數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)

第五章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)基礎大件主傳動系統(tǒng)進給系統(tǒng)刀具系統(tǒng)輔助結(jié)構(gòu)5.1對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)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5.1對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的基本要求動、靜剛度高熱變形小傳動靈敏人性化1.數(shù)控機床應具有更高的靜、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、部件本身的剛度以及相互間的接觸剛度。提高動靜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因位置變動造成的機床變形。封閉整體箱形結(jié)構(gòu)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；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。提高動態(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。QC11NJDK數(shù)控液壓閘式剪板機

機架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)振動消除內(nèi)應力，有足夠的強度與剛性這是加工大型零件的超重型設備。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。

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)控單柱移動立式車床和車銑鏜立式車床人造大理石床身（混凝土聚合物）圖5－3德國DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖2.數(shù)控機床應有更小的熱變形

圖5-110m/min進給速度，多次往復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。主軸冷卻風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3、改善機床機構(gòu):采用熱對稱結(jié)構(gòu)4、絲杠預拉伸

5、熱位移補償控制熱變形的措施熱對稱結(jié)構(gòu)立柱3.傳動靈敏：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。

4.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)要人性化一、主傳動系統(tǒng)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)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)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.各零部件應具有足夠的精度、強度、剛度和抗振性

4.噪聲低、運行平穩(wěn)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。滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。2.采壺用同步悄齒形帶敞傳動這種傳動狀主要用在丟轉(zhuǎn)速較高鞭、變速范剝圍不大的要機床。它野適用于高邁速低轉(zhuǎn)矩逆特性的主放軸。3.妹用兩個固電動機承分別驅(qū)財動主軸這是上胃述兩種濤方式的厲混合傳殲動，具永有上述饑兩種性郵能(見低圖5-幼2c)櫻。高速浴時，由固一個電扛動機通絨過帶傳崗動；低泄速時，斤由另一里個電動分機通過揭齒輪傳訂動，齒所輪起到茫降速和華擴大變梁速范圍醒的作用閱，這樣顛就使恒血功率區(qū)腳增大，例擴大了燥變速范愈圍，避嫌免了低汪速時轉(zhuǎn)爐矩不夠琴且電動員機功率大不能充盾分利用著的問題村。但兩味個電動寺機不能責同時工朱作，也智是一種供浪費。4.采用六主軸電機填直接驅(qū)動京（一體化吼主軸，電罷主軸）主軸與電徑機轉(zhuǎn)子合戰(zhàn)二為一，汽從而使主或軸部件結(jié)鋪構(gòu)更加緊舅湊，重量熊輕，慣量朗小，有效廈地提高了仔主軸部件臺的剛度，毒提高了主遼軸啟動、勵停止的響影應特性，蠶目前高速櫻加工機床上主軸多采泉用這種方營式，這種膊類型的主臭軸也稱為框電主軸。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)圖5-7內(nèi)裝電動機主軸車床用陪電主軸銑床用電溉主軸

氯丁橡膠同步帶

聚氨酯同步帶

圓弧齒工業(yè)同步帶

雙面齒同步帶五．主蠢軸調(diào)速雜方法數(shù)控機朋床常用注機電結(jié)歡合的方鹿法，即賊同時采落用電動優(yōu)機和機炭械齒輪瓜變速兩蒼種方法箭。其中竟齒輪減窯速以增腹大輸出瘋扭矩，倉并利用琴齒輪換幕擋來擴零大調(diào)速饞范圍。1、電動綢機調(diào)速用于主湯軸驅(qū)動偽的調(diào)速寒電動機或主要有畜直流電礦動機和礙交流電葛動機兩野大類。（1）身直流電樂動機主熄軸調(diào)速（2）交牛流電動機醉主軸調(diào)速2、機蹦械齒輪蹈變速數(shù)控機腦床常采爹用1-斧4擋屠齒輪變擴速與無課級調(diào)速湯相結(jié)合拴的方式貨，即所套謂分段鏡無級變粉速。采距用機械挽齒輪減喉速，增悼大了輸聾出扭矩腦，并利登用齒輪徹換擋擴辛大了調(diào)名速范圍亭。自動換擋罩執(zhí)行機構(gòu)算是一種電悼——機轉(zhuǎn)嫌換裝置，蒜常用的有股液壓撥叉廣和電磁離舞合器。圖2－3三位液壓撥叉工作原理圖1、5－液壓缸2－活塞桿3－撥叉4－套筒六、躁主軸部諸件主軸部件不是機床的娘一個關鍵海部件，它陷包括主軸的拆支承、安裝在停主軸上的傳動零股件等。對于數(shù)魂控機床浩尤其是閣自動換略刀數(shù)控勝機床，麗為了實養(yǎng)現(xiàn)刀具學在主軸三上的自怖動裝卸饅與夾持何，還必豎須有刀嚼具的自動夾緊妹裝置、主貓軸準停裝忍置和主軸暮孔的清理導裝置等結(jié)構(gòu)低。1、主軸竟端部的結(jié)叼構(gòu)形狀主軸端部美用于安裝膠刀具或夾涉持工件的股夾具，在巧設計要求惱上，應能長保證定位謝準確、安險裝可靠、兔聯(lián)接牢固則、裝卸方徐便，并能厘傳遞足夠窗的轉(zhuǎn)矩。飾主軸端部賞的結(jié)構(gòu)形依狀都已標爺準化。(a)享車床主塊軸端部新；(b頓)銑、纖鏜類機副床主軸步端部；追(c)垮外圓磨在床砂輪非主軸端期部；(d)內(nèi)勤圓磨床砂痰輪主軸端饑部；(e粗)普通鏜承桿裝在鉆忙床主軸上并的端部；蓬(f)組黃合機床主炊軸端部2、主軸再部件的支劃承機床主軸嘉帶著刀具仰或夾具在饒支承中作誰回轉(zhuǎn)運動挪，應能傳貍遞切削轉(zhuǎn)督矩承受切詠削抗力，采并保證必剩要的旋轉(zhuǎn)掙精度。機池床主軸多愁采用滾動軸論承作為支承額，對于精角度要求高建的主軸則堆采用動壓或靜旁壓滑動軸添承作為支承減。下面著淋重介紹主吩軸部件所遼用的滾動宵軸承。主軸滾動通軸承的配劫置前支承采尊用雙列短軋圓柱滾子裹軸承和6界0°角接止觸雙列向段心推力球譜軸承，后體支承采用沸成對向心膠推力球軸挖承。能使逢主軸獲得爺較大的徑騙向和軸向殘剛度，可熟以滿足機透床強力切餅削的要求炮，普遍應郵用于各類霧數(shù)控機床穩(wěn)的主軸，喊如數(shù)控車啊床、數(shù)控魂銑床、加季工中心等嘆。這種配尺置的后支毀承也可用議圓柱滾子引軸承，進尺一步提高庭后支承徑窮向剛度。圖5-14數(shù)控機床主軸軸承配置形式如圖5-辰14b所珍示的配置生前支承采曠用多個高造精度向心泛推力球軸連承，后支混承采用球要軸承，沒測有如圖5交-14a勇所示的主使軸剛度大拉，但這種陡配置提高淘了主軸的貞轉(zhuǎn)速，適些合主軸要旁求在較高戚轉(zhuǎn)速下工壟作的數(shù)控約機床。目前，耽這種配棵置形式遺在立式洲、臥式李加工中掙心機床矩上得到補廣泛應庸用，滿晌足了這撇類機床寨轉(zhuǎn)速范中圍大、瞧最高轉(zhuǎn)證速高的妹要求。誕為提高悲這種形紋式配置鐵的主軸僅剛度，口前支承吹可以用壤四個或則更多個拘的軸承枕相組配舌，后支蜓承用兩佛個軸承掏相組配勿。如圖5-友14c所粘示的配置季形式，前往支承采用雁雙列圓錐宰滾子軸承念，后支承棕為單列圓煤錐滾子軸薪承。能使混主軸承受送較重載荷臺(尤其是粱承受較強舍的動載荷頓)，徑向蛇和軸向剛就度高，安昂裝和調(diào)整悠性好。但攪這種配置偏相對限制剖了主軸最屬高轉(zhuǎn)速和捧精度，適積用于中等閱精度、低搬速與重載助的數(shù)控機陣床主軸。3、主有軸的材罪料和熱伯處理主軸材料偵可根據(jù)強祥度、剛度坊、耐磨性施、載荷特嫂點和熱處楊理變形大墓小等因素積來選擇。續(xù)主軸剛度號與材質(zhì)的賀彈性模量仁E有關。樓無論是普補通鋼還是己合金鋼其汪E值基本鉤相同。因烤此，對于尚一般要求若的機床其所主軸可用標價格便宜鈴的中碳鋼敗、45鋼龍，進行調(diào)國質(zhì)處理后娃硬度為2叢2～28貴HRC；捏當載荷較闖大或存在芬較大的沖表擊時，或倦者精密機鑼床的主軸糧為減少熱帶處理后的陶變形，或怪者需要作渣軸向移動沉的主軸為胃了減少它尊的磨損時提，則可選悶用合金鋼料。常用的閘合金鋼有月：40C隸r進行淬豎硬硬度達耽到40～鳳50HR響C，或者岸用20C氣r進行滲禾碳淬硬使次硬度達到捆56～6企2HRC疫。某些高摸精度機床沫的主軸材大料則選用凈38Cr乞MoAl她進行氮化骨處理，使喜硬度達到堡850～拾1000汁HV。圖5-1咽9加狹工中心主她軸組件圖5-18數(shù)控車床主軸組件七、主軸逝準停主軸準房誠停功能咳又稱主沖軸定向塞功能(午Spi纖ndl敞eS招pec孩ifi拉ed妥Pos脆iti敘on大Sto臟p)，猾其作用喚是使主寒軸每次國都準確央地停在芬固定不煮變的周伴向位置朋上，以呆保證自燭動換刀鄭時主軸霜上的端蜜面鍵能曾對準刀擔柄上的豆鍵槽，員同時使晌每次裝何刀時刀械柄與主桑軸的相況對位置舊不變，頸提高刀跌具的重韻復安裝富精度，但從而可浮提高加墳工的一喂致性。另外，一輔些特殊工助藝要求，朝如在通過桃前壁小孔鵲鏜內(nèi)壁的沒同軸大孔固，或進行即反倒角等劉加工時，制也要求主及軸實現(xiàn)準只停，使刀狠尖停在一剪個固定的暑方位上，樸以便主軸墊偏移一定鍛尺寸后，且使大刀刃塌能通過前監(jiān)壁小孔進越入箱體內(nèi)得對大孔進佩行鏜削。圖5-綠28主摘軸準停捐換刀示遇意圖圖5-2諷9主臟軸準停鏜燃背孔示意陵圖主軸準瓜停可分才為機械準丑停與電氣準義停，它們的躬控制過程耍是一樣的賣。目前國沖內(nèi)外中催高檔數(shù)談控系統(tǒng)筋均采用胃電氣準鈴?？刂坡牐捎糜茈姎鉁蕩？刂贫⒂腥缦赂蛢?yōu)點賤：(1)簡沉化機械結(jié)陳構(gòu)(2)縮灰短準停時帝間(3)可媽靠性增加(4)掛性能價矩格比提丙高圖5－1唉1典型絡的V形槽暫輪定位盤割機械準停百原理示意爸圖目前電氣饒