第四章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)與部件

1、zw 主編第一章數(shù)控機床概述第二章數(shù)控機床的程序編制第三章計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)第四章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)與部件第五章伺服驅(qū)動系統(tǒng)第六章數(shù)控機床用可編程序控制器第七章數(shù)控機床的使用與維修附錄第四章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)與部件第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件第四節(jié)自動換刀裝置第五節(jié)分度工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點一、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的主要組成二、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的主要特點1.高剛度和高抗振性(1)機床剛度的基本概念機床剛度是機床的技術(shù)性能之一，它反映了機床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。(2)提高數(shù)控機床結(jié)構(gòu)剛度的措施1

2、)提高機床構(gòu)件的靜剛度和固有頻率，改善薄弱環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)或布局，以減少所承受的彎曲負載和扭矩負載。2)改善數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的阻尼特性。3)采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。2.減少機床熱變形的影響(1)改進機床布局和結(jié)構(gòu)第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點1)采用熱對稱結(jié)構(gòu)。2)采用傾斜床身和斜滑板結(jié)構(gòu)。3)采用熱平衡措施。(2)控制溫度對機床發(fā)熱部位(如主軸箱等)采用散熱、風冷和液冷等控制溫升的辦法來吸收熱源發(fā)出的熱量，這是各類數(shù)控機床廣泛采用的一種減少熱變形影響的對策。(3)對切削部位采取強冷措施在大切削量切削加工時，落在工作臺、床身等部件上的熾熱切屑是重要的熱源。(4)熱位移補償預(yù)測熱變形規(guī)律，建立數(shù)學模型存

3、入計算機中進行實時補償。第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點圖4-1熱變形自動補償裝置a)軸向補償b)立柱熱平衡補償3.傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)簡單化第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點圖4-2傳動系統(tǒng)比較a)某普通車床b)某數(shù)控車床第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點4.傳動效率高和采用無間隙傳動裝置5.導(dǎo)軌摩擦因數(shù)低(1)塑料滑動導(dǎo)軌傳統(tǒng)的鑄鐵鑄鐵滑動導(dǎo)軌，除經(jīng)濟型數(shù)控機床外，在其他數(shù)控機床上已不采用，取而代之的是鑄鐵塑料或鑲鋼塑料滑動導(dǎo)軌。1)聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。 摩擦特性好：其動、靜摩擦因數(shù)基本不變，而且摩擦因數(shù)很低，能防止低速爬行，運動平穩(wěn)，能獲得高的定位精度。普通導(dǎo)軌副的動、靜摩擦因數(shù)相差較大，幾乎近一倍。

4、第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點 耐磨性好：聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材料中含有青銅、二硫化鉬和石墨，本身具有自潤滑作用，對潤滑油的供油量要求不高，采用間歇供油即可。此外塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不至損壞金屬導(dǎo)軌和軟帶本身。 減振性好：塑料的阻尼性能好，其減振消聲性能對提高摩擦副的相對運動速度有很大的意義。 工藝性好：可降低對粘貼塑料的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量的要求，而且塑料易于加工(銑、刨、磨、刮)，能獲得優(yōu)良的導(dǎo)軌表面質(zhì)量。第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點圖4-3加工中心工作臺和滑座的橫剖面圖1床身2工作臺3下壓板4導(dǎo)軌軟帶5粘導(dǎo)軌軟帶的鑲條第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點圖4-4軟帶導(dǎo)

5、軌粘合1粘結(jié)層厚度2粘結(jié)材料3導(dǎo)軌軟帶第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點2)環(huán)氧型耐磨涂層。圖4-5注塑后的導(dǎo)軌示意圖1滑座2膠條3注塑層第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點(2)滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌具有摩擦因數(shù)低，一般是0.003左右；動、靜摩擦因數(shù)相差小，幾乎不受運動速度變化的影響；定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點。圖4-6滾柱式滾動導(dǎo)軌塊第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點1)滾動導(dǎo)軌塊。2)單元式直線滾動導(dǎo)軌。圖4-7單元式直線滾動導(dǎo)軌第一節(jié)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及特點圖4-8直線滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)1導(dǎo)軌體2側(cè)面密封墊3保持器4滾珠5端部密封墊6端蓋7滑塊8潤滑油環(huán)(3)靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌是在兩個相對運動的導(dǎo)軌

6、面間通入壓力油，使運動件浮起。第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件一、數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)1.主傳動系統(tǒng)2.主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點圖4-9數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)分類第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件二、主傳動系統(tǒng)分類1.二級以上變速的主傳動系統(tǒng)圖4-10二級齒輪變速主軸結(jié)構(gòu)第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件2.一級變速器的主傳動系統(tǒng)3.調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主傳動系統(tǒng)三、典型主傳動系統(tǒng)及部件1.TND360型數(shù)控車床主軸部件圖4-11TND360型主軸箱傳動系統(tǒng)第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件圖4-12TND360型車床主軸結(jié)構(gòu)1、2后軸承3軸承4、5前軸承第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件2.

7、動力卡盤圖4-13液壓動力卡盤液壓缸結(jié)構(gòu)圖1引油導(dǎo)套2液壓缸體3活塞4法蘭盤第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件圖4-14動力卡盤結(jié)構(gòu)圖1盤體2拉桿3滑體4卡爪滑座5形滑塊6卡爪第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件3.車削中心的主傳動系統(tǒng)圖4-15C軸的功能簡圖a)在圓柱面或端面上銑槽b)在圓柱面上銑螺旋槽c)在端面上銑螺旋槽d)銑直線和平面第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件圖4-16MOC200MS3的C軸傳動系統(tǒng)a)主軸結(jié)構(gòu)簡圖b)C軸傳動及主傳動系統(tǒng)簡圖1蝸桿2主軸3蝸輪4、6齒形帶5主軸電動機7脈沖編碼器8C軸伺服電動機第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件圖4-17CH6144的C軸

8、傳動系統(tǒng)1傳動齒輪5滑移齒輪6換位液壓缸7主軸齒輪8主軸9主軸箱10制動液壓缸11V帶輪12主軸制動盤13同步帶帶輪14脈沖編碼器15C軸伺服電動機16C軸控制箱第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件圖4-18S3-317型車削中心的C軸傳動系統(tǒng)1C軸伺服電動機2滑移齒輪3主軸4分度齒輪5插銷連桿6壓緊液壓缸第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件4.XH754型加工中心主軸圖4-19XH754型加工中心主軸1活塞2螺旋彈簧3磁感應(yīng)傳感器4永久磁鐵5、10帶輪6鋼球7拉桿8碟形彈簧9V帶11交流調(diào)速電動機12、13行程開關(guān)第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)及主軸部件5.高速切削主軸圖4-20用磁力軸承的高速

9、主軸部件1刀具系統(tǒng)2、9軸承3、8傳感器4、7徑向軸承5軸向止推軸承6高頻電動機10冷卻水管路11氣液壓力放大器第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件一、對進給系統(tǒng)的性能要求二、滾珠絲杠副1.滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)圖4-21滾珠絲杠副的原理圖第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件圖4-23外循環(huán)滾珠絲杠副a)插管式b)螺旋槽式第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件圖4-24內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件表4-1循環(huán)方式第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件表4-2結(jié)構(gòu)特征2.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整(1)墊片調(diào)隙式如圖4-25所示，調(diào)整墊片厚度使左右兩螺母產(chǎn)生方向相反位移，使

10、兩個螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件(2)螺紋調(diào)隙式如圖4-26所示，右螺母4外端有凸緣，而左螺母1左端是螺紋結(jié)構(gòu)，用兩個圓螺母2、3把墊片壓在螺母座上，左、右螺母和螺母座上加工有鍵槽，采用平鍵聯(lián)結(jié)，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對轉(zhuǎn)動。圖4-25墊片調(diào)隙式第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件(3)齒差調(diào)隙式如圖4-27所示，在左、右兩個螺母的凸緣上各加工有圓柱外齒輪，分別與左、右內(nèi)齒圈相嚙合，內(nèi)齒圈緊固在螺母座左、右端面上，所以左、右螺母不能轉(zhuǎn)動。圖4-27齒差調(diào)隙式第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元

11、件(4)單螺母變位螺距式如圖4-28所示，它是在螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)內(nèi)螺旋滾道之間的軸向產(chǎn)生一個L0的導(dǎo)程變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊。圖4-28單螺母變位螺距式第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件表4-3預(yù)緊方式第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件表4-4精度等級標號及選擇第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件3.滾珠絲杠副的參數(shù)圖4-29滾珠絲杠副的基本參數(shù)第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件1)公稱直徑d0：用于標識的尺寸值(無公差)。2)節(jié)圓直徑DPW：滾珠與滾珠螺母體及滾絲杠位于理論接觸點時滾珠球心包絡(luò)的圓柱直徑。3)導(dǎo)程Ph：滾珠螺母相對滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)2弧度時的行程。4

12、)接觸角：滾道與滾珠間所傳遞的負荷矢量與滾珠絲杠軸線的垂直面之間的夾角，如圖4-29b所示,理想接觸角45。4.滾珠絲杠副的標識符號L-1.TIF第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件5.滾珠絲杠副的安裝支承方式圖4-30滾珠絲杠在機床上的支承方式a)僅一端裝推力軸承b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承c)兩端裝推力軸承d)兩端裝推力軸承和深溝球軸承1)圖4-30所示為僅一端裝推力軸承。2)圖4-30所示為一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承。第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件3)圖4-30所示為兩端裝推力軸承。4)圖4-30所示為兩端裝推力軸承和深溝球軸承。6.滾珠絲杠的防護三、進給系統(tǒng)

13、傳動齒輪間隙的消除1.直齒圓柱齒輪傳動圖4-31偏心軸套式消除間隙的結(jié)構(gòu)1偏心套2電動機第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件圖4-33雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法1、2薄片齒輪3短圓柱4彈簧第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件2.斜齒圓柱齒輪傳動3.錐齒輪傳動圖4-34斜齒輪墊片調(diào)整法1、2薄片齒輪3墊片4寬齒輪第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件圖4-36錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法1、2錐齒輪3壓簧4螺母5傳動軸第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件4.預(yù)加負載雙齒輪齒條傳動圖4-38預(yù)加負載雙齒輪-齒條無間隙傳動機構(gòu)a)工作原理b)液壓預(yù)加負載式1小齒輪2齒條3調(diào)整軸4進給電動機軸5右旋齒輪6加載

14、彈簧7左旋齒輪5.靜壓蝸桿-蝸輪條傳動第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件圖4-39蝸桿蝸輪條傳動機構(gòu)1蝸輪條2蝸桿第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件圖4-40蝸桿蝸輪條機構(gòu)工作原理1油箱2過濾器3油泵4電動機5溢流閥6粗過濾器7精過濾器8壓力表9壓力繼電器10節(jié)流器第三節(jié)數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械傳動部分元件1)摩擦阻力小，起動摩擦因數(shù)小于0.0005，功率消耗少，傳動效率高，可達0.940.98，在很低的速度下運動也很平穩(wěn)。2)使用壽命長。3)抗振性能好。4)有足夠的軸向剛度。5)蝸輪條能無限接長，因此，運動部件的行程可以很長，不像滾珠絲杠受結(jié)構(gòu)的限制。第四節(jié)自動換刀裝置一、數(shù)控車床刀架1

15、.經(jīng)濟型數(shù)控車床方刀架圖4-41數(shù)控車床方刀架結(jié)構(gòu)1電動機2聯(lián)軸器3蝸桿軸4蝸輪5刀架底座6粗定位盤7刀架體8球頭銷9轉(zhuǎn)位套10電刷座11發(fā)信體12螺母13、14電刷15定位銷第四節(jié)自動換刀裝置2.盤形自動回轉(zhuǎn)刀架圖4-42回轉(zhuǎn)刀架1刀架2、3端面齒盤4滑塊5蝸輪6軸7蝸桿8、9、10傳動齒輪11電動機12微動開關(guān)13小軸14圓環(huán)15壓板16楔鐵第四節(jié)自動換刀裝置3.車削中心用動力刀架圖4-43動力轉(zhuǎn)塔刀架a)刀架外形b)傳動示意圖第四節(jié)自動換刀裝置二、加工中心自動換刀系統(tǒng)1.刀庫的形式圖4-44鼓輪式刀庫之一a)徑向取刀形式b)軸向取刀形式第四節(jié)自動換刀裝置圖4-45鼓輪式刀庫之二a)刀具徑

16、向安裝b)成一定角度分布的結(jié)構(gòu)第四節(jié)自動換刀裝置圖4-46各種鏈式刀庫a)單環(huán)鏈式b)多環(huán)鏈式c)折疊鏈式2.刀具的選擇第四節(jié)自動換刀裝置圖4-47編碼刀柄示意圖1編碼環(huán)2鎖緊螺母3拉緊螺桿第四節(jié)自動換刀裝置圖4-48光電識別方法1刀座2刀具3投光器4機械手5屏板第四節(jié)自動換刀裝置圖4-49換刀過程3.刀具交換裝置第四節(jié)自動換刀裝置(1)無機械手換刀無機械手換刀的方式是利用刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換。圖4-50刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)1、2齒輪3蝸桿4蝸輪5壓蓋6轉(zhuǎn)動套7螺母第四節(jié)自動換刀裝置圖4-51刀庫液壓缸結(jié)構(gòu)圖1刀庫2液壓缸3立柱頂面第四節(jié)自動換刀裝置(2)機械手換刀采用機械手進行刀具交換的方式應(yīng)用得最為廣泛，這是因為機械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時間。圖4-52換刀分解動作示意圖第四節(jié)自動換刀裝置圖4-53機械手臂和刀爪1、3彈簧2鎖緊銷4活動銷5刀爪6活動銷第五節(jié)分度工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺一、分度工作臺1.端面齒盤式分度工作臺圖4-54端面齒盤式分度工作臺1、2、15、16推桿3下齒盤4上齒盤5、13推力軸承6活塞7工作臺8齒條活塞9升降液壓缸上腔10升降液壓缸下腔11齒輪12齒圈14、17擋塊18分度液壓缸右腔19分度液壓缸左腔20、21分度液壓缸進回油管道22、23升降液壓缸進回油管道第五節(jié)分度工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺2