數(shù)控機床結(jié)構(gòu)

1、第五章 數(shù)控機床的機械(jxi)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大件主傳動系統(tǒng)進給系統(tǒng)(xtng)刀具系統(tǒng)輔助結(jié)構(gòu) 共四十七頁5.1 對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)(jigu)的基本要求5.2 主傳動系統(tǒng)5.3 進給傳動系統(tǒng)5.4 換刀裝置共四十七頁5.1 對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的基本(jbn)要求動、靜剛度(n d)高熱變形小傳動靈敏人性化共四十七頁1.數(shù)控機床應(yīng)具有更高的靜、動剛度機床的剛度是指機床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。靜剛度：根據(jù)機床所受載荷性質(zhì)的不同，機床在 靜態(tài)力（重力、機構(gòu)之間的相互作用 力等）作用下所表現(xiàn)的剛度稱為機床 的靜剛度；動剛度：在動態(tài)力（切削力）作用下所表現(xiàn)的剛 度稱為動剛度。影響機床剛度的主要因素是：各構(gòu)件、部件本身

2、的剛度以及(yj)相互間的接觸剛度。共四十七頁提高動靜(dng jing)剛度的措施為了提高機床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用重錘或液力平衡減少移動部件(bjin)因位置變動造成的機床變形。封閉整體箱形結(jié)構(gòu)共四十七頁為了提高數(shù)控機床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形(bin xng)；數(shù)控車床上加盡量縮短主軸端部受力懸伸長度以減少所受彎矩。為了提高機床各部件的接觸剛度，增加機床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接

3、觸剛度。共四十七頁提高動態(tài)剛度(n d)的方法：提高系統(tǒng)的剛度(n d)、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗表明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來在數(shù)控機床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。在大件內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，在振動時因摩擦力較大而耗散振動能量。也可采用阻尼層法，即在大件表面噴涂一層具有高阻尼和較高彈性的黏滯彈性材料，涂層越厚，阻尼越大。共四十七頁QC11NJDK數(shù)控液壓閘式剪板機 機架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)(jigu)，經(jīng)

4、振動消除內(nèi)應(yīng)力，有足夠的強度與剛性 共四十七頁這是加工大型零件的超重型設(shè)備。結(jié)構(gòu)特點：工作臺徑向采用高精度雙列短滾子軸承定心；軸向采用每腔一泵式恒流靜壓導(dǎo)軌。主傳動箱采用二級機械變速和立式直流電機驅(qū)動。橫梁配有卸荷梁；用靜壓卸荷絲桿升降(shngjing)。刀架移動采用消除間隙的雙齒輪傳動；滑枕移動采用滾珠絲桿傳動。機床橫梁、床身和立柱為焊接件結(jié)構(gòu)，并采用了阻尼減振措施。CK53系列數(shù)控單柱移動立式(l sh)車床和車銑鏜立式(l sh)車床共四十七頁人造(rnzo)大理石床身（混凝土聚合物）共四十七頁圖53德國DEN480L型數(shù)控車床底座(dzu)和床身示意圖 共四十七頁2.數(shù)控機床應(yīng)有(y

5、n yu)更小的熱變形圖5-1 10m/min進給速度，多次往復(fù)運動時的滾柱絲杠發(fā)熱情況，溫度分布圖的溫度顯示為25攝氏至40攝氏度，若沒有補償措施，則將使工件產(chǎn)生嚴重缺陷。共四十七頁主軸冷卻風(fēng)管對機床熱源進行強制冷卻1、減少發(fā)熱2、控制溫升:對機床熱源進行強制冷卻(lngqu)3、改善機床機構(gòu):采用熱對稱結(jié)構(gòu)4、絲杠預(yù)拉伸 5、熱位移補償控制熱變形(bin xng)的措施共四十七頁熱對稱結(jié)構(gòu)(jigu)立柱共四十七頁共四十七頁3.傳動(chundng)靈敏：數(shù)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(yīng)。4 .數(shù)控機床結(jié)構(gòu)要人性化共四十七頁一、主傳動系統(tǒng)

6、作用是將電動機的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實現(xiàn)(shxin)主切削運動。主軸：指帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運動且消耗功率最大的運動軸。二、主傳動系統(tǒng)組成：主軸電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件 5.2 主傳動系統(tǒng)共四十七頁三、對主傳動系統(tǒng)的要求 1.足夠的轉(zhuǎn)速范圍2.足夠的功率和扭矩3.各零部件應(yīng)具有足夠的精度、 強度(qingd)、剛度和抗振性4.噪聲低、運行平穩(wěn)共四十七頁四、主軸的驅(qū)動方式1.采用變速齒輪傳動這是大中型數(shù)控機床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對齒輪傳動，擴大變速范圍?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(didng)齒輪來實現(xiàn)。共四十七頁2.采

7、用同步齒形帶傳動這種傳動主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機床。它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性(txng)的主軸。共四十七頁3 .用兩個電動機分別(fnbi)驅(qū)動主軸 這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能(見圖5-2c)。高速時，由一個電動機通過帶傳動；低速時，由另一個電動機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的問題。但兩個電動機不能同時工作，也是一種浪費。 共四十七頁4.采用主軸電機直接驅(qū)動（一體化主軸，電主軸） 主軸與電機轉(zhuǎn)子合二為一，從而使主軸部件結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量輕，慣量小，有效地提高了主軸部件

8、的剛度，提高了主軸啟動、停止的響應(yīng)特性(txng)，目前高速加工機床主軸多采用這種方式，這種類型的主軸也稱為電主軸。共四十七頁圖5-2 數(shù)控機床主傳動的四種配置方式a)齒輪變速 b)帶傳動c)兩個電動機分別驅(qū)動d)內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu)共四十七頁 圖5-7 內(nèi)裝電動機主軸車床(chchung)用電主軸銑床(xchung)用電主軸共四十七頁氯丁橡膠同步帶 聚氨酯同步帶圓弧齒工業(yè)同步帶雙面齒同步帶共四十七頁五主軸(zhzhu)調(diào)速方法數(shù)控機床常用機電結(jié)合的方法，即同時采用電動機和機械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用(lyng)齒輪換擋來擴大調(diào)速范圍。共四十七頁1、電動機調(diào)速用于

9、主軸(zhzhu)驅(qū)動的調(diào)速電動機主要有直流電動機和交流電動機兩大類。（1）直流電動機主軸調(diào)速（2）交流電動機主軸調(diào)速共四十七頁2、機械齒輪變速 數(shù)控機床常采用1- 4擋齒輪變速與無級調(diào)速相結(jié)合的方式，即所謂分段無級變速。采用機械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴大了調(diào)速范圍。 自動(zdng)換擋執(zhí)行機構(gòu)是一種電機轉(zhuǎn)換裝置，常用的有液壓撥叉和電磁離合器。共四十七頁圖23 三位液壓撥叉工作原理圖1、5液壓缸 2活塞桿 3撥叉 4套筒共四十七頁六、 主軸(zhzhu)部件主軸部件是機床的一個關(guān)鍵部件，它包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。對于數(shù)控機床尤其是自動換刀數(shù)控機床，為了實現(xiàn)

10、刀具在主軸上的自動裝卸(zhungxi)與夾持，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準停裝置和主軸孔的清理裝置等結(jié)構(gòu)。 共四十七頁 1、主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀(xngzhun)主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設(shè)計要求上，應(yīng)能保證定位準確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標準化。(a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機床主軸端部；(c)外圓磨床砂輪主軸端部；(d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部；(e)普通(ptng)鏜桿裝在鉆床主軸上的端部；(f)組合機床主軸端部 共四十七頁2、主軸(zhzhu)部件的支承機床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運動，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切

11、削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機床主軸多采用(ciyng)滾動軸承作為支承，對于精度要求高的主軸則采用動壓或靜壓滑動軸承作為支承。下面著重介紹主軸部件所用的滾動軸承。共四十七頁主軸滾動軸承(gndngzhuchng)的配置前支承采用(ciyng)雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用(ciyng)成對向心推力球軸承。能使主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足機床強力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機床的主軸，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。這種配置的后支承也可用圓柱滾子軸承，進一步提高后支承徑向剛度。圖5-14 數(shù)控機床主軸軸承配置形式共四十七頁 如圖5-14b所示的配置

12、前支承(zh chn)采用多個高精度向心推力球軸承，后支承(zh chn)采用球軸承，沒有如圖5-14a所示的主軸剛度大，但這種配置提高了主軸的轉(zhuǎn)速，適合主軸要求在較高轉(zhuǎn)速下工作的數(shù)控機床。目前，這種配置形式在立式、臥式加工中心機床上得到廣泛應(yīng)用，滿足了這類機床轉(zhuǎn)速范圍大、最高轉(zhuǎn)速高的要求。為提高這種形式配置的主軸剛度，前支承可以用四個或更多個的軸承相組配，后支承用兩個軸承相組配。 共四十七頁如圖5-14c所示的配置形式，前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承。能使主軸承受較重載荷(尤其是承受較強的動載荷)，徑向和軸向剛度高，安裝和調(diào)整(tiozhng)性好。但這種配置相對限制了

13、主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機床主軸。共四十七頁共四十七頁3、主軸(zhzhu)的材料和熱處理 主軸材料可根據(jù)強度、剛度、耐磨性、載荷特點和熱處理變形大小等因素來選擇。主軸剛度與材質(zhì)的彈性模量E有關(guān)。無論是普通鋼還是合金鋼其E值基本相同。因此，對于一般要求的機床其主軸可用價格便宜的中碳鋼、45鋼，進行調(diào)質(zhì)處理后硬度為2228HRC；當(dāng)載荷較大或存在較大的沖擊時，或者精密機床的主軸為減少熱處理后的變形，或者需要作軸向移動的主軸為了減少它的磨損時，則可選用合金鋼。常用的合金鋼有：40Cr進行淬硬硬度達到(d do)4050HRC，或者用20Cr進行滲碳淬硬使硬度達到(d d

14、o)5662HRC。某些高精度機床的主軸材料則選用38CrMoAl進行氮化處理，使硬度達到(d do)8501000HV。共四十七頁圖5-19 加工(ji gng)中心主軸組件共四十七頁圖5-18 數(shù)控車床主軸組件共四十七頁七、主軸(zhzhu)準停主軸準停功能又稱主軸定向功能(Spindle Specified Position Stop)，其作用是使主軸每次都準確地停在固定不變的周向位置上，以保證自動換刀時主軸上的端面鍵能對準刀柄上的鍵槽，同時使每次裝刀時刀柄與主軸的相對位置不變，提高刀具的重復(fù)安裝精度，從而可提高加工的一致性。另外，一些特殊工藝要求，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進

15、行反倒角等加工時，也要求主軸實現(xiàn)準停，使刀尖停在一個固定的方位上，以便主軸偏移一定(ydng)尺寸后，使大刀刃能通過前壁小孔進入箱體內(nèi)對大孔進行鏜削。共四十七頁圖5-28主軸(zhzhu)準停換刀示意圖圖5-29 主軸(zhzhu)準停鏜背孔示意圖共四十七頁主軸準?？煞譃闄C械準停與電氣準停，它們的控制過程是一樣的。目前國內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準停控制，采用電氣準?？刂朴腥缦聝?yōu)點 ：(1)簡化(jinhu)機械結(jié)構(gòu)(2)縮短準停時間(3)可靠性增加(4)性能價格比提高共四十七頁圖511典型(dinxng)的V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖 共四十七頁目前電氣準停有如下三種方式：1磁傳感器主

16、軸準停2編碼器型主軸準停 準停角度可由外部開關(guān)量隨意設(shè)定 3數(shù)控系統(tǒng)控制準停 準停角度可由外部開關(guān)量隨意設(shè)定 例如：M03 S1000 主軸以1000rmin正轉(zhuǎn) M19 主軸準停于默認(mrn)位置 M19 S100 主軸準停轉(zhuǎn)至100處 S1000 主軸再次以1000rmin正轉(zhuǎn) M19 S200 主軸準停轉(zhuǎn)至200處共四十七頁圖5-32 磁傳感器準?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成共四十七頁圖5-33 磁發(fā)體與磁傳感器在主軸上位置示意圖圖5-34 磁傳感器準停時序圖共四十七頁內(nèi)容摘要第五章 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。CK53系列數(shù)控單柱移動立式車床(chchung)和車銑