数控机床的结构与传动.ppt
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1、数控技术,新疆大学机械工程学院 朱志坚 周建平 陈宏伟 乌尔开西,2019/5/9,2,第五章 数控机床的结构与传动,机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运动和动作指令,都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动和动作,才能实现数控机床的功能,并保证数控系统性能的要求。 数控机床的本体由下列各部分组成: 1.机床基础件,床身,底座,立柱,滑座,工作台等。支承作用。 2.主传动系统,实现主运动。 3.进给系统,实现进给运动。 4.实现某些部件动作和某些辅助功能的装置,液压,气动,润滑,冷却,防护,排屑。 5.实现工件回转、分度定位的装置和附件,回转工作台。 6.刀库、刀架和自动换
2、刀装置(ATC) 7.托盘交换装置(APC) 8.特殊功能装置,如刀具破损监测、精度检测和监控装置等。 其中,1 4为基本件,5 8为可选件。,2019/5/9,3,5-1 数控机床的结构要求,主要结构特性: 静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性、运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度。 一、提高机床结构的静刚度 静刚度:在切削力和其他力的作用下,机床抵抗变形的能力。 合理设计基础件的界面形状和尺寸,采用合理的筋板结构 图5-1 图5-2 图5-3 图5-4 采用合理的结构布局,改善受力状态,提高机床的静刚度 图5-5 图5-6 补偿有关零、部件的静力变形 图5-7 提高机床部件的接触刚度
3、 采用钢板焊接结构,2019/5/9,4,二、提高机床结构的抗振性 基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料。图5-9 表面采用阻尼涂层 采用新材料制造基础件 充分利用结合面间的阻尼 三、减少机床的热变形 改进机床布局和结构设计 采用热对称结构 图5-9 采用预拉伸的滚珠丝杠结构 在机床布局时,尽量减少内部热源 图5-10 控制温升 热变形补偿 图5-11,5-1 数控机床的结构要求,2019/5/9,5,四、改善运动导轨副的摩擦特性 一)塑料滑动导轨 主要有导轨软带和导轨涂层,常与铸铁或钢导轨配成导轨副 聚四氟乙烯导轨软带 摩擦特性好 图5-12 耐磨性好 减振性好 工艺性好 图5-13 环氧型
4、耐磨导轨涂层 抗压强度高 摩擦特性好 图5-12 耐磨性好 具有良好的可加工性 稳定性好 涂层工艺 图5-14,5-1 数控机床的结构要求,2019/5/9,6,二)滚动导轨 滚动导轨块 图5-15 直线滚动导轨 图5-16 主要特点: 对安装基面的要求不高; 制造精度高 可高速运行,运行速度可大于60m/min 能长时间保持高精度 可预加负载,提高刚度 抗振性不如滑动导轨,不宜用在有过大振动和冲击的机床上。,5-1 数控机床的结构要求,2019/5/9,7,三)静压导轨 在两个相对运动的导轨面间通以压力油,将运动件浮起,使导轨面间处于纯液体摩擦状态。 图5-17,5-1 数控机床的结构要求,
5、2019/5/9,8,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,数控机床主运动的特点:主轴转速更高、变速范围更宽、消耗功率更大 一、数控机床主运动的参数 运动参数:是指主轴转速和变速范围。 动力参数:是指主运动的功率。 主轴转速和调速速范围 主轴转速: r/min 主轴最低转速: r/min 主轴最高转速: r/min 调速范围: 数控机床的调速范围宽,一般Rn100,有时甚至Rn1000,2019/5/9,9,主运动的功率扭矩特性 PZ-切削力切向分力(N); V-切削速度(m/min); T-切削扭矩(Nm); n-主轴转速(r/min); 功率扭矩特性曲线,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,
6、2019/5/9,10,二、主运动的传动与变速 主运动的传动形式 带有变速齿轮的主传动 特点:齿轮变速组即可降速,扩大输出扭矩和恒功率变速范围,适用于大中型机床。,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,通过皮带传动的主传动 特点:传动平稳、结构简单、输出扭矩和变速范围小,适用于小型机床,2019/5/9,11,电机直接驱动的主传动 精密联轴器连接:结构紧凑、传动效率高,但主轴的转速和扭矩与电机完全一致,低速性能的改善是其广泛应用的关键。,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,内装电机主轴:主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小,振动噪声小、动态响应特性和刚度好。但发热对主轴精度影响较大。 用于立式加工中
7、心的内装电机主轴如图(最高转速可达20000rpm),2019/5/9,12,主传动的自动变速 无级调速:一般由电机调速与齿轮变速实现联合调速 自动变速:齿轮变速组的自动变速一般由液压拨叉或电磁离合器自动操纵。 图5-21为某数控车床电机与齿轮联合调速主传动系统,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,13,液压变速机构 图5-21所示三联滑移齿轮的液压变速原理如下,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,对应的动作示意图如下,2019/5/9,14,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,三联滑移齿轮液压变速动作示意图,2019/5/9,15,电磁离合器变速,5-2 数控机床的主运动与
8、主轴部件,2019/5/9,16,电磁离合器种类: 摩擦片式 牙嵌式两种 无滑环摩擦片式电磁离合器 特点:可在运转中变速、具有过载保护功能,但尺寸大、摩擦发热大。,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,17,牙嵌式电磁离合器 特点:传递扭矩大、尺寸小,传动比准确,可用于内联系传动链中。,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,18,三、主轴部件 主轴部件包括:主轴、主轴支承及安装在主轴上的传动零件,对于自动换刀数控机床还包括自动夹紧、清屑、准停等装置。 一)主轴端部结构和主轴支承 主轴端部结构 图5-27,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,主轴支承 主轴支承的选
9、用 主轴支承一般应根据主轴转速、承载能力、回转精度等性能选用。 中小型机床:多采用滚动轴承。 重型机床:多采用液体静压轴承 高精度机床:多采用气体静压轴承 超高速机床(210104rpm):多采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。,2019/5/9,19,数控机床常用滚动轴承的结构形式如图5-28,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,20,数控机床常用主轴轴承的配置形式如图,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,21,二)刀具自动夹紧、切屑清除和主轴准停装置 刀具自动夹紧、切屑清除,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,22,主轴准停装置 作用:以保证加
10、工中型机床实现刀具自动交换。,5-2 数控机床的主运动与主轴部件,2019/5/9,23,一、自动换刀装置的结构类型 回转刀架换刀装置(常用于数控车床) 多主轴转塔头换刀装置(常用于数控镗铣床) 带刀库的自动换刀装置 只带刀库的自动换刀系统 刀库机械手自动换刀系统,5-3 自动换刀装置,2019/5/9,24,二、刀库类型及刀具的选择与识别 刀库类型 盘形刀库(储存量一般为1540把刀) 链式刀库(储存量一般为30120把刀) 格子式刀库(选刀及取刀动作复杂,应用最少),5-3 自动换刀装置,选刀方式 顺序选择方式 任意选择方式 刀座编码方式 刀具编码方式 编码附件方式,2019/5/9,25
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