基于數控機床機械結構的要求探究

王彩年+叢杉

摘要：數控機床機械結構故障是企業生產過程中的常見問題，本文對數控機床機械結構的要求進行了分析，無論是對企業的維修人員還是機床操作者都有很好的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：數控機床；機械結構；結構故障

把傳統的數控機床與通用機床進行比較，我們就會發現，在機械結構方面他們幾乎沒有什么實質性的差別，數控機床僅僅是對機床刀架、自動轉位、自動變速和手柄的具體操作方面做出了一些改進。但是，隨著科技的不斷進步，數控技術也有了長足的進步，基于其在具體操作和控制技術等方面的特點，對于數控機床的工作效率、使用壽命和精密度有了更加嚴格的要求。這就促使我們對機床的機械結構和性能進行更深層次的探索和研究。

一、數控機床機械結構概述

數控機床是用數字信息來控制機床進行自動加工的。機械結構（如機床床身、導軌、工作臺、刀架和主軸箱等）的幾何精度與變形產生的定位誤差在加工過程中不能人為地調整與補償，為保證所要求的加工精度與表面質量.就必須提高數控機床的靜、動剛度。提高數控機床主軸的剛度，采用三支撐結構，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部件因位置變動造成的機床變形：提高機床各部件的接觸剛度。增加機床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點，并在結合面之間施加足夠大的預加載荷，以增加接觸面積.有效地提高接觸剛度。為了充分發揮數控機床的高效加工能力，并能進行穩定切削。在保證靜態剛度的前提下。還必須提高動態剛度。常用的措施主要有提高系統的剛度、增加阻尼以及調整構件的自振頻率等。試驗表明。提高阻尼系數是改善抗振性的有效方法：采用鋼板焊接結構的床身、立柱、橫梁和工作臺既可增加靜剛度、減輕結構重量，又可以增加構件本身的阻尼，封砂鑄件也有利于振動衰減。對提高抗振性也有較好的效果。

二、數控機床機械結構的要求

我們知道，數控機床是一種根據已有數控程序或者錄入的數字信息指令進行自動化加工的設備。長時間的工作之后，機械很容易會發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行修復和調整。所以，一定要爭取把機械結構部分的變形率降到最低，保證加工部件的質量和精度。機械結構中，主軸承受的勞動強度較高，不僅要選取三支撐的構造方式，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。對于機床上機械結構的大件，要提高剛度首先應該對床身進行封閉處理，通過液力平衡減少位置的變動，減少機床的變形。機床的承載能力也就是對機床部件之間接觸剛度的要求，應用刮研的手段能夠使接觸面的接觸點增加，并能夠使結合面的預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。為了保證數控機床的加工能力，在對靜態剛度進行強化之后，還要進行動態剛度的提高。目前，常用的提高動性剛度的方法有三種，系統剛度的提高、部件的調整以及阻尼的增加。其中，增加阻尼系數是比較常見也是最有效的方法，事實證明，調整抗振性的有效方法就是加強阻尼。焊接結構的鋼板不僅能夠提高靜態剛度、減輕重量負擔，還能夠達到加大阻尼的效果。最近幾年，數控機床的床身、工作臺、橫梁和立柱多數采用鋼板焊接，還有部分機床采用封砂鑄件，在減少振動、提高抗振性方面也有很好的效用。機床工作過程中，內部的熱源會產生熱量，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，應該使熱源盡可能遠離機床主機。只有采用有效地減少熱源的行動，才能緩解熱變形的問題。一般來說，想要將數字機床的內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行機床溫度的調節，把熱變形的可能降到最低。對機床發熱的部位進行強制性的冷卻處理是常用的有效手段，也可以采用對機床低溫部分進行加熱的手段，目的是保證機床的各個部位在溫度上盡量保持一致，來減少由于溫度原因產生的變形。我們就以主軸箱為例，應該把主軸部分的熱變形盡量控制在垂直于切入點的方向上，這樣做能夠最小化熱變形對加工零件的直徑的影響。從結構上來說，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生，同時使主軸箱的溫升保持一致，避免主軸發生傾斜。滾珠絲杠在數控機床中的作用非常重要，由于滾珠絲杠的工作環境載荷大而且散熱條件比較差，造成絲杠特別容易發熱。一旦滾珠絲杠發熱，特別在開環系統中內，會造成定位的不精確。

三、結束語

數控機床主軸系統性能的優化對于機床的生產能力具有至關重要的作用。數控機床常采用的主軸，一種是在前后部位選用不同的軸承進行支撐，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造。這樣的配置組合能夠加大主軸的綜合性剛度，使機床具有更強的切削能力，所以在數控機床中的運用也比較普遍。對于載重較輕、運轉高速的數控機床一般則會在前軸設置精度較高的、具有向心推力的軸承，這樣的主軸能夠在高速狀態下保持穩定，最快轉速能夠達到每分鐘四千轉，他的缺點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，優點是軸承剛度條件好，承載能力強，在較強的動力載荷情況下，也能夠進行較好的調整，但是存在精度不高以及轉速低等問題，適用于重載和精度較低的數控機床。在主軸的結構方面，要處理好各個零部件的安裝以及位置調整，對于密封、潤滑等工作也要給予足夠的重視。由數控機床通過編好的程序來指導工作的原理決定，數控機床在工作過程中，進行外界的調整是不容易實現的，這就要求我們對數控機床自身的性能進行不斷的改進和調整。從機械結構和性能兩方面進行不斷的優化，能夠保證數字機床進行長期和精準的工作。

參考文獻：

[1]燁毓杰.數控機床機械結構故障診斷與維修[J].機械設計與制造，2015.