森精机之设计思想，即为“重心驱动”

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在20世纪80年代中期以后，一系列高速度、高精度的机床相继问世。最初10年中，人们主要关注于进给轴和主轴电机的大型化和高速化，以及由此产生的热处理技术和数控装置高速化等课题，并在这些方面取得了一些重大成果。但是在随后的5年，对高速度和高精度技术的探求却走上了一条歧路。速度的提高仅仅缩短了一点加工时间，而如果要追求加工精度和加工面的质量，则必须在速度上加以妥协。
重心驱动是一项基于机械运动动力学理论发展而成的技术。每一个机床工程师都明白推动重心是最理想的方法，但是却并不十分了解其重要性及原因。
森精机的重心驱动技术，可以说在加工时间、加工精度、加工质量、刀具寿命等各方面，都能实现最本质的改善。它不仅可用于加工中心、对于所有进行刀具和工件相对运动的机床设备来说都是共通原理。
采用了重心驱动技术的森精机设备，可按照指令正确运作，避免无谓的消耗。

[重心驱动原理]


在构件的一端施力，会破坏平衡、产生振动。	在重心施力，可笔直推进而不产生振动。	但由于机床重心处有物体，所以不能直接将力加于其上。	如果在重心两端平均施力，就可以笔直移动。

（图1）

（图2）

重心驱动是一项可以缩短加工时间、改善轮廓加工精度、提高加工面质量的技术。众所周知，在推动物体时，不按在正中间可能会使物体转动并且不稳。“但如果按在正中间的话”···，重心驱动就是这样一个简单的道理。（图1）
在机床中通常使用滚珠丝杠和线性电动机推动刀具及工件的运动。如果能在其正中间即重心位置进行推动，那就毫无问题了。但通常并非如此。
原因何在呢？以立式加工中心的立式主轴为例设想一下，其主轴重心正好位于正中，因此无法在该处安置滚珠丝杠。
另外，在卧式加工中心贯穿作业台的横轴上放置工件时，其重心处于台面偏上即工件内部的位置，当然也无法将滚珠丝杠贯穿于此。
那么怎样做才合适呢？森精机认为只要将重心置于两个驱动点中间就可以很好地解决这个问题。将两个滚珠丝杠的中心连线，线的中点如能与移动物的重心重合最为适宜。（图2）

主轴上下运动停止时残留的振动

（图3）

那么重心驱动具体有什么优点呢？一言以概之，就是它能够减少振动。（图3）所示为重心驱动设备和其他设备之间产生振动的对照图。 ■表示未采用重心驱动的NV4000 DCG移动时伴随的振动幅度。■为采用重心驱动时的情况。效果显而易见。

快进100%Z轴方向停止

（图4）

振动随时间的变化如图表（图4）所示。重心驱动设备很快就消除了振动，反之其他设备的振动则持续了较长时间。
使用位于振动设备顶端的刀具加工工件，会造成加工面质量的明显恶化。
另外，如果在振动时使用刀具切割工件，也会轻微磨损刀尖。因此振动对刀具寿命来说实为大敌。
更严重的是，如果发生振动，数控装置会将其作为正常指令之外的动作进行检测，而为了修正错误又要驱动进给电动机。如此反复，进一步加剧了振动。
熟知这一情况的技术人员会在启动时调整数控装置，钝化其对动作的反应。但即使会有一些误差也不能进行精细调整，如此一来就导致了精度的丧失。而若要保持精度，又会降低速度。归根结底，机械振动实在是精度和加工时间的天敌。

主轴上下运动停止后残留的振动

（图5）

在讨论机床动力特性之际，采用线性电动机较为有效的说法屡被提及，他们认为滚珠丝杠可以起到扭簧的作用。与重心驱动原理相比，果真如此吗？（图5）所示为在（图3）中追加线性电动机后的效果。
■非重心驱动加线性电动机■重心驱动加线性电动机。线性电动机与重心驱动的效果相比略有不同。

（图6）

重心驱动对加工面质量的改善也极为有效。让我们尝试分析一下。
在模具加工中，曲面加工必不可少。我们可将曲面看作是小折线的连结。每个折线角度每改变一点，移动方向就会随之变化。如果不降低速度而进行方向转换，即使轻微的方向变化也需要很大的加速度。
加速开始之处，全部出现以驱动点和重心距离为比例的回转振动。这种现象在型腔侧面下方加工点到达底面时，急速改变移动方向的情况下较为显著。照片所示为使用原有机型制造的工件，在其加工点移动方向改变后产生的切痕中，有很多不规则的混乱。
重心驱动技术更加逼近了加工面质量恶化原因的本质。
移动方向急速变化的另一实例是圆形切削的反转问题，也就是0度、90度、180度、270度位置的过渡切削问题。如果镗孔加工直径补正要使用简单的立铣刀进行轮廓加工来调换，正圆程度就变得极为重要。这同时也涉及到了移动方向改变产生振动的问题。重心驱动也可用于改善圆形切削的圆度问题。（图6）

重心驱动的效果

（图7）

重心驱动在缩短加工时间方面效果明显。
采用重心驱动的机械，由于在加速一开始产生的振动较小，可随之立即从初始力向最大力加速。而不采用重心驱动的机械，为防止在加速开始时产生振动，只能慢慢地加力。
（图7）所示，上为非重心驱动，下为重心驱动。黄色曲线表示开始加速至最高速的时间差，可以看出两者在达到最高速上的时间差异。

重心驱动对于每个轴或任何时候都是必要的吗？重心驱动的目的在于要减小轴移动开始时产生的振动。振动是由于推动位置与重心偏离所致。如果偏离较小，重心驱动就没有必要了吗？以下通过对增益的说明进行解释。
“增益”是控制机械操作准确度的参数。增益越大，设备越能按照控制指令正确操作。但有些设备不能完全遵从指令，从而可能导致较大的错误操作。
由于是否能够进行高增益设定可以评判一台设备的优劣，所以机械设计者们都在探索提高增益的手段。增益的高低，即便在一台设备中也会因动作轴的不同而有所差异，即有可支持高设定的轴，也有无法支持该设定的轴。森精机认为这是由重心和驱动点之间距离的大小决定的。
对于距离较小、原本就可进行高增益设定的轴，只能说在其上追加滚珠丝杠，采用严密的轴心驱动，必要性较少而已。

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