浅谈专用车床数控进给系统

谢超 王铂 周强

摘 要：随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度提出了越来越高的要求。在普通车床加工中，加工一些复杂外形的零件时很不方便且效率低下。因此我们需要专用的简易数控车床来解决中小批量、对形状及精度要求较高、生产周期较为紧凑的零部件，同时要保证产品生产的质量及效率，以取得良好的效益产出。

关键词：数控机床;专用车床;进给系统

1 我国数控车床的现状和发展趋势

1.1 我国数控车床的现状与存在问题

随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度提出了越来越高的要求。数控机床将计算机数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，在加工小批量、高精度且形状复杂的零部件时，只需编写相应加工程序而无需对机床做出改造，就能生产出满足需求的产品。数控车床更是普遍使用的数控机床，其核心就是进给系统的设计。

当前我国工业制造企业在进行旧机床改造时大都用上了国产的数控系统，但将数控系统装备新机床乃至用在全功能型机床上的情况就比较少，新机床一般用的都是进口的数控系统。由此证明，在我国工业生产企业的印象中，国产数控系统的可靠度是比较低的，技术含量也不高，产生的附加值少，属于低端产品，不能与功能强大完善、性能可靠的进口数控系统相比，目前我國数控系统的技术储备也无法为数控行业发展起到促进的作用。其主要问题有以下的几方面：

（1）技术含量低、创新能力差、消化吸收能力不足。

（2）技术创新的环境不完善。

（3）产品在实际应用中性能表现不稳定。

（4）对网络化的支持度不好。

1.2 当前数控机床领域的发展特点

数控技术对于与国计民生高度相关的行业（诸如轻工、汽车及医疗等等）的发展都做出了不可磨灭的贡献，因为这些行业的设备基本都已经实现了高度的数字化。当前数控机床领域的发展有如下特点：

（1）速度以及精度不断提升。

（2）可靠性及稳定性不断提升。

（3）数控车床设计 CAD化、结构设计模块化。

（4）功能越来越多并且一体化。

（5）高度智能化、灵活化和集成化。

2 车床进给系统方案

数控机床的进给系统不仅对定位精度要求极高，还需要保证灵敏的动态响应，系统对于指令信号要做出准确灵敏的反应。为了能够保证数控机床各方面的质量及特性符合实际应用要求，要求进给系统能达到无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率以及有适宜的阻尼等。

进给系统的组成方案为电机+齿轮减速+滚珠丝杠传动。将滚珠丝杠的一端进行固定，一端简支。采用消隙齿轮和贴塑导轨以提高精度。进给系统采用一级齿轮减速即可满足要求，但为了节约空间，横向进给系统采用二级齿轮减速传动。

（1）滚珠丝杠滚珠丝杠由于效率高、发热量低、速度与精度均较高、刚性好、可逆性、长寿命、能耗低、同步性、高灵敏度、无间隙、易于维护等等优势，故而在当前数控机床进给伺服机构中得到广泛应用，越来越广泛地得以普及。为了达到数控机床高速给进、高精度定位、极致平稳和灵敏响应方面的应用需求，必须合理选择滚珠丝杠副，并且需要事先进行严格的校核计算。在选择滚珠丝杠时，需要从尺寸规格、支承方式、部件精度等等多个方面进行考虑。滚珠丝杠的承载能力可以用额定的动载荷或静载荷来加以衡量。在实际制造加工系统设计时，一般是采用额定动载荷来进行选择，并校核其临街转速和刚度。对数控机床，需核算其转动惯量。为了中和掉因为工作时温度升高而引起的丝杠拉升，从而确保滚珠丝副杠的精度及刚度，在安装丝杠轴时，可适度进行预拉伸。

（2）齿轮间隙的消除在数控机床进给系统中，减速齿轮需要保证严格的精度与平稳性，同时需要注意的是齿轮间的传动间隙也需要尽可能予以消除。否则会让进给系统发生反向时，减速齿轮的响应时间晚于指令信号发出时间，这会导致精度不足的结果。

（3）双片直齿轮错齿调整法。先将两片薄齿轮（记为1号、2号）套装在一起，同另一个宽齿轮进行3相啮合。1号与2号齿轮端面装有凸耳（记为4号及5号）并用拉簧6联结，弹簧6的拉力可以让1号与2号齿轮发生错齿，即相对转动，令其左右吃面与宽齿轮齿槽的左右齿面，消除齿侧间隙。

3 数控装置的选型

CNC装置的分类：

（1）按硬件制造方式专机数控和PC数控。专机数控由数控系统厂家生产，布局合理，结构紧凑，专用性强，硬件无通用性;PC数控以工业PC机或一般PC机为硬件平台，由CNC机床厂插入控制卡和软件。

（2）按电路板插接方式大板式结构和模块化结构。大板式结构由主板（微机基本系统+位置控制电路等）+子板（扩展存储器板+PLC板+图形控 制板+电源单元等）组成;模块化结构由控制单元母板+功能模板（CNC控制板+位置控制板+PLC板+图形板+通讯板+位置检测板等）组成，硬件与软件都按功能模块化。

（3）按CPU数量单CPU结构和多CPU结构。单CPU结构由CPU+总线+存储器+各种接口+位置控制器组成。CPU集中控制、分时处理完成所有数控功能和管理功能;多CPU结构中每个CPU子系统分别完成不同的子任务，各子系统间通过通信（共享总线或共享存储器）协调动作，完成数控任务。

参考文献：

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