淺談專用車床數控進給系統

謝超 王鉑 周強

摘?要：隨著科學技術的不斷發展，機械產品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度提出了越來越高的要求。在普通車床加工中，加工一些復雜外形的零件時很不方便且效率低下。因此我們需要專用的簡易數控車床來解決中小批量、對形狀及精度要求較高、生產周期較為緊湊的零部件，同時要保證產品生產的質量及效率，以取得良好的效益產出。

關鍵詞：數控機床;專用車床;進給系統

1 我國數控車床的現狀和發展趨勢

1.1 我國數控車床的現狀與存在問題

隨著科學技術的不斷發展，機械產品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度提出了越來越高的要求。數控機床將計算機數控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，在加工小批量、高精度且形狀復雜的零部件時，只需編寫相應加工程序而無需對機床做出改造，就能生產出滿足需求的產品。數控車床更是普遍使用的數控機床，其核心就是進給系統的設計。

當前我國工業制造企業在進行舊機床改造時大都用上了國產的數控系統，但將數控系統裝備新機床乃至用在全功能型機床上的情況就比較少，新機床一般用的都是進口的數控系統。由此證明，在我國工業生產企業的印象中，國產數控系統的可靠度是比較低的，技術含量也不高，產生的附加值少，屬于低端產品，不能與功能強大完善、性能可靠的進口數控系統相比，目前我國數控系統的技術儲備也無法為數控行業發展起到促進的作用。其主要問題有以下的幾方面：

（1）技術含量低、創新能力差、消化吸收能力不足。

（2）技術創新的環境不完善。

（3）產品在實際應用中性能表現不穩定。

（4）對網絡化的支持度不好。

1.2 當前數控機床領域的發展特點

數控技術對于與國計民生高度相關的行業（諸如輕工、汽車及醫療等等）的發展都做出了不可磨滅的貢獻，因為這些行業的設備基本都已經實現了高度的數字化。當前數控機床領域的發展有如下特點：

（1）速度以及精度不斷提升。

（2）可靠性及穩定性不斷提升。

（3）數控車床設計 CAD化、結構設計模塊化。

（4）功能越來越多并且一體化。

（5）高度智能化、靈活化和集成化。

2 車床進給系統方案

數控機床的進給系統不僅對定位精度要求極高，還需要保證靈敏的動態響應，系統對于指令信號要做出準確靈敏的反應。為了能夠保證數控機床各方面的質量及特性符合實際應用要求，要求進給系統能達到無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率以及有適宜的阻尼等。

進給系統的組成方案為電機+齒輪減速+滾珠絲杠傳動。將滾珠絲杠的一端進行固定，一端簡支。采用消隙齒輪和貼塑導軌以提高精度。進給系統采用一級齒輪減速即可滿足要求，但為了節約空間，橫向進給系統采用二級齒輪減速傳動。

（1）滾珠絲杠滾珠絲杠由于效率高、發熱量低、速度與精度均較高、剛性好、可逆性、長壽命、能耗低、同步性、高靈敏度、無間隙、易于維護等等優勢，故而在當前數控機床進給伺服機構中得到廣泛應用，越來越廣泛地得以普及。為了達到數控機床高速給進、高精度定位、極致平穩和靈敏響應方面的應用需求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并且需要事先進行嚴格的校核計算。在選擇滾珠絲杠時，需要從尺寸規格、支承方式、部件精度等等多個方面進行考慮。滾珠絲杠的承載能力可以用額定的動載荷或靜載荷來加以衡量。在實際制造加工系統設計時，一般是采用額定動載荷來進行選擇，并校核其臨街轉速和剛度。對數控機床，需核算其轉動慣量。為了中和掉因為工作時溫度升高而引起的絲杠拉升，從而確保滾珠絲副杠的精度及剛度，在安裝絲杠軸時，可適度進行預拉伸。

（2）齒輪間隙的消除在數控機床進給系統中，減速齒輪需要保證嚴格的精度與平穩性，同時需要注意的是齒輪間的傳動間隙也需要盡可能予以消除。否則會讓進給系統發生反向時，減速齒輪的響應時間晚于指令信號發出時間，這會導致精度不足的結果。

（3）雙片直齒輪錯齒調整法。先將兩片薄齒輪（記為1號、2號）套裝在一起，同另一個寬齒輪進行3相嚙合。1號與2號齒輪端面裝有凸耳（記為4號及5號）并用拉簧6聯結，彈簧6的拉力可以讓1號與2號齒輪發生錯齒，即相對轉動，令其左右吃面與寬齒輪齒槽的左右齒面，消除齒側間隙。

3 數控裝置的選型

CNC裝置的分類：

（1）按硬件制造方式專機數控和PC數控。專機數控由數控系統廠家生產，布局合理，結構緊湊，專用性強，硬件無通用性;PC數控以工業PC機或一般PC機為硬件平臺，由CNC機床廠插入控制卡和軟件。

（2）按電路板插接方式大板式結構和模塊化結構。大板式結構由主板（微機基本系統+位置控制電路等）+子板（擴展存儲器板+PLC板+圖形控 制板+電源單元等）組成;模塊化結構由控制單元母板+功能模板（CNC控制板+位置控制板+PLC板+圖形板+通訊板+位置檢測板等）組成，硬件與軟件都按功能模塊化。

（3）按CPU數量單CPU結構和多CPU結構。單CPU結構由CPU+總線+存儲器+各種接口+位置控制器組成。CPU集中控制、分時處理完成所有數控功能和管理功能;多CPU結構中每個CPU子系統分別完成不同的子任務，各子系統間通過通信（共享總線或共享存儲器）協調動作，完成數控任務。

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