数控机床功能部件的特点及发展

作者：信息来源:info.mt.hc360.com 2006-4-2

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北京机床研究所盛伯浩唐华 18世纪的工业革命推动了机床的发展，至19世纪初已相继出现各种基本类型的机床，此时它们是由蒸汽机作为动力源，并由塔形皮带轮与背轮机构及挂轮机构实现变速传动，再经由主轴、刀架、床身等组成的实施运动与切削的承载件来完成加工。因此机床的结构可以用三个基本功能组成部分来概括，即：作为工...

北京机床研究所盛伯浩唐华

18世纪的工业革命推动了机床的发展，至19世纪初已相继出现各种基本类型的机床，此时它们由蒸汽机作为动力源，并由塔形皮带轮与背轮机构及挂轮机构实现变速传动，再经由主轴、刀架、床身等组成的实施运动与切削的承载件来完成加工。因此机床的结构可以用三个基本功能组成部分来概括，即：作为工作能源的动力机，作为传递和变速调整控制的配力机以及作为实施切削运动的出力机。到了20世纪初叶，机床已广泛使用单独电动机驱动，使动力机大大简化并与机床集成为一体。20世纪中叶，随着电子技术的发展，美于1952年研制成功第一台数字控制机床，使作为配力机的控制装备出现了重大的创新。由此促使了机床的驱动传动系统、运动轨迹和速度与位置控制系统以及运动与支承结构的重大变革，研发出了多种多样结构紧凑，能实现不同功能且在逻辑结构或物理结构上能自成独立单元的部件（以下简称功能部件），用以更好地满足制造业对机床向高速、高效、高精、柔性和复合加工发展的需求。

具有机电一体化的特征

数控机床的出现标志着划时代机电一体化产品的问世，而组成数控机床的功能部件将与传统机床的功能部件有很大的不同：首先各功能部件间的联系不再单纯地通过机构或机械来紧密地耦合，而是通过数控系统及程序指令来完成；其次它们都具有不同程度的反馈控制的能力以保证动作的精确性。些特点充分反映出它的机电一体化的时代特征，成为具有高性能的新型功能部件。

例如，电主轴是把电机转子和定子内装于主轴和主轴套筒上，用编码器进行速度检测并与伺服控制装置构成电主轴单元，根据不同应用场合还有在主轴上能对刀具或工件自动夹持等功能；又如应用直接驱动原理的直线电机也成为集动力、控制和执行机构于一体的功能部件。

运行的可靠性和工作的谐和性是基础

功能部件的发展和其专业化生产为机床主轴制造厂提供功能完善、品质优良、运行可靠、结构标准化且性价比合适的选件，不仅有利于缩短新产品开发和制造周期，而且由于功能部件已占据数控机床成本相当大的比例，运行的可靠性和工作的谐和性是先进功能部件优化应用的基础，运行的可靠性和工作的谐和性是先进功能部件优化应用的基础，它的产业化也有助增强数控机床的价格竞争优势。

数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着极为重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的选用，不仅须与数控机床的整体结构谐和协调，融入整机系统具有最佳的匹配性能，而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。

例如：应用电机与主轴一体化的电主轴可以减少转动惯量和增加传动刚度，成为数控机床高速化的一项主要措施。但目前不少电主轴商品虽用于铝合金和模具型面加工非常合适，但在加工钢件和铸铁件时由于主轴最大扭矩不足，反使金属切除率下降，从而出现虽有高速的能力却不能获得高效的不足。因此需从整个机床系统的角度来综合考虑相适应的电主轴的转速范围、功率、扭矩等数，以及研发高速小惯量的内置变速装置等多样化结构以适应不同加工领域的需要。