷卻潤(rùn)滑油或冷卻液，然后將潤(rùn)滑油送到摩擦副潤(rùn)滑或?qū)⒗鋮s液送到切割部位冷卻。
3、熱變形補(bǔ)償
對(duì)熱變形規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，在計(jì)算機(jī)中建立數(shù)學(xué)模型并存進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
第四，改善運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副摩擦特性
機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而對(duì)數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求更高，如:高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行；靈敏度高，能在重載下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作；耐磨性高，保持精度好。這些都與導(dǎo)軌副的摩擦特性有關(guān)，要求摩擦系數(shù)小，靜動(dòng)摩擦系數(shù)小。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌主要包括塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。
(一)塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌
數(shù)控機(jī)床使用的塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌包括鑄鐵-塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和鑲嵌鋼-塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌通常用于導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，與之匹配的金屬導(dǎo)軌是鑄鐵或鋼。鑄鐵品牌為HT300，表面淬硬至HRC45~50，表面粗糙度磨削至0.20~0.10；鑲鋼導(dǎo)軌常采用50號(hào)鋼或其它合金鋼，淬硬至HRC58~62。聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧耐磨導(dǎo)軌涂層常用于導(dǎo)軌上的塑料。
1、聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶
聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨等填充物，混合燒結(jié)，制成軟帶狀。這種軟帶有以下特點(diǎn):
(1)摩擦性能好
(2)是耐磨性好
(3)是具有良好的減振性能
(4)工藝性能好
2、環(huán)氧耐磨導(dǎo)軌涂層
環(huán)氧耐磨導(dǎo)軌涂層是一種雙組分塑料涂層，以環(huán)氧樹(shù)脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液體或糊狀，以固化劑為另一組分。具有良好的加工性能，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨、刮；它還具有良好的摩擦特性和耐磨性，抗壓強(qiáng)度高于聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是在調(diào)整固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌之間的相關(guān)位置精度后，可以注入涂料，可以節(jié)省大量的加工時(shí)間，因此特別適用于不能使用導(dǎo)軌軟帶的重型機(jī)床和復(fù)雜機(jī)床。
(二)滾動(dòng)導(dǎo)軌
滾動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小(一般在0.003左右)、動(dòng)靜摩擦系數(shù)差異小、幾乎不受運(yùn)動(dòng)變化影響、定位精度高、靈敏度高、保持精度好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有兩種:滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。
1、滾動(dòng)導(dǎo)軌塊
2、線性滾動(dòng)導(dǎo)軌
除了一般滾動(dòng)導(dǎo)軌的共同優(yōu)點(diǎn)外，單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌還具有以下特點(diǎn)：
(1)具有自調(diào)節(jié)能力，安裝基面的許用誤差較大。
(2)制造精度高。
(3)可以高速運(yùn)行，運(yùn)行速度可以大于60m//min。
(4)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持高精度。
(5)可以預(yù)加載荷，提高剛度。
(三)靜壓導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌通過(guò)壓力油在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌表面之間浮動(dòng)，使導(dǎo)軌表面處于純液體摩擦狀態(tài)。由于承載要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開(kāi)閉兩種。
電話：021-69138435
工廠地址：上海市松江區(qū)中德路669號(hào)2棟
傳真：021-69138419
郵箱：jiataishukong@126.com
