我國數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(一)

1、我國數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(一)   數(shù)控機床集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。     我國數(shù)控車床從20世紀(jì)70年代初進入市場，至今通過各大機床廠家的不懈努力，通過采取與國外著名機床廠家的合作、合資

2、、技術(shù)引進、樣機消化吸收等措施，使得我國的機床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機床中占有較大的比例。目前，國產(chǎn)數(shù)控車床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已進入實用和全面發(fā)展階段。     根據(jù)不同的市場定位和需求，數(shù)控車床可分為經(jīng)濟型數(shù)控車床和全功能型數(shù)控車床。下面結(jié)合寶雞機床廠數(shù)十年研制和生產(chǎn)數(shù)控車床的經(jīng)驗和實踐，談?wù)勎覈鴶?shù)控車床在結(jié)構(gòu)方面的現(xiàn)狀及今后數(shù)控車床的整體發(fā)展趨勢。     一、數(shù)控車床的現(xiàn)狀     1. 床身和導(dǎo)軌     (1)床身  

3、;   機床的床身是整個機床的基礎(chǔ)支承件，是機床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。床身的結(jié)構(gòu)對機床的布局有很大的影響。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置，床身有圖1所示的5種布局形式。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對提高刀架的運動精度有好處，但床身下部空間小，排屑困難；刀架橫滑板較，加大了機床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護罩，樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點，床身寬度也不會太大。斜床身和平床身

4、斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應(yīng)用，是因為這種布局形式具有以下特點：     容易實現(xiàn)機電一體化；     機床外形整齊、美觀，占地面積?。?    容易設(shè)置封閉式防護裝置；     容易排屑和安裝自動排屑器；     從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度；     宜性好，便于操作；     便于安裝機械手，實現(xiàn)單機自動化。     例如

5、，寶雞機床廠設(shè)計生產(chǎn)的CJK6140H系列簡式數(shù)控車床采用的是平床身平滑板結(jié)構(gòu)；CK75系列全功能數(shù)控車床采用的是后斜床身斜滑板結(jié)構(gòu)。而我們剛剛研制開發(fā)完成的CK535D全功能數(shù)控倒置立式車床，采用的是直立床身直立滑板結(jié)構(gòu)。該機床采用大功率內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，主軸可沿X和Z軸移動，以實現(xiàn)自動上下料功能。該機床配置有自動回轉(zhuǎn)料庫，從而實現(xiàn)單機自動化，同時該機床也很容易被加入生產(chǎn)線。                     

6、;    a)后斜床身-斜滑板                          b)直立床身-直立滑板                     &#

7、160;                             c)平床身-平滑板                   

8、0;     d)前斜床身-平滑板                                             

9、60;                  e)平床身-斜滑板                               

10、0;       圖1 床身布局     (2)導(dǎo)軌     車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。     滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。     導(dǎo)軌剛度的大小、制造是否簡單、能否調(diào)

11、整、摩擦損耗是否最小以及能否保持導(dǎo)軌的初始精度，在很大程度上取決于導(dǎo)軌的橫截面形狀。車床滑動導(dǎo)軌的橫截面形狀常采用山形截面和矩形截面。山形截面，如圖2(a)所示。這種截面導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，導(dǎo)軌磨損后靠自重下沉自動補償。下導(dǎo)軌用凸形有利于排污物，但不易保存油液。矩形截面，如圖2(b)所示。這種截面導(dǎo)軌制造維修方便，承載能力大，新導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，但磨損后不能自動補償，需用鑲條調(diào)節(jié)，影響導(dǎo)向精度。                   

12、                             a) 山形截面                    

13、;        b) 矩形截面                                   圖2 導(dǎo)軌截面     寶雞機床廠生產(chǎn)的CJK6140H系列簡式數(shù)控

14、車床床身采用的是山形貼塑導(dǎo)軌，CK75系列全功能數(shù)控車床采用的是矩形貼塑導(dǎo)軌。     滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)很接近，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。數(shù)控車床導(dǎo)軌的行程一般較長，因此滾動體必須循環(huán)。根據(jù)滾動體的不同，滾動導(dǎo)軌可分為滾珠直線導(dǎo)軌和滾柱直線導(dǎo)軌，如圖3所示。后者的承載能力和剛度都比前者高，但摩擦系數(shù)略大。寶雞機床廠生產(chǎn)的CK75C系列全功能數(shù)控車床采用的是滾珠直線導(dǎo)軌，CK535D全功能數(shù)控倒置立式車床X向?qū)к壊捎玫氖菨L柱直線導(dǎo)軌。         

15、                                   a) 滾珠直線導(dǎo)軌              &#

16、160;          b) 滾柱直線導(dǎo)軌                                    圖3 滾動導(dǎo)軌    

17、 2. 主軸變速系統(tǒng)     經(jīng)濟型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。主軸電機在額定轉(zhuǎn)速時可輸出全部功率和最大轉(zhuǎn)矩。     3. 刀架系統(tǒng)     數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。

18、刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀具結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。     刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。此外，刀架的設(shè)計還應(yīng)滿足換刀時間短、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等要求。     按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀

19、架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。     (1) 排式刀架     排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。它的結(jié)構(gòu)形式為，夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。刀具的典型布置方式如圖4所示。這種刀架在刀具布置和機床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產(chǎn)效率。寶雞機床廠

20、生產(chǎn)的CK7620P全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。                                     圖4 排式刀架     (2) 回轉(zhuǎn)刀架     回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)

21、控車床最常用的一種典型換刀刀架，通過刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)機床的自動換刀動作，根據(jù)加工要求可設(shè)計成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀架?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。寶雞機床廠生產(chǎn)的CJK6140H系列簡式數(shù)控車床配置的是四工位立式刀架或六工位臥式刀架，CK75系列全功能數(shù)控車床配置的是8工位或12工位臥式刀架，如圖5所示。  圖5 臥式回轉(zhuǎn)刀架     (3) 帶刀庫的自動換刀裝置     上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時，應(yīng)采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成。     4. 進給傳動系統(tǒng)     數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)一般均采用進給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個特殊部分。     數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動