摘要：分析了金屬切削類數(shù)控機(jī)床主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)特點，并從機(jī)械產(chǎn)品工業(yè)藝術(shù)造型的角度論述了其外觀造型特點。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；結(jié)構(gòu)；特點
1　數(shù)控機(jī)床的特點
　　數(shù)控在GB中的定義是“用數(shù)字化信號對機(jī)床運動及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法”。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是集高新技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。數(shù)控加工設(shè)備主要分切削加工、壓力加工和特種加工(如數(shù)控電火花加工機(jī)床等)3類。切削加工類數(shù)控機(jī)床的加工過程能按預(yù)定的程序自動進(jìn)行，消除了人為的操作誤差和實現(xiàn)了手工操作難以達(dá)到的控制精度，加工精度還可以用軟件來校正和補(bǔ)償。因此，可以獲得比機(jī)床精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進(jìn)行粗、精加工，配置自動換刀裝置后，還能縮短輔助加工時間、提高生產(chǎn)率；由于機(jī)床的運動軌跡受可編程的數(shù)字信號控制，因而可以加工單件和小批量且形式復(fù)雜的零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。綜上所述，數(shù)控機(jī)床具有精度高、效率高、自動化程度高和柔性好的特點。
　　從數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢看，由于微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等新技術(shù)、新工藝在機(jī)床行業(yè)的滲透和應(yīng)用，它與普通機(jī)床相比不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)性能方面發(fā)生了“質(zhì)”和“形”的變化，且其外觀造型也形成了自身獨特的風(fēng)格和特點。
2　數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
　　數(shù)控機(jī)床雖然也有普通機(jī)床所具有的床身和立柱、導(dǎo)軌、工作臺、刀架等部件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、高速度控制相匹配，對機(jī)床主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無間隙、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆Ｓ捎跈C(jī)械結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其性能的具體手段，是實現(xiàn)性能的核心因素(當(dāng)然結(jié)構(gòu)也受材料和工藝的影響)，因此，數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也有了重大變化。
2.1　基礎(chǔ)部件的結(jié)構(gòu)特點
　　數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件主要包括床身、立柱、工作臺等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執(zhí)行器官的相對位置。數(shù)控機(jī)床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時的高精度。因此，對基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計在強(qiáng)度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等都提出了很高的要求。現(xiàn)行生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床采用的主要措施有：鑄件采用全封閉截面，合理布置內(nèi)部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導(dǎo)軌面加寬，車床采用傾斜的床身和導(dǎo)軌還利于排屑，床身、立柱采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，可以明顯提高其剛度，根據(jù)熱對稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。
2.2　主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點
　　主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時為使數(shù)控機(jī)床能獲得最佳的切削速度，主傳動須在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速。現(xiàn)行數(shù)控機(jī)床采用高性能的直流或交流無級調(diào)速主軸電機(jī)，較普通機(jī)床的機(jī)械分級變速傳動鏈大為簡化。對加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產(chǎn)率和自動化程度，主軸應(yīng)有刀具或工件的自動夾緊、放松、切屑清理及主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。最近日本又開發(fā)研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。
2.3　進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點
　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動，通過滾珠絲杠帶動刀具或工件完成各坐標(biāo)方向的進(jìn)給運動。為確定進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計機(jī)械裝置時，以“無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有： ①采用低摩擦、輕拖動、高效率的滾珠絲杠和直線滾動導(dǎo)軌； ②采用大扭矩、寬調(diào)速的伺服電機(jī)直接與絲杠相聯(lián)接，縮短和簡化進(jìn)給傳動鏈； ③通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動間隙； ④對滾動導(dǎo)軌和絲杠預(yù)加載荷，預(yù)拉伸。
2.4　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和自動交換工作臺
　　數(shù)控鏜、數(shù)控銑和加工中心，采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)特點的回轉(zhuǎn)工作臺，實現(xiàn)圓周任意角度的分度和進(jìn)給運動。對多工序數(shù)控機(jī)床，配置自動交換工作臺，進(jìn)一步縮短輔助加工時間。
2.5　刀架系統(tǒng)
　　回轉(zhuǎn)刀架，更換主軸換刀和帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)及多刀架、多主軸布局對提高生產(chǎn)效率和自動化水平發(fā)揮了重要作用。為使刀具在機(jī)床上迅速定位、夾緊，普遍采用標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)和機(jī)夾刀。
2.6　數(shù)控附件
　　機(jī)床附件的作用是配合機(jī)床實現(xiàn)自動化加工。數(shù)控機(jī)床專用的附件有：①對刀儀，②自動編程機(jī)，③自動排屑器，④物料儲運及上下料裝置，⑤自動冷卻、潤滑及各種新型配套件如導(dǎo)軌防護(hù)罩等。
3　數(shù)控機(jī)床的外觀造型特點
　　數(shù)控機(jī)床的外觀大都采用線型簡潔的板塊組合式全封閉安全防護(hù)罩，配備有現(xiàn)代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機(jī)床各種操作手柄、手輪和線型復(fù)雜零散的多面型表面形態(tài)。安全防護(hù)罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵入侵，隔聲降噪，有利于機(jī)床的精度保持和環(huán)境保護(hù)，真正體現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化的特點。
　　依人機(jī)工程學(xué)宜人性原則設(shè)計的桌面式或懸掛式數(shù)控操作面版，是機(jī)床與操作者聯(lián)系和信息交流的唯一界面，指示燈、按鈕、按鍵的數(shù)量與排列及CRT的設(shè)計，既適合人的操作特性，又利于人機(jī)間的協(xié)調(diào)與交流，通過視覺良好的鍵面色彩，標(biāo)準(zhǔn)化的象形符號意象抽取，能準(zhǔn)確反映和傳遞兩者間的信息。
4　結(jié)論
　　數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計反映產(chǎn)品內(nèi)在功能的深層特性，外觀表達(dá)的是產(chǎn)品表層特性，對用戶而言，深層次的與產(chǎn)品使用密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)性能要通過表層的外觀形態(tài)來傳遞和表達(dá)。全封閉防護(hù)罩雖然掩蓋了機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)，卻至少傳達(dá)了數(shù)控機(jī)床這樣幾個方面的深層內(nèi)含：①先進(jìn)的數(shù)控數(shù)顯裝置；②對機(jī)床的精度和剛度使用的可靠性、安全防護(hù)性及環(huán)保等有嚴(yán)格要求；③采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的刀具系統(tǒng)及安裝位置合理的自動換刀裝置；④采用整套商品化、標(biāo)準(zhǔn)化的新型配套件、自動排屑、潤滑和冷卻裝置等。概括為高精度、高效率、高自動化和機(jī)電液一體化。

作者簡介：蔡靜之，女，36歲，副教授，1984年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院機(jī)械制造專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)電遺體化方面的教學(xué)工作。
作者單位：蔡靜之　蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校，甘肅 蘭州　730050；
　　　　　朱雅紅　蘭州長征機(jī)械廠，甘肅 蘭州　730050。

參考文獻(xiàn)：
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〔2〕高敏編著.機(jī)械產(chǎn)品藝術(shù)造型基礎(chǔ)［M］.北京：學(xué)術(shù)書刊出版社，1989.
〔3〕畢毓杰主編.機(jī)床數(shù)控技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.