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制造业加工母机——卧式加工中心的X、Y、Z三向进给行程计算

所属分类:行业资讯    发布时间: 2020-03-10    作者:大连汉普匠新精密机械有限公司
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一台加工中心有三个方向的进给轴,分别是X、Y、Z方向,也就是我们常说的横向、纵向和垂向,这三个方向行程的设置方法其实是一样的,只要明白其中一种,其它几个方向的行程设置也就很简单了。
一台加工中心的行程设置主要牵涉到三个主要的功能部件:传动丝杆、传动导轨和防护罩(其实这个项不重要,但是因为很多设计误差会比较容易出现在这个地方,所以对于设备运维的人来说,要重点关注一下)。
视图是一台立式加工中心的工作台和滑鞍部分的简化版示意图,我删减了很多功能部件,只留下了传动导轨和传动丝杆部分,我们用这个图来说明一下,这个项的行程到底是如何设置的。
1、丝杆的有效行程,通常来说,我们在设计加工中心的时候,其各个向的运动行程基本上是以丝杆的运动行程来定的,从上图我们可以看出,这台立式加工中心的行程就是:
X=(A+B)-40mm
举个栗子,通常来说,我们设计的时候X=800mm(1000mm),我们尽量取整数,这也就是为什么我们去看一台设备的时候,他们的行程一般都是整数的,很少出现一个方向的行程是类似于807mm这样的数字,减掉的那40mm是安全距离,通常一边会给20mm左右的安全距离,当然有的人胆子肥一点,也有给10mm的,但是给的安全距离太短的话,在快速进给时,如果电机刹车失效,很容易引起丝杆螺母座和丝杆轴承座的相撞,这样对机床是几何精度不好,所以我们通常会给到每边20mm的安全距离,当然如果真的电机刹车失效,这20mm也无济于事,算是一种设计上的自我安慰吧。
所以,在你做设备运维的时候,如果牵涉到重新设计机床的行程,那首先..个要参考的位置就是丝杆,把丝杆开到两个极限端,然后测量一下该机床在该方向到底可以实现多大的行程,然后留出一定的安全距离就可以了,如果是你所在的公司因为某种产品的加工距离需要对机床做一定的超程处理,也可以查看一下该机床的丝杆实际运行距离,通常来说,肯定是比标称的行程要长一些的,只要按实际的距离来设置,这样就可以得到更大的加工行程,这对很多厂家来说是个很讨巧的方法,因为有些零件的加工确实只差那么几毫米,只要懂得如何设置行程的原理,那就可以很轻松的自己解决问题了。

既然讲到了这个行程的设置,就再说透一点,从图上我们可以看到,在丝杆轴承座上和丝杆电机座上我们都安装了防撞橡胶,这防撞橡胶的作用就是防止丝杆螺母座和轴承座、电机座硬性相撞的,起到一个缓冲的作用,所以专业的厂家都会做这两个东西,但是这个小装置有个诀窍,我在上图里面埋了一个BUG,看谁能看出来,也算是对从业者的一个考研,能看出这个BUG的一定是有自己的独立设计能力和思考能力的从业者。

卧式加工中心

2、导轨的有效行程,我们在以丝杆的有效行程来设置机床的行程的时候,一定要充分关注导轨的有效行程,通常按设计思路来说,导轨的有效行程一定是大于丝杆的有效行程的,具体表现为,导轨的行程(P):
P﹥X+40mm+防撞橡胶宽度*2
X就是丝杆的行程,为什么要加40mm呢?因为我们要保证即使工作台的丝杆超出了安全距离,导轨上的滑块依然不能滑出导轨,否则就是“大珠小珠落机床了”,导轨滑块里面是循环的滚动玻珠,如果滑块脱离导轨,这些滚动玻珠就会散出来,基本上是无法装回去的,那也就意味着这根导轨完了,所以导轨的行程要加上这个距离;同时还要加上防撞橡胶的距离乘以2,那是因为在丝杆螺母座和丝杆轴承座、丝杆电机座相撞的时候,防撞橡胶会被撞变形,会被压缩,这个时候行程X会被进一步放大,我们依然要保证导轨的有效行程要绝对的大于X被放大的部分,所以导轨的行程P我们通常也是建议为:
P= X+40mm+防撞橡胶宽度*2+40mm
依然是每边放20mm的安全余量,只有这样的设计才能真正保证丝杆在运行到极限的时候,导轨依然是有距离的保证滑块不会滑出导轨,这样的设计才是真正的考虑比较周全的设计。
其实很多人做这些设计的时候,考虑得并不周全和充分,甚至胡乱的定一个长度,不是长了就是短了,.后的结果就是,要么行程不够设计要求,要么就是导轨和丝杆不匹配,从而浪费了很多不必要的成本。
当然在做这个行程设计的过程中,还有一个诀窍是需要分享给大家的,那就是当你选择导轨的时候,可以和导轨供应商咨询一下他们的导轨规格是按什么尺寸来截取的,特别是一些国外的供应商,例如日本THK的、德国力士乐的等,当然还有我国台湾省的上银等等(记住台湾是我国的),他们的导轨都是有规格的,尽量按他们的规格去选,这样的购买价格会便宜一些,我们举个例子,例如我们要一根1500mm的导轨,如果日本THK的导轨规格是1600mm,那它为了适应我们的需求,他们需要去再加工,截断100mm的长度发给我们,这个时候的切断加工费用是需要另收的,而如果我们直接用1600mm的长度,反而会便宜一些,因为是他们的标准规格,在这个过程中省掉了二次加工费用,虽然看起来是长了一点,但是价格上反而更占优势,所以在设计的过程中,需要针对这些技巧去熟练的应用。
3、防护罩壳的有效行程,之所以要单独拿这个东西来讲,是因为很多小厂的设计人员在设计防护罩壳的时候,并没有很好的对应他们的实际行程去进行设计,把预留量给得太死,所以很多时候本来丝杆和导轨的行程都是支持进一步放大的,但是一装上防护罩,才发现完了,一开机就把防护罩壳拉烂了,或者出现进给电机过载报警等,所以在我们设置机床行程的时候,也要看一下这个部位的实际运行距离,免得出现这种硬性的碰撞,从而损坏机床的几何精度。
还有一个很小的功能部件也需要注意,那就是拖链,很多时候机床的各项进给行程因为运行距离都相对较长,所以对各种电源线和开关线,我们都会用一条防护拖链保护起来,而这个防护拖链的延伸距离也是需要和机床的行程配套的,而且在一定程度上要绝对的大于机床的行程,如果你在设置机床的行程的时候,也需要查看一下,防护拖链的行程是否够距离来让你设置,尽量避免硬性的拉扯,从而导致拖链的损坏,这个地方一般不会损坏机床,因为拖链是塑料制品,所以坏的通常是拖链。
所以,综上所述,在设置机床的各项行程时,要综合考虑各种因素,而不是单纯的看某个指标就武断的下结论,机床设备是工业母机,是属于比较精密的加工设备,尤其不能发生就是硬性碰撞,而行程设置是否适当,是避免机床发生硬性碰撞的首要前提,所以一定要本着慎重而严谨的态度来做这个工作。