數(shù)控技術(shù)第5章課件

1、第5章 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 5.1 概 述 5.1.1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的主要特點 1結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、自動化程度高 2廣泛采用高效、無間隙傳動裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品 3具有適應(yīng)無人化、柔性化加工的特殊部件 4對機械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高 5.1.2 數(shù)控機床對機械結(jié)構(gòu)的基本要求 1具有較高的靜、動剛度和良好的抗振性 2具有良好的熱穩(wěn)定性 3具有較高的運動精度與良好的低速穩(wěn)定性 4. 具有良好的操作、安全防護性能 5.1.3 提高數(shù)控機床性能的措施 1.合理選擇數(shù)控機床的總體布局 2提高結(jié)構(gòu)件的剛度 3提高機床抗振性 4改善機床的熱變形5保證運動的精度和穩(wěn)定性5.2 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng) 5.2

2、.1 主傳動系統(tǒng)的要求及傳動方式 1. 主傳動系統(tǒng)的要求（1）調(diào)速范圍 （2）熱變形 （3）主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運動精度 （4）主軸的靜剛度和抗振性 （5）主軸組件的耐磨性 5.2.1 主傳動系統(tǒng)的要求及傳動方式2. 傳動方式 （1） 帶有變速齒輪的主傳動（圖5.1a） （2）通過帶傳動的主傳動（圖5.1b） （3）內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu)（圖5.1c） （a）齒輪傳動；（b）同步帶傳動；（c）電動機直接驅(qū)動 圖5.1數(shù)控機床主軸傳動方式3. 齒輪傳動機構(gòu)圖5.2 二級齒輪變速的主傳動系統(tǒng) 圖5.3 TND360型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)圖5.4 同步帶的結(jié)構(gòu)與傳動原理 4. 同步帶傳動機構(gòu) 同步帶傳動具

3、有如下優(yōu)點： （1）無滑動，傳動比準確； （2）傳動效率高，可達98%以上； （3）使用范圍廣，速度可達50m/s，傳動比可達10左右，傳遞功率由幾瓦到數(shù)千瓦；（4）傳動平穩(wěn)，噪聲??；（5）維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。5. 電動機直接驅(qū)動電動機驅(qū)動傳動中的電動機又叫電主軸，其電動機定子固定，轉(zhuǎn)子和主軸采用一體化設(shè)計，如圖5.1（c）所示。這種方式大大簡化了主軸箱體和主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但輸出扭矩小，電動機的發(fā)熱對主軸的精度影響較大。 5.2.2主軸部件的支承方式 a） b） c） d）圖5.5 常用的主軸軸承2軸承的配置 圖5.6 前端定位方式 圖5.7 后端定位方式 圖5.

4、8 兩端定位兩端定位方式5.2.3 主軸部件典型結(jié)構(gòu)表5.2 數(shù)控機床主軸前端的結(jié)構(gòu)序號主軸軸端形式應(yīng)用序號主軸軸端形式應(yīng)用1數(shù)控車床3數(shù)控鏜銑床和加工中心2外圓磨床、平面磨床、無心磨床等的砂輪主軸4內(nèi)圓磨床砂輪主軸2.數(shù)控車床的液壓動力卡盤1驅(qū)動爪；2卡爪；3卡盤；4活塞桿； 5液壓缸；6、7行程開關(guān)。圖5.9液壓驅(qū)動動力自定心夾盤1引油導(dǎo)套；2回轉(zhuǎn)油缸；3活塞；4法蘭盤；5卡盤殼體圖5.10 液壓動力卡盤的液壓缸結(jié)構(gòu)圖1卡盤盤體；2拉桿；3滑體；4卡爪滑座；5T形滑塊；6卡爪圖5.11 動力卡盤前端結(jié)構(gòu)圖3.主軸的準停裝置 圖5.12 V形槽輪定位盤主軸準停機構(gòu)3.主軸的準停裝置 1帶輪；

5、2磁傳感器；3永久磁鐵；4厚墊片；5主軸圖5.13 主軸電氣準停裝置工作原理圖3.主軸的準停裝置1活塞；2螺旋彈簧；3磁傳感器；4永久磁鐵；5帶輪；6鋼球；7拉桿；8碟形彈簧；9多聯(lián)三角帶；10皮帶輪；11交流調(diào)速電機；12，13限位開關(guān) 圖5.14 自動換刀機床的主軸準停、夾緊機構(gòu) 4. 主軸刀具自動裝夾和切屑清除裝置圖5.15 拉緊裝置1-螺母；2-箱體；3-連接座；4-彈簧；5.液壓缸體；6-液壓缸；7-活塞桿；8-拉桿；9-套環(huán)；10-墊圈。圖5.16 卸荷裝置5. 液壓撥叉1、5液壓缸；2活塞桿；3撥叉；4套筒圖5.17 三位液壓撥叉工作原理圖5.2.4 電主軸圖5.18 加工中心用

6、電主軸1后軸承；2定子磁極；3轉(zhuǎn)子磁極；4前軸承；5主軸圖5.19 加工中心用電主軸的組成5.3 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3.1 數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的基本要求及基本形式1. 進給傳動系統(tǒng)的基本要求 （1）提高傳動部件的剛度（2）減小傳動部件的慣量 （3）減小傳動部件的間隙 （4）減小系統(tǒng)的摩擦阻力 2. 進給傳動系統(tǒng)的基本形式在數(shù)控機床上，實現(xiàn)直線進給運動主要有三種型式： 通過絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副，將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動； 通過齒輪、齒條副，將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動； 直接采用直線電動機進行驅(qū)動。實現(xiàn)圓周運動除少數(shù)情況直接使用齒輪副外，一般都采用蝸

7、輪蝸桿。2. 進給傳動系統(tǒng)的基本形式（1）滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副具有以下特點： 摩擦損失小，傳動效率高； 絲杠螺母預(yù)緊后，可以消除間隙，提高了傳動剛度； 摩擦阻力小，而且它幾乎與運動速度無關(guān)，動、靜摩擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象； 長期工作磨損小，使用壽命長，精度保持性好。因此在數(shù)控機床上得到了廣泛應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機床最為常見的傳動型式。 2. 進給傳動系統(tǒng)的基本形式（2）靜壓絲杠螺母副具有如下特點： 摩擦系數(shù)很小，僅為0.0005，比滾珠絲杠（摩擦系數(shù)為0.0020.005）的摩擦損失更小。因此其起動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行； 油膜層可以吸振，提高了運動的平穩(wěn)性

8、； 由于油液的不斷流動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機床的加工精度和光潔度； 油膜層具有一定剛度，減小了反向間隙。 油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動誤差小于絲杠本身的制造誤差； 承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 2. 進給傳動系統(tǒng)的基本形式（3）靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副 靜壓蝸桿蝸條副的工作原理與靜壓絲杠螺母副相同，蝸條實質(zhì)上是螺母的一部分，蝸桿相當于一根短絲杠。（4）直線電動機直接驅(qū)動利用直線電動機驅(qū)動，可以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的環(huán)節(jié)，大大簡化機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)所謂的“零傳動”。 1位置檢測器；2轉(zhuǎn)子；3定子；4床身

9、；5、8輔助導(dǎo)軌；7、14冷卻板；6、13次級；9、10測量系統(tǒng)；11拖鏈；12、17導(dǎo)軌；15工作臺；16防護圖5.20 直線電動機及安裝（4）直線電動機直接驅(qū)動5.3.2 滾珠絲杠螺母副圖5.21 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)圖1. 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu) 圖5.22 外循環(huán)式滾珠絲杠2. 滾珠絲杠副的特點 （1）傳動效率高 滾珠絲杠副的傳動效率很高，可達9298，是普通絲杠傳動的24倍；（2） 摩擦力小 因為滾珠滾動時的動、靜摩擦系數(shù)相差小，因而傳動靈敏，運動平穩(wěn)、低速運行不易產(chǎn)生爬行，隨動精度和定位精度高；（3）使用壽命長 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其滾道表面經(jīng)淬火熱處理后硬度高達6062HRC

10、，表面粗糙度值小，另外因為是滾動摩擦，故磨損很?。唬?）剛度高 滾珠絲杠副經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度；（5）運動精度高 由于反向運動時無空行程，可以提高軸向運動精度。但是滾珠絲杠也有如下缺點：（1）制造成本高 滾珠絲杠對自身的加工精度和裝配精度要求嚴格，其制造成本大大高于普通絲杠；（2）不能實現(xiàn)自鎖 由于其摩擦系數(shù)小不能自鎖，當作用于垂直位置時，為防止因突然停電而造成主軸箱自動下滑，必須加有制動裝置。3滾珠絲杠副的間隙消除機構(gòu)圖5.23 雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu) 1、4內(nèi)齒圈；2、5螺母；3螺母座；6絲杠圖5.24 雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)l、2圓螺母；3絲杠；4墊片；5螺母；6螺母座圖

11、5.25雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)4. 滾珠絲杠的支承 （a）一端裝推力軸承，另一端自由； （b）一端裝推力軸承，另一端裝向心軸承； （c）兩端裝推力軸承；（d）兩端均裝推力軸承和向心軸承圖5.26 絲杠兩端支承形式5滾珠絲杠的防護 滾珠絲杠副如果在滾道上落入了臟物，或使用不凈的潤滑油，不僅會妨礙滾珠的正常運轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。 通常采用毛氈圈對螺母進行密封。5.3.3 齒輪傳動副 1. 直齒圓柱齒輪傳動（1）偏心套調(diào)整法 (2)錐度齒輪墊片調(diào)整法1電動機；2偏心套圖5.27 偏心套消除間隙 1、2齒輪；3墊片圖5.28 墊片調(diào)整消除間隙 5.3.3 齒輪傳動副(3)雙齒輪錯齒調(diào)整法圖5.29

12、雙齒輪錯齒調(diào)整 5.3.3 齒輪傳動副2斜齒圓柱齒輪傳動 （1）墊片調(diào)整法（2）軸向壓簧調(diào)整3. 錐齒輪傳動 （1）周向壓簧調(diào)整（2）軸向壓簧調(diào)整 5.4數(shù)控機床的導(dǎo)軌 5.4.1 導(dǎo)軌的要求 （1）導(dǎo)向精度高 （2） 耐磨性好 （3）足夠的剛度 （4）低速運動平穩(wěn)性 （5） 結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 5.4.2 滑動導(dǎo)軌及靜壓導(dǎo)軌1、滑動導(dǎo)軌（1）以聚四氟乙烯為基體，添加合金粉和氧化物等構(gòu)成的高分子復(fù)合材料。 圖5.34 貼塑導(dǎo)軌的粘接5.4.2 滑動導(dǎo)軌及靜壓導(dǎo)軌（2）以環(huán)氧樹脂為基體，加入MoS2、膠體石墨、TiO2等制成的抗磨涂層材料 a） 矩形導(dǎo)軌 b） 燕尾導(dǎo)軌 c） 圓柱導(dǎo)軌圖5.35

13、 貼塑導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)5.4.2 滑動導(dǎo)軌及靜壓導(dǎo)軌2靜壓導(dǎo)軌 1液壓泵；2溢流閥；3過濾器；4節(jié)流器；5運動導(dǎo)軌；6床身導(dǎo)軌圖5.36 開式靜壓導(dǎo)軌工作原理5.4.2 滑動導(dǎo)軌及靜壓導(dǎo)軌1、2導(dǎo)軌； 3節(jié)流閥； 4、7過濾器；5液壓泵；6溢流閥； 8油箱圖5.37 閉式靜壓導(dǎo)軌工作原理5.4.3 滾動導(dǎo)軌（1）滾珠導(dǎo)軌 圖5.39 滾珠導(dǎo)軌5.4.3 滾動導(dǎo)軌（2）滾柱導(dǎo)軌 （3）滾針導(dǎo)軌 （4）直線導(dǎo)軌圖5.40 滾柱導(dǎo)軌1導(dǎo)軌條； 2循環(huán)滾柱滑座； 3抗震阻尼滑座圖5.41 直線滾動導(dǎo)軌副的外形5.5 數(shù)控機床的自動換刀裝置5.5.1 刀庫1刀庫的類型（1）盤式刀庫 （a）徑向取刀形式 （b）

14、軸向取刀形式 （c）刀具徑向安裝 （d）刀具軸線與刀盤軸線成一定角度圖5.45 盤式刀庫5.5.1 刀庫(2)鏈式刀庫2. 刀庫的容量從使用角度出發(fā)，刀庫的容量一般取為1040把，盲目地加大刀庫容量，將會使刀庫的利用率降低，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，造成很大浪費。 圖5.46 鏈式刀庫5.5.1 刀庫3刀具的選擇方式（1）順序選刀方式（2）任意選刀方式1） 刀具編碼選刀方式2）刀座編碼選刀方式 圖5.47 刀具編碼的結(jié)構(gòu)5.5.2 刀具交換裝置 1有機械手換刀 a）回轉(zhuǎn)機械手；b）雙機械手（回轉(zhuǎn)）；c）雙機械手（交叉）；d）刀庫（盤式）；e）刀庫（鏈式）圖5.48 刀具交換裝置的形式5.5.2 刀具交換裝

15、置（a）鉤手；（b）抱手；（c）伸縮手；（d）插手圖5.49 雙臂機械手常用結(jié)構(gòu)5.5.2 刀具交換裝置圖5.50 機械于換刀的工作過程5.5.2 刀具交換裝置2無機械手換刀 圖5.51雙刀庫機械手換刀裝置 圖5.52 無機械手換刀的工作過程 5.5.2 刀具交換裝置3更換主軸換刀圖5.53 換主軸換刀5.5.2 刀具交換裝置1機械手的結(jié)構(gòu)及動作過程 （1）機械手抓刀 （2）機械手拔刀 （3）機械手換刀 （4）機械手插刀 （5）機械手復(fù)位 1、3、7、9、13、14位置開關(guān)（行程開關(guān)）； 2、6、12擋環(huán)； 4、11齒輪； 5連接盤； 8銷子； 10傳動盤； 15、18、20液壓缸；16機械手

16、臂軸；17、19齒條；21機械手圖5.54 機械手結(jié)構(gòu)示意圖5.5.3 回轉(zhuǎn)刀架1.四方形回轉(zhuǎn)刀架（1）刀架抬起 （2）刀架轉(zhuǎn)位 （3）刀架定位 （4）刀架夾緊 1電動機；2聯(lián)軸器；3蝸桿軸；4蝸輪絲桿；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粗定位銷圖5.60 數(shù)控車床四方刀架結(jié)構(gòu)圖5.6 數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)工作臺5.6.1 分度工作臺1鼠牙盤式分度工作臺 圖5.62 鼠牙盤式分度工作臺5.6.1 分度工作臺2. 定位銷式分度工作臺 圖5.63 定位銷式分度工作臺5.6.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 圖5.64 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺5.6.3 雙工作臺圖5.65 配備雙工作臺的加工中心1環(huán)形交換工作臺；2托盤座；3托盤；4加工中心；5托盤交換裝置圖5.66 具有托盤自動交換系統(tǒng)的柔性加工單元復(fù) 習(xí) 題5.1數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的主要特點和要求有哪些？5.2提高數(shù)控機床性能的措施有哪些？5.3數(shù)控機床對主傳動系統(tǒng)有哪些要求？5.4數(shù)控機床的主軸變速方式有哪幾種？試述其特點及應(yīng)用場合？5.5主軸軸承的配置形式有哪些？試述其各自結(jié)構(gòu)特點？5.6主軸準停裝置的種類有哪些？試述磁傳感器準?？刂频慕Y(jié)構(gòu)與工作原理？5.7數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的要求有哪些？5.8數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式有哪些？5.9數(shù)控