數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)

數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)在數(shù)控機床發(fā)展的最先階段，其機械結(jié)構(gòu)與通用機床對比沒有多大的變化，不過在自動變速、刀架和工作臺自動轉(zhuǎn)位和手柄操作等方面作些改變。跟著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特色，才對機床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。數(shù)控機床的主體機構(gòu)有以下特色：1）因為采納了高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，數(shù)控機床的極限傳動結(jié)構(gòu)大為簡化，傳動鏈也大大縮短；2）為適應(yīng)連續(xù)的自動化加工和提升加工生產(chǎn)率，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)擁有較高的靜、動向剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，并且熱變形??；3）為減小摩擦、除去傳動空隙和獲取更高的加工精度，更多地采納了高效傳動零件，如滾珠絲杠副和轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌、消隙齒輪傳動副等；4）為了改良勞動條件、減少協(xié)助時間、改良操作性、提升勞動生產(chǎn)率，采納了刀具自動夾緊裝置、刀庫與自動換刀裝置及自動排屑裝置等協(xié)助裝置。依據(jù)數(shù)控機床的合用處合和機構(gòu)特色，對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)因提出以下要求：一、較高的機床靜、動剛度數(shù)控機床是依照數(shù)控編程或手動輸入數(shù)據(jù)方式供給的指令自動進行加工的。因為機械結(jié)構(gòu)（如機床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等）的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位偏差在加工過程中不強人為地調(diào)整與賠償，所以，一定把各處機械結(jié)構(gòu)零件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。為了提升數(shù)控機床主軸的剛度，不只常常采納三支撐結(jié)構(gòu)，并且采納鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形。為了提升機床大件的剛度，采納關(guān)閉界面的床身，并采納液力均衡減少挪動零件因地點改動造成的機床變形。為了提升機床各零件的接觸剛度，增添機床的承載能力，采納刮研的方法增添單位面積上的接觸點，并在聯(lián)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增添接觸面積。這些舉措都能有效地提升接觸剛度。為了充散發(fā)揮數(shù)控機床的高效加工能力，并能進行穩(wěn)固切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還一定提升動向剛度。常用的舉措主要有提升系統(tǒng)的剛度、增添阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻次等。試驗表示，提升阻尼系數(shù)是改良抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既能夠增添靜剛度、減少結(jié)構(gòu)重量，又能夠增添構(gòu)件自己的阻尼。所以，最近幾年來在數(shù)控機床上采納了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有益于振動衰減，對提升抗振性也有較好的成效。二、減少機床的熱變形在內(nèi)外熱源的影響下，機床各零件將發(fā)生不一樣程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關(guān)系遇到破環(huán)，也是機床季度降落。關(guān)于數(shù)控機床來說，因為所有加工過程是計算的指令控制的，熱變形的影響就更加嚴重。為了減少熱變形，在數(shù)控機床結(jié)構(gòu)中往常采納以下舉措。減少發(fā)熱機床內(nèi)部發(fā)熱時產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)該盡可能地將熱源從主機中分離出去。控制溫升在采納了一系列減少熱源的舉措后，熱變形的狀況將有所改良。但要完整除去機床的內(nèi)外熱源往常是十分困難的，甚至是不行能的。所以一定經(jīng)過優(yōu)秀的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。此中部較有效的方法是在機床的發(fā)熱部位強迫冷卻，也能夠在機床低溫部分經(jīng)過加熱的方法，使機床各點的溫度趨于一致，這樣能夠減少因為溫差造成的翹曲變形。改良機床機構(gòu)在相同發(fā)熱條件下，機床機構(gòu)對熱變形也有很大影響。如數(shù)控機床過去采用的單立柱機構(gòu)有可能被雙柱機構(gòu)所取代。因為左右對稱，雙立柱機構(gòu)受熱后的主軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其余方向的變形很小，而垂直方向的軸線挪動能夠方便地用一個坐標(biāo)的修正量進行賠償。關(guān)于數(shù)控車床的主軸箱，應(yīng)盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上。這就能夠使主軸熱變形對加工直徑的影響降低到最小限度。在結(jié)構(gòu)上還應(yīng)盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時應(yīng)使主軸箱的前后溫升一致，防止主軸變形后出現(xiàn)傾斜。數(shù)控機床中的滾珠絲杠常在估計載荷大、轉(zhuǎn)速高以及散熱差的條件下工作，所以絲杠簡單發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產(chǎn)造成的結(jié)果是嚴重的，特別是在開環(huán)系統(tǒng)中，它會使進給系統(tǒng)喪失定位精度。當(dāng)前某些機床用預(yù)拉的方法減少絲杠的熱變形。關(guān)于采納了上述舉措仍不可以除去的熱變形，能夠依據(jù)丈量結(jié)果由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出賠償脈沖加以修正。三、減少運動間的摩擦和除去傳動空隙數(shù)控機床工作臺（或拖板）的位移量十一脈中當(dāng)量為最小單位的，往常又要求能以基地的速度運動。為了使工作臺能對數(shù)控裝置的指令作出正確響應(yīng)，就一定采納相應(yīng)的舉措。當(dāng)前常用的滑動導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌在摩擦阻尼特征方面存在著顯然的差異。在進給系統(tǒng)頂用滾珠絲杠取代滑動絲杠也能夠收到相同的成效。當(dāng)前，數(shù)控機床幾乎無一例外處采納滾珠絲杠傳動。數(shù)控機床（特別是開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機床）的加工精度在很大程度上取決于進給傳動鏈的精度。除了減少傳動齒輪和滾珠絲杠的加工偏差以外，另一個重要舉措是采納無空隙傳動副。關(guān)于滾珠絲杠螺距的積累偏差，往常采納脈沖賠償裝置進行螺距賠償。四、提升機床的壽命和精度保持性為了提升機床的壽命和精度保持性，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮數(shù)控機場零零件的耐磨性，特別是機床導(dǎo)軌、進給伺港機主軸零件等影響進度的主要零件的耐磨性。在使用過程中，應(yīng)保證數(shù)控機床各零件潤滑優(yōu)秀。五、減少協(xié)助時間和改良操作性能在數(shù)控機床的單件加工中，協(xié)助時間（非切屑時間）據(jù)有較大的比重。要進一步提升機床的生產(chǎn)率，就一定采納促進最大限度地壓縮協(xié)助時間。當(dāng)前已經(jīng)有好多半控機床采納了多主軸、多刀架、以及帶刀庫的自動換刀裝置等，以減少換刀時間。關(guān)于切屑用量加大的數(shù)控機床，床身機構(gòu)一定有益于排屑。主運動機械零件數(shù)控機床的主傳動運動是指生產(chǎn)切屑的傳動運動，比如，數(shù)控車床上主軸帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉(zhuǎn)運動。數(shù)控機床的主傳動運動是經(jīng)過主傳動電機拖動的。一、主傳動運動的變速系統(tǒng)當(dāng)前，數(shù)控機床的主傳動電機已經(jīng)基本不再使用一般溝通異步電機和傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，他們與逐漸被新興的溝通變頻調(diào)速伺服電機和直流伺服調(diào)速電機取代。數(shù)控機床的主運動要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能采納合理的切屑用量，進而獲取最正確的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。為了適應(yīng)各樣工件和各樣工件資料的要求，多恭賀自動換刀的數(shù)控機床和加工中心主運動的調(diào)速范圍應(yīng)進一步擴大。數(shù)控機床的變速時依照控制指令自動進行的，所以變速機構(gòu)一定適應(yīng)自動操作的要求。因為直流和溝通變速主軸電機的調(diào)速系統(tǒng)日益完美，不單能方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速，并且減少了中間傳達環(huán)節(jié)和提升了變速控制的靠譜性，所以在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)勝性。為了保證低速時的扭矩，有的數(shù)控機床在溝通和直流電機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。因為主運動采納了無級變速，在大型數(shù)控車床上測斜端面時便可實現(xiàn)恒速切屑控制，以便進一步提升生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數(shù)控機床主傳動主要有三種配置方式。帶有變速齒輪的主傳動這是大、種型數(shù)控機床采納許多的一種方式。經(jīng)過少量幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以知足主軸對輸出扭矩特征的要求。一部分小型數(shù)控機床業(yè)采納此種傳動方式，以獲取強力切屑時所需要的扭矩?；讫X輪的移位多半采納液壓撥叉或直接由液壓油缸帶動齒輪實現(xiàn)。經(jīng)過皮帶傳動的主傳動這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，能夠防止齒輪傳動是惹起的振動與噪聲。但它只好使用與要求的扭矩特征的主軸。由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動這類主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提升了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。二、數(shù)控擊穿主軸零件數(shù)控機床主軸零件的精度、剛度和熱變形對加工質(zhì)量有直接影響。因為加工過程中不對數(shù)控機床進行人工調(diào)整，所以這些影響就更加嚴重。當(dāng)前數(shù)控機床的主軸廠主要有三種型式。前后支撐采納不一樣軸承前支撐采納雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采納成對向心推力球軸承。此配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提升，能夠知足強力切屑的要求，所以廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機床。前軸承采納高精度雙列向心推力球軸承向心推力球軸承高速時性能優(yōu)秀，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min?？墒?，它的承載能力小，因此合用于高速、輕載和密切的數(shù)控車床。雙列和單列圓錐滾子軸承這類軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，特別能承受較強的動載荷，安裝與調(diào)整性能也好?？墒?，這類軸承限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，所以使用中等精度、低速與重載的數(shù)控機床。在主軸的機構(gòu)上，要辦理好卡盤和刀架的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和空隙調(diào)整、主軸零件的潤滑和密封以及工藝上的其余一系列問題。為了盡可能減少主軸零件溫升熱變形對機床工作精度的影響，往常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸零件的熱量帶走，使主軸零件與箱體保持恒定的溫度。在某些數(shù)控鏜、銑床上采納專用的制冷裝置，比較理想的實現(xiàn)了溫度控制。最近幾年來，某些數(shù)控機床的主軸軸承采納高級油脂，用封入方式進行潤滑，每加一次油脂能夠使用7年至10年。為了使?jié)櫥秃陀椭恢禄煜?，往常采納迷宮密封方式。關(guān)于數(shù)控車床主軸，因為在它的兩頭安裝著結(jié)構(gòu)粗笨的動力卡盤和夾緊油缸，所以主軸剛度一定進一步提升，并應(yīng)設(shè)計合理的連結(jié)端，以改良動力卡盤與主軸端度的連結(jié)剛度。關(guān)于數(shù)控鏜床或銑床的主軸，考慮到實現(xiàn)刀具的迅速或自動裝卸，主軸上還配有刀具自動裝卸、主軸準停和主軸孔內(nèi)切屑的除去裝置。進給傳動機械零件往常，一個典型的數(shù)控機床閉環(huán)控制進給系統(tǒng)，由地點比較，放大元件、驅(qū)動單元、機械傳動裝置和檢測反應(yīng)元件等幾部分構(gòu)成。此中，機械傳動裝置是地點控制中的一個重要環(huán)節(jié)。這里所說的機械傳動裝置，是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運動變成工作臺的直線運動的整個機械傳動鏈，包含齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動機構(gòu)。（一）聯(lián)軸器聯(lián)軸器是用來連結(jié)寄給機構(gòu)的兩根軸使之一同展轉(zhuǎn)移傳達扭矩和運動的一種裝置。當(dāng)前聯(lián)軸器的種類眾多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器的應(yīng)用最為寬泛。套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向挪動）。且要求兩軸嚴格對中，不一樣意有徑向或角度偏差，所以使用時遇到必定限制。繞行聯(lián)軸器采納錐形夾緊環(huán)傳達載荷，可使動力傳達沒有方向空隙。凸緣式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、成本的、可傳達較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對中性好的場合。他的主要弊端是對兩軸的對中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機件內(nèi)惹起附帶載荷，使工作狀況惡化。（二）減速機構(gòu)齒輪傳動裝置齒輪傳動是應(yīng)用特別寬泛的一種機械傳動，各樣機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采納齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機（如步進電機、直流和溝通伺服電機等）的輸出改變成低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的履行件的輸入；另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。別的，關(guān)于開環(huán)系統(tǒng)還能夠保證所要求的運動精度。為了盡量減小齒側(cè)空隙對數(shù)控機床加工精度的影響，常常在結(jié)構(gòu)上采納舉措，以減小或除去齒輪副的空程偏差。如采納雙片齒輪錯齒法、利用偏愛套調(diào)整齒輪副中心距或采納軸向墊片調(diào)整法除去齒輪側(cè)隙。與采納同步齒形帶對比，在數(shù)控機床進給傳動鏈中采納齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，所以減速機構(gòu)中常配置阻尼器來改良動向性能。同步齒形帶同步齒形帶傳動是一種新式的帶傳動。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒挨次嚙合傳達運動和動力，因此兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的長處，且無相對滑動，均勻傳動比較正確，傳動精度高，并且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現(xiàn)已在數(shù)控機床上寬泛應(yīng)用。同步齒形帶的主要參數(shù)與規(guī)格以下：1）齒距齒距p為相鄰兩齒在節(jié)線上的距離。因為強力層在工作時長度不變，所以強力層的中心線被規(guī)定為齒形帶的節(jié)線（中性層），并以節(jié)線的周長L作為齒形帶的公稱長度。2）模數(shù)模數(shù)定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計算的一個主要依照。3）其余參數(shù)齒形帶的其余參數(shù)和尺寸與漸開線齒條基真相同。齒形帶齒形的計算公式與漸開線齒條不一樣，因為齒形帶的節(jié)線在強力層上，而不在齒高中部。齒形帶的標(biāo)明