第八章++数控机床机械结构专题.pptx

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数控技术21:

071衢州学院衢州学院主讲：

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1395702841513957028415第第八八章章机床运动系统与典型部件机床运动系统与典型部件数控技术21:

0728.1概述8.2数控机床主传动及其实现8.3数控机床进给传动及其实现8.4思考与练习第八章机床运动系统与典型部件数控技术21:

0738.1.1数控机床的结构特点8.1概述8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

074）数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，较高的耐磨性而且热变形小。

）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的机械传动结构大为简化，传动链也大大缩短。

8.1.1数控机床的结构特点数控技术21:

075）采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置3）采用高效传动部件，如滚珠丝杆副和滚动导轨，消隙齿轮传动副等。

8.1.1数控机床的结构特点数控技术21:

076数控机床机械结构具有以下结构要求：

1）较高的机床静、动刚度较高的机床静、动刚度2）良好的良好的热稳定性热稳定性好好3）运动导轨副）运动导轨副具有良好的摩擦具有良好的摩擦特性特性4）机床）机床的的寿命高和寿命高和精度保持精度保持性好性好5）辅助时间短，操作性很好辅助时间短，操作性很好8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0771）较高的机床静、动刚度）较高的机床静、动刚度为了减少移动部件因位置变动造成的机床变形采用液力平衡和重块平衡。

为提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支承结构，而且选用刚性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。

为了提高机床大件的刚度采用封闭截面的床身

（1）静刚度8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

078在结合面之间施加足够大的预加载荷也能够增加接触面积，提高接触刚度。

为了提高机床各部件的接触刚度增加机床的承载能力，采用刮研的方法可以增加单位面积上的接触点。

（2）接触刚度1）较高的机床静、动刚度）较高的机床静、动刚度8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

079提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率（3）动态刚度近年来在一数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。

封砂铸件也有利于振动衰减，它对提高抗振性也有较好的效果。

钢板的焊接结构既可以增加静刚度，减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。

必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。

结论：

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

07102）机床的热稳定性好机床的热稳定性好（）控制温升通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。

有效的方法是在机床的发热部位进行强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形。

（）减少发热机床内部发热是产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0711（）改善机床结构单立柱结构有可能被双柱结构所代替；对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0712截面形状采用封闭式箱体结构，加截面形状采用封闭式箱体结构，加大了床身截面的外轮廓尺寸，使该床身大了床身截面的外轮廓尺寸，使该床身具有很高的抗弯刚度和抗扭刚度。

具有很高的抗弯刚度和抗扭刚度。

正确选择床身的截面形状和尺寸、合理选择和布置筋板、提高构件的正确选择床身的截面形状和尺寸、合理选择和布置筋板、提高构件的局部刚度和采用焊接结构。

局部刚度和采用焊接结构。

如图所示为数控车床的床身截面，床身导轨的倾斜布置可有效的改善如图所示为数控车床的床身截面，床身导轨的倾斜布置可有效的改善排屑条件。

排屑条件。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0713如图如图abcabc所示，卧式加工中心的所示，卧式加工中心的主轴箱单面悬挂在立柱侧面，切削力主轴箱单面悬挂在立柱侧面，切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形；而采将使立柱产生弯曲和扭转变形；而采用图用图dd的布局，加工中心的主轴箱的布局，加工中心的主轴箱置于立柱对称平面内，切削力引起的置于立柱对称平面内，切削力引起的变形将显著减小。

这就相当于提高了变形将显著减小。

这就相当于提高了机床的刚度机床的刚度.8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0714此外，丝杠容易发热。

热伸长所造成的后果是严重的将会使进给系统丧失定位精度，目前某些机床用预拉的方法来减少丝杠的热变形。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

07153）运动导轨副的摩擦特性好运动导轨副的摩擦特性好数控机床工作台位移量是以脉冲当量作为它的最小单位，通常又要求能以极低的速度运动。

数控机床常用的的导轨有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0716滑动导轨之滑动导轨之“低速爬行低速爬行”现象解释：

现象解释：

启动时，FfN,弹性变形恢复，使工作台突然向前运动,由静摩擦力变为动摩擦力，其数值就明显减小，使工作台产生加速运动。

由于工作台的惯性，使它冲过了平衡点而使工作强偏离了给定的位置。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0718由于滚动导轨和静压导轨的静摩擦力较小，而且很接近于动摩擦力，还由于润滑油的作用，使它们的摩擦力随着速度的提高而增大，这就有效地避免了低速爬行，从而提高了定们精度和运动平稳性。

结论：

数控机床普遍采用滚动导轨和静压导轨8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

07194）机床机床的的寿命高和寿命高和精度保持精度保持性好性好为了提高机床的寿命和保持性，在设计时应充分考虑数控机床零部件的耐磨性，尤其是机床的导轨、进给丝杠及主轴部件等影响精度的主要零件的耐磨性。

在使用过程中，保证数控机床各部件润滑良好。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

07205）辅助）辅助时间减少时间减少，操作性良好，操作性良好在数控机床的单件加工时间中，辅助时间（非切削时间）占有较大的比重。

目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架以及带刀库的自动换刀装置等，来减少换刀时间。

对于切屑数量较大的数控机床，其床身结构必须有利于排屑。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

07218.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

0722在加工中心上最早使用的是交换工作台，即双工作台，当一个工件在工作台上还在被加工时，另一个工作台则处于装卸工件的位置，如图所示。

8.1.2数控机床的结构要求数控技术21:

07238.2数控机床主传动及其实现数控机床的主传动运动是指产生切削的传动运动。

例如数控车床上主轴带动工件的旋转运动，立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀或砂轮等的旋转运动。

数控机床的主传动运动是通过主传动电机驱动的。

数控技术21:

0724由于主运动采用了调速电机直接自动无级变速，在大型数控车床上车削端面时就可实现恒速切削控制，以便进一步提高生产效率和表面质量。

目前，数控机床的主传动电机普遍采用交流变频调速电机和直流调速电机。

数控机床主传动主要有以下四种配置方式：

8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

072511）带有变速齿轮的主传动）带有变速齿轮的主传动大、中型数控机床采用较多的一种方式，通过少数几对齿轮降速，扩大了输出扭矩，以满足主轴的输出扭矩特性的要求。

8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

072622）通过皮带传动的主传动）通过皮带传动的主传动主要应用在小型数控机上，可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

072733）由调速电机直接驱动的主传动）由调速电机直接驱动的主传动简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。

8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

072844）用两个电动机分别驱动的主传动系统）用两个电动机分别驱动的主传动系统如图所示，这是上述两种方式的混合传动。

如图所示，这是上述两种方式的混合传动。

高速时电动机通过带传动使主轴旋转，高速时电动机通过带传动使主轴旋转，传动平稳传动平稳低速时，另一个电动机通过二级齿轮降速，低速时，另一个电动机通过二级齿轮降速，扩大变速范围，使恒功率区增大，克服了低扩大变速范围，使恒功率区增大，克服了低速时转距不够且电动机功率不能充分利用的速时转距不够且电动机功率不能充分利用的缺陷，但结构较为复杂。

缺陷，但结构较为复杂。

8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

0729车削中心的主传动系统与数控车床基车削中心的主传动系统与数控车床基本相同，只是增加了主轴的本相同，只是增加了主轴的CC轴的坐标功轴的坐标功能，以实现主轴的定向停车和圆周进给，能，以实现主轴的定向停车和圆周进给，并在数控装置控制下实现并在数控装置控制下实现CC轴、轴、ZZ轴联动插轴联动插补，或补，或CC轴、轴、XX轴联动插补，以进行圆柱面轴联动插补，以进行圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺纹及曲面的加工，如图所示。

纹及曲面的加工，如图所示。

CH6144CH6144车削中心的车削中心的CC轴传动系统简图。

轴传动系统简图。

8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

0730（a）让C轴分度定位在圆柱面或端面上铣直槽；（b）让C轴、Z轴插补进给在圆柱面上铣螺旋槽；CH6144CH6144车削中心的车削中心的CC轴传动系统简图。

轴传动系统简图。

（c）让C轴、X轴插补进给在端面上铣螺旋槽；（d）让C轴、X轴插补进给在在圆柱面或端面上铣直线和平面8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

0731CH6144CH6144车削中心的车削中心的CC轴传动系统轴传动系统简图简图CC轴分度采用可啮合和脱开的精密蜗轮蜗杆副结构轴分度采用可啮合和脱开的精密蜗轮蜗杆副结构，由伺服电动机驱动蜗杆，由伺服电动机驱动蜗杆11及及主轴上的蜗轮主轴上的蜗轮33，当机床处于铣削和钻削状态时，即主轴需通过，当机床处于铣削和钻削状态时，即主轴需通过CC轴回转或分度时，轴回转或分度时，蜗杆与蜗轮啮合。

蜗杆与蜗轮啮合。

CC轴的分度精度由脉冲编码器轴的分度精度由脉冲编码器77保证，分度精度为保证，分度精度为0.010.01。

8.2.1主传动运动的变速系统数控技术21:

07328.2.2数控机床主轴部件数控机床主轴部件的精度、刚度和热变形对加工质量有着直接的影响，由于数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。

数控技术21:

073311）自动换刀数控加工中心主轴部件）自动换刀数控加工中心主轴部件1-刀夹2-拉钉3-主轴4-拉杆5-碟形弹簧6-活塞7-液压缸8、10-行程开关9-压缩空气管接头11-弹簧12-钢球13-端面键主轴具有准确周向定位的功能8.2.2数控机床主轴部件数控技术21:

07348.2.2数控机床主轴部件数控技术21:

073522）主轴轴承组合形式）主轴轴承组合形式前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承；目前数控机床的主轴轴承组合形式主要有以下三种：

8.2.2数控机床主轴部件数控技术21:

0736主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切削的要求，因此普遍应用于各类数控机床的主轴。

22）主轴轴承组合形式）主轴轴承组合形式8.2.2数控机床主轴部件数控技术21:

0737前支撑轴承采用高精度双列向心推力球轴承；向心推力球轴承具有良好的高速性能，主轴最高转速可达4000r/min，但是它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。

22）主轴轴承组合形式）主轴轴承组合形式8.2.2数控机床主轴部件数控技术21:

0738双列和单列