數(shù)控機床與普通機床的機械結(jié)構(gòu)對比分析

1、數(shù)控機床與普通機床的機械結(jié)構(gòu)對比分析摘要：分析了金屆切削類數(shù)控機床主機部分的機械結(jié)構(gòu)特點，對比分析了數(shù)控機床與普通機床在機械結(jié)構(gòu)和外觀等方面的差異，闡述了數(shù)控機床相對于普通機 床的結(jié)構(gòu)改進和加工精度、節(jié)能環(huán)保等的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:數(shù)控機床；結(jié)構(gòu)特點1刖曰當(dāng)今世界，綜合實力較強的發(fā)達(dá)國家都對機床行業(yè)高度重視，因為機床是一 切工業(yè)冷加工的基礎(chǔ)。無論是汽車工業(yè)，還是航天、軍工等產(chǎn)品的生產(chǎn)都離不開 機床。隨著機床技術(shù)的飛速發(fā)展，機床的種類不斷增多、加工精度也不斷提高， 數(shù)控機床、加工中心等先進設(shè)備不斷地改進完善。數(shù)控機床集現(xiàn)代機械制造技術(shù)、 計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光電技術(shù)于一體，具

2、有高效 率、高精度、高自動化和高柔性等特點，隸屆于關(guān)系國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜 合國力的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其先進性和擁有量是衡量一個國家先進制造業(yè)整體水 平的重要標(biāo)志。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)， 尤其發(fā)展高檔數(shù) 控機床已成為保證國防工業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略物資，同時對提升一個國家的航空、航天、船舶、汽車、模具、電站設(shè)備等制造業(yè)的國際競爭力，將有著舉 足輕重的重要影響。所以各國都競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先 進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、業(yè)在國際市場上相 互展開激烈競爭，特別是隨著微電子、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機床也在20 世紀(jì)8湃代以后

3、加速發(fā)展，有力地推動了社會的工業(yè)進步。隨著數(shù)控機床的飛速發(fā)展，已經(jīng)形成了低、中、高三種格局的廣闊市場。目 前，我國數(shù)控金切機床市場上高、中、低檔機床消費比重，在消費量上約為5:50: 45,在消費額上約為15: 70: 15?？梢哉f，國內(nèi)對高中檔數(shù)控機床的需求無 論在消費量還是消費金額方面都已超過了低檔機床。普通機床由于歷史原因和區(qū) 域經(jīng)濟發(fā)展還依然服役于一些小規(guī)模的加工企業(yè)或者老加工企業(yè)，但已逐年被淘汰或者技術(shù)改造，通過增加數(shù)控伺服系統(tǒng)，從而提高效率和加工精度?？傊?，數(shù) 控機床替代普通機床裝備已是大勢所趨。 下文主要針對數(shù)控機床與普通機床的機 械結(jié)構(gòu)做一些對比分析。2數(shù)控機床的特點數(shù)控在G即

4、的定義是“用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”。現(xiàn)代數(shù)控機床是集高新技術(shù)于一體的典型機電一體化加工設(shè)備。數(shù)控加工設(shè)備主要分切削加工、壓力加工和特種加工 （如數(shù)控電火花加工機床等）3類。切 削加工類數(shù)控機床的加工過程能按預(yù)定的程序自動進行。消除了人為的操作誤差 和實現(xiàn)了手工操作難以達(dá)到的控制精度，加工精度還可以用軟件來校正和補償。因此，可以獲得比機床精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進行粗、精加工，配置自動換刀裝置后，還能縮短輔助加工時間、提 高生產(chǎn)率；由于機床的運動軌跡受可編程的數(shù)字信號控制，因而可以加工單件和 小批量且形式復(fù)雜的零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大

5、為縮短。綜上所述，數(shù)控機床具有精 度高、效率高、自動化程度高和柔性好的特點。從數(shù)控機床的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨 勢看，由于微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等新技術(shù)、新工藝在機床行業(yè)的滲透和應(yīng) 用，它與普通機床相比不僅在機械結(jié)構(gòu) 性能方面發(fā)生了 “質(zhì)”和“形”的變化， 且其外觀造型也形成了自身獨特的風(fēng)格和特點。3數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點數(shù)控機床雖然也有普通機床所具有的床身和立柱、導(dǎo)軌、工作臺、刀架等部 件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、高速度控制相匹配，對機床主機部分的結(jié)構(gòu)設(shè) 計還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無問隙、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖?尼比等要求。由于機械結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其性能的具體手段， 是實現(xiàn)性能

6、的核心因 索（當(dāng)然結(jié)構(gòu)也受材料和工藝的影響），因此，數(shù)控機床的關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計中 也有了重大變化。3. 1基礎(chǔ)部件的結(jié)構(gòu)特點數(shù)控機床的基礎(chǔ)件主要包括床身、 立柱、工作臺等支承件，它們的基本功能是支 承承載和保持各執(zhí)行器官的相對位置。數(shù)控機床集粗精加工于一體，既要能 夠承受粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力、義要能夠保證精加工時的高精度。 因此，對基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)汁在強度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等都提出了 很高的要求?，F(xiàn)行生產(chǎn)的數(shù)控機床采用的主要措施有： 鑄件采用全封閉截面，合 理布置內(nèi)部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導(dǎo)軌面加寬，車床采用 傾斜的床身和導(dǎo)軌還利于排屑，床身、立柱采

7、用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，可以明顯提高其 剛度，根據(jù)熱對稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。3. 2主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率， 且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保 證恒功率輸出，同時為使數(shù)控機床能獲得最佳的切削速度， 主傳動須在較寬的范 圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速。現(xiàn)行數(shù)控機床采用高性能的直流或交流無級凋速主軸電機， 較普通機床的機械分級變速傳動鏈大為簡化。 對加工精度有直接影響的主軸組件 的精度、岡【J度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和合理 的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。 為提高生產(chǎn)率和自動化程度，主軸 應(yīng)有刀具或工件的自動夾緊、放松、切屑活理及主軸準(zhǔn)停

8、機構(gòu)。最近日本義開發(fā) 研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。3. 3進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點數(shù)控機床的進給系統(tǒng)是由伺服電機驅(qū)動， 通過滾珠絲杠帶動刀具或工件完成 各坐標(biāo)方向的進給運動。為確定進給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性， 在設(shè)計機械 裝置時.以“無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有：采用 低摩擦、輕拖動、高效率的滾珠絲杠和直線滾動導(dǎo)軌；采用大扭矩、寬調(diào)速的 伺服電機直接與絲杠相聯(lián)接，縮短和簡化進給傳動鏈；通過消隙裝置消除齒輪、 絲杠、聯(lián)軸器的傳動間隙； 對滾動導(dǎo)軌和絲杠預(yù)加載荷，預(yù)拉伸。3. 4數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和自動交換工作臺數(shù)控鯉、數(shù)控銖和加工中

9、心，采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進給驅(qū)動機構(gòu)特點的回 轉(zhuǎn)工作臺，實現(xiàn)圓周任意角度的分度和進給運動。 對多工序數(shù)控機床，配置自動 交換工作臺，進一步縮短輔助加工時間。3. 5刀架系統(tǒng)回轉(zhuǎn)刀架，更換主軸換刀和帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)及多刀架、多主軸布局對 提高生產(chǎn)效率和自動化水平發(fā)揮了重要作用。 為使刀具在機床上迅速定位、夾緊， 普遍采用標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)和機夾刀。3. 6數(shù)控附件機床附件的作用是配合機床實現(xiàn)自動化加工。數(shù)控機床專用的附件有：對刀儀， 自動編程機，自動排屑器，物料儲 運及上下料裝置， 自動冷卻、潤滑及各種新型配套件如導(dǎo)軌防護罩等。4數(shù)控機床的外觀造型特點數(shù)控機床的外觀大都采用線型簡潔的板塊組合式全封

10、閉安全防護罩，配備有現(xiàn)代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機床各種操作手 柄、手輪和線型復(fù)雜零散的多面型表面形態(tài)。安全防護罩可防止高壓、大流量冷 卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵人侵，隔聲降噪，有利于機床的精度保持和環(huán)境保護， 真正體現(xiàn)了機、電、液一體化的特點。依人機工程學(xué)宜人性原則設(shè)計的桌面式或 懸掛式數(shù)控操作面版，是機床與操作者聯(lián)系和信息交流的唯一界面， 指示燈、按 鈕、按鍵的數(shù)量與排列及CRT勺設(shè)計，既適合人的操作特性，乂利于人機問的協(xié) 調(diào)與交流，通過視覺良好的鍵面色彩，標(biāo)準(zhǔn)化的象形符號意象抽取，能準(zhǔn)確反映 和傳遞兩者間的信息。5結(jié)論數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計反映產(chǎn)品內(nèi)在功能的深層特性，外觀表達(dá)的是產(chǎn)品表層特性，對用戶而言，深層次的與產(chǎn)品使用密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)性能要通過表層的外觀形 態(tài)來傳遞和表達(dá)。全封閉防護罩雖然掩蓋了機床的主體結(jié)構(gòu)， 卻至少傳達(dá)了數(shù)控 機床這樣幾個方面的深層內(nèi)含：先進的數(shù)控數(shù)顯裝置；對機床的精度和剛度 使用的可靠性、安全防護性及環(huán)保等有嚴(yán)格要求；采用先進標(biāo)準(zhǔn)的刀具系統(tǒng)及 安裝位置合理的自動換刀裝置； 采用整套商品化、標(biāo)準(zhǔn)化的新型