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加工中心/FMS |
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重心驱动是减小机床振动的最佳方案 |
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作者：Mark Albert |
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目前在金属加工业内，人们最感兴趣的热门的话题是高速及高精度加工。然而在十年前科技人员都是把主要注意力集中在一个有特别意义的主题 - 如何减小机床在加工中产生的振动上。
科技人员把主要注意力集中在减小振动主题上的标志是,每一个机床设计人员在立式与卧式加工中心等机床的设计中，首先考虑的是如何去超越前辈们设计的机床，使其在解决减振这一技术难题上有较大的突破。
日本的森精机制作所(Mori Seiki)的设计师和工程师从一开始就独具预见性地提出，在金属加工系统中，使其产生剧烈振动的振动源均是主要来自机床本身基本结构配置上的不合理。这是在他们着重研究和分析了各直线运动轴之间的相互关系和切削力是如何快速分别作用与传递于高速运动着的大重量高刚度的机床运动构件上之后得出的结论。
这是由森精机制所最新开发的NV4000 DCG型立式加工。
它是将机床Z和Y轴设计成由两个滚珠丝杠进行DCG驱动，X轴由一根滚珠丝杠驱动。
他们认为，在加工过程中驱动力都不是非常准确地作用在运动件的重心。因而在高切削速度尤其在较大进给速度条件下，有产生扭转运动的趋势。这不可避免的扭转运动和由于运动件产生的惯性作用，都会引起机床的振动和使机床构件例如机床床身或立柱等铸件等发生弯曲和变形。
但人们却没有足够地认识这一点，也没有很好地解决这一长期困扰制造业的技术难题。很明显的一个从根本的解决问题的方案是在机床结构的设计上，将驱动力尽可能作用于运动件的重心，即重心驱动(DCG)。
但在实际中又出现一个问题，我们不能把一根滚珠丝杠直接地通过其重心(中间有机床零部件，没有空间位置)。例如：在卧式加工中心上，第四轴工作台正好位于Z轴重心位置上，所以不能将滚珠丝杠安装在这一最理想的位置 。
森精机制作所的设计师在新开发的DCG驱动的立式加工中心上，把 Z 轴和Y轴的运动组件配置在两根滚珠丝杠之间，形成一个理想的却是虚拟的重心，但却能产生与实际的驱动力通过重心完全相同的效果。极好地抑制了各轴进行驱动时产生的振动和弯曲，即使运动组件在进行高速运动时，重心也不会发生变化，从而实现了稳定驱动。
据森精机制作所介绍，他们从理论和实际上都作到了DCG驱动。他们特地将这一设计原理体现在DCG为名的商标上。
直至目前，该公司已经有三种加工中心，使用了DCG商标: 一款是NV4000 DCG立式加工中心和NH4000 DCG与NH6300 DCG两台卧式加工中心。其主要特点当然是运用了DCG设计原理和以下两项设计原则进行设计:
加工中所有的作用力必须是能通过立柱传递至机床床身，以形成一闭合式的力传递回路。
在保证机床主要零部件有足够强度、刚度和良好的振动阻尼特性的前提下，须对机床主要零部件进行数字化分析，以使运动件重量最小化。经制作所对机床进行的大胆设计，机床能10倍以上地减小振动，并在不下降表面粗糙度和几何形状精度的前提下，显著提高加工中的直线进给运动的加 / 减速度，同时提高刀具使用寿命 。
其中的NV4000 DCG 立式加工中心，从整机的总体设计方案，确比普通立式加工中心技高一筹。首先是拱形结构的立柱和 Y和Z 轴的DCG驱动方式。拱形立柱，具有高刚度的特点，从拱形立柱的上方加工出两个深孔，用以对称安装两套滚珠丝杠，为典型的DCG驱动结构。因此，使机床Z轴(主轴)从理论和实际上保持了零悬挂。
双滚珠丝杠DCG驱动方案在Y轴(滑座横向)上应用，是将两套滚珠丝杠对称地安装在机床床身铸 件两侧。主要由两套滚珠丝杠构成的驱动装置中心 与Y轴滑座中心重合，形成DCG驱动。X轴(工作台纵向)被设计在在工作台中心位置，由一套滚珠丝杠驱动。这套滚珠丝杠设计得很接近Y轴滚珠丝杠中心位置。这是由于X 轴重心位置处没有别的机床部件的缘故使然。
据制作所介绍，他们按三套滚珠丝杠的机床价格给用户提供五套滚珠丝杠的VMC，且极好地防止振动，提高产品质量，极大地提高了生产效率。
该系列的两款卧式加工中心的特点是设计了将主轴箱安置在运动箱中的最新型箱中箱结构，使其运动平稳 刚性又好。并将双滚珠丝杠DCG驱动方案应用在X轴和Z轴上(标准型)。为减少运动件重量，Y轴设计成由一套滚珠丝杠驱动方案 。
据开发工程师介绍，这种配置是使机床既能实现高加速度加工，又能达到零件的高加工精度的最佳匹配。在X轴上的两根滚珠丝杠设计成分别位于X轴滑座的上下方，与滑座重心重合，具有显著的减振与高生产效率的双重效果。
据制作所介绍，该系列产品主要用于要求加工精度高、批量小的生产车间。例如模具，医疗器械和航空航天工业等尖端产品的制造商将成为该系统加工设备的购买者。(end)
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(9/27/2004) |
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