摘　要: 介绍了设计和制造数控机床机械结构的新技术,这对于提高国产数控机床的质量和可靠性具有指导意义。
关键词: 数控机床;机械结构
中图分类号: TH12 　　　文献标识码: A 　　　文章编号: 1008 - 2794 (2002) 02 - 0068 - 02
　　当前,我国数控机床产业面临的挑战是国内市场占有率偏低。据有关资料表明,1999 年国产数控机床的市场占有率仅为38. 88 %。造成这种严峻的形势,除客观原因外,主要是产品的质量、可靠性不过硬。“十五”期间,我国机械制造工业正朝着精密化、柔性化、集成化、自动化、智能化方面迅速发展,国内数控机床需求强劲, 我国数控机床产业适逢极好的发展机遇。然而,我国加入WTO 后,国外生产的数控机床将会更多的进入我国市场,市场竞争更为激烈。提高国产数控机床市场占有率,关键在于提高质量和可靠性。几年来,经过对国内外数控机床的机械结构剖析和使用性能的调研,探索和总结了数控机床机械结构设计和制造的新技术。
数控机床的机械结构主要是由主轴部件、机械传动结构、支承部件等组成,其设计可靠性、制造精度很大程度上决定了整机的可靠性。在设计和制造时,不仅要考虑提高静、动刚度,抗振性能,热稳定性和几何精度等方面的要求,而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制。主轴部件是机械结构中的关键部件之一,随着转速的提高,国外近年开发了接触角α= 15°的混合式陶瓷角接触轴承,高速性能好,转速可达30000r/ min。为了提高主轴的回转精度,除保证主轴及其相关零件的加工精度及选用精密轴承外,在装配时应定向装配, 并按ISO 中G0. 4 级的平衡精度进行动平衡校验。机械传动结构是数控系统的直接控制对象。为了减小摩擦力和动、静摩擦力之差,普遍采用滚珠丝杆螺母副,中速传动时应施加预拉力Fpr = Fmax (轴向载荷) ,高速传动Fpr n Fmax 。导轨采用滚动导轨,制造时严格控制导轨基准面,支承面,支承导轨相对动导轨体、滑块的位置精度,一般为0. 02/ 1000 ,并按小于20 %的额定负载进行预紧。高精度,高效率的大型数控机床宜选用液体静压导轨。近几年来,国内外广泛采用“贴塑导轨”和涂塑导轨。并有逐渐取代滚动导轨的趋势。贴塑导轨软带常用的有美国Shamban 公司生产的Tureite-B 和国内生产的TSF ,涂塑导轨涂层常用的有Gleibelag- Tech2 nik 公司生产的SKC3 和国产HNT 涂层。为了满足伺服进给的要求,在转速高、传递功率大的传动中,优先采用圆弧齿同步齿形带。同时必须预加载荷或安装张力轮、带背应抛光。带轮选用密度小的工程塑料或铝合金制作,驱动轴上的带轮应直接安装在电机上以便减小转动惯量。数控机床的支承部件主要是床身、立柱等,在结构设计时应着重考虑提高单位质量的刚度。AG(人造花岗岩) 是一种新型床身材质,它具有灰铸铁 8 —10 倍的阻尼性能,尺寸稳定性好,抗腐蚀性强,可推广应用。对于加工中心类数控机床的机械部件,还包括刀库、机械手等,刀库的储存量以10 —40 把较为合适,41 —60 把基本上能满足大多数零件的加工要求,链式刀库的运动速度常取100 —800mm/ s ,圆盘刀库的转速多为10°—60°/ s。刀库设计制造时应注意运行平衡, 例如对链式刀库设置刀座运动导轨,对圆盘刀库可在靠近刀盘外缘处用滚动轴承支承。刀座在刀库中的排列,一般间距相等,在必要的情况下,也可采用不等距排列,视刀具直径大小而确定。多数刀座安装小直径刀具,按小间距排列。少数刀座按大间距排列,安装大直径刀具。设计制造时还应注意刀具在刀座中应夹持可靠、刀库防尘、防屑及安全防护问题。
目前,国外数控机床的性能正朝着高精度、高效率、高柔性、高自动化方向迅速发展,这将对数控机床机械结构设计和制造的质量和可靠性提出更高的要求。“十五”期间,我国机械制造行业必须瞄准国际数控机床发展的科学前沿,开拓创新,消化吸收国外先进技术,开创我国数控机床设计和制造技术的新局面。
参考文献:
[1 ] 　陈光明. 我国数控机床使用率低的原因分析[J ] . 机械工艺师,2001 , (2) :10.
[2 ] 　迟向磊. 我国数控机床可靠性研究概况[J ] . 机械工艺师,2001 , (3) :22.

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