第2章数控机床

第2章数控机床结构原理2.1认识数控机床2.2数控机床典型部件本章的地位①输入/输出装置②数控装置③主轴驱动系统⑤辅助控制装置⑥反馈系统⑦机床本体④伺服驱动系统•2.1.1数控车床1．普通数控车床普通数控车床是机械制造业拥有量较多的一种车床，通常称之为经济型数控车床。2.1认识数控机床CK6136数控车床2．全机能数控车床一般采用45°倾斜床身，具有回转式刀塔，使用滚动导轨支承刀塔溜板，通常称之为全功能数控车床。2.1认识数控机床全机能数控车床3．车削加工中心车削加工中心带动力头、主轴具有旋转进给功能（C轴）的数控车床，常用作精加工使用，其床身均为倾斜结构。2.1认识数控机床车削中心•2.1.2数控镗铣床1．数控铣床数控铣床为三轴控制加工机床，与数控车床不同，其主运动由定尺寸刀具完成，加工过程所需的运动轨迹由X、Y、Z三轴共同运动实现。2.1认识数控机床数控铣床2．镗铣加工中心2.1认识数控机床卧式镗铣中心龙门式镗铣中心•2.1.3其它数控机床其它数控机床包括数控线切割机床、数控冲床等数控线切割机床2.2数控机床典型部件2.2.1数控机床机械结构特点2.2.4进给系统传动间隙的消除2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件2.2.3数控机床进给传动系统2.2.5回转工作台与导轨2.2.6数控机床自动换刀装置2.2.1数控机床机械结构特点数控机床机械结构组成机床基础部件（床身、立柱、工作台等）主传动系统进给传动系统工作台回转装置系统（数控工作台、分度工作台）辅助功能系统和装置（液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置）特殊功能装置（监控装置、加工过程图形显示、精度检测等）数控机床结构特点模块化的设计静、动刚度高抗振性高热稳定性好运动件间的摩擦特性好、传动件间的传动间隙小自动化程度高、操作方便2.2.1数控机床机械结构特点2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点：转速高、功率大。变速范围宽，可实现无极调速。具有较高的精度和刚度，传动平稳。具有特有的刀具安装结构。数控机床主传动系统的特点2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件数控机床的主传动系统定义：由主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动传动联系的系统称为主传动系统。三种传动形式带有变速齿轮的主传动通过带传动的主传动由调速电机直接驱动的主传动2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。是大、中型数控机床采用较多的传动变速方式。这种主传动方式大大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，主轴转速高，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴的精度影响较大。（带有变速齿轮的主传动）（通过带传动的主传动）（由调速电机直接驱动的主传动）2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件是主运动的执行部件，负责夹持刀具或零件，并带动其旋转。主轴部件包括主轴、主轴支撑以及安装在主轴上的传动零件，对于具有换刀功能的数控机床还有刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件主轴端部结构2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件主轴的支撑中小型数控机床的主轴部件重型数控机床高精度数控机床滚动轴承液体静压轴承气体静压轴承转速达（2～10）×104r/min的主轴可采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件采用滚动轴承时的几种配置形式这种配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床。适用于中等精度、低速与重载荷的数控机床主轴。适用于高速、重载的主轴部件。适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。(c)(b)(a)(d)2.2.2数控机床主传动系统及主轴部件刀具自动夹紧、切屑清除及主轴准停装置2.2.3数控机床进给传动系统数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，它的进给系统一般具有以下特点：摩擦力小系统稳定动精度和刚度高运动部件惯量小数控机床进给传动的特点2.2.3数控机床进给传动系统在中、小型数控机床的进给系统中，滚珠丝杠螺母副的应用较为普遍。滚珠丝杠螺母副内循环外循环2.2.3数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副双螺母消隙单螺母消隙垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式轴向间隙的消除垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式单螺母消隙2.2.3数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠的安装滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点：⑴丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线。⑵安装螺母时，尽量靠近支撑轴承。⑶安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。⑷滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠上卸下来。如必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点：①辅助套外径应小于丝杠底径0.1—0.2mm。②辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩。③卸装时，不可用力过大，以免螺母损坏。④装入安装孔时要避免撞击和偏心。2.2.3数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副轴承的选择与支承配置滚珠丝杠专用轴承滚珠丝杠的支承配置一端固定一端自由的支承形式一端固定一端浮动的支承形式两端固定的支承形式2.2.3数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠的防护⑴若滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用防护罩防护：用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管、锥形套管、折叠式的塑料或人造革等形式的防腐蚀及耐油的防护罩。⑵如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈对螺母进行密封，密封圈厚度为螺母的2—3倍，装在滚珠螺母的两端。密封圈有接触式和非接触式两种。2.2.4进给系统传动间隙的消除传动齿轮间隙的消除刚性调整法调整后齿侧间隙不能自动补偿的方法(c)(b)(a)宽齿轮宽齿轮垫片薄片齿轮2薄片齿轮1AA垫片齿轮电机偏心套2.2.4进给系统传动间隙的消除传动齿轮间隙的消除柔性调整法调整之后，齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。2.2.4进给系统传动间隙的消除键连接间隙的消除传动件外弹性锥形胀套内弹性锥形胀套圆环螺钉轴键连接间隙的消除方法无键连接结构2.2.5回转工作台与导轨数控回转工作台分度工作台开环闭环回转工作台回转工作台1—偏心环；2、6—齿轮；3—电机；4—蜗杆；5—垫圈；7—调整环；8、10—微动开关；9、1l—挡块；12、13—轴承；14—液压缸；15—蜗轮；16—柱塞；17—钢球；18、19—夹紧瓦；20—弹簧；21—底座；22—圆锥滚子轴承；23—调整套；24—支座；开环数控回转工作台1—偏心环；2、6—齿轮；3—电机；4—蜗杆；5—垫圈；7—调整环；8、10—微动开关；9、1l—挡块；12、13—轴承；14—液压缸；15—蜗轮；16—柱塞；17—钢球；18、19—夹紧瓦；20—弹簧；21—底座；22—圆锥滚子轴承；23—调整套；24—支座；开环数控回转工作台闭环数控回转工作台1—工作台2—镶钢滚柱导轨3、4—夹紧瓦5—液压缸6—活塞7—弹簧8—钢球9—光栅10、11—轴承12—蜗杆13—蜗轮14、16—齿轮15—电机2.2.5回转工作台与导轨导轨摩擦系数很小（0.003左右），静摩擦系数相差很小，运动轻便灵活，所需功率小，精度好，无爬行。运动不受速度和负载的限制，低速无爬行，承载能力大，刚度好，油液有吸振作用，抗振性好，导轨摩擦发热也小。具有良好的摩擦特性、耐磨性及吸振性，目前在数控机床上使用广泛。滚动导轨静压导轨塑料滑动导轨2.2.6数控机床自动换刀装置回转刀架换刀装置多主轴转塔头换刀装置刀库-机械手自动换刀系统按刀库形式分按刀具交换方式分链式刀库线型刀库无机械手换刀圆盘刀库箱型刀库机械手换刀2.2.6数控机床自动换刀装置线型刀库链式刀库圆盘刀库箱型刀库双臂机械手换刀结构