高速度及高精度加工技術(shù)突破
| 在20世紀(jì)80年代中期以后，一系列高速度、高精度的機(jī)床相繼問世。最初10年中涡上，人們主要關(guān)注于進(jìn)給軸和主軸電機(jī)的大型化和高速化，以及由此產(chǎn)生的熱處理技術(shù)和數(shù)控裝置高速化等課題拒名，并在這些方面取得了一些重大成果吩愧。但是在隨后的5年，對高速度和高精度技術(shù)的探求卻走上了一條歧路增显。速度的提高僅僅縮短了一點(diǎn)加工時(shí)間慎瓮，而如果要追求加工精度和加工面的質(zhì)量，則必須在速度上加以妥協(xié)伊丘。 重心驅(qū)動是一項(xiàng)基于機(jī)械運(yùn)動動力學(xué)理論發(fā)展而成的技術(shù)捧法。每一個(gè)機(jī)床工程師都明白推動重心是最理想的方法，但是卻并不十分了解其重要性及原因。 森精機(jī)的重心驅(qū)動技術(shù)木锈，可以說在加工時(shí)間举么、加工精度、加工質(zhì)量肪才、刀具壽命等各方面，都能實(shí)現(xiàn)最本質(zhì)的改善昼薯。它不僅可用于加工中心网访、對于所有進(jìn)行刀具和工件相對運(yùn)動的機(jī)床設(shè)備來說都是共通原理。 采用了重心驅(qū)動技術(shù)的森精機(jī)設(shè)備彪珠，可按照指令正確運(yùn)作质法，避免無謂的消耗。 |
| [重心驅(qū)動原理] |
| 在構(gòu)件的一端施力浸船，會破壞平衡妄迁、產(chǎn)生振動。 | 在重心施力李命，可筆直推進(jìn)而不產(chǎn)生振動登淘。 | 但由于機(jī)床重心處有物體，所以不能直接將力加于其上封字。 | 如果在重心兩端平均施力黔州，就可以筆直移動。 |
那么重心驅(qū)動具體有什么優(yōu)點(diǎn)呢阔籽？一言以概之流妻，就是它能夠減少振動。（圖3）所示為重心驅(qū)動設(shè)備和其他設(shè)備之間產(chǎn)生振動的對照圖笆制。 ■表示未采用重心驅(qū)動的NV4000 DCG移動時(shí)伴隨的振動幅度绅这。■為采用重心驅(qū)動時(shí)的情況。效果顯而易見在辆。 | |
振動隨時(shí)間的變化如圖表（圖4）所示证薇。重心驅(qū)動設(shè)備很快就消除了振動，反之其他設(shè)備的振動則持續(xù)了較長時(shí)間开缎。 使用位于振動設(shè)備頂端的刀具加工工件痹埠，會造成加工面質(zhì)量的明顯惡化。 另外妙帆，如果在振動時(shí)使用刀具切割工件仙尔，也會輕微磨損刀尖。因此振動對刀具壽命來說實(shí)為大敵兵雪。 更嚴(yán)重的是编撵，如果發(fā)生振動，數(shù)控裝置會將其作為正常指令之外的動作進(jìn)行檢測晒茁，而為了修正錯(cuò)誤又要驅(qū)動進(jìn)給電動機(jī)易仍。如此反復(fù)答海，進(jìn)一步加劇了振動。 熟知這一情況的技術(shù)人員會在啟動時(shí)調(diào)整數(shù)控裝置绵盔，鈍化其對動作的反應(yīng)壁万。但即使會有一些誤差也不能進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，如此一來就導(dǎo)致了精度的喪失璃璧。而若要保持精度荔鸵，又會降低速度。歸根結(jié)底踊跟，機(jī)械振動實(shí)在是精度和加工時(shí)間的天敵踩验。 |
在討論機(jī)床動力特性之際，采用線性電動機(jī)較為有效的說法屢被提及商玫，他們認(rèn)為滾珠絲杠可以起到扭簧的作用箕憾。與重心驅(qū)動原理相比，果真如此嗎拳昌？（圖5）所示為在（圖3）中追加線性電動機(jī)后的效果袭异。 ■非重心驅(qū)動加線性電動機(jī)■重心驅(qū)動加線性電動機(jī)。線性電動機(jī)與重心驅(qū)動的效果相比略有不同地回。 | |
重心驅(qū)動對加工面質(zhì)量的改善也極為有效扁远。讓我們嘗試分析一下。 在模具加工中刻像，曲面加工必不可少畅买。我們可將曲面看作是小折線的連結(jié)。每個(gè)折線角度每改變一點(diǎn)细睡，移動方向就會隨之變化谷羞。如果不降低速度而進(jìn)行方向轉(zhuǎn)換，即使輕微的方向變化也需要很大的加速度簿馍。 加速開始之處脯黎，全部出現(xiàn)以驅(qū)動點(diǎn)和重心距離為比例的回轉(zhuǎn)振動。這種現(xiàn)象在型腔側(cè)面下方加工點(diǎn)到達(dá)底面時(shí)忆帐，急速改變移動方向的情況下較為顯著兵正。照片所示為使用原有機(jī)型制造的工件，在其加工點(diǎn)移動方向改變后產(chǎn)生的切痕中梢纫，有很多不規(guī)則的混亂窖硝。 重心驅(qū)動技術(shù)更加逼近了加工面質(zhì)量惡化原因的本質(zhì)。 移動方向急速變化的另一實(shí)例是圓形切削的反轉(zhuǎn)問題汤浊，也就是0度邓晃、90度、180度、270度位置的過渡切削問題纤票。如果鏜孔加工直徑補(bǔ)正要使用簡單的立銑刀進(jìn)行輪廓加工來調(diào)換嗓钦，正圓程度就變得極為重要。這同時(shí)也涉及到了移動方向改變產(chǎn)生振動的問題猪攀。重心驅(qū)動也可用于改善圓形切削的圓度問題溯饵。（圖6） |
重心驅(qū)動在縮短加工時(shí)間方面效果明顯。 采用重心驅(qū)動的機(jī)械爱榕，由于在加速一開始產(chǎn)生的振動較小瓣喊，可隨之立即從初始力向最大力加速。而不采用重心驅(qū)動的機(jī)械黔酥，為防止在加速開始時(shí)產(chǎn)生振動，只能慢慢地加力洪橘。 （圖7）所示跪者，上為非重心驅(qū)動，下為重心驅(qū)動熄求。黃色曲線表示開始加速至最高速的時(shí)間差渣玲，可以看出兩者在達(dá)到最高速上的時(shí)間差異。 | |
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重心驅(qū)動對于每個(gè)軸或任何時(shí)候都是必要的嗎弟晚？ 重心驅(qū)動的目的在于要減小軸移動開始時(shí)產(chǎn)生的振動忘衍。振動是由于推動位置與重心偏離所致。如果偏離較小卿城，重心驅(qū)動就沒有必要了嗎枚钓？以下通過對增益的說明進(jìn)行解釋。 “增益”是控制機(jī)械操作準(zhǔn)確度的參數(shù)粟宣。增益越大喳卫，設(shè)備越能按照控制指令正確操作。但有些設(shè)備不能完全遵從指令辑揍，從而可能導(dǎo)致較大的錯(cuò)誤操作硫红。 由于是否能夠進(jìn)行高增益設(shè)定可以評判一臺設(shè)備的優(yōu)劣，所以機(jī)械設(shè)計(jì)者們都在探索提高增益的手段讽歹。增益的高低综姜，即便在一臺設(shè)備中也會因動作軸的不同而有所差異，即有可支持高設(shè)定的軸几研，也有無法支持該設(shè)定的軸挽钧。森精機(jī)認(rèn)為這是由重心和驅(qū)動點(diǎn)之間距離的大小決定的。 對于距離較小狡舞、原本就可進(jìn)行高增益設(shè)定的軸硬白，只能說在其上追加滾珠絲杠，采用嚴(yán)密的軸心驅(qū)動，必要性較少而已畴栖。 |
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