數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)培訓(xùn)課件(-46張)

1、第五章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大件主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)刀具系統(tǒng)輔助結(jié)構(gòu) 第五章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大件5.1 對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)5.3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)5.4 換刀裝置5.1 對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求5.1 對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求動(dòng)、靜剛度高熱變形小傳動(dòng)靈敏人性化5.1 對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求動(dòng)、靜剛度高熱變形小傳動(dòng)靈1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動(dòng)剛度機(jī)床的剛度是指機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。靜剛度：根據(jù)機(jī)床所受載荷性質(zhì)的不同，機(jī)床在 靜態(tài)力（重力、機(jī)構(gòu)之間的相互作用 力等）作用下所表現(xiàn)的剛度稱為機(jī)床 的靜剛度；動(dòng)剛度：在動(dòng)態(tài)力（切削力）作用下所表現(xiàn)的剛 度稱為動(dòng)剛度。影

2、響機(jī)床剛度的主要因素是：各構(gòu)件、部件本身的剛度以及相互間的接觸剛度。1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動(dòng)剛度提高動(dòng)靜剛度的措施為了提高機(jī)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(dòng)部件因位置變動(dòng)造成的機(jī)床變形。封閉整體箱形結(jié)構(gòu)提高動(dòng)靜剛度的措施為了提高機(jī)床大件的剛度，采用封閉界面的床身為了提高數(shù)控機(jī)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；數(shù)控車床上加盡量縮短主軸端部受力懸伸長(zhǎng)度以減少所受彎矩。為了提高機(jī)床各部件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足

3、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觸剛度。為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用提高動(dòng)態(tài)剛度的方法：提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)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(jī)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺(tái)。封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減，對(duì)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(dòng)時(shí)因摩擦力較大而耗散振動(dòng)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

4、大。提高動(dòng)態(tài)剛度的方法：提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自QC11NJDK數(shù)控液壓閘式剪板機(jī) 機(jī)架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)振動(dòng)消除內(nèi)應(yīng)力，有足夠的強(qiáng)度與剛性 QC11NJDK數(shù)控液壓閘式剪板機(jī) 機(jī)架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，這是加工大型零件的超重型設(shè)備。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：工作臺(tái)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(dòng)箱采用二級(jí)機(jī)械變速和立式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。橫梁配有卸荷梁；用靜壓卸荷絲桿升降。刀架移動(dòng)采用消除間隙的雙齒輪傳動(dòng)；滑枕移動(dòng)采用滾珠絲桿傳動(dòng)。機(jī)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(dòng)立式車床和車銑鏜立式車床這是加工大型零件的超重型設(shè)

5、備。CK53系列數(shù)控單柱移動(dòng)立式車人造大理石床身（混凝土聚合物）人造大理石床身（混凝土聚合物）圖53德國(guó)DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖 圖53德國(guó)DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖 2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形圖5-1 10m/min進(jìn)給速度，多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(bǔ)償措施，則將使工件產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷。2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形圖5-1 10m/min進(jìn)主軸冷卻風(fēng)管對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻1、減少發(fā)熱2、控制溫升:對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻3、改善機(jī)床機(jī)構(gòu):采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)4、絲杠預(yù)拉伸 5、熱位移補(bǔ)償控制熱變形的措施主軸冷卻

6、風(fēng)管對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻1、減少發(fā)熱控制熱變形的措熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)立柱熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)立柱3.傳動(dòng)靈敏：數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦要小，要消除傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙，達(dá)到低速時(shí)無爬行，高速時(shí)快速響應(yīng)。4 .數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要人性化3.傳動(dòng)靈敏：數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦要小，要消除傳動(dòng)系統(tǒng)的一、主傳動(dòng)系統(tǒng)作用是將電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動(dòng)。主軸：指帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)且消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)軸。二、主傳動(dòng)系統(tǒng)組成：主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件 5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)一、主傳動(dòng)系統(tǒng)作用是將電動(dòng)機(jī)的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使三、對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 1.足夠的轉(zhuǎn)速范圍2

7、.足夠的功率和扭矩3.各零部件應(yīng)具有足夠的精度、 強(qiáng)度、剛度和抗振性4.噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)三、對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求四、主軸的驅(qū)動(dòng)方式1.采用變速齒輪傳動(dòng)這是大中型數(shù)控機(jī)床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪傳動(dòng)，擴(kuò)大變速范圍。滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。四、主軸的驅(qū)動(dòng)方式2.采用同步齒形帶傳動(dòng)這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸。2.采用同步齒形帶傳動(dòng)這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不3 .用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能(見圖5-2c)。高速時(shí)，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)；低速時(shí)，由另一個(gè)電

8、動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的問題。但兩個(gè)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)工作，也是一種浪費(fèi)。 3 .用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 4.采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)（一體化主軸，電主軸） 主軸與電機(jī)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的剛度，提高了主軸啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，目前高速加工機(jī)床主軸多采用這種方式，這種類型的主軸也稱為電主軸。4.采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)（一體化主軸，電主軸）圖5-2 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式a)齒輪變速 b)帶傳動(dòng)c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)d)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)

9、主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖5-2 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式a)齒輪變速 b)帶 圖5-7 內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸車床用電主軸銑床用電主軸 圖5-7 內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸車床用電主軸銑床用電主軸氯丁橡膠同步帶 聚氨酯同步帶圓弧齒工業(yè)同步帶雙面齒同步帶氯丁橡膠同步帶 五主軸調(diào)速方法數(shù)控機(jī)床常用機(jī)電結(jié)合的方法，即同時(shí)采用電動(dòng)機(jī)和機(jī)械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴(kuò)大調(diào)速范圍。五主軸調(diào)速方法數(shù)控機(jī)床常用機(jī)電結(jié)合的方法，即同時(shí)采用電動(dòng)機(jī)1、電動(dòng)機(jī)調(diào)速用于主軸驅(qū)動(dòng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。（1）直流電動(dòng)機(jī)主軸調(diào)速（2）交流電動(dòng)機(jī)主軸調(diào)速1、電動(dòng)機(jī)調(diào)速2、機(jī)械齒輪變速 數(shù)控機(jī)

10、床常采用1- 4擋齒輪變速與無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的方式，即所謂分段無級(jí)變速。采用機(jī)械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴(kuò)大了調(diào)速范圍。 自動(dòng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種電機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，常用的有液壓撥叉和電磁離合器。2、機(jī)械齒輪變速圖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套筒圖23 三位液壓撥叉工作原理圖六、 主軸部件主軸部件是機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，它包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。對(duì)于數(shù)控機(jī)床尤其是自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸與夾持，還必須有刀具的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等結(jié)構(gòu)。 六、 主軸部件主軸部件是機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，它包括主軸

11、的支承 1、主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設(shè)計(jì)要求上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化。(a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機(jī)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)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部；(f)組合機(jī)床主軸端部 1、主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀(a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機(jī)2、主軸部件的支承機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機(jī)床主軸多采用滾動(dòng)軸承作為支承，對(duì)于精度要求高的主軸則采用動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承作為支承。

12、下面著重介紹主軸部件所用的滾動(dòng)軸承。2、主軸部件的支承機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主軸滾動(dòng)軸承的配置前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用成對(duì)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(jī)床強(qiáng)力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)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(jìn)一步提高后支承徑向剛度。圖5-14 數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式主軸滾動(dòng)軸承的配置前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸 如圖5-14b所示的配置前支承采用多個(gè)高精度向心推力球軸承，后支承采用球軸承，沒有如圖5-14a所示的主軸剛度大

13、，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(jī)床。目前，這種配置形式在立式、臥式加工中心機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，滿足了這類機(jī)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(gè)或更多個(gè)的軸承相組配，后支承用兩個(gè)軸承相組配。 如圖5-14b所示的配置前支承采用多個(gè)高精度向心推力球軸承如圖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(qiáng)的動(dòng)載荷)，徑向和軸向剛度高，安裝和調(diào)整性好。但這種配置相對(duì)限制了主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。如圖5-14c所示的配置形式

14、，前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后3、主軸的材料和熱處理 主軸材料可根據(jù)強(qiáng)度、剛度、耐磨性、載荷特點(diǎn)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(duì)于一般要求的機(jī)床其主軸可用價(jià)格便宜的中碳鋼、45鋼，進(jìn)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(shí)，或者精密機(jī)床的主軸為減少熱處理后的變形，或者需要作軸向移動(dòng)的主軸為了減少它的磨損時(shí)，則可選用合金鋼。常用的合金鋼有：40Cr進(jìn)行淬硬硬度達(dá)到4050HRC，或者用20Cr進(jìn)行滲碳淬硬使硬度達(dá)到5662HRC。某些高精度機(jī)床的主軸材料則選用38CrMoAl進(jìn)行氮化處理，使硬度達(dá)

15、到8501000HV。3、主軸的材料和熱處理 主軸材料可根據(jù)強(qiáng)度、剛度、耐磨圖5-19 加工中心主軸組件圖5-19 加工中心主軸組件圖5-18 數(shù)控車床主軸組件圖5-18 數(shù)控車床主軸組件七、主軸準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)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(zhǔn)確地停在固定不變的周向位置上，以保證自動(dòng)換刀時(shí)主軸上的端面鍵能對(duì)準(zhǔn)刀柄上的鍵槽，同時(shí)使每次裝刀時(shí)刀柄與主軸的相對(duì)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(jìn)行反倒角等加工時(shí)，也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，使刀尖停在一

16、個(gè)固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大刀刃能通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對(duì)大孔進(jìn)行鏜削。七、主軸準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)停功能又稱主軸定向功能(Spindle S圖5-28主軸準(zhǔn)停換刀示意圖圖5-29 主軸準(zhǔn)停鏜背孔示意圖圖5-28主軸準(zhǔn)停換刀示意圖圖5-29 主軸準(zhǔn)停鏜背孔示意主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停，它們的控制過程是一樣的。目前國(guó)內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)?？刂?，采用電氣準(zhǔn)停控制有如下優(yōu)點(diǎn) ：(1)簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)(2)縮短準(zhǔn)停時(shí)間(3)可靠性增加(4)性能價(jià)格比提高主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停，它們的控制過程是一樣的。圖511典型的V形槽輪定位盤機(jī)械準(zhǔn)停原理示意圖 圖511典型的V形槽輪定

17、位盤機(jī)械準(zhǔn)停原理示意圖 目前電氣準(zhǔn)停有如下三種方式：1磁傳感器主軸準(zhǔn)停2編碼器型主軸準(zhǔn)停 準(zhǔn)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(zhǔn)停 準(zhǔn)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(zhǔn)停于默認(rèn)位置 M19 S100 主軸準(zhǔn)停轉(zhuǎn)至100處 S1000 主軸再次以1000rmin正轉(zhuǎn) M19 S200 主軸準(zhǔn)停轉(zhuǎn)至200處目前電氣準(zhǔn)停有如下三種方式：圖5-32 磁傳感器準(zhǔn)停控制系統(tǒng)構(gòu)成圖5-32 磁傳感器準(zhǔn)?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成圖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(zhǔn)停時(shí)序圖圖5-33 磁發(fā)體與磁傳感器圖5-34 磁傳感

18、器準(zhǔn)停時(shí)序圖踏實(shí)，奮斗，堅(jiān)持，專業(yè)，努力成就未來。10月-2210月-22Tuesday, October 4, 2022弄虛作假要不得，踏實(shí)肯干第一名。02:33:3802:33:3802:3310/4/2022 2:33:38 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。10月-2202:33:3802:33Oct-2204-Oct-22重于泰山，輕于鴻毛。02:33:3802:33:3802:33Tuesday, October 4, 2022不可麻痹大意，要防微杜漸。10月-2210月-2202:33:3802:33:38October 4, 2022加強(qiáng)自身建設(shè)，增強(qiáng)個(gè)人的休養(yǎng)。2022年10月4日2:33 上午10月-2210月-22追求卓越，讓自己更好，向上而生。04 十月 20222:33:38 上午02:33:3810月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十月 222:33 上午10月-2202:33October 4, 2022重規(guī)矩，嚴(yán)要求，少危險(xiǎn)