機床結(jié)構(gòu)設計

1、1 第六章第六章 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計一、數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計 對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求 提高機床的機構(gòu)剛度提高機床的機構(gòu)剛度 提高機床的抗震性提高機床的抗震性 提高機床的低速運動平穩(wěn)性和精度提高機床的低速運動平穩(wěn)性和精度 二、數(shù)控機床的總體布局二、數(shù)控機床的總體布局 目的：目的： 了解數(shù)控機床的了解數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式與其與其性能性能的關系的關系 2 第六章第六章 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計 6.1 6.1 概述概述 6.1.1 對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求 6.1.2 提高機

2、床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 6.1.3 提高機床的抗振性提高機床的抗振性 6.1.4 提高低速進給運動的平穩(wěn)性和運動精度提高低速進給運動的平穩(wěn)性和運動精度 3 第六章第六章 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計 6.1 6.1 概述概述 6.1.1 6.1.1 對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求 1.1.機床的性能要求機床的性能要求; ; 2. 2.滿足機床剛度和抗振性的要求滿足機床剛度和抗振性的要求; ; 3. 3.減少熱變形要求減少熱變形要求; ; 4. 4.機床可靠性要求機床可靠性要求; ; 5. 5.人機要求。人機要求。 4 第六章第六章 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)

3、設計 6.1 6.1 概述概述 6.1.1 對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求對數(shù)控機床機械機構(gòu)的要求 1.1.機床的性能要求機床的性能要求 （1 1）機床的工藝范圍）機床的工藝范圍 機床可完成加工工序種類；機床可完成加工工序種類； 加工零件類型；加工零件類型； 材料和尺寸范圍，毛坯種類。材料和尺寸范圍，毛坯種類。 5 第六章第六章 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設計 （2 2）加工精度）加工精度 尺寸、形狀和位置精度。尺寸、形狀和位置精度。 機床精度：機床精度： 幾何精度、運動精度和定位精度。幾何精度、運動精度和定位精度。 注意低速運動的平穩(wěn)性。注意低速運動的平穩(wěn)性。 導軌的材料和結(jié)構(gòu)導軌的材料和結(jié)

4、構(gòu) 6 2.2.滿足機床剛度和抗振性的要求滿足機床剛度和抗振性的要求 具有抵抗外載荷的能力；具有抵抗外載荷的能力； 抵抗受迫和自激振動的能力；抵抗受迫和自激振動的能力； 改善機床機構(gòu)。改善機床機構(gòu)。 7 3.3.減少熱變形要求減少熱變形要求 減少發(fā)熱減少發(fā)熱 控制溫升控制溫升 改善機床結(jié)構(gòu)改善機床結(jié)構(gòu) 數(shù)控機床受熱變形與切入方向數(shù)控機床受熱變形與切入方向 8 4. 機床可靠性要求機床可靠性要求 5. 人機要求人機要求 結(jié)論：結(jié)論： 具有大切削功率，高的靜動剛度和良好的抗振具有大切削功率，高的靜動剛度和良好的抗振 性；性； 具有較高的幾何精度、傳動精度、定位精度，具有較高的幾何精度、傳動精度、定

5、位精度， 和熱穩(wěn)定性；和熱穩(wěn)定性； 具有實現(xiàn)輔助操作自動化的結(jié)構(gòu)部件。具有實現(xiàn)輔助操作自動化的結(jié)構(gòu)部件。 9 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 具體措施：具體措施： 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式；合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式； 合理的結(jié)構(gòu)布局；合理的結(jié)構(gòu)布局； 構(gòu)件變形補償。構(gòu)件變形補償。 10 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 正確選擇截面的形狀和尺寸正確選擇截面的形狀和尺寸 形狀相同的斷面，當保持相同的截面積時，應形狀相同的斷面，當保持相同的截面積時，應 減小壁厚，加大截面的輪廓尺寸；減小壁厚，加大截面的輪廓尺寸； 圓形截面的抗扭剛

6、度比方形截面的大，抗彎剛圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大，抗彎剛 度則比方形截面的?。欢葎t比方形截面的?。?封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很 多；多； 壁上開壁上開ZL將使剛度下降，在孔周加上凸綠可使將使剛度下降，在孔周加上凸綠可使 抗彎剛度得到恢復?？箯潉偠鹊玫交謴汀?11 12 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 合理選擇及布置隔板合理選擇及布置隔板 (e)交叉筋板的作用最好交叉筋板的作用最好 13 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形

7、式 合理選擇及布置筋條合理選擇及布置筋條 (f)蜂窩狀加強筋較好蜂窩狀加強筋較好 14 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 l 提高構(gòu)件局部剛度提高構(gòu)件局部剛度 圖示為導軌和床身聯(lián)結(jié)的幾種形式。如果導軌的尺寸較寬時，應 用雙壁聯(lián)結(jié)型式如圖(d)、(e)、(f)。導軌較窄時可用單壁或加厚 的單壁聯(lián)結(jié)，或者在單壁上增加垂直筋條以提高局部剛度。 l 選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件 主要用于機床的主要用于機床的床身、立柱床身、立柱 15 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 合理的結(jié)構(gòu)布局合理的結(jié)構(gòu)布局 (a) (b) (c) 主軸

8、箱單主軸箱單 面懸掛在面懸掛在 立柱立柱側(cè)面?zhèn)让妫?自重自重、切切 削力削力影響影響 16 6.1.2 提高機床結(jié)構(gòu)剛度提高機床結(jié)構(gòu)剛度 構(gòu)件變形補償構(gòu)件變形補償 17 6.1.3 提高機床的抗振性提高機床的抗振性 振動類型振動類型 強迫振動強迫振動 振源振源 ： 高速轉(zhuǎn)動零部件的動態(tài)不平衡力；高速轉(zhuǎn)動零部件的動態(tài)不平衡力； 往復運動件的換向沖擊力期變化的切削力往復運動件的換向沖擊力期變化的切削力 機床外部的振動機床外部的振動 自激振動自激振動 切削顫振切削顫振 臨界切削寬度臨界切削寬度 18 6.1.3 提高機床的抗振性提高機床的抗振性 措施措施 減少機床內(nèi)部振源；減少機床內(nèi)部振源； （動平

9、衡、消除配合間隙、隔振動平衡、消除配合間隙、隔振） 提高靜態(tài)剛度；提高靜態(tài)剛度； 增加構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的阻尼。增加構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的阻尼。 19 6.1.4 提高低速進給運動的平穩(wěn)性和運動精度提高低速進給運動的平穩(wěn)性和運動精度 進給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象進給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象 措施措施 降低執(zhí)行部件的質(zhì)量降低執(zhí)行部件的質(zhì)量 減少動靜摩擦系數(shù)之差減少動靜摩擦系數(shù)之差 提高傳動系統(tǒng)的傳動剛度提高傳動系統(tǒng)的傳動剛度 （扭轉(zhuǎn)、拉壓剛度）（扭轉(zhuǎn)、拉壓剛度） 20 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系；總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系； 6.2.2 運動分配與部件

10、的布局；運動分配與部件的布局； 6.2.3 總布局與機床的結(jié)構(gòu)性能；總布局與機床的結(jié)構(gòu)性能； 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局；自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局； 6.2.5 機床的使用要求與總布局；機床的使用要求與總布局； 6.2.6 數(shù)控機床總布局的其它趨勢。數(shù)控機床總布局的其它趨勢。 21 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系 工作臺完成進給工作臺完成進給 工件較輕時工件較輕時 22 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系總布局與工件形狀

11、、尺寸和重量的關系 工作臺與銑頭完成進給工作臺與銑頭完成進給 較重或較高工件較重或較高工件 23 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系 工作臺與銑頭完成進給工作臺與銑頭完成進給 工件較重，多刀加工工件較重，多刀加工 24 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系總布局與工件形狀、尺寸和重量的關系 銑頭進給銑頭進給 大型、重型工件大型、重型工件 25 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.2 運動分配與部件的布局運動分配與部件的布局 數(shù)控鏜

12、銑床數(shù)控鏜銑床 四軸聯(lián)動四軸聯(lián)動 26 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.2 運動分配與部件的布局運動分配與部件的布局 數(shù)控鏜銑床數(shù)控鏜銑床 五軸聯(lián)動五軸聯(lián)動 27 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.2 運動分配與部件的布局運動分配與部件的布局 數(shù)控鏜銑床數(shù)控鏜銑床 五軸聯(lián)動五軸聯(lián)動 28 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.2 運動分配與部件的布局運動分配與部件的布局 數(shù)控鏜銑床數(shù)控鏜銑床 五軸聯(lián)動五軸聯(lián)動 29 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.3 總布局與機床的結(jié)構(gòu)性能總布局與機床的結(jié)構(gòu)性能 應能兼顧精度、剛度

13、、應能兼顧精度、剛度、 抗振性和熱穩(wěn)定性抗振性和熱穩(wěn)定性 30 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 JCS013型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的布局型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的布局 四排鏈式刀庫，雙爪式的 機械手在立柱上移動，取 刀后機械手回轉(zhuǎn)180。 刀庫容量可以選得較大， 安裝調(diào)整較費功夫； 機械手的換刀動作也較多， 可靠性較難保證； 整機占 地面積較大 ； 只能固定位置換刀；主軸 箱的重復定位精度將影響 加工臺肩軸孔的同軸度。 31 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床

14、的總布局自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 加工中心加工中心 鏈式刀庫 主機的正前方 對主機的操作有妨礙 換刀機械手裝在主軸箱 上 ，可以實現(xiàn)任意位置 換刀 換刀動作少 立柱的z向退刀動作就 是回到換刀位置的動作。 32 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 加工中心加工中心 盤式刀庫安裝在立柱的后側(cè) 采用了前后兩個換刀機械手。 后機械手將刀具由刀庫中取出， 先是裝入一個運刀裝置中，隨 運刀裝置移到固定的位置，再 由前換刀機械手在主袖與運刀 裝置之間進行刀具交換。 結(jié)構(gòu)部件較多，而且換刀 的動作也較多，過程較長，只

15、能在固定位置換刀，同樣存在 加工臺肩孔的不同軸問題。當 然這種布局方案的結(jié)構(gòu)比較緊 湊。 33 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 加工中心加工中心 （南陽石油二機集團）（南陽石油二機集團） 刀具 鏈式刀庫裝在立柱的左側(cè)面，鏈式刀庫裝在立柱的左側(cè)面， 刀庫中刀具的軸線與機床的刀庫中刀具的軸線與機床的 主軸軸線垂直交叉，因此，主軸軸線垂直交叉，因此， 換刀機械手可以作換刀機械手可以作90。旋轉(zhuǎn)，。旋轉(zhuǎn)， 將刀庫中取下的刀具轉(zhuǎn)到與將刀庫中取下的刀具轉(zhuǎn)到與 主軸中心線平行的位置進行主軸中心線平行的位置進行 換刀。并巳換刀機械手是裝換刀。并巳換刀機械手是裝 在主軸箱上，可以實現(xiàn)任意在主軸箱上，可以實現(xiàn)任意 位置換刀。位置換刀。 換刀動作少，結(jié)構(gòu)布置換刀動作少，結(jié)構(gòu)布置 緊湊，外觀較好，占地面積緊湊，外觀較好，占地面積 也較小。也較小。 34 6.2 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 6.2.5 機床的使用要求與總布局機床的使用要求與總布局 便于同時操作與觀察便于同時操