第七章數控機床的機械結構

1、第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章數控機床的機械結構數控機床的機械結構第一節(jié)第一節(jié) 數控機床對結構要求數控機床對結構要求第二節(jié)第二節(jié) 數控機床的布局特點數控機床的布局特點第三節(jié)第三節(jié) 數控機床的主傳動部件數控機床的主傳動部件第四節(jié)第四節(jié) 數控機床的進給傳動系統(tǒng)數控機床的進給傳動系統(tǒng)第五節(jié)第五節(jié) 數控機床的自動換刀裝置數控機床的自動換刀裝置 第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC主要內容主傳動系統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)自動換刀裝置自動托盤交換裝置機床基礎件第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機

2、械結構CNC數控機床的機械結構包括：數控機床的機械結構包括：機床的床身、立柱、導軌、主軸部件、進給機床的床身、立柱、導軌、主軸部件、進給系統(tǒng)、工作臺、刀架和刀庫、自動換刀裝置系統(tǒng)、工作臺、刀架和刀庫、自動換刀裝置及其他輔助裝置。及其他輔助裝置。第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第一節(jié)第一節(jié) 數控機床對結構的要求數控機床對結構的要求一、數控機床適合加工高精度、高復雜度的零一、數控機床適合加工高精度、高復雜度的零件，而且零件加工過程具有以下件，而且零件加工過程具有以下特點特點： 自動化程度高自動化程度高 高的加工精度和切

3、削效率高的加工精度和切削效率 多工序和多功能集成多工序和多功能集成 可靠性和精度保持性高可靠性和精度保持性高第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構二、數控機床對結構的要求：二、數控機床對結構的要求：高的靜、動剛度和良好的抗振性能高的靜、動剛度和良好的抗振性能良好的熱穩(wěn)定性良好的熱穩(wěn)定性高的運動精度和低速運動平穩(wěn)性高的運動精度和低速運動平穩(wěn)性充分滿足人性化要求充分滿足人性化要求第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC1.1.數控機床應具有更高的靜、動剛度數控機床應具有更高的靜、動剛度（1 1）提高靜剛度的措

4、施）提高靜剛度的措施 1 1）基礎大件采用封閉整體箱形結構）基礎大件采用封閉整體箱形結構 2 2）合理布置加強筋）合理布置加強筋 3 3）提高部件之間的接觸剛度。）提高部件之間的接觸剛度。C N C第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC封閉整體箱形結構C N C第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC縱向隔板主要提高抗彎剛度橫向隔板主要提高抗扭剛度斜向隔板兼有提高抗彎剛度、抗扭剛度的效果8.1 概述第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC （2 2）提高動剛度的措施）提高動剛度的措施 1 1）改善機床的阻尼特性（如填充阻尼材料）改善機床的阻尼特

5、性（如填充阻尼材料） 2 2）床身表面噴涂阻尼涂層）床身表面噴涂阻尼涂層 3 3）充分利用結合面的摩擦阻尼）充分利用結合面的摩擦阻尼 4 4）采用新材料，提高抗震性）采用新材料，提高抗震性第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC人造大理石床身（混凝土聚合物）第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC實心混凝土底座內封泥沙增加阻尼提高抗振性第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC 2. 2.良好的熱穩(wěn)定性良好的熱穩(wěn)定性減小熱變形的措施：減小熱變形的措施：對熱源采取液冷、風冷等方法來控制溫升；對熱源采取液冷、風冷等方法來控制溫升；改善機床結構。改善機床

6、結構。 對機床熱源進行強制冷卻，采用熱對稱結構。對機床熱源進行強制冷卻，采用熱對稱結構。第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC主軸冷卻風管對機床熱源進行強制冷卻第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC熱對稱結構立柱第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC采用熱變形補償裝置減小熱變形第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC 3.數控機床運動件之間的摩擦要小，要消除傳動系統(tǒng)的間隙，達到低速時無爬行，高速時快速響應。第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC4.數控機床應有更好的人性化便于操作的機床結構第七章第七章 數控

7、機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第二節(jié)第二節(jié) 數控機床的布局特點數控機床的布局特點數控機床大都采用機、電、液、氣一體化布數控機床大都采用機、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉防護，機械結構大大簡局，全封閉或半封閉防護，機械結構大大簡化，易于操作及實現自動化?；子诓僮骷皩崿F自動化。一、數控車床的布局結構特點一、數控車床的布局結構特點車床結構三種形式：車床結構三種形式： 水平床身水平床身 傾斜床身傾斜床身 水平床身斜滑板水平床身斜滑板第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的

8、機械結構CNC水平床身第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC傾斜床身第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC立式數控車床數控機床總體布局第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC立式數控銑床數控銑床的布局和結構特點第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC臥式數控銑床第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC龍門數控銑床第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構二、加工中心的布局結構特點：二、加工中心的布局結構特點：加工中心的布局形式加工中心的布局形

9、式 臥式加工中心臥式加工中心主軸位于水平方向主軸位于水平方向 立式加工中心立式加工中心主軸位于豎直方向主軸位于豎直方向 五面加工中心（多坐標加工中心）五面加工中心（多坐標加工中心）兼具立式和臥式加工中心的功能兼具立式和臥式加工中心的功能第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC圖圖7-5臥式加工中心布局臥式加工中心布局第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC圖圖7-6立式加工中心布局立式加工中心布局第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC固定立柱立式加工中心第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC滑枕立式加工中心第七章第七章 數控機

10、床的機械結構數控機床的機械結構CNCO形整體床身立式加工中心第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC移動立柱臥式加工中心第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC移動立柱臥式加工中心第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC數控電火花線切割機床的布局和結構特點數控電火花線切割機床的布局和結構特點快走絲電火花線切割機床第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC垂直慢走絲電火花線切割機床水平慢走絲電火花線切割機床第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第三節(jié)第三節(jié) 數控

11、機床的主運動部件數控機床的主運動部件 1)足夠的轉速范圍2)足夠的功率和扭矩3)各零部件應具有足夠的精度、強度、剛度和抗振性4)噪聲低、運行平穩(wěn)對主傳動系統(tǒng)的要求第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構主傳動三種形式主傳動三種形式1、二級齒輪變速二級齒輪變速通過控制滑移齒輪，使主軸獲得高速和低速兩種轉通過控制滑移齒輪，使主軸獲得高速和低速兩種轉速系列，同時在低速段主軸具有較大的輸出扭矩速系列，同時在低速段主軸具有較大的輸出扭矩2、定比帶傳動定比帶傳動傳動比固定，采用帶傳動可避免齒輪噪聲與振動，傳動比固定，采用帶傳動可避免齒

12、輪噪聲與振動，多應用于小型數控機床多應用于小型數控機床3、由主軸電機直接驅動由主軸電機直接驅動簡化主軸結構，提高主軸剛度，主軸部件的慣量小簡化主軸結構，提高主軸剛度，主軸部件的慣量小，重量輕，快速響應性好，但輸出轉矩小，受發(fā)，重量輕，快速響應性好，但輸出轉矩小，受發(fā)熱影響大熱影響大第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC圖7-9主傳動的三種形式第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構二、主軸（部件）結構二、主軸（部件）結構1.主軸的支承主軸的支承前支承采用前支承采用雙列短圓柱滾子軸承雙列短圓柱滾子軸承和雙列

13、和雙列60角接觸球軸承角接觸球軸承，后支承采用成對角接觸球軸承。綜合剛性高。圖，后支承采用成對角接觸球軸承。綜合剛性高。圖7-10a前支承采用前支承采用多個高精度角接觸球軸承多個高精度角接觸球軸承。適用于高速輕載和。適用于高速輕載和精密數控機床。圖精密數控機床。圖7-10b前支承采用前支承采用雙列圓錐滾子軸承雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸，后支承為單列圓錐滾子軸承。適用于中等精度低速重載數控機床。圖承。適用于中等精度低速重載數控機床。圖7-10c第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC 圖圖7-10 主軸的支承主軸的支承第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結

14、構CNC 圖圖7-11 立式加工中心主軸部件的結構簡立式加工中心主軸部件的結構簡圖圖1活塞活塞 2拉桿拉桿 3彈簧彈簧 4鋼球鋼球 5拉釘拉釘 6主軸主軸 7、8行程開關行程開關 第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構2.主軸內部刀具自動夾緊機構主軸內部刀具自動夾緊機構主軸內部刀具自動夾緊機構是數控機床尤其是加主軸內部刀具自動夾緊機構是數控機床尤其是加工中心特有機構，用以保證刀具的準確安裝。工中心特有機構，用以保證刀具的準確安裝。3.主軸準停裝置，也叫主軸定向停止主

15、軸準停裝置，也叫主軸定向停止 1)作用作用: 使主軸每次都準確地停止在固定的周向位使主軸每次都準確地停止在固定的周向位置上置上,以保證換刀時主軸上的端面鍵能對準刀夾上以保證換刀時主軸上的端面鍵能對準刀夾上的鍵槽的鍵槽,同時使每次裝刀時刀夾與主軸的相對位置同時使每次裝刀時刀夾與主軸的相對位置不變不變,提高刀具的重復安裝精度提高刀具的重復安裝精度,從而提高孔加工從而提高孔加工時孔徑的一致性時孔徑的一致性. 2) 控制準停裝置控制準停裝置 機械控制準停裝置機械控制準停裝置 電氣控制準停裝置（如圖）電氣控制準停裝置（如圖）第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC主軸準停裝置結構原理圖第

16、七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第四節(jié)第四節(jié) 數控機床的進給運動系統(tǒng)數控機床的進給運動系統(tǒng)一、數控機床對進給運動系統(tǒng)的要求一、數控機床對進給運動系統(tǒng)的要求加工工件的輪廓精度和位置精度受進給運動傳動加工工件的輪廓精度和位置精度受進給運動傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響，因此數控機精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響，因此數控機床對進給運動部件具有一些特殊的要求。床對進給運動部件具有一些特殊的要求。作用：進給傳動系統(tǒng)是將伺服電機的旋轉運動轉作用：進給傳動系統(tǒng)是將伺服電機的旋轉運動轉變?yōu)閳?zhí)行部件的直線運動或回轉運動。變?yōu)閳?zhí)行部

17、件的直線運動或回轉運動。進給系統(tǒng)組成進給系統(tǒng)組成: :伺服電機及檢測元件、傳動機構、伺服電機及檢測元件、傳動機構、運動變換機構、導向機構、執(zhí)行件運動變換機構、導向機構、執(zhí)行件第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構要求：要求：運動件間的摩擦阻力要小運動件間的摩擦阻力要小消除傳動系統(tǒng)中得間隙消除傳動系統(tǒng)中得間隙傳動系統(tǒng)的精度和剛度高傳動系統(tǒng)的精度和剛度高減小運動慣量，具有適當阻尼減小運動慣量，具有適當阻尼第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七

18、章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構二、傳動齒輪副二、傳動齒輪副第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構三、絲杠螺母副三、絲杠螺母副1.滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副絲桿和螺母上有弧形螺旋槽，當把它們套裝在一起時形成螺絲桿和螺母上有弧形螺旋槽，當把它們套裝在一起時形成螺旋通道，在滾道內填滿滾珠，當絲桿相對于螺母旋轉時，絲旋通道，在滾道內填滿滾珠，當絲桿相對于螺母旋轉時，絲桿的旋轉面經滾珠推動螺母軸向移動，同時滾珠沿螺旋滾道桿的旋轉面經滾珠推動螺母軸向移動，同時滾珠沿螺旋滾道滾動，使絲桿和螺母的滑動摩擦轉變?yōu)闈L珠與絲

19、桿、螺母之滾動，使絲桿和螺母的滑動摩擦轉變?yōu)闈L珠與絲桿、螺母之間的滾動摩擦。間的滾動摩擦。滾珠絲杠螺母副的特點：滾珠絲杠螺母副的特點： 摩擦損失小，傳動效率高，可達摩擦損失小，傳動效率高，可達0.900.96 當絲杠螺母之間預緊后，可完全消除間隙，提高傳動剛度當絲杠螺母之間預緊后，可完全消除間隙，提高傳動剛度 摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產生爬行現象。磨損小、壽命長、精能保證運動平穩(wěn)，不易產生爬行現象。磨損小、壽命長、精度保持性好。度保持性好。不能自鎖，有可逆性。不能自鎖，有可逆性。第七章第七章 數

20、控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構滾珠絲杠螺母副的結構形式滾珠絲杠螺母副的結構形式外循環(huán)式外循環(huán)式滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸內循環(huán)式內循環(huán)式滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸滾珠絲杠螺母副的預緊滾珠絲杠螺母副的預緊預緊目的是提高剛度并消除傳動間隙預緊目的是提高剛度并消除傳動間隙絲杠螺母副常采用雙螺母結構，通過預緊可使兩個螺母絲杠螺母副常采用雙螺母結構，通過預緊可使兩個螺母產生軸向位移，從而消除傳動間隙并提高剛度。產生軸向位移，從而消除傳動間隙并提高剛度。常用

21、的預緊方法常用的預緊方法墊片調整法墊片調整法螺紋調整法螺紋調整法齒差調整法齒差調整法第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構2.靜壓絲杠螺母副靜壓絲杠螺母副在絲桿和螺母的接觸面之間保持有一定厚度和剛度的壓在絲桿和螺母的接觸面之間保持有一定厚度和剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母間的滑動摩擦變?yōu)橐后w摩擦，當絲力油膜，使絲杠和螺母間的滑動摩擦變?yōu)橐后w摩擦，當絲桿轉動時通過油膜推動螺母沿軸向移動桿轉動時通過油膜推動螺母沿軸向移動摩擦系數很?。闈L珠絲杠螺母副的摩擦系數很?。闈L珠絲杠螺母副的1/10），傳動效率），傳動效率高，起動力矩

22、小，傳動靈敏，油膜層提高了運動的平穩(wěn)性高，起動力矩小，傳動靈敏，油膜層提高了運動的平穩(wěn)性和散熱性并減少了傳動間隙，承載壓力與供油壓力成正比和散熱性并減少了傳動間隙，承載壓力與供油壓力成正比，與轉速無關，缺點是需要供油系統(tǒng)且對油的清潔度要求，與轉速無關，缺點是需要供油系統(tǒng)且對油的清潔度要求高高第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構四、機床導軌四、機床導軌用于引導運動部件沿一定軌道運動。用于引導運動部件沿一定軌道運動。在一對導軌副中，運動的一方叫在一對導軌副中，運動的一方叫運動導軌運動導軌，不動，不動的一方叫的一方叫支承導軌

23、支承導軌。按運動軌跡可分為按運動軌跡可分為直線運動導軌和圓運動導軌直線運動導軌和圓運動導軌1.數控機床對導軌的要求數控機床對導軌的要求 導向精度高導向精度高 耐磨性能好耐磨性能好 足夠的剛度足夠的剛度 低速運動平穩(wěn)性低速運動平穩(wěn)性 結構簡單、工藝性好結構簡單、工藝性好第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構2.機床導軌種類和特點機床導軌種類和特點按運動軌跡可分為直線運動導軌和圓運動導軌按運動軌跡可分為直線運動導軌和圓運動導軌按工作性質可分為主運動導軌、進給運動導軌和調按工作性質可分為主運動導軌、進給運動導軌和調整導軌整導軌

24、按接觸面可分為滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌按接觸面可分為滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第五節(jié)第五節(jié) 數控機床的自動換刀裝置數控機床的自動換刀裝置數控機床對自動換刀裝置的要求數控機床對自動換刀裝置的要求換刀時間盡可能短換刀時間盡可能短刀具重復定位精度高刀具重復定位精度高足夠的刀具儲存量足夠的刀具儲存量剛性好，運轉安全可靠剛性好，運轉安全可靠結構緊湊，便于制造維修結構緊湊，便于制造維修第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機

25、械結構一、自動換刀裝置的形式一、自動換刀裝置的形式回轉刀架換刀回轉刀架換刀應用于數控車床應用于數控車床更換主軸頭換刀更換主軸頭換刀應用于數控鉆床應用于數控鉆床帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)應用于數控應用于數控銑床、數控加工中心銑床、數控加工中心第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNCCNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構3.帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機構組成由刀庫和刀具交換機構組成刀庫是存儲加工刀具及輔助工具的地方，刀庫容刀庫是存儲加工刀具及輔助工具的地方，刀庫容量需要考慮加工工藝的需要，一般在量需要考慮加工工藝的需要，

26、一般在2040把，把，能進行復雜零件的多工序加工能進行復雜零件的多工序加工主軸箱內只有一個主軸，因此可以充分增強主軸主軸箱內只有一個主軸，因此可以充分增強主軸剛度以滿足精密加工的要求剛度以滿足精密加工的要求換刀過程復雜費時，工作可靠性低換刀過程復雜費時，工作可靠性低第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC二、刀庫及刀具的選擇方式二、刀庫及刀具的選擇方式1.刀庫刀庫:刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換；實現與主軸上刀具的互換；刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀

27、庫等多種形式；刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式；刀庫的形式和容量要根據機床的工藝范圍來確定刀庫的形式和容量要根據機床的工藝范圍來確定。 第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC1 1）盤式刀庫）盤式刀庫優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，成本較低，結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；換刀可靠性較好；缺點：缺點：換刀時間長，適用于換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心。刀庫容量較小的加工中心。圖/盤式刀庫第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC1）盤式刀庫圖/盤式刀庫第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC1）盤式刀庫2)鏈式刀庫第七章第七章 數控機床

28、的機械結構數控機床的機械結構CNC8.5.2 刀庫 2 2）鏈式刀庫）鏈式刀庫鏈式刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，其鏈式刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，其結構有較大的靈活性，存放刀具的數量也較結構有較大的靈活性，存放刀具的數量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪數目，使當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪數目，使鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般刀具鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般刀具數量在數量在3030120120把。把。圖/鏈式刀庫第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC2）鏈式刀庫圖/鏈式刀庫第七章第七章 數控機床的機械結構數控機床的機械結構CNC8.5.2 刀庫 2）鏈式刀庫圖/鏈式刀庫第七章第七章