數(shù)控技術(shù)第3版課件7第七章-數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

第七章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求總體結(jié)構(gòu)組成主要內(nèi)容主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)換刀裝置自動(dòng)托盤(pán)交換裝置機(jī)床基礎(chǔ)件第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求總體結(jié)構(gòu)組成數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括：機(jī)床的床身、立柱、導(dǎo)軌、主軸部件、進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)、刀架和刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置及其他輔助裝置。一、數(shù)控機(jī)床及其加工過(guò)程的特點(diǎn)1、自動(dòng)化程度高2、高的加工精度及切削效率3、多工序和多功能集成4、高的可靠性和精度保持性第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求二、數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求較高的靜、動(dòng)剛度和良好的抗振性二、數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求良好的熱穩(wěn)定性（熱變形補(bǔ)償….)主軸冷卻風(fēng)管二、數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求第一節(jié)數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求較高的運(yùn)動(dòng)精度和低速穩(wěn)定性良好的操作、安全防護(hù)措施(人性化要求)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床大都采用機(jī)、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉防護(hù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，易于操作及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)一、數(shù)控車床的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)水平床身第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)一、數(shù)控車床的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)傾斜床身第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)一、數(shù)控車床的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)立式數(shù)控車床第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)固定立柱立式加工中心二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)滑枕立式加工中心二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)O形整體床身立式加工中心二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)移動(dòng)立柱臥式加工中心二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)移動(dòng)立柱臥式加工中心第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)數(shù)控銑床立式數(shù)控銑床第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)數(shù)控銑床龍門(mén)數(shù)控銑床第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件主傳動(dòng)系統(tǒng)作用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(qiáng)度、剛度和抗振性

4)噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

傳遞動(dòng)力：傳遞切削加工所需要的動(dòng)力傳遞運(yùn)動(dòng)：傳遞切削加工所需要的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制：控制主運(yùn)動(dòng)的大小方向產(chǎn)生主切削力第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件一、主傳動(dòng)變速（主傳動(dòng)鏈）

1)采用變速齒輪傳動(dòng)

2)采用同步齒形帶傳動(dòng)

3)采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)（一體化主軸，電主軸）這是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種方式。這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體結(jié)構(gòu)，提高了主軸部件的剛度。這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件一、主傳動(dòng)變速（主傳動(dòng)鏈）采用變速齒輪傳動(dòng)通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速?；讫X輪的移位采用液壓撥叉或電磁離合器控制。應(yīng)用：大中型數(shù)控機(jī)床

第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件一、主傳動(dòng)變速（主傳動(dòng)鏈）采用變速齒輪傳動(dòng)例：TND360型數(shù)控車床兩級(jí)齒輪變速液壓拔叉實(shí)現(xiàn)齒輪滑移作用：慢速對(duì)刀和手動(dòng)調(diào)整機(jī)床第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件一、主傳動(dòng)變速（主傳動(dòng)鏈）采用帶傳動(dòng)主軸脈沖編碼器同步齒形帶主軸電機(jī)主軸主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床，可避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)和噪聲，但它只適用于低扭矩特性要求的主軸。常用帶：多楔帶、同步帶

第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件一、主傳動(dòng)變速（主傳動(dòng)鏈）采用電主軸主軸與電機(jī)制成一體，使主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。電主軸組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測(cè)元件?？招妮S轉(zhuǎn)子，既是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，也是主軸。主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)定子轉(zhuǎn)子第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件1.主軸的支承主軸軸承的配置形式：（1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和雙列60°角接觸球軸承，后支撐采用成對(duì)角接觸球軸承。（圖7-10a）

普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床中。（2）前支撐采用多個(gè)高精度角接觸球軸承。（圖7-10b）

適應(yīng)于高速低載和精密型機(jī)床。（3）前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承。（圖7-10c）

僅用于中等精度、低速重載的數(shù)控機(jī)床中。二、主軸（部件）結(jié)構(gòu)第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件2.主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)主軸準(zhǔn)停功能每次機(jī)械手自動(dòng)裝取刀具時(shí)，必須保證刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵為滿足主軸這一功能而設(shè)計(jì)的裝置稱為主軸準(zhǔn)停裝置或稱主軸定向裝置在加工精密的坐標(biāo)孔時(shí)，由于每次都能在主軸的固定圓周位置換刀，故能保證刀尖與主軸相對(duì)位置的一致性，從而減少被加工孔的尺寸分散度3.主軸準(zhǔn)停裝置第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功能及組成將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部件的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)給系統(tǒng)組成:伺服電機(jī)及檢測(cè)元件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件。

常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu):一到兩級(jí)傳動(dòng)齒輪和同步帶；

運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu):絲杠螺母副、蝸桿蝸輪副、齒輪齒條副等；

導(dǎo)向機(jī)構(gòu):滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、軸承等。第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一、對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求

1)有較高的工作精度

2)響應(yīng)速度快

3)調(diào)速范圍寬

4)穩(wěn)定性好

5)可靠性高第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件二、傳動(dòng)齒輪副采用減速齒輪副的目的

消除傳動(dòng)齒輪間隙的措施

剛性調(diào)整法

柔性調(diào)整法第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件三、絲桿螺母副按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分：滑動(dòng)絲杠螺母副：主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；滾珠絲杠螺母副：廣泛用于中、高檔數(shù)控機(jī)床；靜壓絲杠螺母副：主要用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件三、絲桿螺母副滾珠絲杠螺母副絲杠（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動(dòng)、迫使螺母（絲杠）軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件內(nèi)循環(huán)：始終與絲杠保持接觸。第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件三、

絲桿螺母副(車)滾珠絲杠螺母副+滾動(dòng)導(dǎo)軌副第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件三、絲桿螺母副滾珠絲杠螺母副+滑動(dòng)導(dǎo)軌副第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件四、機(jī)床導(dǎo)軌作用：導(dǎo)軌主要用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床對(duì)于導(dǎo)軌有著更高的要求：如高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)低速進(jìn)給時(shí)不爬行有高的靈敏度能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作耐磨性好，精度保持性好

第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件四、機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)軌分類：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件五、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，因此能夠達(dá)到較高的分度精度。分度工作臺(tái)——鼠牙盤(pán)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置自動(dòng)換刀裝置的作用自動(dòng)換刀裝置可幫助數(shù)控機(jī)床節(jié)省輔助時(shí)間，并滿足在一次安裝中完成多工序、工步加工要求。

對(duì)自動(dòng)換刀裝置的要求換刀迅速、時(shí)間短，重復(fù)定位精度高，刀具儲(chǔ)存量足夠，

所占空間位置小，工作穩(wěn)定可靠。第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置一、自動(dòng)換刀裝置的形式回轉(zhuǎn)刀架換刀

其結(jié)構(gòu)類似普通車床上回轉(zhuǎn)刀架，根據(jù)加工對(duì)象不同可設(shè)計(jì)成四方或六角形式，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)換刀。第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置一、自動(dòng)換刀裝置的形式更換主軸頭換刀

各主軸頭預(yù)先裝好所需刀具，依次轉(zhuǎn)至加工位置，接通主運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。該方式的優(yōu)點(diǎn)是省去了自動(dòng)松夾、裝卸刀具、夾緊及刀具搬動(dòng)等一系列復(fù)雜操作，縮短了換刀時(shí)間，提高了換刀可靠性。第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置一、自動(dòng)換刀裝置的形式使用刀庫(kù)換刀

將加工中所需刀具分別裝于標(biāo)準(zhǔn)刀柄，在機(jī)外進(jìn)行尺寸調(diào)整之后按一定方式放入刀庫(kù)，由交換裝置從刀庫(kù)和主軸上取刀交換。刀庫(kù)類型鏈?zhǔn)降稁?kù)盤(pán)式刀庫(kù)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置二、刀庫(kù)及刀具的選擇方式刀庫(kù)

刀庫(kù)的形式：（單盤(pán)式刀庫(kù)、鼓輪彈倉(cāng)式、鏈?zhǔn)?、多盤(pán)式、格子式等。）（1）盤(pán)形刀庫(kù)：徑向、軸向、斜線（2）鏈?zhǔn)降稁?kù)：?jiǎn)闻?、多派、加長(zhǎng)（3）格子箱式刀庫(kù)：（法國(guó)柯馬公司，帶五位格子箱式刀庫(kù)）第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置二、刀庫(kù)及刀具的選擇方式順序選刀方式刀具編碼方式刀座編碼方式將刀具按加工順序，依次放入刀庫(kù)的每個(gè)刀座內(nèi)。每次換刀時(shí)，刀座按順序轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀座位置，并取出所需刀具。已用過(guò)的刀具可以放回原來(lái)刀座，或順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，可以直接由刀庫(kù)的分度機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：刀具在不同工序中不能重復(fù)使用。裝刀順序不能錯(cuò)，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重的事