森精機(jī)之設(shè)計思想，即為“重心驅(qū)動”

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在20世紀(jì)80年代中期以后，一系列高速度普晌、高精度的機(jī)床相繼問世。最初10年中沧奴，人們主要關(guān)注于進(jìn)給軸和主軸電機(jī)的大型化和高速化痘括，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，并在這些方面取得了一些重大成果滔吠。但是在隨后的5年纲菌，對高速度和高精度技術(shù)的探求卻走上了一條歧路。速度的提高僅僅縮短了一點加工時間疮绷，而如果要追求加工精度和加工面的質(zhì)量翰舌，則必須在速度上加以妥協(xié)。
重心驅(qū)動是一項基于機(jī)械運動動力學(xué)理論發(fā)展而成的技術(shù)冬骚。每一個機(jī)床工程師都明白推動重心是最理想的方法椅贱，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)只冻，可以說在加工時間庇麦、加工精度、加工質(zhì)量喜德、刀具壽命等各方面山橄，都能實現(xiàn)最本質(zhì)的改善。它不僅可用于加工中心沪择、對于所有進(jìn)行刀具和工件相對運動的機(jī)床設(shè)備來說都是共通原理傅煎。
采用了重心驅(qū)動技術(shù)的森精機(jī)設(shè)備，可按照指令正確運作品救，避免無謂的消耗敢弟。

[重心驅(qū)動原理]


在構(gòu)件的一端施力贼卿，會破壞平衡他景、產(chǎn)生振動。	在重心施力彬率，可筆直推進(jìn)而不產(chǎn)生振動托足。	但由于機(jī)床重心處有物體，所以不能直接將力加于其上署隔。	如果在重心兩端平均施力妒穷，就可以筆直移動瓦统。

（圖1）

（圖2）

重心驅(qū)動是一項可以縮短加工時間、改善輪廓加工精度橡舟、提高加工面質(zhì)量的技術(shù)金矛。眾所周知，在推動物體時勺届，不按在正中間可能會使物體轉(zhuǎn)動并且不穩(wěn)驶俊。“但如果按在正中間的話”···免姿，重心驅(qū)動就是這樣一個簡單的道理饼酿。（圖1）
在機(jī)床中通常使用滾珠絲杠和線性電動機(jī)推動刀具及工件的運動。如果能在其正中間即重心位置進(jìn)行推動胚膊，那就毫無問題了故俐。但通常并非如此。
原因何在呢紊婉？以立式加工中心的立式主軸為例設(shè)想一下药版，其主軸重心正好位于正中，因此無法在該處安置滾珠絲杠喻犁。
另外刚陡，在臥式加工中心貫穿作業(yè)臺的橫軸上放置工件時，其重心處于臺面偏上即工件內(nèi)部的位置株汉，當(dāng)然也無法將滾珠絲杠貫穿于此筐乳。
那么怎樣做才合適呢？森精機(jī)認(rèn)為只要將重心置于兩個驅(qū)動點中間就可以很好地解決這個問題狱槽。將兩個滾珠絲杠的中心連線涨给，線的中點如能與移動物的重心重合最為適宜。（圖2）

主軸上下運動停止時殘留的振動

（圖3）

那么重心驅(qū)動具體有什么優(yōu)點呢屿帕？一言以概之念肆，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)生振動的對照圖盗晓。 ■表示未采用重心驅(qū)動的NV4000 DCG移動時伴隨的振動幅度徊疆。■為采用重心驅(qū)動時的情況。效果顯而易見津霜。

快進(jìn)100%Z軸方向停止

（圖4）

振動隨時間的變化如圖表（圖4）所示棉莹。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)了較長時間曹撩。
使用位于振動設(shè)備頂端的刀具加工工件梢拜，會造成加工面質(zhì)量的明顯惡化。
另外牡鸥，如果在振動時使用刀具切割工件叁巨，也會輕微磨損刀尖斑匪。因此振動對刀具壽命來說實為大敵。
更嚴(yán)重的是锋勺，如果發(fā)生振動蚀瘸，數(shù)控裝置會將其作為正常指令之外的動作進(jìn)行檢測，而為了修正錯誤又要驅(qū)動進(jìn)給電動機(jī)庶橱。如此反復(fù)苍姜，進(jìn)一步加劇了振動。
熟知這一情況的技術(shù)人員會在啟動時調(diào)整數(shù)控裝置悬包，鈍化其對動作的反應(yīng)衙猪。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)致了精度的喪失布近。而若要保持精度垫释，又會降低速度。歸根結(jié)底撑瞧，機(jī)械振動實在是精度和加工時間的天敵棵譬。

主軸上下運動停止后殘留的振動

（圖5）

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预伺，他們認(rèn)為滾珠絲杠可以起到扭簧的作用唠俄。與重心驅(qū)動原理相比，果真如此嗎早斯？（圖5）所示為在（圖3）中追加線性電動機(jī)后的效果杜戈。
■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阶桦。

（圖6）

重心驅(qū)動對加工面質(zhì)量的改善也極為有效拉拨。讓我們嘗試分析一下。
在模具加工中铜朗，曲面加工必不可少旦坷。我們可將曲面看作是小折線的連結(jié)。每個折線角度每改變一點嗅桑，移動方向就會隨之變化庶鸡。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放余。
加速開始之處沈宛，全部出現(xiàn)以驅(qū)動點和重心距離為比例的回轉(zhuǎn)振動。這種現(xiàn)象在型腔側(cè)面下方加工點到達(dá)底面時烤惊，急速改變移動方向的情況下較為顯著乔煞。照片所示為使用原有機(jī)型制造的工件吁朦，在其加工點移動方向改變后產(chǎn)生的切痕中柒室，有很多不規(guī)則的混亂渡贾。
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例是圓形切削的反轉(zhuǎn)問題雄右，也就是0度空骚、90度、180度擂仍、270度位置的過渡切削問題囤屹。如果鏜孔加工直徑補正要使用簡單的立銑刀進(jìn)行輪廓加工來調(diào)換，正圓程度就變得極為重要逢渔。這同時也涉及到了移動方向改變產(chǎn)生振動的問題肋坚。重心驅(qū)動也可用于改善圓形切削的圓度問題。（圖6）

重心驅(qū)動的效果

（圖7）

重心驅(qū)動在縮短加工時間方面效果明顯肃廓。
采用重心驅(qū)動的機(jī)械智厌，由于在加速一開始產(chǎn)生的振動較小，可隨之立即從初始力向最大力加速官澳。而不采用重心驅(qū)動的機(jī)械尔兆，為防止在加速開始時產(chǎn)生振動，只能慢慢地加力澈渠。
（圖7）所示蜈坛，上為非重心驅(qū)動，下為重心驅(qū)動坞鲁。黃色曲線表示開始加速至最高速的時間差啦铣，可以看出兩者在達(dá)到最高速上的時間差異。

重心驅(qū)動對于每個軸或任何時候都是必要的嗎萄撇？重心驅(qū)動的目的在于要減小軸移動開始時產(chǎn)生的振動获玻。振動是由于推動位置與重心偏離所致。如果偏離較小巨均，重心驅(qū)動就沒有必要了嗎缕兄？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)测捎。增益越大弓洒，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律罢，從而可能導(dǎo)致較大的錯誤操作膀值。
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)計者們都在探索提高增益的手段误辑。增益的高低沧踏，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，也有無法支持該設(shè)定的軸翘狱。森精機(jī)認(rèn)為這是由重心和驅(qū)動點之間距離的大小決定的秘案。
對于距離較小、原本就可進(jìn)行高增益設(shè)定的軸潦匈，只能說在其上追加滾珠絲杠阱高，采用嚴(yán)密的軸心驅(qū)動，必要性較少而已茬缩。

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