普通车床刚性力压数控车床的奥秘

老金爱机床 · 发表于 2012-10-30 18:53:54

前两天必威APP精装版下载里有人问为何普通车床的力道比数控车床大，老金就好为人师写了篇普及文章，希望对那位朋友有帮助。

老金按：越来越觉得知识的重要性，善于学习，善于分析，是机床销售人员的本份，没技术、没人品、没毅力的三没人才以后在机床销售行业将无法生存。

在数控车床已经很普及的今天，加工企业中使用普通车床的仍然很多。存在的就是合理的，普通车床的存在自有道理。

从事机械行业，凡事需要多个心眼，多看多想多问，每个现象均有道理可讲，每个结果均由原因而产生。普通车床在被发明一百多年后，一直能在工厂中发挥老黄牛本色，不是偶然的，而是有其独到之处，在某些场合普通车床可以力压数控车床而被工厂所选用。

为了提高加工精度，增快进给速度，数控车床弃梯形丝杆副不用，选用了反向间隙小、滑动效率高的滚珠丝杆副；为了降低主轴跳动，提高主轴转速以改善加工工件的表面粗糙度，数控车床普遍采用独立主轴结构，并选用了高精度角接触轴承来支撑主轴；为了实现不停车转换速度，采用变频器实现无级调速；为了减少机床导轨的运动磨损，数控车床大拖板V字槽上普遍贴上了聚四氟乙烯导轨软带，俗称贴塑。

上帝给你打开了一扇门，却会给你关上一扇窗。这些措施提高了数控车床的综合性能，却带来了一个最大的副作用---刚性的降低，也就是切削力的下降。举个例子，6140普通车床切削45号钢单边切深7毫米是常事，但6140数控车床单边切深5毫米已经算是刚性上佳的机床了。

很多资料上写着“滚珠丝杆副无侧隙、刚性高”，有些刚入门的销售人员就抱着这一点不放：“书上不是写着滚珠丝杆副刚性高吗，老金你怎么说刚性降低了呢？”朋友，比较都是有一个参照物的，滚珠丝杆副的刚性和豆腐相比，那刚性是杠杠的，但是和梯形丝杆副相比，刚性就可以归纳到较差的行列中去了。滚珠丝杠副的原理是通过将钢珠的旋转运动转换成丝杠的直线运动，丝杆螺母和丝杠之间是通过钢珠接触的，典型的点接触，而梯形丝杆副的螺母和丝杠之间的接触是面接触，接触面积远大于滚珠丝杠副，刚性自然也要强许多。

普通车床普遍使用双列圆柱滚子轴承，能够承受很大的轴向和径向负荷。数控车床中常用一对高精度角接触轴承来替代一对双列圆柱滚子轴承，目的是提高机床主轴转速，可以承受一定的轴向和径向负荷，但载荷能力要弱于普通车床的纯双列圆柱滚子轴承结构。

传统的普通车床通过不同直径齿轮的啮合来实现主轴速度的改变，每次改变速度都需要停车然后手动变档，叫硬调速。数控车床则利用变频器的调速功能来实现不停车变速，即软调速。硬调速和软调速相比，电气滞后特性造成软调速刚性要差于硬调速的刚性，即使是采用齿轮箱档内无级变速的结构，在同一个齿轮档内的速度调整仍然是通过变频器的软调速，刚性好于完全无级调速结构，但差于普通车床的完全硬调速。

大家都知道，每个物品都有一定的抗弯能力，压力超过抗弯的临界极限值，物品就会变形。铸铁和塑料相比，谁的抗弯能力强，大部分小学生也能得出正确答案。机床大托板上贴的聚四氟乙烯导轨软带，实际上就是塑料的一种，虽然提高了导轨的耐磨度，但是却降低了导轨的抗变形能力，即刚性下降。

此外，数控车床的设计定位是精密加工，而不是大切削量的强力粗加工，所以和同类型的普通车床相比，机床导轨的宽度、主轴箱的尺寸、丝杆的直径都做了相应的妥协，说偷工减料是不科学，讲轻量化会比较贴切。这些也是数控车床刚性降低的原因之一。

数控车床由于易学易用，使用越来越广泛，有些企业也采购经济型数控车床用于粗加工，这没有问题，但请不要超过机床的切削能力去使用机床。超负荷使用机床会造成机床寿命下降，也有可能会造成事故的发生。

王树大 · 发表于 2012-10-30 19:34:07

本帖最后由王树大于 2012-10-31 16:45 编辑

关于梯形丝杠的传动精度高，因为导程比滚珠丝杠可以小，所以可以指示更精细的刻度。而滚珠丝杠由于滚珠的加入无法做到小导程，所以指示的精度明显不能高过梯形或者普通三角螺纹。梯形丝杠的刚性也高于滚珠丝杆这种说法我曾经不止一次的告诉过很多人，但是很多人不愿相信，甚至取笑我是胡说八道。国人通常真的不具备科学探究性，他们盲从迷信。滚珠丝杠的精度就是被滚珠丝杠没有侧隙这句话锁蒙蔽了的。丝杠的作用毕竟是轴向移动的。所以径向就是如上所说的侧隙对轴向移动精度的影响还是不多的，当然滚珠丝杠已经可以做到轴向与径向都背隙很小了，但是梯形丝杠只要精细制造也可以做得到的。丝杠传动精度最主要的是轴向串动框量，它的产生关键不是螺纹顶与螺纹底，梯形的两个斜面如果紧贴住了螺纹顶与螺纹底即使不接触还是可以保持很高精度的，螺纹的两个侧面是决定丝杠刚性的关键所在，所以很多高精度梯形丝杠为了最大限度的追求两个侧斜面的背隙的消除，只有摒弃牙顶或者牙地的接合面了，所以是一个舍弃的次要而追求主要的做法。本人拆卸过瑞士肖柏林车床的十字滑台，发现他们使用的10毫米梯形丝杠的实际大径远不到10毫米，好像是9.1毫米，所以显然这根丝杠不能算作9毫米丝杠了，明显是10毫米梯形丝杠。瑞士人显然在上百年前就选择了这种追求主要性能的做法，这一点机械常识全世界应该向瑞士人学习，人家国家教育质量一流，但是大学生却非常稀少，大量的都是职业学校，培养出大量优质的职业人才。至于丝杠移动的位置精度滚珠丝杠与其它丝杠都一样，都要取决于缠距的均匀性。这一点滚珠丝杠相对于其它丝杠没有优势可言。滚珠丝杠最大优点就是摩擦小，转矩小，移动速度快，并且滚动摩擦也不容易造成磨损。
梯形丝杠目前看来是背隙与传动速率都很好的，非常适合普车使用，如果提高扛磨损能力的话可以进一步提高传动速度，运用到数控机床领域绝对可以大幅提高数控机床的刚性。暂且先不考虑走位精度，梯形丝杠与滚珠丝杠最大的优点应该是带有自锁停能力，滚珠丝杠由于摩擦系数低，所以很难有自主锁定能力，这样就会有一个反作用力矩施加到驱动电机上的。论定位精度最好的应该是三角螺纹，但是它在传动速率与抗磨损以及承受载荷能力上都比较弱，所以三角螺纹还是不适合机床的传动使用，目前很多家用小心机床的中小拖板使用的是三角形螺丝来代替传动梯形丝杠，虽然出厂背隙可以做的很小，但是丧失精度的用时非常快。所以三角形螺纹在车床上用处不大，一般要用在机床上的话可以使用在磨床等需要更精密走位的滑动组件上。

行中 · 发表于 2012-10-30 19:54:33

楼主写得不错，理论和实际都很牛

stone_1045 · 发表于 2012-10-30 20:09:00

好！赞一个！

菡龙2009 · 发表于 2012-10-30 20:52:35

拜读。顶。

路丁123 · 发表于 2012-10-30 21:56:31

牛啊学习了哈

邹诚 · 发表于 2012-10-30 23:30:40

拜读！{:soso_e179:}

RAJRLZD · 发表于 2012-10-30 23:38:43

学习下

风随意 · 发表于 2012-10-31 08:10:23

如果能把
普通车床普遍使用双列圆柱滚子轴承，能够承受很大的轴向和径向负荷。数控车床中常用一对高精度角接触轴承来替代一对双列圆柱滚子轴承，目的是提高机床主轴转速，可以承受一定的轴向和径向负荷，但载荷能力要弱于普通车床的纯双列圆柱滚子轴承结构
这两种结构用形象的图片展现出来让我们这些不懂机床的人看下该多好啊、。。。。。哈哈！！！！谢谢老金了

长江漂流 · 发表于 2012-10-31 09:22:25

只是现在踏踏实实生产普通车床的厂家不多了，愿意研究如何提高普通车床的精度和使用寿命的厂家更少。

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