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重心驅(qū)動(dòng)是減小機(jī)床振動(dòng)的最佳方案

來(lái)源：減速機(jī)信息網(wǎng) 時(shí)間：2008-6-13 9:13:29　　責(zé)任編輯：lihongwei

目前在金屬加工業(yè)內(nèi)，人們最感興趣的熱門(mén)的話題是高速及高精度加工。然而在十年前科技人員都是把主要注意力集中在一個(gè)有特別意義的主題－如何減小機(jī)床在加工中產(chǎn)生的振動(dòng)上。

科技人員把主要注意力集中在減小振動(dòng)主題上的標(biāo)志是，每一個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)人員在立式與臥式加工中心等機(jī)床的設(shè)計(jì)中，首先考慮的是如何去超越前輩們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床，使其在解決減振這一技術(shù)難題上有較大的突破。

這是由森精機(jī)制所最新開(kāi)發(fā)的NV4000 DCG型立式加工。它是將機(jī)床Z和Y軸設(shè)計(jì)成由兩個(gè)滾珠絲杠進(jìn)行DCG驅(qū)動(dòng)，X軸由一根滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)。

日本的森精機(jī)制作所(Mori Seiki)的設(shè)計(jì)師和工程師從一開(kāi)始就獨(dú)具預(yù)見(jiàn)性地提出，在金屬加工系統(tǒng)中，使其產(chǎn)生劇烈振動(dòng)的振動(dòng)源均是主要來(lái)自機(jī)床本身基本結(jié)構(gòu)配置上的不合理。這是在他們著重研究和分析了各直線運(yùn)動(dòng)軸之間的相互關(guān)系和切削力是如何快速分別作用與傳遞于高速運(yùn)動(dòng)著的大重量高剛度的機(jī)床運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上之后得出的結(jié)論。

他們認(rèn)為，在加工過(guò)程中驅(qū)動(dòng)力都不是非常準(zhǔn)確地作用在運(yùn)動(dòng)件的重心。因而在高切削速度尤其在較大進(jìn)給速度條件下，有產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這不可避免的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和由于運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的慣性作用，都會(huì)引起機(jī)床的振動(dòng)和使機(jī)床構(gòu)件例如機(jī)床床身或立柱等鑄件等發(fā)生彎曲和變形。

但人們卻沒(méi)有足夠地認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)，也沒(méi)有很好地解決這一長(zhǎng)期困擾制造業(yè)的技術(shù)難題。很明顯的一個(gè)從根本的解決問(wèn)題的方案是在機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，將驅(qū)動(dòng)力盡可能作用于運(yùn)動(dòng)件的重心，即重心驅(qū)動(dòng)(DCG)。

但在實(shí)際中又出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，我們不能把一根滾珠絲杠直接地通過(guò)其重心(中間有機(jī)床零部件，沒(méi)有空間位置)。例如：在臥式加工中心上，第四軸工作臺(tái)正好位于Z軸重心位置上，所以不能將滾珠絲杠安裝在這一最理想的位置。

森精機(jī)制作所的設(shè)計(jì)師在新開(kāi)發(fā)的DCG驅(qū)動(dòng)的立式加工中心上，把Z軸和Y軸的運(yùn)動(dòng)組件配置在兩根滾珠絲杠之間，形成一個(gè)理想的卻是虛擬的重心，但卻能產(chǎn)生與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)重心完全相同的效果。極好地抑制了各軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和彎曲，即使運(yùn)動(dòng)組件在進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重心也不會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。

據(jù)森精機(jī)制作所介紹，他們從理論和實(shí)際上都作到了DCG驅(qū)動(dòng)。他們特地將這一設(shè)計(jì)原理體現(xiàn)在DCG為名的商標(biāo)上。

直至目前，該公司已經(jīng)有三種加工中心，使用了DCG商標(biāo)：一款是NV4000 DCG立式加工中心和NH4000 DCG與NH6300 DCG兩臺(tái)臥式加工中心。其主要特點(diǎn)當(dāng)然是運(yùn)用了DCG設(shè)計(jì)原理和以下兩項(xiàng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

加工中所有的作用力必須是能通過(guò)立柱傳遞至機(jī)床床身，以形成一閉合式的力傳遞回路。
在保證機(jī)床主要零部件有足夠強(qiáng)度、剛度和良好的振動(dòng)阻尼特性的前提下，須對(duì)機(jī)床主要零部件進(jìn)行數(shù)字化分析，以使運(yùn)動(dòng)件重量最小化。

經(jīng)制作所對(duì)機(jī)床進(jìn)行的大膽設(shè)計(jì)，機(jī)床能10倍以上地減小振動(dòng)，并在不下降表面粗糙度和幾何形狀精度的前提下，顯著提高加工中的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的加/減速度，同時(shí)提高刀具使用壽命。

其中的NV4000 DCG立式加工中心，從整機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，確比普通立式加工中心技高一籌。首先是拱形結(jié)構(gòu)的立柱和Y和Z軸的DCG驅(qū)動(dòng)方式。拱形立柱，具有高剛度的特點(diǎn)，從拱形立柱的上方加工出兩個(gè)深孔，用以對(duì)稱(chēng)安裝兩套滾珠絲杠，為典型的DCG驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。因此，使機(jī)床Z軸(主軸)從理論和實(shí)際上保持了零懸掛。

雙滾珠絲杠DCG驅(qū)動(dòng)方案在Y軸(滑座橫向)上應(yīng)用，是將兩套滾珠絲杠對(duì)稱(chēng)地安裝在機(jī)床床身鑄件兩側(cè)。主要由兩套滾珠絲杠構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)裝置中心與Y軸滑座中心重合，形成DCG驅(qū)動(dòng)。X軸(工作臺(tái)縱向)被設(shè)計(jì)在在工作臺(tái)中心位置，由一套滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)。這套滾珠絲杠設(shè)計(jì)得很接近Y軸滾珠絲杠中心位置。這是由于X軸重心位置處沒(méi)有別的機(jī)床部件的緣故使然。

據(jù)制作所介紹，他們按三套滾珠絲杠的機(jī)床價(jià)格給用戶(hù)提供五套滾珠絲杠的VMC，且極好地防止振動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，極大地提高了生產(chǎn)效率。

該系列的兩款臥式加工中心的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)了將主軸箱安置在運(yùn)動(dòng)箱中的最新型箱中箱結(jié)構(gòu)，使其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)剛性又好。并將雙滾珠絲杠DCG驅(qū)動(dòng)方案應(yīng)用在X軸和Z軸上(標(biāo)準(zhǔn)型)。為減少運(yùn)動(dòng)件重量，Y軸設(shè)計(jì)成由一套滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)方案。

據(jù)開(kāi)發(fā)工程師介紹，這種配置是使機(jī)床既能實(shí)現(xiàn)高加速度加工，又能達(dá)到零件的高加工精度的最佳匹配。在X軸上的兩根滾珠絲杠設(shè)計(jì)成分別位于X軸滑座的上下方，與滑座重心重合，具有顯著的減振與高生產(chǎn)效率的雙重效果。

據(jù)制作所介紹，該系列產(chǎn)品主要用于要求加工精度高、批量小的生產(chǎn)車(chē)間。例如模具，醫(yī)療器械和航空航天工業(yè)等尖端產(chǎn)品的制造商將成為該系統(tǒng)加工設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)者。

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