数控机床的结构.ppt

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第六章数控机床的结构第六章数控机床的结构第2页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统目录6.1数控机床结构概述数控机床结构概述一、数控机床机械结构的主要组成二、数控机床对机械结构的基本要求三、数控机床的布局特点6.2数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统一、主传动装置二、主轴结构6.3数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统一、进给传动系统的特点及基本型式二、丝杠螺母副三、回转工作台四、机床导轨五、数控机床进给系统的间隙消除第六章数控机床的结构第3页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统6.4其他装置其他装置一、自动换刀装置二、排屑装置三、液压和气动装置第六章数控机床的结构第4页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统引言引言普通机床的弱点普通机床的弱点:

1）结构刚性不足结构刚性不足;2）抗震性能差抗震性能差;3）滑动面的摩擦阻力较大滑动面的摩擦阻力较大;4）传动件中的间隙较大；传动件中的间隙较大；5）电动机不能伺服驱动；）电动机不能伺服驱动；6）加工精度和效率远远不能满足要求。

）加工精度和效率远远不能满足要求。

所以，不能简单地认为，在普通机床上增加一所以，不能简单地认为，在普通机床上增加一套数控装置，就变成了数控机床。

套数控装置，就变成了数控机床。

第六章数控机床的结构第5页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统6.1数控机床结构概述一、数控机床机械结构的主要组成一、数控机床机械结构的主要组成数控机床的机械结构主要由下列几部分组成：

数控机床的机械结构主要由下列几部分组成：

11）机床的基础部件，包括床身、底座、立柱、）机床的基础部件，包括床身、底座、立柱、横梁、滑座和工作台等。

横梁、滑座和工作台等。

22）主传动系统）主传动系统（包括主轴部件包括主轴部件）。

33）进给传动系统。

）进给传动系统。

44）辅助功能系统和装置，如液压、气动、润滑、）辅助功能系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却、排屑、防护等。

冷却、排屑、防护等。

55）刀架或自动换刀装置（）刀架或自动换刀装置（ATCATC）。

）。

66）自动交换工作台（）自动交换工作台（APCAPC）。

）。

77）特殊功能装置，如刀具破损监控、精度检查）特殊功能装置，如刀具破损监控、精度检查和监控装置。

和监控装置。

（应该不属于纯粹的机械结构，属于机电结构应该不属于纯粹的机械结构，属于机电结构）88）各种检测反馈装置）各种检测反馈装置（应该不属于机械结构应该不属于机械结构）。

第六章数控机床的结构第6页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统二、数控机床对机械结构的基本要求二、数控机床对机械结构的基本要求11数控机床及其加工过程的特点数控机床及其加工过程的特点（11）结构简单、操作方便、自动化程度高）结构简单、操作方便、自动化程度高（22）高的加工精度和切削效率）高的加工精度和切削效率（33）多工序和多功能集成）多工序和多功能集成（44）高的可靠性和精度保持性）高的可靠性和精度保持性22数控机床对机械结构的基本要求数控机床对机械结构的基本要求（11）高的动、静刚度和良好的抗振性能）高的动、静刚度和良好的抗振性能（22）良好的热稳定性）良好的热稳定性（33）高的运动精度与良好的低速稳定性）高的运动精度与良好的低速稳定性（44）良好的操作性能和安全防护性能）良好的操作性能和安全防护性能第六章数控机床的结构第7页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统三、数控机床的布局特点数控机床总体方案设计由下列三部分组成：

数控机床总体方案设计由下列三部分组成：

11数控车床的布局特点数控车床的布局特点数控车床常见的布局型式数控车床常见的布局型式第六章数控机床的结构第8页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统水平床身数控车床水平床身数控车床常用于经济型、普及型数控车床常用于经济型、普及型数控车床以及数控改造的车床。

其结构特点是：

制造水平床身的以及数控改造的车床。

其结构特点是：

制造水平床身的加工工艺性较好，部件精度较容易保证；其刀架水平布加工工艺性较好，部件精度较容易保证；其刀架水平布置，不受刀架、滑板自重的影响，有利于提高刀架的运置，不受刀架、滑板自重的影响，有利于提高刀架的运动精度；但该结构床身下部空间小，排屑困难，且受热动精度；但该结构床身下部空间小，排屑困难，且受热变形影响较大。

变形影响较大。

性能要求较高的中、小型数控车床多采用性能要求较高的中、小型数控车床多采用倾斜床身倾斜床身或水平床身斜滑板结构。

其结构特点是：

占地面积小，或水平床身斜滑板结构。

其结构特点是：

占地面积小，易于排屑，便于操作与观察，易于安装上、下料机械手。

易于排屑，便于操作与观察，易于安装上、下料机械手。

还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，提高床身的还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，提高床身的刚度。

床身导轨倾斜角度有刚度。

床身导轨倾斜角度有4545、6060和和7575，但倾斜，但倾斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。

角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。

大型数控车床常采用大型数控车床常采用立式床身立式床身布局。

立式床身的排布局。

立式床身的排屑性能最好；但受自重的影响最大，有时需要加平衡机屑性能最好；但受自重的影响最大，有时需要加平衡机构来消除。

构来消除。

第六章数控机床的结构第9页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统22数控铣床、加工中心的布局特点数控铣床、加工中心的布局特点（11）卧式数控镗铣床（加工中心）的常用布局型式）卧式数控镗铣床（加工中心）的常用布局型式卧式数控镗铣床（加工中心）常见的布局型式卧式数控镗铣床（加工中心）常见的布局型式卧式加工中心双交换工作台布局卧式加工中心双交换工作台布局第六章数控机床的结构第10页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统（22）立式数控镗铣床（加工中心）的常用布局型式）立式数控镗铣床（加工中心）的常用布局型式立式数控镗铣床（加工中心）常见的布局型式立式数控镗铣床（加工中心）常见的布局型式立式加工中心双交换工作台布局立式加工中心双交换工作台布局第六章数控机床的结构第11页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统33高速加工中心的布局特点高速加工中心的布局特点（a）固定门式立柱布局（）固定门式立柱布局（b）“箱中箱箱中箱”结构布结构布局局两种高速加工中心的布局型式两种高速加工中心的布局型式高速切削概念始于高速切削概念始于19311931年德国所罗门（年德国所罗门（CarlSalomonCarlSalomon）博）博士的研究成果，士的研究成果，2121世纪初，高速切削技术在工业发达国家得到世纪初，高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用，正成为切削加工的主流技术。

普遍应用，正成为切削加工的主流技术。

高速加工：

集高速度、高精度、高刚度于一身。

高速加工：

集高速度、高精度、高刚度于一身。

第六章数控机床的结构第12页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统机床本体机床本体第六章数控机床的结构第13页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统高速加工机床总体结构特点：

高速加工机床总体结构特点：

（11）将三轴进给系统的结构全部（或大部分）将三轴进给系统的结构全部（或大部分）移出工作台外，以最大限度减轻移动部件的质量和移出工作台外，以最大限度减轻移动部件的质量和运动惯量，这也是高速加工中心结构布局设计的总运动惯量，这也是高速加工中心结构布局设计的总原则。

原则。

（22）改进基础件结构和材料机床的基本结构）改进基础件结构和材料机床的基本结构有床身、底座和立柱等，高速切削会产生很大的附有床身、底座和立柱等，高速切削会产生很大的附加惯性力，因而机床床身、立柱等必须具有足够的加惯性力，因而机床床身、立柱等必须具有足够的强度、刚度和高水平的阻尼特性。

很多高速机床的强度、刚度和高水平的阻尼特性。

很多高速机床的床身和立柱材料采用聚合物混凝土（或人造花岗岩）床身和立柱材料采用聚合物混凝土（或人造花岗岩），这种材料阻尼特性为铸铁的，这种材料阻尼特性为铸铁的771010倍，比重只有倍，比重只有铸铁的铸铁的1/31/3。

提高机床刚性的另一个措施是改革床体。

提高机床刚性的另一个措施是改革床体结构，如将立柱和底座合为一个整体，使得机床可结构，如将立柱和底座合为一个整体，使得机床可以依靠自身的刚性来保持机床精度。

以依靠自身的刚性来保持机床精度。

第六章数控机床的结构第14页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统44虚拟轴机床虚拟轴机床虚拟轴机床结构原理虚拟轴机床的布局型式虚拟轴机床是最近出现的一种全新概念的机床，虚拟轴机床是最近出现的一种全新概念的机床，它和传统的机床相比，在机床的机构、本质上有了它和传统的机床相比，在机床的机构、本质上有了巨大的飞跃，它的出现被认为是机床发展史上的一巨大的飞跃，它的出现被认为是机床发展史上的一次重大变革。

次重大变革。

第六章数控机床的结构第15页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统主要内容虚拟轴机床：

设计巧妙的虚拟轴机床：

设计巧妙的5杆并联机构杆并联机构电滚珠丝电滚珠丝电滚珠丝电滚珠丝杠杠杠杠电主轴电主轴电主轴电主轴数控回转数控回转数控回转数控回转工作台工作台工作台工作台第六章数控机床的结构第16页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统6.2数控机床的主传动系统一、主传动装置11数控机床主传动系统的特点数控机床主传动系统的特点（11）转速高、功率大）转速高、功率大（22）调速范围宽）调速范围宽（33）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（44）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和耐磨性能精度和耐磨性能（55）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的准确动作。

刀具和主轴、刀库、机械手的准确动作。

（66）为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实）为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现现CC轴功能（主轴回转角度的控制）轴功能（主轴回转角度的控制）第六章数控机床的结构第17页共65页退出目录页返回6.1概述6.2数控机床的主传动系统6.3数控机床的进给传动系统22数控机床主传动装置数控机床主传动装置（11）带有）带有二级齿轮二级齿轮的变速装置确保低速时输的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。

时对输出扭矩特性的要求。

（22）采用定比传动装置定比传动装置常用）采用定比传动装置定比传动装置常用同同步齿形带步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。

引起的振动与噪声。

（33）采用）采用电主轴电主轴电主轴传动方式大大简化了电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，主轴部件的刚性更好。

但主主轴箱体与主轴的结构，主轴部件的刚性更好。

但主轴输出扭矩小，电机发热对