第8章 数控机床的机械结构与装置

主要内容主要内容数控机床机械结构的主要特点和一般要求数控机床的主传动系统进给传动系统导轨的结构其它辅助装置第八章数控机床的机械结构与装置CNC主要内容主传动系统进给传动系统自动换刀装置自动托盘交换装置机床基础件第八章数控机床的机械结构与装置CNC数控机床的机械结构包括：机床的床身、立柱、导轨、主轴部件、进给系统、工作台、刀架和刀库、自动换刀装置及其他辅助装置。主要内容机械结构的主要特点:1)结构简单、操作方便、自动化程度高主轴箱、进给箱结构简单；电机直接连主轴、滚珠丝杠；采用直线电机、电主轴则不需丝杠、主轴箱；不需手柄等操作机构；。。。2)广泛采用高效传动装置，传动元件精密化滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨，并采取消除间隙的措施。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.1概述第八章数控机床的机械结构与装置CNC主要内容3)具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件工艺复合化、功能集成化自动换刀装置、动力刀架、自动排屑装置、自动润滑装置、自动工作台交换装置、自动装卸、自动对刀、破损检测等。4)对机械结构、零部件要求高（刚度、功率、精度。。。）高速、高精度、高效无人化、工艺复合、功能集成工作负载增加、粗精合一8.1概述主要内容数控机床对机械结构的基本要求:较高的静、动刚度和良好的抗振性良好的热稳定性（热变形补偿。。较高的运动精度和低速稳定性良好的操作、安全防护措施第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.1概述主要内容1.数控机床应具有更高的静、动刚度（1）提高静刚度的措施1）基础大件采用封闭整体箱形结构2）合理布置加强筋3）提高部件之间的接触刚度。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.1概述主要内容对机械结构的基本要求封闭整体箱形结构第八章数控机床的机械结构与装置CNC支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身1）基础大件采用封闭整体箱形结构主要内容对机械结构的基本要求纵向隔板——主要提高抗弯刚度横向隔板——主要提高抗扭刚度斜向隔板——兼有提高抗弯刚度、抗扭刚度的效果第八章数控机床的机械结构与装置CNC2）合理布置加强筋第八章数控机床的机械结构与装置CNC（2）提高动刚度的措施1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）第八章数控机床的机械结构与装置CNC增加阻尼提高抗振性实心混凝土底座内封泥沙（2）提高动刚度的措施2）床身表面喷涂阻尼涂层3）充分利用结合面的摩擦阻尼4）采用阻尼材料，提高抗震性第八章数控机床的机械结构与装置CNC人造大理石床身（混凝土聚合物）天然大理石床身第八章数控机床的机械结构与装置CNC第八章数控机床的机械结构与装置CNC主要内容2.数控机床应有更小的热变形控制热变形的措施：1）对机床热源进行强制冷却主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却冷却风管对机床热源进行强制冷却第八章数控机床的机械结构与装置CNC第八章数控机床的机械结构与装置CNC2）将热源置于易散热的位置将主传动箱和主电动机放在机床的外面主要内容热对称结构立柱第八章数控机床的机械结构与装置CNC3）采用热对称结构第八章数控机床的机械结构与装置CNC4）使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上第八章数控机床的机械结构与装置CNC机床排屑系统5）采用排屑系统—将热源从主机中分离出去倾斜床身第八章数控机床的机械结构与装置CNC主要内容6）采用热变形补偿装置减小热变形3.数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。第八章数控机床的机械结构与装置CNC1）采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦2）采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦主要内容4.数控机床应有更好的宜人性便于操作的机床结构第八章数控机床的机械结构与装置CNC主要内容数控铣床常见布局1.数控车床的布局和结构特点水平床身第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.1.2数控机床总体布局主要内容数控铣床常见布局倾斜床身第八章数控机床的机械结构与装置CNC1.数控车床的布局和结构特点主要内容立式数控铣床2.数控铣床的布局和结构特点第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.1.2数控机床总体布局主要内容数控铣床常见布局卧式数控铣床第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床总体布局主要内容数控铣床常见布局龙门数控铣床第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床总体布局主要内容数控铣床常见布局滑枕立式加工中心第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床总体布局主要内容产生主切削力1.主传动系统作用1)足够的转速范围2)足够的功率和扭矩3)各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性4)噪声低、运行平稳2.对主传动系统的要求第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容3.主传动的变速方式1)采用变速齿轮传动2)采用同步齿形带传动3)采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容1）采用变速齿轮传动通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位采用液压拨叉或电磁离合器控制。应用：大中型数控机床第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容例：TND360型数控车床两级齿轮变速液压拔叉实现齿轮滑移第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主轴脉冲编码器同步齿形带主轴电机主轴2）采用带传动主要应用在小型数控机床，可避免齿轮传动引起的振动和噪声，但它只适用于低扭矩特性要求的主轴。常用带：多楔带、同步带第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统例：JCS-018型立式加工中心第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容多楔带兼有v带和平带的优点，既有平带柔软、强韧的特点，又有v带紧凑、高效等优点。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容同步带是利用带齿与带轮的啮合同步传动力的一种新型传动带。不仅具有带传动的特点，适用于大中心距传递，而且又具有齿轮传动和链传动的特点，能够保证准确的传动比。梯形齿同步带圆弧齿同步带第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容主轴电机直接驱动3）电主轴：主轴与电机制成一体，使主轴驱动机构简化。电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，既是电机的转子，也是主轴。定子转子第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容电主轴第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容若电主轴内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。目前最高可达200000r/min。大大简化了主运动系统结构，实现了所谓“零传动”，使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。缺点:电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容车削加工中心能够完成回转类零件上各种表面的加工，它的主轴不但要象普通数控车床那样能够实现转速的控制，在加工端面或柱面上的其它表面时，主轴还要能绕Z轴旋转作插补运动或分度运动，车削中心的这种功能称为C轴功能。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.2数控机床的主传动系统主要内容1.进给传动系统作用进给传动系统是将伺服电机的旋转运动转变为执行部件的直线运动或回转运动。进给系统组成:伺服电机及检测元件、传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件常用的传动机构:一到两级传动齿轮和同步带；运动变换机构:丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副等；导向机构:滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统主要内容第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统主要内容2.对进给传动系统的要求1)有较高的工作精度2)响应速度快3)调速范围宽4)稳定性好5)可靠性高第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统主要内容(车)滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统主要内容滚珠丝杠螺母副+滑动导轨第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统按丝杠与螺母的摩擦性质分：滑动丝杠螺母副：主要用于旧机床的数控化改造、经济型数控机床等；滚珠丝杠螺母副：广泛用于中、高档数控机床；静压丝杠螺母副：主要用于高精度数控机床、重型机床。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统主要内容滚珠循环方式常用的有两种：外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统内循环：始终与丝杠保持接触。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统3.滚珠丝杠螺母副的预紧①预紧的目的：减小轴向间隙轴向间隙：指丝杠和螺母间无相对转动时，二者之间的最大轴向窜动量②预紧的方法双螺母垫片式双螺母螺纹式双螺母齿差式第7章数控机床结构8.3数控机床进给传动系统第八章数控机床的机械结构与装置CNC调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移，该形式结构简单，调整方便，应用广，但仅适用于一般精度机构。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统（1）垫片预紧方式通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母锁紧，结构紧凑，调整方便。但调整精度较差，且易于松动。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统（2）螺纹预紧方式两螺母的凸缘上制有圆柱外齿，齿数相差1，分别与内齿轮啮合，调整时先取下内齿轮，使两螺母产生相对位移（即在同方向转过相同齿），然后将内齿轮复位固定，达到消除间隙的目的。第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系统（3）齿差预紧方式4.进给传动系统传动齿轮间隙消除机构(一)直齿圆柱齿轮传动间隙的调整1．偏心套调整只能补偿齿厚误差与中心距误差引起的齿侧间隙，不能补偿偏心误差引起的齿侧间隙。偏心套第八章数控机床的机械结构与装置CNC2．垫片调整调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。上述两种方法的特点尽管结构比较简单，传动刚度好，能传递较大的动力，但齿轮磨损后齿侧间隙不能自动补偿垫片第八章数控机床的机械结构与装置CNC3．双齿轮错齿调整这种调整法结构较复杂，传动刚度低，不宜传递大扭矩，对齿轮的齿厚和齿距要求较低，可始终保持啮合无间隙，尤其适用于检测装置。第八章数控机床的机械结构与装置CNC(二)斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除1．轴向垫片调整改变垫片的厚度，使薄片齿轮的螺旋线错位，分别与宽齿轮的齿槽左右两面贴紧，消除间隙。由于齿宽小而使承载能力下降。第八章数控机床的机械结构与装置CNC2．轴向压簧调整•这种结构具有轴向尺寸过大，结构不紧凑，但可以自动补偿间隙的特点，多用于负载小，要求自动补偿间隙的场合第八章数控机床的机械结构与装置CNC（三)锥齿轮传动间隙的消除1.轴向压簧调整锥齿轮在弹力作用下沿轴向移动，从而达到消除齿侧间隙的目的第7章数控机床结构第八章数控机床的机械结构与装置CNC主要内容数控机床对于导轨有着更高的要求：•如高速进给时不振动•低速进给时不爬行•有高的灵敏度•能在重载下长期连续工作•耐磨性好，精度保持性好第八章数控机床的机械结构与装置CNC8.3数控机床进给传动系