數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)在數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最先階段，其機(jī)械結(jié)構(gòu)與通用機(jī)床對(duì)比沒有多大的變化，不過在自動(dòng)變速、刀架和工作臺(tái)自動(dòng)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(duì)機(jī)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(jī)床的主體機(jī)構(gòu)有以下特色：1）因?yàn)椴杉{了高性能的無級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的極限傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈也大大縮短；2）為適應(yīng)連續(xù)的自動(dòng)化加工和提升加工生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)擁有較高的靜、動(dòng)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(dòng)空隙和獲取更高的加工精度，更多地采納了高效傳動(dòng)零件，如滾珠絲杠副和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌、消隙齒輪傳動(dòng)副等；4）為了改良勞動(dòng)條件、減少協(xié)助時(shí)間、改良操作性、提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，采納了刀具自動(dòng)夾緊裝置、刀庫(kù)與自動(dòng)換刀裝置及自動(dòng)排屑裝置等協(xié)助裝置。依據(jù)數(shù)控機(jī)床的合用處合和機(jī)構(gòu)特色，對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)因提出以下要求：一、較高的機(jī)床靜、動(dòng)剛度數(shù)控機(jī)床是依照數(shù)控編程或手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式供給的指令自動(dòng)進(jìn)行加工的。因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)（如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、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(qiáng)人為地調(diào)整與賠償，所以，一定把各處機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)零件因地點(diǎn)改動(dòng)造成的機(jī)床變形。為了提升機(jī)床各零件的接觸剛度，增添機(jī)床的承載能力，采納刮研的方法增添單位面積上的接觸點(diǎn)，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(jī)床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩(wěn)固切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還一定提升動(dòng)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(yàn)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(jī)床上采納了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺(tái)。封砂鑄件也有益于振動(dòng)衰減，對(duì)提升抗振性也有較好的成效。二、減少機(jī)床的熱變形在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系遇到破環(huán)，也是機(jī)床季度降落。關(guān)于數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)樗屑庸み^程是計(jì)算的指令控制的，熱變形的影響就更加嚴(yán)重。為了減少熱變形，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中往常采納以下舉措。減少發(fā)熱機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)該盡可能地將熱源從主機(jī)中分離出去?？刂茰厣诓杉{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(jī)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(jī)床的發(fā)熱部位強(qiáng)迫冷卻，也能夠在機(jī)床低溫部分經(jīng)過加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣能夠減少因?yàn)闇夭钤斐傻穆N曲變形。改良機(jī)床機(jī)構(gòu)在相同發(fā)熱條件下，機(jī)床機(jī)構(gòu)對(duì)熱變形也有很大影響。如數(shù)控機(jī)床過去采用的單立柱機(jī)構(gòu)有可能被雙柱機(jī)構(gòu)所取代。因?yàn)樽笥覍?duì)稱，雙立柱機(jī)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(dòng)能夠方便地用一個(gè)坐標(biāo)的修正量進(jìn)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(duì)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(shí)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(jī)床中的滾珠絲杠常在估計(jì)載荷大、轉(zhuǎn)速高以及散熱差的條件下工作，所以絲杠簡(jiǎn)單發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產(chǎn)造成的結(jié)果是嚴(yán)重的，特別是在開環(huán)系統(tǒng)中，它會(huì)使進(jìn)給系統(tǒng)喪失定位精度。當(dāng)前某些機(jī)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(yùn)動(dòng)間的摩擦和除去傳動(dòng)空隙數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)（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(yùn)動(dòng)。為了使工作臺(tái)能對(duì)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(dòng)導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng)頂用滾珠絲杠取代滑動(dòng)絲杠也能夠收到相同的成效。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床幾乎無一例外處采納滾珠絲杠傳動(dòng)。數(shù)控機(jī)床（特別是開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床）的加工精度在很大程度上取決于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的精度。除了減少傳動(dòng)齒輪和滾珠絲杠的加工偏差以外，另一個(gè)重要舉措是采納無空隙傳動(dòng)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(jìn)行螺距賠償。四、提升機(jī)床的壽命和精度保持性為了提升機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮數(shù)控機(jī)場(chǎng)零零件的耐磨性，特別是機(jī)床導(dǎo)軌、進(jìn)給伺港機(jī)主軸零件等影響進(jìn)度的主要零件的耐磨性。在使用過程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各零件潤(rùn)滑優(yōu)秀。五、減少協(xié)助時(shí)間和改良操作性能在數(shù)控機(jī)床的單件加工中，協(xié)助時(shí)間（非切屑時(shí)間）據(jù)有較大的比重。要進(jìn)一步提升機(jī)床的生產(chǎn)率，就一定采納促進(jìn)最大限度地壓縮協(xié)助時(shí)間。當(dāng)前已經(jīng)有好多半控機(jī)床采納了多主軸、多刀架、以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等，以減少換刀時(shí)間。關(guān)于切屑用量加大的數(shù)控機(jī)床，床身機(jī)構(gòu)一定有益于排屑。主運(yùn)動(dòng)機(jī)械零件數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)是指生產(chǎn)切屑的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，比如，數(shù)控車床上主軸帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，立式加工中心上主軸帶動(dòng)銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過主傳動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)的。一、主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的變速系統(tǒng)當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已經(jīng)基本不再使用一般溝通異步電機(jī)和傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，他們與逐漸被新興的溝通變頻調(diào)速伺服電機(jī)和直流伺服調(diào)速電機(jī)取代。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)能采納合理的切屑用量，進(jìn)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(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床和加工中心主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。數(shù)控機(jī)床的變速時(shí)依照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，所以變速機(jī)構(gòu)一定適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。因?yàn)橹绷骱蜏贤ㄗ兯僦鬏S電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日益完美，不單能方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無級(jí)變速，并且減少了中間傳達(dá)環(huán)節(jié)和提升了變速控制的靠譜性，所以在數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)勝性。為了保證低速時(shí)的扭矩，有的數(shù)控機(jī)床在溝通和直流電機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。因?yàn)橹鬟\(yùn)動(dòng)采納了無級(jí)變速，在大型數(shù)控車床上測(cè)斜端面時(shí)便可實(shí)現(xiàn)恒速切屑控制，以便進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)主要有三種配置方式。帶有變速齒輪的主傳動(dòng)這是大、種型數(shù)控機(jī)床采納許多的一種方式。經(jīng)過少量幾對(duì)齒輪減速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以知足主軸對(duì)輸出扭矩特征的要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床業(yè)采納此種傳動(dòng)方式，以獲取強(qiáng)力切屑時(shí)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(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，能夠防止齒輪傳動(dòng)是惹起的振動(dòng)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(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)這類主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)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(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。二、數(shù)控?fù)舸┲鬏S零件數(shù)控機(jī)床主軸零件的精度、剛度和熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接影響。因?yàn)榧庸み^程中不對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行人工調(diào)整，所以這些影響就更加嚴(yán)重。當(dāng)前數(shù)控機(jī)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(duì)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(qiáng)力切屑的要求，所以廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)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(shí)性能優(yōu)秀，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)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(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能也好。可是，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(jī)床。在主軸的機(jī)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(rùn)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(duì)機(jī)床工作精度的影響，往常利用潤(rùn)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(shí)現(xiàn)了溫度控制。最近幾年來，某些數(shù)控機(jī)床的主軸軸承采納高級(jí)油脂，用封入方式進(jìn)行潤(rùn)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２杉{迷宮密封方式。關(guān)于數(shù)控車床主軸，因?yàn)樵谒膬深^安裝著結(jié)構(gòu)粗笨的動(dòng)力卡盤和夾緊油缸，所以主軸剛度一定進(jìn)一步提升，并應(yīng)設(shè)計(jì)合理的連結(jié)端，以改良動(dòng)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(shí)現(xiàn)刀具的迅速或自動(dòng)裝卸，主軸上還配有刀具自動(dòng)裝卸、主軸準(zhǔn)停和主軸孔內(nèi)切屑的除去裝置。進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械零件往常，一個(gè)典型的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)，由地點(diǎn)比較，放大元件、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反應(yīng)元件等幾部分構(gòu)成。此中，機(jī)械傳動(dòng)裝置是地點(diǎn)控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這里所說的機(jī)械傳動(dòng)裝置，是指將驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包含齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（一）聯(lián)軸器聯(lián)軸器是用來連結(jié)寄給機(jī)構(gòu)的兩根軸使之一同展轉(zhuǎn)移傳達(dá)扭矩和運(yùn)動(dòng)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(jī)械式。機(jī)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(jiǎn)單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向挪動(dòng)）。且要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，不一樣意有徑向或角度偏差，所以使用時(shí)遇到必定限制。繞行聯(lián)軸器采納錐形夾緊環(huán)傳達(dá)載荷，可使動(dòng)力傳達(dá)沒有方向空隙。凸緣式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本的、可傳達(dá)較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對(duì)中性好的場(chǎng)合。他的主要弊端是對(duì)兩軸的對(duì)中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機(jī)件內(nèi)惹起附帶載荷，使工作狀況惡化。（二）減速機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)裝置齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用特別寬泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各樣機(jī)床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采納齒輪傳動(dòng)裝置的目的有兩個(gè)。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流和溝通伺服電機(jī)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(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)精度。為了盡量減小齒側(cè)空隙對(duì)數(shù)控機(jī)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(cuò)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(duì)比，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈中采納齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，所以減速機(jī)構(gòu)中常配置阻尼器來改良動(dòng)向性能。同步齒形帶同步齒形帶傳動(dòng)是一種新式的帶傳動(dòng)。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒挨次嚙合傳達(dá)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因此兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的長(zhǎng)處，且無相對(duì)滑動(dòng)，均勻傳動(dòng)比較正確，傳動(dòng)精度高，并且齒形帶的強(qiáng)度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動(dòng)。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動(dòng)效率也高，現(xiàn)已在數(shù)控機(jī)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?yàn)閺?qiáng)力層在工作時(shí)長(zhǎng)度不變，所以強(qiáng)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(zhǎng)L作為齒形帶的公稱長(zhǎng)度。2）模數(shù)模數(shù)定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計(jì)算的一個(gè)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(jì)算公式與漸開線齒條不一樣，因?yàn)辇X形帶的節(jié)線在強(qiáng)力層上，而不在齒高中部。齒形帶的標(biāo)明