文档介绍：第一节数控机床总体结构设计
一、数控机床总体设计要求
(一)机床性能要求
(1)机床工艺范围指机床适应不同生产要求的能力。包括:机床可完成工序种类;加工零件类型、材料和尺寸范围;毛坯种类等。
数控机床可在一次装卡下完成大量程序,重调又方便,故适用于中小批生产。近年来,已开始用于汽车制造等行业的大批大量生产。从单件到大批量都可充分发挥数控机床高生产率,低废品率,减少半成品储备,缩短生产周期,便于调整等优点。
数控机床已经从简单的数控车床,数控镀铣床等向工序更广泛、更为集中的数控车削加工中心、数控铿铣加工中心等进一步发展。在很多情况下工序内容包括铣、钻、铿、攻螺纹、铰、挤压、装配、检查。随着生产的发展,机床品种会越来越多,工艺范围会更广。
第七章数控机床的结构设计
(2)加工精度
机床加工精度是指尺寸、形状和位置精度。数控机床本身的精度主要是几何精度、运动精度和定位精度。几何精度是指机床在不运动或运动速度较低时的精度,它是由机床各主要部件的几何精度和它们之间的相对位置与相对运动轨迹的精度决定的;运动精度是指机床的主要部件以工作状态的速度运动时的精度;定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。数控机床各坐标轴的进给运动精度主要是运动精度和定位精度,开环系统的进给精度主要取决于传动件的精度,伺服系统的分辨率,导轨的导向精度等。在闭环和半闭环系统中由于检测元件的反馈作用,使进给运动的定位精度和运动精度大幅度提高。低档数控系统的分辨率为10 μm ,中档为1 μm , μm ,所谓分辨率是最小输入单元,在理想的情况下定位精度应等于分辨率。但由于存在进给传动误差加减速惯性、热变形、刚度、振动、摩搐等因素的影响,使定位精度低于分辨率。
低速运动的平稳性也是影响精度的重要因素,由于数控机床的定位精度要求高,有时需要单步微量运动,因而坐标轴运动部件不能产生爬行现象。为减少爬行,数控机床常采用动静摩搐系数近乎相等的贴塑导轨、滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨和气压卸荷导轨。
(二)满足机床刚度和抗振性的要求
机床在切削加工中,其零、部件应具有一定的抵抗外载荷的能力,以保证在受力条件下,各主要零、部件之间保持正确的相对位置。这就要求机床具有一定的刚度。机床的抗振性包括两个方面:抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。如果振源的频率与机床某主要部件(例如主轴组件、床身)的某一振型(如弯曲振动、扭转振动)的固有频率重合时,将发生共振。振幅大增,加工表面祖极度将会大大增加。切削自激振动,产生于切削过程之中。如果切削不稳定,则切过的表面,其波纹度将越来越大,振动越来越剧烈,将严重影响加工表面的质量。
(三)减少热变形要求
机床由于受到内、外热源的影响,以及各部件间的热量不均衡,会产生热变形,破坏机床的原始精度,造成工件与刀具之间的相对运动关系失常,从而影响零件的加工精度,为此应采取如下措施。
(1)减少热源的发热尽可能将热源从主机中分离出去。目前多数数控机床的电动机、主轴箱、液压系统、油箱等都已外置。此外为减少发热,应减少摩擦损耗,提高运动件的精度。
(2)采取必要的散热措施对高速、快进给的机床采用强制的冷却措施;对刀具切削热采用大流量冷却液冲洗切削部位进行冷却;对高速主轴及轴承发热,采用主轴带有冷却套筒结构进行循环冷却;对轴承进行油气润滑、喷注润滑以及突入滚道润滑等,使之减少发热;对进给系统中的滚珠丝杠采用中空的丝杠通入恒温油使之不产生温升。
(3)采取均热措施使有关部件间热量均衡,以抵消变形、设计对称式结构使两部分所产生的变形相抵消,例如双立柱加工中心就是其中一例。
(四)机床可靠性要求
机床工作的可靠性是一项重要的技术经济指标。数控机床是机电一体化设备。包含计算机、电子器件、液压元件、机械构件。在自动加工中不允许出现任何差错。尤其是在加工系统中,例如柔性制造系统、无人的自动化工厂等,对机床可靠性要求相当高,因为一台机床的故障会造成全线停产,其损失是巨大的、不允许的。
(五)速度要求
机床的速度包括主轴转速、进给速度、换刀时间等,速度是效率指标。为缩短制造周期提高效率,适应高速切削的要求,数控机床的速度越来越高,有些机床主轴转速的Dmn值(前轴承中径和转速的乘积)已达到1xl06—。进给速度达100m/min以上。。高速要求促进了新技术的发展,高性能主轴组件、大导程高速滚珠丝杠,直线导轨等都是适应高速要求而发展起来的。
(六)经济效益
在保证实现机床性能要求的同时,还必须使机床具有很高的经济效益。,提高机床使用厂的经济效益。机床成本要低,生产效率要高,用于大批量生产的数控机床,由于工序集