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數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)性能要求
經(jīng)濟型數(shù)控機床的機床本體由下列各部分組成:
(1)主傳動系統(tǒng),其功用是實現(xiàn)主運動。
(2)進給系統(tǒng),其功用是實現(xiàn)進給運動。
(3)機床基礎(chǔ)件,通常指床身、底座、立柱、滑座、工作臺等。其功用是支承機床本體的零、部件,并保證這些零、部件在切削加工過程中占有的準確位置。
(4)實現(xiàn)某些部件動作和某些輔助功能的裝置,如液壓、氣動、潤滑、冷卻以及防護、排屑等裝置。
(5)實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件,如回轉(zhuǎn)工作臺。
(6)刀庫、刀架和自動換刀裝置(ATC)。
(7)自動托盤交換裝置(APC)。
(8)特殊功能裝置,如刀具破損檢測、精度檢測和監(jiān)控裝置等。
其中,機床基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)以及液壓、潤滑、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機床的機床本體的基本部件,其他部件則按數(shù)控機床的功能和需要選用。盡管數(shù)控機床的機床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)的機床十分相似,但由于數(shù)控機床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機床存在著巨大的差距,所以數(shù)控機床的機床本體在總體布局、結(jié)構(gòu)、性能上與傳統(tǒng)機床有許多明顯的差異,出現(xiàn)了許多適應(yīng)數(shù)控機床功能特點的*新穎的機械結(jié)構(gòu)和部件。
經(jīng)濟型數(shù)控機床是一種高精度、率的自動化加工設(shè)備。盡管數(shù)控機床價格昂貴,一次性投資巨大,但仍然為機械制造廠家所普遍采用并取得很好的經(jīng)濟效益,其原因在于數(shù)控機床能自動化地,高精度、高質(zhì)量、率地解決中、小批量的加工問題。數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展及在機床上的應(yīng)用,為數(shù)控機床的自動化、高精度、率提供了可能性,但要將可能性變成現(xiàn)實,則必須要求數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的特性才能保證。這些特性包括結(jié)構(gòu)的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、低速運動的平穩(wěn)性及運動時的摩擦特性、幾何精度、傳動精度等。
機床在加工過程中,受多種外力的作用,包括運動部件和工件的自重、切削力、驅(qū)動力、加減速時的慣性力、摩擦阻力等。機床的各部件在這些力的作用下將產(chǎn)生變形,如各基礎(chǔ)件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形,支承構(gòu)件的局部變形,固定連接面和運動嚙合面的接觸變形等。這些變形都會直接或間接地引起數(shù)控刀具與工件之間產(chǎn)生相對位移,破壞刀具和工件原來所占有的正確位置,從而影響機床的加工精度和切削過程的特性,所以,提高機床的靜剛度是機床結(jié)構(gòu)設(shè)計的普遍要求。數(shù)控機床為獲得率而具有的大功率和高速度,使它所承受的各種外力負載更加惡劣,而且加工過程的自動化也使得加工誤差無法由人工干預(yù)來修正和補償,所以,數(shù)控機床的變形對加工精度的影響會更為嚴重。為了保證數(shù)控機床在自動化、率的切削條件下獲得穩(wěn)定的高精度,其機械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有更高的靜剛度,有標準規(guī)定數(shù)控機床的剛度系數(shù)應(yīng)比類似的普通機床高50%。
機床在外力的作用下,各基礎(chǔ)件將承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷,其彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的大小則取決于基礎(chǔ)件的截面抗彎和抗扭慣性矩,抗彎、抗扭慣性矩大,變形則小,剛度就高。表5-1列出了在截面積相同(即重量相同)時,不同截面形狀和尺寸的慣性矩。由表中數(shù)據(jù)可知:在形狀和截面積相同時,減小壁厚,加大截面輪廓尺寸,可大大增加剛度;封閉截面的剛度遠遠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,抗彎剛度則低于方形截面;矩形截面在尺寸大的方向具有很高的抗彎剛度。因此,通過合理設(shè)計截面形狀和尺寸,可大大提高基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)靜剛度。
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