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数控机床的主传动系统与发展

2020-07-11

机械传动系统由数控机床的主传动系统,进给运动系统,回转工作台与导轨组成。数控机床主传动系统的作用就是产生不同的主轴切削速度以达到不同的加工条件要求。主传动系统组成包括主轴电动机、传动系统和主轴组件等。其中动力源部分包括:电机;传动系统包括:定比传动机构、变速装置;运动控制装置包括:离合器、制动器;执行件包括:主轴等。双面数控镗孔机床进给运动是以保障刀具与工件相对位置关系为目的,被加工工件的轮廓精度和位置精度都受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的直接影响。

进给运动是数字控制系统的直接控制对象。对于闭环控制系统,还要在进给运动的末端加上位置检测系统,并将测量的实际位移反馈到控制系统中,以使运动较准确。回转工作台的作用:按照数控装置的指令做回转分度或连续回转进给。导轨的作用:起导向及支承作用,它的精度、刚度及结构形式等对机床的加工精度和承载能力有直接影响。为了保障数控机床具有较高的加工精度和较大的承载能力,要求其导轨具有较高的导向精度、足够的刚度、良好的抗磨性、良好的低速运动平稳性,同时应尽量使导轨结构简单,便于制造、调整和维护。数控机床常用的导轨按其接触面间摩擦性质的不同可分为滑动导轨和滚动导轨。在数控机床上常用的滑动导轨有液体静压导轨、气体静压导轨和贴塑导轨。

气体静压导轨:在两导轨工作面间通人具有恒定压力的气体,使两导轨面形成均匀分离,以得到高精度的运动这种导轨摩擦系数小,不易引起发热变形,但会随空气压力波动而使空气膜发生变化,且承载能力小,故常用于负荷不大的场合。

液体静压导轨:在两导轨工作面间通人具有压力的润滑油,形成静压油膜,使导轨工作面间处于液态摩擦状态,摩擦系数极低,多用于进给运动导轨。

贴塑导轨:在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其它化学材料组成的塑料薄膜软带,其优点是导轨面的摩擦系数低,且动静摩擦系数接近,不易产生爬行现象;塑料的阻尼性能好,具有吸收振动能力,可减小振动和噪声;抗磨性、化学稳定性、可加工性能好;工艺简单、成本低。滚动导轨的较大优点是摩擦系数很小,一般为0.0025一0.005,比贴塑料导轨还小很多,且动、静摩擦系数很接近,因而运动轻便灵活,在很低的运动速度下都不出现爬行,低速运动平稳性好,位移精度和定位精度高。滚动导轨的缺点是抗振性差,结构比较复杂,制造成本较高。近年来数控机床愈来愈多地采用由厂家生产的直线滚动导轨副或滚动导轨块。这种导轨组件本身制造精度很高,对机床的安装基面要求不高,安装调整都很方便。

国内机床制造企业在面临机床难研制、中低端机床业绩持续下滑的重重压力之下,正在逐渐成为名副其实的“机床组装厂”。极端情况下,国内机床企业只做床身、立柱等结构大件和一些辅助配件,数控系统、伺服驱动、转摆头/转摆台和高速电主轴等核心功能部件几乎全部采用优良进入口部件,甚至连轴承、丝杠、导轨等基础传动件也依赖进入口,机床企业只是将这些零部件进行组装、调试和销售,机床制造甚至变成了“搭积木”,企业全部被产业价值链“微笑曲线”的低端锁定。较为严峻的是,机床厂商已经倾向于将数控系统和伺服驱动、电机、主轴打包销售,部分高精尖产品严禁向我国出口,进入口产品的现场调试过程也是保密的,拒绝国内技术人员参与,这较加剧了国产机床的被动局面,使其越来越深陷空有规模、没有、难有作为的困境。

当前,诸如S工EMENS.HE}ENHAIN的伺服数控系统、IBAG的电主轴和NSK的轴承正在多家机床企业和用户的加工车间运行,国内这种机床组装的经营模式能在短期内为企业产生相应的经济效益,但对相关行业产生的恶性后果不可忽视,一面方造成了国内资金的大量流失,另一方面还会打击国产功能部件和整机研制的信心,分化机床产业上下游间的关系链。一些国内企业也试图通过与机床企业和零部件供应商合作,希望引进相关技术来提升自身研制能力,但需要清楚认识到,技术是一个企业赖以生存的根本,是企业的核心和生命,技术不可能依靠购买和引进获得,只能依靠自主。

国产数控机床的技术现状数控机床是支撑航空航天、船舶、汽车、发电设备等制造领域发展的核心装备。我国数控机床经过数十年的发展,已经取得了不错的成绩,初步掌握了数控系统、伺服驱动、主机研制等基础技术,其中部分技术已经实现了产业化发展。在我国连续数年成为世界机床消费大国的同时,国产机床的比重逐年提升,并且我国数控技术方面的人才队伍也在不断壮大。但不可否认的是,国产数控机床相关技术还存在不少的问题,如国产数控机床从外观上与进入口机床很类似,功能上基本接近,但性能相差甚远,导致结构相似,实则动刚度、动态精度及其保持性等性能相差很远,“形”似而“神”不似。本文主要从以下3个方面剖析国产机床的技术现状。