基于数控机床机械结构的要求探究

王彩年+丛杉

摘要：数控机床机械结构故障是企业生产过程中的常见问题，本文对数控机床机械结构的要求进行了分析，无论是对企业的维修人员还是机床操作者都有很好的参考价值和借鉴意义。

关键词：数控机床；机械结构；结构故障

把传统的数控机床与通用机床进行比较，我们就会发现，在机械结构方面他们几乎没有什么实质性的差别，数控机床仅仅是对机床刀架、自动转位、自动变速和手柄的具体操作方面做出了一些改进。但是，随着科技的不断进步，数控技术也有了长足的进步，基于其在具体操作和控制技术等方面的特点，对于数控机床的工作效率、使用寿命和精密度有了更加严格的要求。这就促使我们对机床的机械结构和性能进行更深层次的探索和研究。

一、数控机床机械结构概述

数控机床是用数字信息来控制机床进行自动加工的。机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，为保证所要求的加工精度与表面质量.就必须提高数控机床的静、动刚度。提高数控机床主轴的刚度，采用三支撑结构，且选用刚性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力球轴承，以减小主轴的径向和轴向变形：提高机床大件的刚度。采用封闭界面的床身。并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形：提高机床各部件的接触刚度。增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积.有效地提高接触刚度。为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削。在保证静态刚度的前提下。还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明。提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法：采用钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台既可增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼，封砂铸件也有利于振动衰减。对提高抗振性也有较好的效果。

二、数控机床机械结构的要求

我们知道，数控机床是一种根据已有数控程序或者录入的数字信息指令进行自动化加工的设备。长时间的工作之后，机械很容易会发生一定程度上的变形，而这种几何精度上的误差很难在加工工作中人为的进行修复和调整。所以，一定要争取把机械结构部分的变形率降到最低，保证加工部件的质量和精度。机械结构中，主轴承受的劳动强度较高，不仅要选取三支撑的构造方式，在选择轴承的方面也要注意刚度的要求，只有这样才能减少主轴在轴向以及径向上的磨损和变形。对于机床上机械结构的大件，要提高刚度首先应该对床身进行封闭处理，通过液力平衡减少位置的变动，减少机床的变形。机床的承载能力也就是对机床部件之间接触刚度的要求，应用刮研的手段能够使接触面的接触点增加，并能够使结合面的预加载荷满足较大压力的需求。以上几种措施都能够使接触面的刚度得到有效的增强。为了保证数控机床的加工能力，在对静态刚度进行强化之后，还要进行动态刚度的提高。目前，常用的提高动性刚度的方法有三种，系统刚度的提高、部件的调整以及阻尼的增加。其中，增加阻尼系数是比较常见也是最有效的方法，事实证明，调整抗振性的有效方法就是加强阻尼。焊接结构的钢板不仅能够提高静态刚度、减轻重量负担，还能够达到加大阻尼的效果。最近几年，数控机床的床身、工作台、横梁和立柱多数采用钢板焊接，还有部分机床采用封砂铸件，在减少振动、提高抗振性方面也有很好的效用。机床工作过程中，内部的热源会产生热量，而热量也是造成变形的主要原因之一。为了最大限度的减少热变形，应该使热源尽可能远离机床主机。只有采用有效地减少热源的行动，才能缓解热变形的问题。一般来说，想要将数字机床的内热源和外热源全部消除是不可能的，所以，我们只能通过散热和冷控的处理来进行机床温度的调节，把热变形的可能降到最低。对机床发热的部位进行强制性的冷却处理是常用的有效手段，也可以采用对机床低温部分进行加热的手段，目的是保证机床的各个部位在温度上尽量保持一致，来减少由于温度原因产生的变形。我们就以主轴箱为例，应该把主轴部分的热变形尽量控制在垂直于切入点的方向上，这样做能够最小化热变形对加工零件的直径的影响。从结构上来说，减少主轴中心与垂直地面的距离可以有效减少热变形的发生，同时使主轴箱的温升保持一致，避免主轴发生倾斜。滚珠丝杠在数控机床中的作用非常重要，由于滚珠丝杠的工作环境载荷大而且散热条件比较差，造成丝杠特别容易发热。一旦滚珠丝杠发热，特别在开环系统中内，会造成定位的不精确。

三、结束语

数控机床主軸系统性能的优化对于机床的生产能力具有至关重要的作用。数控机床常采用的主轴，一种是在前后部位选用不同的轴承进行支撑，其中前轴是采用短圆柱和向心推力轴承的组合，后轴则是选用具有向心推力的球行构造。这样的配置组合能够加大主轴的综合性刚度，使机床具有更强的切削能力，所以在数控机床中的运用也比较普遍。对于载重较轻、运转高速的数控机床一般则会在前轴设置精度较高的、具有向心推力的轴承，这样的主轴能够在高速状态下保持稳定，最快转速能够达到每分钟四千转，他的缺点是承载能力方面较弱。还有一种锥滚之轴承，可以是单列也可以是双列，优点是轴承刚度条件好，承载能力强，在较强的动力载荷情况下，也能够进行较好的调整，但是存在精度不高以及转速低等问题，适用于重载和精度较低的数控机床。在主轴的结构方面，要处理好各个零部件的安装以及位置调整，对于密封、润滑等工作也要给予足够的重视。由数控机床通过编好的程序来指导工作的原理决定，数控机床在工作过程中，进行外界的调整是不容易实现的，这就要求我们对数控机床自身的性能进行不断的改进和调整。从机械结构和性能两方面进行不断的优化，能够保证数字机床进行长期和精准的工作。

参考文献：

[1]烨毓杰.数控机床机械结构故障诊断与维修[J].机械设计与制造，2015.