新技术在数控机床中的应用.doc

新技术在数控机床中的应用 内容摘要：一个国家数控机床的水平和拥有量是衡量其工业现代化程度、衡量国家综合竞争力的重要指标，而数控机床的核心技术正是数控系统。数控机床综合了当今世界上许多领域最新的成果，主要包括计算机信息处理、自动控制的伺服、机密机械、精密检测和智能化的传感、网络及通信等技术。这些技术的核心是由微电子技术向精密机械技术渗透所形成的机电一体化技术。数控机床的诞生和发展主要依赖于这些相关技术的问世和不断进步。传统的“电动机皮带轮速比齿轮”的主传动系统和“电动机齿轮减速器”的进给系统，其中间传动链形成的间隙误差直接影响到机床的加工精度。而电主轴、电滚珠丝杠、直线电机等新技术采用无中间传动环节的直接驱动方式，明显提高了数控机床的加工精度：除此之外，新技术的传动速度也很高，可满足现代工业对数控机床高效率加工的要求。在控制方面，开放式数控系统的应用增加了机床数控系统的柔性和适应性。详细介绍了有关新技术的结构、特点、工作原理以及在数控机床中的应用情况。关键词：新技术；数控机床；应用The application of new technology in numerical control machine toolYanyanwei(Mechanical Department of Huanghe Science and Technology College 450013) Abstract : a national level of the numerical control machine and ownership is an important index to measure the degree of industrial modernization, to evaluate the comprehensive national competitiveness, while the core technology of CNC machine tools are CNC system. CNC machine tools in the world of the latest achievements in many fields, including computer information processing, automatic control, mechanical, precision servo secret detection and intelligent sensing, network and communication technology. The core of these techniques is from microelectronics to precision machinery technology penetration of mechatronics technology formed. The emergence and progress of the birth and development of CNC machine tools is mainly dependent on these related technologies. The traditional motor + pulley + gear ratio of the main drive system and the feed system for motor and gear reducer, the gap between the transmission chain errors formed directly affects the machining accuracy of machine tool. Electric spindle, and electrical new technology of ball screw, linear motor direct drive mode with no intermediate transmission links, improve the machining accuracy of NC machine tools: in addition, the transmission speed of the new technology was high, which can meet the requirements of modern industry for efficient processing of CNC machine tools. In the control, application of open CNC system increases the flexibility and adaptability of CNC system. The paper introduces working principle, structure, characteristics and application of new technology in CNC machine tool Keyword: new technology; NC machine tool; application随着国防、汽车、航空、模具等行业的快速发展，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，生产周期要求越来越短。传统的加工设备和制造方法难以满足现代工业多样化、柔性化与复杂形状零件的高效率、高精度加工要求。因此，对数控机床提出了更高的要求，即高速度、高精度及高智能，主要涉及刀具高速切削、工件快速进给、机床高精度定位、高精度重复定位等。最近几年，人们在这些方面投入了大量精力，并进行了深入研究，使数控机床在加工性能和加工效率上有了很大的突破，因此也产生了一系列的新技术，如电主轴、高精度滚珠丝杠、直线电动机、力矩电机、开放式数控系统等技术。本文从各系统入手着重介绍数控机床中新技术的结构、特点、工作原理以及应用情况。 1主传动系统传统的主传动系统为“电动机+皮带轮+速比齿轮” ，这种主传动系统转速低、精度低，不适合现代化的数控加工要求。最近几年发展起来的电主轴传动系统具有高效、高速、高智能的特点，而在新型数控机床中得到了广泛的应用。电主轴是电动机与主轴部分的集成化产物。电动机转子与主轴是通过压合装配合为一体的，凶而电动机的转子即为主轴的旋转部分。这种传动方式实现了电动机直接带动主轴旋转无任何中间环节的直接驱动，由于取消了皮带、齿轮、联轴节等中间传动链，使整个主传动系统结构紧凑、传动效率高、传动精度高、振动小、噪音低。电主轴最主要的特点是高速运转。目前电主轴转速普遍在1 800042000 rmin之间，对于一些特殊加工，如模具微细铣削，电主轴转速甚至达到大量的热量。这些热量将直接影响到轴承的刚度性能和使用性能，并且会使主轴产生热伸长，从而影响加工精度，因此电主轴均设有冷却系统。冷却系统包括水箱、冷却水循环装置、测温控温装置等。冷却水循环通道，即在电机定子外圆装一个冷却水套，冷却水套内加工有螺旋水槽，冷却水从进水口进入螺旋水槽，进行冷却循环后，从出水口排出流回水箱。通过冷却水不断的循环将电主轴的热量带走。为加强冷却效果，保持电主轴温度恒定，冷却系统设有调温制冷装置。 对于高速运转的电主轴，轴承的润滑至关重要，主要有两种润滑方式。当 值1010 mm(rrain)以上时，采用油润滑。油润滑又分两种，其中油雾润滑是将润滑油经压缩空气雾化后对轴承进行润滑，油不易回收，并对环境有污染。目前电主轴上采用较多的是油气润滑，即将少量的润滑油不经雾化而直接由压缩空气定时、定量地输入到轴承中，这种润滑方式油气始终处于分离状态，润滑油可回收，对环境无污染。2 进给传动系统21滚珠丝杠副滚珠丝杠副具有传动简单、精度高、效率高、经济可靠等特点，而广泛应用于数控机床中。但是传统的滚珠丝杠副是通过“电动机+齿轮减速器”来带动回转的，齿轮传动链形成的间隙误差直接影响到机床的进给传动精度，而且滚珠丝杠的转速也较低，一般在24 r/min以下。在数控机床向高速度、高精度方向的不断发展中，目前数控机床滚珠丝杠传动的进给速度已经高达60 mmin，加速度达1g。提高传动进给速度所采取的方法是：(1)增大丝杠导程。因滚珠丝杠实现的直线进给速度与丝杠导程和转速之积成正比，增大导程可提高进给速度，因此在高速数控机床中大导程的使用已成为趋势，现有大导程几乎接近直径的12I3。(2)采用电滚珠丝杠直接驱动。电滚珠丝杠是伺服交流电动机与滚珠丝杠的集成。电滚珠丝杠传动方式具有结构简单紧凑、传动精度高、运行速度快等特点，最近几年已经开始得到应用。高速精密丝杠在运转过程中会产生大量热量，从而造成丝杠热变形，并直接影响数控机床的加工精度。为保持丝杠在恒温下工作，产生了滚珠丝杠冷却技术，即将丝杠做成空心状，通过冷却水循环系统使冷却水从丝杠一端进入丝杠中心空腔，从另一端流出，进行强制冷却。为加强冷却效果，螺母上也设置了冷却水通道，冷却水通过螺母上的冷却水通道循环对螺母进行冷却。2. 2直线电动机直线电动机驱动原理与旋转电动机类似，直线电动机相当于将旋转电机沿径向切开，再沿圆周方向展开而成， “定子”变为“初级” ， “转子”变为“次级” 。由于直线电动机直接将电能转换成直线运动，省去了电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而直线电动机具有很高的定位精度、重复定位精度、动态响应速度和传动效率，尤其是直线的传动进给速度和加速度很高，进给速度可达100120 mmin，加速度可达15g2g。近几年直线电动机已开始较多的应用到高档数控机床中，如：高速铣床、加工中心、磨床及并联运动机床 。当然直线电动机制造成本很高，目前主要应用在高精度、超高速、中小推力、长行程，特别是需要定位运动多、进给速度和方向变换频繁的场合，例如宇航工业、航空工业、汽车工业及模具制造业等复杂曲面或轻金属的高速切削加工中。 3数控系统传统数控系统封闭、专用的体系已越来越不能适应现代化工业对中小批量加工和良好柔性、多种加工的需求。最近发展起来的开放式数控系统是一个模块化、可重构、可扩充的软硬件控制系统，它可以解决繁杂的需求与控制系统专一固定的框架之间的矛盾，从而建立一个统一的可重构的系统工具平台，极大地增强了数控系统柔性和适应性。开放式数控系统具有以下优势：(1)具有强大的适应性和灵活配置能力。能适应各种设备；可灵活配置，随意集成。(2)控制软件具有及时扩展和联机功能。可以顺应新技术的发展，加入各种新功能。(3)不仅能适应计算机技术和信息技术的快速发展和更新换代，且能有效保护用户原有的投资。(4)操作简单，维护方便。(5)遵循统一的标准体系结构规范，模块之间具有兼容性，部件之间具有互换性和互操作性。(6)可以广泛使用图形和数据技术。为软件技术的广泛应用提供支撑，使机械加工的网络化设想成为可能。目前世界各国都在积极开发和研究开放式数控系统，并且已开始将其应用到实际生产中。现代网络技术、计算机信息技术以及现代控制技术等高新技术的突飞猛进，正极大推动开放式数控技术的发展，今后开放式数控系统必将成为数控系统的主流。4小结现代工业对数控机床的加工精度和生产效率要求越来越高，因此对新技术的开发和应用势在必行。目前电主轴技术已经比较成熟，在数控机床中的应用比较广泛，除金属零件，木材、玻璃、石材等产品的加工也应用了电主轴技术。电滚珠丝杠、直线电动机等新技术的应用还比较少，主要原因是成本高、性能不够稳定。但从发展趋势来看，这些新技术的成本会越来越低，性能会越来越稳定，相信在不久的将来会得到广泛的应