机床的加工精度的精度和加工的稳定性一直是制 造业的研究热点, 而 Z轴的稳定性是决定机床加工精度的关键性因素之一 。 Z轴结构设计得是否合理更是解决 Z轴问题的根本 。
1 雕铣机 Z轴设计过程的回顾
在矩形导轨应用之前, 人们使用的是圆导轨 。考虑到平衡 Z轴重力, 将导轨进行平装 (图 1 ) 。但是, 这种安装方式渐渐暴露其不足之处 — —圆导轨的刚性较差 。由于溜板及其组件重力的影响使得导轨1向下发生饶曲变形, 导轨 2向上发生饶曲变形 (图 2 ), 两次变形通过溜板被放大, 并进行叠加, 引起了 Z轴较大的偏角 。对机床的加工精度产生较大的影响。之后人们改进了导轨的安装,将其装在竖直方向上 (图 3 ) 。这种安装方法虽然不能平衡重力, 但是横梁的刚性得到了明显的增强, 机床的加工精度也得到了很大的改善。当矩形导轨得到应用之后, 人们继续沿用以前圆导轨的安装方式 — —竖直安装。由于方导轨是安装在横梁上, 其刚性已能远远满足机床的需求 。现在要想进一步提高机床的精度必须考虑如何平衡整个 Z轴 (包括溜板、 滑板及主轴 ) 的重力 ? 使得 Z轴与工作台保持稳定的垂直。在这方面人们大多关注研究如何将 Z轴的重心尽可能地靠近横梁和减轻 Z轴的重量, 为此出现了几种设计的结果 :将 Z轴导轨反装 (图 4) 和正装 (图 5) ( “JT- GK600” 系列 ), 或是将一个导轨装在水平方向上。采用反装, 因为反装可以使整个 Z轴的重心靠近横梁, 减小了 Z轴重力产生弯矩而引起的与竖直方向的偏角。采用正装, 因为正装可以减小滑板的重量, 降低 Z轴的重量和惯性 。实际上, 这两种设计思路各有优缺点但都没有解决 Z轴存在的根本问题 。