基于數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求探究

王彩年+叢杉

摘要：數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)故障是企業(yè)生產(chǎn)過程中的常見問題，本文對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行了分析，無論是對企業(yè)的維修人員還是機(jī)床操作者都有很好的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；機(jī)械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)故障

把傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床與通用機(jī)床進(jìn)行比較，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面他們幾乎沒有什么實(shí)質(zhì)性的差別，數(shù)控機(jī)床僅僅是對機(jī)床刀架、自動(dòng)轉(zhuǎn)位、自動(dòng)變速和手柄的具體操作方面做出了一些改進(jìn)。但是，隨著科技的不斷進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)也有了長足的進(jìn)步，基于其在具體操作和控制技術(shù)等方面的特點(diǎn)，對于數(shù)控機(jī)床的工作效率、使用壽命和精密度有了更加嚴(yán)格的要求。這就促使我們對機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行更深層次的探索和研究。

一、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)概述

數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字信息來控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工的。機(jī)械結(jié)構(gòu)（如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等）的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過程中不能人為地調(diào)整與補(bǔ)償，為保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量.就必須提高數(shù)控機(jī)床的靜、動(dòng)剛度。提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，采用三支撐結(jié)構(gòu)，且選用剛性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力球軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形：提高機(jī)床大件的剛度。采用封閉界面的床身。并采用液力平衡減少移動(dòng)部件因位置變動(dòng)造成的機(jī)床變形：提高機(jī)床各部件的接觸剛度。增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積.有效地提高接觸剛度。為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩(wěn)定切削。在保證靜態(tài)剛度的前提下。還必須提高動(dòng)態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)表明。提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法：采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺既可增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼，封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減。對提高抗振性也有較好的效果。

二、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求

我們知道，數(shù)控機(jī)床是一種根據(jù)已有數(shù)控程序或者錄入的數(shù)字信息指令進(jìn)行自動(dòng)化加工的設(shè)備。長時(shí)間的工作之后，機(jī)械很容易會(huì)發(fā)生一定程度上的變形，而這種幾何精度上的誤差很難在加工工作中人為的進(jìn)行修復(fù)和調(diào)整。所以，一定要爭取把機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的變形率降到最低，保證加工部件的質(zhì)量和精度。機(jī)械結(jié)構(gòu)中，主軸承受的勞動(dòng)強(qiáng)度較高，不僅要選取三支撐的構(gòu)造方式，在選擇軸承的方面也要注意剛度的要求，只有這樣才能減少主軸在軸向以及徑向上的磨損和變形。對于機(jī)床上機(jī)械結(jié)構(gòu)的大件，要提高剛度首先應(yīng)該對床身進(jìn)行封閉處理，通過液力平衡減少位置的變動(dòng)，減少機(jī)床的變形。機(jī)床的承載能力也就是對機(jī)床部件之間接觸剛度的要求，應(yīng)用刮研的手段能夠使接觸面的接觸點(diǎn)增加，并能夠使結(jié)合面的預(yù)加載荷滿足較大壓力的需求。以上幾種措施都能夠使接觸面的剛度得到有效的增強(qiáng)。為了保證數(shù)控機(jī)床的加工能力，在對靜態(tài)剛度進(jìn)行強(qiáng)化之后，還要進(jìn)行動(dòng)態(tài)剛度的提高。目前，常用的提高動(dòng)性剛度的方法有三種，系統(tǒng)剛度的提高、部件的調(diào)整以及阻尼的增加。其中，增加阻尼系數(shù)是比較常見也是最有效的方法，事實(shí)證明，調(diào)整抗振性的有效方法就是加強(qiáng)阻尼。焊接結(jié)構(gòu)的鋼板不僅能夠提高靜態(tài)剛度、減輕重量負(fù)擔(dān)，還能夠達(dá)到加大阻尼的效果。最近幾年，數(shù)控機(jī)床的床身、工作臺、橫梁和立柱多數(shù)采用鋼板焊接，還有部分機(jī)床采用封砂鑄件，在減少振動(dòng)、提高抗振性方面也有很好的效用。機(jī)床工作過程中，內(nèi)部的熱源會(huì)產(chǎn)生熱量，而熱量也是造成變形的主要原因之一。為了最大限度的減少熱變形，應(yīng)該使熱源盡可能遠(yuǎn)離機(jī)床主機(jī)。只有采用有效地減少熱源的行動(dòng)，才能緩解熱變形的問題。一般來說，想要將數(shù)字機(jī)床的內(nèi)熱源和外熱源全部消除是不可能的，所以，我們只能通過散熱和冷控的處理來進(jìn)行機(jī)床溫度的調(diào)節(jié)，把熱變形的可能降到最低。對機(jī)床發(fā)熱的部位進(jìn)行強(qiáng)制性的冷卻處理是常用的有效手段，也可以采用對機(jī)床低溫部分進(jìn)行加熱的手段，目的是保證機(jī)床的各個(gè)部位在溫度上盡量保持一致，來減少由于溫度原因產(chǎn)生的變形。我們就以主軸箱為例，應(yīng)該把主軸部分的熱變形盡量控制在垂直于切入點(diǎn)的方向上，這樣做能夠最小化熱變形對加工零件的直徑的影響。從結(jié)構(gòu)上來說，減少主軸中心與垂直地面的距離可以有效減少熱變形的發(fā)生，同時(shí)使主軸箱的溫升保持一致，避免主軸發(fā)生傾斜。滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床中的作用非常重要，由于滾珠絲杠的工作環(huán)境載荷大而且散熱條件比較差，造成絲杠特別容易發(fā)熱。一旦滾珠絲杠發(fā)熱，特別在開環(huán)系統(tǒng)中內(nèi)，會(huì)造成定位的不精確。

三、結(jié)束語

數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)性能的優(yōu)化對于機(jī)床的生產(chǎn)能力具有至關(guān)重要的作用。數(shù)控機(jī)床常采用的主軸，一種是在前后部位選用不同的軸承進(jìn)行支撐，其中前軸是采用短圓柱和向心推力軸承的組合，后軸則是選用具有向心推力的球行構(gòu)造。這樣的配置組合能夠加大主軸的綜合性剛度，使機(jī)床具有更強(qiáng)的切削能力，所以在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)用也比較普遍。對于載重較輕、運(yùn)轉(zhuǎn)高速的數(shù)控機(jī)床一般則會(huì)在前軸設(shè)置精度較高的、具有向心推力的軸承，這樣的主軸能夠在高速狀態(tài)下保持穩(wěn)定，最快轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到每分鐘四千轉(zhuǎn)，他的缺點(diǎn)是承載能力方面較弱。還有一種錐滾之軸承，可以是單列也可以是雙列，優(yōu)點(diǎn)是軸承剛度條件好，承載能力強(qiáng)，在較強(qiáng)的動(dòng)力載荷情況下，也能夠進(jìn)行較好的調(diào)整，但是存在精度不高以及轉(zhuǎn)速低等問題，適用于重載和精度較低的數(shù)控機(jī)床。在主軸的結(jié)構(gòu)方面，要處理好各個(gè)零部件的安裝以及位置調(diào)整，對于密封、潤滑等工作也要給予足夠的重視。由數(shù)控機(jī)床通過編好的程序來指導(dǎo)工作的原理決定，數(shù)控機(jī)床在工作過程中，進(jìn)行外界的調(diào)整是不容易實(shí)現(xiàn)的，這就要求我們對數(shù)控機(jī)床自身的性能進(jìn)行不斷的改進(jìn)和調(diào)整。從機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能兩方面進(jìn)行不斷的優(yōu)化，能夠保證數(shù)字機(jī)床進(jìn)行長期和精準(zhǔn)的工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]燁毓杰.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)故障診斷與維修[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015.