高性能的数控机床功能部件

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　　随着数控机床的高速发展，功能部件也向着数控化的方向迈进。CIMT2007的盛会，凸显了功能部件数控化的强劲趋势。与传统机床的功能部件相较，数控功能部件的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。并且，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。这些特点充分反映出机电一体化时代的特征，成为高性能的新型功能部件。
　　主轴智能化
　　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。
6 U# }7 C; x$ o9 R; l, A5 i　　电主轴的优点在于：可以减少转动惯量和增加传动刚度。因此成为数控机床高速化所采用的一项主要措施。不过，随着主轴转速和进给速度的提高也会引发一些负面影响。比如：机床结构和测量系统产生热变形、装置控制的跟踪误差随速度增加而增大等。
: U" Y& q! {9 i* k: i1 d; a　　为了解决电主轴存在的这些问题，智能主轴成为一种新的发展趋势。在CIMT2007展会期间，日本山崎马扎克推出了一种“智能主轴”。“智能主轴”是在主轴上装上温度、振动、位移和距离等多种传感器，传感器信号由NC装置进行不间断监控。因此，在温度升高、振动加剧、夹具寿命即将到期时可起到预防保护作用；在发生异常振动或夹具有错误时，能够立刻关机，确保安全；对于热位移，可通过修正，进行高精度加工。
　　据悉，这种“智能主轴”将来还会有更先进的智能化功能：主轴振动一旦增大，就会自动降低转速，改变加工条件。反过来，如果在温度和振动方面还有余地，就会加大转速，提高加工效率。
　　伺服驱动器和电机经济化
6 U' v' _  p. K　　在电控方面，市场上普通的电机和驱动器已经逐渐难以满足数控系统的要求。数控机床主轴驱动的调速范围的扩大，也加大了对主轴恒功率的要求。改变电机性能正逐渐成为实现要求的方法之一。
2 s3 D4 Y5 ]- {; U　　上海富田电机制造有限公司在CIMT2007展示的变频电机就是一种通过改变频率以达到改变电机性能的一种应用在数控机床上的产品。这种变频电机产品已改变了过去国际厂商一统天下的局面，不少国内厂商的产品都在机床行业得到了应用。
" w% M( k$ a( l7 Q　　展会上的博世力士乐则充分展示了数控系统MTX、IndraDrive系列伺服驱动器和伺服电机，充分倡导了从底层的伺服驱动到上层运动控制的自动化之屋概念。
$ r6 _3 i4 n$ J: U+ w　　分布式数控系统MTX是自动化产品之家的核心部分。作为先进的全开放式数控系统，它最多可控制64根轴、12个独立的CNC通道，可满足金属切削和金属成型加工设备的所有要求。此外，伺服驱动器和电机IndraDrive支持各类现场总线，具有针对各个应用的100多个功能模块，并几乎兼容所有的电机和编码器类型。
7 i% _5 V7 t' m4 G) l: V8 M7 k# D3 |　　从展会上也了解到，由于数控机床高速、高精度加工的趋势明显，对驱动器和电机的需求也迅速增多，但随着国内行业技术水平的提高，使得这两种产品的价格也有所下降。经济型产品已成为市场上的宠儿。
　　编码器通信化
- |6 O. b5 v) r9 m) P　　编码器是各类机械最常用的检测装置之一，用编码器作为信号检测的方法，已经在机床行业得到了广泛的应用。在CIMT上，天津宜科电子、天津罗升等公司都展示了其与机床配套的编码器产品。宜科公司的工程师介绍说，随着数控机床的高速化，对编码器的测速要求也随之增高。尤其是数控机床高速运转时对高精度、抗振动等方面的保证需要，也给编码器提出了更精准测量的要求。
　　传统的编码器主要是通过PLC进行信号输出。但随着通信技术在工业中的应用愈来愈普及，更经济、功能强大的现场总线逐渐在金属加工中崭露头角。编码器的发展也逐步从与PLC控制相连转向同现场总线控制相连接，这样，不仅在信号通信传输上比较快速，也更有助于加速对加工中的故障进行排除。
% n0 q  w" p% q- C/ p# X" E( ~　　由于在许多工业制造中，金属加工大都是流水不停机作业，操作者对机床运行时各种数据的实时掌控要求也更高。这就要求编码器与周边产品相连更加密切，其中，很重要的一点就是要注意总线技术的发展，编码器的产品接口、输入输出方式的改变、对不同协议现场总线的兼容性都是编码器厂商要注意的地方。
　　滚珠丝杠高速、高精度、环保、小型化
& g# p' z* I( X1 C" w6 I　　CIMT2007展会期间，日本NSK公司展出了5大系列的滚珠丝杠副产品：
　　BSS系列高速静音滚珠丝杠。BSS系列高速静音滚珠丝杠具有噪声小的特点，比NSK的原有产品下降了6dB。该系列丝杠可以实现最大dN值为18万的高速运转，能实现急加速、急减速。其螺母外径比NSK原有产品缩减了30%。该系列产品非常适用于有较高静音要求的机床。
& u6 s* q, D& d　　驱动用“TW系列”滚珠丝杠。随着工作机械的大型化、高速度、高精度的发展趋势，也对控制技术提出了相应的要求。使用2个滚珠丝杠的双驱动方式可以实现工作台的高刚度、高精度以及快速响应性。
* n3 \4 J; N9 x　　小型镟床用滚珠丝杠“BSL”系列。该系列产品包括轴径尺寸为20～32mm、螺距尺寸为5～12mm的8种规格。由于采用了新循环方式、减少了转矩的不均匀，因此滚珠循环非常顺滑。通过采用隔离滚珠式样的超大型滚珠施加预压，实现了顺滑的滚动。螺母外径与原来采用管式循环相比，最大可缩小24%。通用化、标准化、交货快、紧凑型设计是该系列的主要特点。
　　高速数控机床用新HMC系列滚珠丝杠。HMC系列是NSK公司于1997年推出的，由于采用了“空心强冷”技术，带来了滚珠丝杠的革命。现在，NSK公司又对HMC系列进行了改进，滚珠采用了新的循环方式，在原有高速的基础上，实现了静音、振动小的环保性。
7 L8 W2 ~5 T$ }3 U8 I4 r* _　　注塑机的自动化用HTF系列滚珠丝杠。该产品采用具备多个滚珠循环路线的多条丝杠结构和大口径滚珠，实现了高负载容量；速度是“HTF-SRC”系列高速·高负载滚珠丝杠的2倍以上，并可支持更高速的滚珠进给。此外，由于滚珠上升结构通过采用沿丝杠螺旋方向的后导向方式，使得滚珠的循环非常平滑，实现了低噪声。
; F2 h0 c" m3 n$ x) M+ V) a$ A& m　　直线导轨高承载、滚动化
9 N' A+ B6 t+ d# L" a　　南京工艺装备制造有限公司首次推出的GBZ滚柱重载直线导轨是CIMT2007展会期间国产机床功能部件的亮点。据了解，此种导轨单根可达4m，具有超重、低噪声、高速、高精度、免维护、重负载能力、可靠密封等特点。此种产品的预加载荷种类有三种：p00.1C)、p10.05C)、p0.025C)。p00.1C)：适用于大刚度并有冲击和振动的场合，常用于重型机床的主导轨等；p10.05C)：要求较高重复定位精度，承受侧悬载荷和单根使用，时常用于精密定位机构和测量机构上；p0.025C)：有较小的振动和冲击，两根导轨并用时，要求运动轻便。
　　此外，按运动方式分，直线导轨分为滑动导轨和滚动导轨。通过观察，多家直线导轨生产出的产品呈现导轨滚动化趋势。在较高技术领域基本不使用滑动导轨，而采用滚动导轨。滚动导轨具有摩擦系数小、运动轻便灵活、运动所需功率小、摩擦发热少、磨损小、精度保持性好、低速运动平稳性好、移动精度和定位精度高、润滑简单、维护方便、高速运动时不会像滑动导轨那样因动压而浮起、成本低等特点。【MechNet】
7 o- H% b3 v5 o# f( W4 U文章关键词： 数控机床