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重心驅(qū)動是減小機(jī)床振動的最佳方案

來源：減速機(jī)信息網(wǎng) 時間：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)生的振動上。

科技人員把主要注意力集中在減小振動主題上的標(biāo)志是，每一個機(jī)床設(shè)計人員在立式與臥式加工中心等機(jī)床的設(shè)計中，首先考慮的是如何去超越前輩們設(shè)計的機(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)制所最新開發(fā)的NV4000 DCG型立式加工。它是將機(jī)床Z和Y軸設(shè)計成由兩個滾珠絲杠進(jìn)行DCG驅(qū)動，X軸由一根滾珠絲杠驅(qū)動。

日本的森精機(jī)制作所(Mori Seiki)的設(shè)計師和工程師從一開始就獨具預(yù)見性地提出，在金屬加工系統(tǒng)中，使其產(chǎn)生劇烈振動的振動源均是主要來自機(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)動著的大重量高剛度的機(jī)床運(yùn)動構(gòu)件上之后得出的結(jié)論。

他們認(rèn)為，在加工過程中驅(qū)動力都不是非常準(zhǔn)確地作用在運(yùn)動件的重心。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)動的趨勢。這不可避免的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動和由于運(yùn)動件產(chǎn)生的慣性作用，都會引起機(jī)床的振動和使機(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。

但人們卻沒有足夠地認(rèn)識這一點，也沒有很好地解決這一長期困擾制造業(yè)的技術(shù)難題。很明顯的一個從根本的解決問題的方案是在機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，將驅(qū)動力盡可能作用于運(yùn)動件的重心，即重心驅(qū)動(DCG)。

但在實際中又出現(xiàn)一個問題，我們不能把一根滾珠絲杠直接地通過其重心(中間有機(jī)床零部件，沒有空間位置)。例如：在臥式加工中心上，第四軸工作臺正好位于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)計師在新開發(fā)的DCG驅(qū)動的立式加工中心上，把Z軸和Y軸的運(yùn)動組件配置在兩根滾珠絲杠之間，形成一個理想的卻是虛擬的重心，但卻能產(chǎn)生與實際的驅(qū)動力通過重心完全相同的效果。極好地抑制了各軸進(jìn)行驅(qū)動時產(chǎn)生的振動和彎曲，即使運(yùn)動組件在進(jìn)行高速運(yùn)動時，重心也不會發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了穩(wěn)定驅(qū)動。

據(jù)森精機(jī)制作所介紹，他們從理論和實際上都作到了DCG驅(qū)動。他們特地將這一設(shè)計原理體現(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兩臺臥式加工中心。其主要特點當(dāng)然是運(yùn)用了DCG設(shè)計原理和以下兩項設(shè)計原則進(jìn)行設(shè)計：

加工中所有的作用力必須是能通過立柱傳遞至機(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、剛度和良好的振動阻尼特性的前提下，須對機(jī)床主要零部件進(jìn)行數(shù)字化分析，以使運(yùn)動件重量最小化。

經(jīng)制作所對機(jī)床進(jìn)行的大膽設(shè)計，機(jī)床能10倍以上地減小振動，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)動的加/減速度，同時提高刀具使用壽命。

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)動方式。拱形立柱，具有高剛度的特點，從拱形立柱的上方加工出兩個深孔，用以對稱安裝兩套滾珠絲杠，為典型的DCG驅(qū)動結(jié)構(gòu)。因此，使機(jī)床Z軸(主軸)從理論和實際上保持了零懸掛。

雙滾珠絲杠DCG驅(qū)動方案在Y軸(滑座橫向)上應(yīng)用，是將兩套滾珠絲杠對稱地安裝在機(jī)床床身鑄件兩側(cè)。主要由兩套滾珠絲杠構(gòu)成的驅(qū)動裝置中心與Y軸滑座中心重合，形成DCG驅(qū)動。X軸(工作臺縱向)被設(shè)計在在工作臺中心位置，由一套滾珠絲杠驅(qū)動。這套滾珠絲杠設(shè)計得很接近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)床價格給用戶提供五套滾珠絲杠的VMC，且極好地防止振動，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是設(shè)計了將主軸箱安置在運(yùn)動箱中的最新型箱中箱結(jié)構(gòu)，使其運(yùn)動平穩(wěn)剛性又好。并將雙滾珠絲杠DCG驅(qū)動方案應(yīng)用在X軸和Z軸上(標(biāo)準(zhǔn)型)。為減少運(yùn)動件重量，Y軸設(shè)計成由一套滾珠絲杠驅(qū)動方案。

據(jù)開發(fā)工程師介紹，這種配置是使機(jī)床既能實現(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)備的購買者。

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