數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)ppt課件

.,1,1,第4章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu),.,2,2,4.1認識數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu),1、熟悉數(shù)控車床的機械結(jié)構(gòu),.,3,3,4.1認識數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu),2、熟悉加工中心的機械結(jié)構(gòu),.,4,4,4.2數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的特點,一、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)特點,1）靜剛度和動剛度高合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，如基礎(chǔ)件采用封閉的完整箱體結(jié)構(gòu)；合理選擇及布局隔板和筋條，盡量減小接合面，提高部件間接觸剛度等；合理進行結(jié)構(gòu)布局；采取補償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施。2）抗振性高,.,5,5,4.2數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的特點,立柱結(jié)構(gòu),筋條結(jié)構(gòu),.,6,6,4.2數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的特點,一、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)特點,3）靈敏度高4）熱變形小在數(shù)控機床結(jié)構(gòu)布局設(shè)計中可考慮盡量采用對稱結(jié)構(gòu)（如對稱立柱等），進行強制冷卻（如采用空冷機），使排屑通道對稱布置等措施。5）自動化程度高，操作方便,回轉(zhuǎn)交換式APC,移動交換式APC,二、數(shù)控機床布局特點,1、不同布局適應(yīng)不同的工件形狀、尺寸及重量,數(shù)控銑床四種布局方案適應(yīng)的工件重量、尺寸卻不同。（a）適應(yīng)較輕工件，（b）適應(yīng)較大尺寸工件，（c）適應(yīng)較重工件，（d）適應(yīng)更重更大工件。,二、數(shù)控機床布局特點,2、不同布局有不同的運動分配及工藝范圍,數(shù)控鏜銑床的三種布局方案中，（a）主軸立式布置，上下運動，對工件頂面進行加工；（b）主軸臥式布置，加工工作臺上分度工作臺的配合，可加工工件多個側(cè)面；（c）在（b）基礎(chǔ)上再增加一個數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可完成工件上更多內(nèi)容的加工。,二、數(shù)控機床布局特點,3、不同布局有不同的機床結(jié)構(gòu)性能,數(shù)控臥式鏜銑床中，（a）、（b）為T形床身布局，工作臺支承于床身，剛度好，工作臺承載能力強；(c)、(d)工作臺為十字形布局，（c）主軸箱懸掛于單立柱一側(cè)，使立柱受偏載，(d)主軸箱裝在框式立柱中間，對稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。,二、數(shù)控機床布局特點,4、不同布局影響機床操作方便程度,數(shù)控車床的四種不同布局方案，（a）為水平床身-水平滑板，床身工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工，下部空間小，故排屑困難，刀架水平放置加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸；,二、數(shù)控機床布局特點,4、不同布局影響機床操作方便程度,（b）為傾斜床身-傾斜滑板，排屑亦較方便，中小規(guī)格的數(shù)控車床其床身的傾斜度以60為宜；（c）水平床身-傾斜滑板，具有水平床身工藝性好，寬度方向的尺寸小，且排屑方便，是臥式數(shù)控車床的最佳布局形式。,.,13,13,4.3數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng),4.3.1數(shù)控機床主傳動的特點,1）具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級調(diào)速。一般要求主軸具備1（1001000）的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍和110的恒功率調(diào)速范圍。2）具有較高的精度與剛度，傳遞平穩(wěn)，噪聲低3）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。4）在車削中心上，要求主軸具有C軸控制功能。5）在加工中心上，要求主軸具有高精度的準停功能。6）具有恒線速度切削控制功能。,.,14,14,4.3數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng),4.3.2數(shù)控機床主軸的變速方式,1、帶有變速齒輪的主軸傳動大中型數(shù)控機床較常采用的配置方式，確保低速時有較大的扭矩，滑移齒輪的移位大多采用液壓撥叉或直接由液壓缸驅(qū)動齒輪來實現(xiàn)。,數(shù)控機床主傳動的四種配置方式(a)齒輪變速；(b)帶傳動；(c)兩個電機分別驅(qū)動；(d)調(diào)速電機直接驅(qū)動,.,15,15,4.3.2數(shù)控機床主軸的變速方式,2、通過帶傳動的主軸傳動主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床上?？梢员苊庥升X輪傳動所引起的振動和噪聲。適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸，常用有多楔帶和同步齒形帶。,帶的結(jié)構(gòu)形式(a)多楔帶;(b)同步齒形帶,.,16,16,同步齒形帶傳動是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動方式，帶型有梯形齒和圓弧齒。,同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動,4.3.2數(shù)控機床主軸的變速方式,.,17,17,3、用兩個電機分別驅(qū)動主軸傳動高速時，由一個電機通過帶傳動；低速時，由另一個電機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電機功率不能充分利用的問題。,4.3.2數(shù)控機床主軸的變速方式,.,18,18,4、調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出的扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。,直接驅(qū)動式,4.3.2數(shù)控機床主軸的變速方式,.,19,19,主軸軸承常見的支撐形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三,1、主軸軸承的支撐形式,1）前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對向心推力球軸承?？商岣咧鬏S的綜合剛度，滿足強力切削的要求。普遍用于各類數(shù)控機床主軸。,4.3數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng),4.3.3主軸部件,2）前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承。向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000rmin，但承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)控機床主軸。3）前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承。徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，其安裝、調(diào)整性能好，但限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機床的主軸。,.,21,21,2、刀具自動裝卸切屑清除裝置,4.3.3主軸部件,機床執(zhí)行換刀指令，機械手從主軸拔刀時，主軸需松開刀具。這時，液壓缸上腔通壓力油，活塞推動拉桿向下移動，使碟形彈簧壓縮，鋼球進入主軸錐孔上端的槽內(nèi)，刀柄尾部的拉釘被松開，機械手拔刀。,加工中心主軸前端有724號錐孔，內(nèi)部和后端安裝的是刀具自動夾緊機構(gòu)。,.,22,22,壓縮空氣進入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準備。當機械手將下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在碟形彈簧和彈簧的恢復(fù)力作用下，拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，使刀具被夾緊。刀桿夾緊機構(gòu)用彈簧夾緊，液壓放松，以保證在工作中突然停電時，刀桿不會自行松脫。,4.3.3主軸部件,2、刀具自動裝卸切屑清除裝置,.,23,23,機床采用的是724號錐柄刀具，錐柄的尾端安裝有拉釘，拉桿通過4個鋼球拉住拉釘?shù)陌疾?，使刀具在主軸錐孔內(nèi)定位及夾緊。,2、刀具自動裝卸切屑清除裝置,4.3.3主軸部件,.,24,24,3、主軸的準停,主軸準停換刀示意圖,又稱為主軸定位功能，這是自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能。,4.3.3主軸部件,.,25,25,主軸準停階梯孔或精鏜孔示意圖,當加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，再退刀，因此，刀具就必須具有定位功能。,3、主軸的準停,4.3.3主軸部件,.,26,26,1）機械準?？刂撇捎脵C械凸輪機構(gòu)或光電盤方式進行粗定位，然后有一個液動或氣動的定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽實現(xiàn)精確定位，完成換刀后定位銷退出，主軸才開始旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在早期數(shù)控機床上使用較多。,典型的V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖,4.3.3主軸部件,.,27,27,2）電氣準停控制,永久磁鐵與磁傳感器在主軸上的位置,4.3.3主軸部件,磁傳感器主軸準?？刂圃谥鬏S上安裝一個永久磁鐵與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡12mm處固定一個磁傳感器，它經(jīng)過放大器并與主軸控制單元相連接，當主軸需要定向時，便可停止在調(diào)整好的位置上。,.,28,28,編碼器主軸準停控制原理圖,4.3.3主軸部件,編碼器主軸準?？刂仆ㄟ^主軸電動機內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機床主軸箱上安裝一個與主軸1：1同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實現(xiàn)準停控制，準停角度可任意設(shè)定。,.,29,29,非接觸式密封(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三,4、主軸的密封,4.3.3主軸部件,.,30,30,接觸式密封(a)油氈圈密封；(b)耐油橡膠密封圈密封,4.3.3主軸部件,.,31,31,1）摩擦阻力要小廣泛采用滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌以及塑料導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。2）傳動剛度要高3）轉(zhuǎn)動慣量要小4）諧振頻率要高5）傳動間隙要小,4.4數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng),4.4.1對數(shù)控機床進給系統(tǒng)的要求,.,32,32,1、工作原理與特點,滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)原理,4.4數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng),4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,33,33,滾珠絲杠螺母副優(yōu)點：1)傳動效率高，摩擦損失小。2)運動平穩(wěn)無爬行。3)傳動精度高，反向時無空程。4)磨損小，精度保持性好，使用壽命長。5)具有運動的可逆性。,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),1、工作原理與特點,.,34,34,2、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)類型,外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu),1)外循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環(huán)。結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。應(yīng)用最為廣泛，也可用于重載傳動系統(tǒng)。,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,35,35,2）內(nèi)循環(huán)?？柯菽干习惭b的反向器接通相鄰滾道，使?jié)L珠成單圈循環(huán)。反向器2的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等。結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小，制造較困難，適用于高靈敏、高精度的進給系統(tǒng)。,內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu),4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,36,36,3、滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法,雙螺母消隙,通常采用預(yù)加載荷的方法來減小彈性變形所帶來的軸向間隙，以保證反向傳動精度和軸向剛度。,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),（1）墊片調(diào)隙式,.,37,37,（2）螺紋調(diào)隙式,3、滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),（3）齒差調(diào)隙式在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與套筒兩端內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)相差一個齒。調(diào)整時，讓兩個螺母相對于套筒方向都轉(zhuǎn)動一個齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移，其軸向位移量s=（1/z1-1/z2)Pn。,齒差調(diào)隙式,能精確調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動。,3、滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法,.,39,39,單螺母消隙,（4）單螺母變位螺距預(yù)緊,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,40,40,（5）單螺母螺釘預(yù)緊螺母在專業(yè)生產(chǎn)工廠完成精磨之后，沿徑向開一薄槽，通過內(nèi)六角調(diào)整螺釘實現(xiàn)間隙的調(diào)整和預(yù)緊。間隙的調(diào)整和預(yù)緊極為方便。,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,41,41,滾珠絲杠的支撐方式(a)僅一端裝推力軸承；(b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承；(c)兩端裝推力軸承，(d)兩端裝推力軸承和深溝球軸承,4、滾珠絲杠的支撐,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,42,42,5、滾珠絲杠副的制動裝置機床工作時，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開，運動由電機經(jīng)減速齒輪傳給絲杠，使主軸箱上、下移動。當加工完畢或中間停車時，電機和電磁鐵同時斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能轉(zhuǎn)動，主軸箱便不會下落。,數(shù)控銑鏜床主軸箱進給絲杠制動示意圖,4.4.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),.,43,43,1、直齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法1）偏心套調(diào)整法,偏心套消除間隙結(jié)構(gòu),4.4數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng),4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),.,44,44,2）錐度齒輪軸向墊片調(diào)整法,錐度齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu),4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),.,45,45,3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法,雙片薄齒輪錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)(a)結(jié)構(gòu)一；(b)結(jié)構(gòu)二,4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),.,46,46,1）斜齒輪軸向墊片調(diào)整法薄片斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工，裝配時在兩薄片齒輪間裝入已知厚度為t的墊片3，這樣螺旋線便錯開了，使兩薄片斜齒輪分別與寬齒輪4的左、右齒面貼緊，從而消除間隙。承載能力較小，且不能自動補償消除間隙，屬剛性消除間隙的范疇。,斜齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu),2、斜齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法,4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),.,47,47,2）斜齒輪軸向壓簧錯齒調(diào)整法軸向尺寸較大，只適合于負載較小的場合。,斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu),4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),.,48,48,4、錐齒輪傳動副消除間隙的方法,錐齒輪軸向壓簧消除間隙結(jié)構(gòu),1）錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法,4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),.,49,49,2）錐齒輪周向彈簧調(diào)整法,錐齒輪周向彈簧消除間隙結(jié)構(gòu),4.4.3傳動齒輪間隙調(diào)整機構(gòu),5、齒輪齒條傳動副消除間隙的方法如果通過彈簧在軸2上作用一個軸向力F，使斜齒輪產(chǎn)生微量軸向移動，這時軸1和軸3便以相反的方向轉(zhuǎn)過微小的角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，從而消除間隙。,齒輪齒條消除間隙結(jié)構(gòu),.,51,51,錐環(huán)無鍵消隙聯(lián)軸器,1、錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器,4.4數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng),4.4.4聯(lián)軸器,.,52,52,撓性聯(lián)軸器,4.4.4聯(lián)軸器,.,53,53,2、套筒式聯(lián)軸器,套筒式聯(lián)軸器(a)結(jié)構(gòu)一；(b)結(jié)構(gòu)二；(c)結(jié)構(gòu)三,其結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，但拆裝困難(要求兩中心軸線嚴格對準)，使用受到一定限制。,4.4.4聯(lián)軸器,.,54,54,1、對導(dǎo)軌的要求,4.4數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng),4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,1）高的導(dǎo)向精度。2）良好的耐磨性。3）足夠的剛度。4）具有低速運動的平穩(wěn)性。,.,55,55,（1)直線滾動導(dǎo)軌,4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,2、滾動導(dǎo)軌,導(dǎo)軌體固定在不動部件上，滑塊固定在運動部件上。除導(dǎo)向外還能承受顛覆力矩，其制造精度高，可高速運行，并能長時間保持精度，通過預(yù)加負載可提高剛性，具有自調(diào)的能力，安裝基面允許誤差大。,.,56,56,直線滾動導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu),4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,直線滾動導(dǎo)軌,.,57,57,4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,（2）滾動導(dǎo)軌塊,滾動導(dǎo)軌塊多用于中等負荷導(dǎo)軌。使用時導(dǎo)軌塊裝在運動部件上，每一導(dǎo)軌應(yīng)至少用兩塊或更多塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目取決于導(dǎo)軌的長度和負載的大小。與之相對的導(dǎo)軌多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。,.,58,58,滾柱式滾動導(dǎo)軌塊(a)單元滾動塊;(b)在加工中心上的應(yīng)用,4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,.,59,59,（3）滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊,為了提高滾動導(dǎo)軌的剛度，應(yīng)對滾動導(dǎo)軌進行預(yù)緊。預(yù)緊可提高接觸剛度，消除間隙；在立式滾動導(dǎo)軌上，預(yù)緊可防止?jié)L動體脫落和歪斜。常見的預(yù)緊方法：采用過盈配合。調(diào)整法。調(diào)整螺釘、斜塊或偏心輪來進行預(yù)緊。,4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,.,60,60,滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊方法(a)滾柱或滾針導(dǎo)軌自由支撐;(b)滾柱或滾針導(dǎo)軌預(yù)加載荷；(c)交叉式滾柱導(dǎo)軌;(d)循環(huán)式滾動導(dǎo)軌塊,4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,3、滑動導(dǎo)軌,滑動導(dǎo)軌常見的截面形狀(a)矩形導(dǎo)軌；(b)三角形導(dǎo)軌；(c)燕尾槽導(dǎo)軌；(d)圓柱形導(dǎo)軌,在矩形和三角形導(dǎo)軌中，M面主要起支撐作用，N面是保證直線移動精度的導(dǎo)向面，J面是防止運動部件抬起的壓板面；而在燕尾形導(dǎo)軌中，M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支撐作用。,在數(shù)控機床上，滑動導(dǎo)軌的組合形式主要是三角形配矩形式和矩形配矩形式。只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾式。,.,62,62,現(xiàn)代數(shù)控機床采用鑄鐵-塑料滑動導(dǎo)軌和鑲鋼-塑料滑動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌上的塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類。,4.4.5數(shù)控機床的導(dǎo)軌,聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀。特點：（1）摩擦特性好,圖中Turcite-B和TSF分別是美國霞板公司和廣州機床研究所生產(chǎn)的聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的摩擦副的摩擦系數(shù)小，靜、動摩擦系數(shù)差別小，且曲線斜率為正值。這種良好的摩擦特性能防止導(dǎo)軌低速爬行，使運行平穩(wěn)和獲得高的定位精度。,摩擦-速度曲線1一鑄鐵-鑄鐵；2Turcite-B-鑄鐵(干摩擦)；3Turcite-B-鑄鐵(機油)；4TSF-鑄鐵(干摩擦)；5TSF-鑄鐵(機油),.,64,64,首先，將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度為3.21.6的表面，為了對軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面應(yīng)加工成0.51.0mm深的凹槽，用汽油或金屬清潔劑或丙酮清洗粘接面后，用膠粘劑粘合，加壓初固化12小時后再合攏到配對的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施以一定壓力，并在