數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用第4章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu).

1、第四章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí):數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的主要組成部分 （1）主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部分（使刀具或工件產(chǎn)生主切削 運(yùn)動(dòng)）；（2）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)（使工件或刀具產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn) 定位）； （3）基礎(chǔ)件（床身、立柱、滑座、工作臺(tái)等）； （4）其他輔助裝置（液壓、氣動(dòng).潤(rùn)滑、切削液等系統(tǒng) 及裝置）此外加工中心類數(shù)控機(jī)床還帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)；高級(jí)機(jī) 床還有破損監(jiān)測(cè)裝置等.數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程加準(zhǔn)備階段與一般機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床主要工藝特點(diǎn)如下: (1)自動(dòng)化程度搞、柔性好。 (2)加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。 (3)生產(chǎn)效率高§ 41對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求h高精度2、高速度 3、高

2、自動(dòng)化要求數(shù)控機(jī)床必須具有很高的強(qiáng)度、剛度和抗振性因此，數(shù)控機(jī)床的功能要求和設(shè)計(jì)要求與普通機(jī)床有較大的 差異.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求可以歸納為如下幾方面：1、具有大切削功率，高的赫、動(dòng)剛度和良好的抗振性能;2、具肓較高的兒何精度、侍動(dòng)精度、定位精度和熱穩(wěn)定性;3、具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件.一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求1、數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動(dòng)剛度剛度:是指支承件在恒定載荷或交變載荷作用下抵抗變形的能力(靜剛度)(動(dòng)剛度)(1)提高剛度的原因 在重載荷的作用下，機(jī)床的各部件、構(gòu)件會(huì)受力變形， 引起刀具和工件的相對(duì)位莊的變化 機(jī)床剛度差一影響機(jī)床抗振性(2)提高剛度的措施合理選擇支承件的

3、結(jié)構(gòu)形式措施I支承件截面形狀盡量選用抗彎的方戰(zhàn)面和抗扭的圓截面或釆用封閉型床身封閉整體箱形結(jié)構(gòu)(2)提高剛度的措施措施2合理布遢支承件隔板的筋條隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳遞給其它 壁板從而使整個(gè)支承件承受載荷提高支承件的自身剛度形隔板連接，主 要提高水平面抗彎剛 度，對(duì)提高垂直而抗 彎剛度和抗扭剛度不 顯著，多用在剛度要 求不高的床身上(2)提高剛度的措施“w“形隔板，能較大地提高水平而上的抗彎抗扭剛度, 對(duì)中心距超過(guò)1500mm的長(zhǎng)床身，效杲最為顯著斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易扌皆施3增加導(dǎo)軌與支承件的連接部分的剛度連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力，稱為支承件的連接剛度

4、.圖彳I 林與支鹿(1的聯(lián)接(2)提高剛度的措施培施4増加機(jī)床各部件的接觸剛度和承栽能力釆用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)在結(jié)合而之間施加足夠大的預(yù)加載荷增加接觸面積(2)提高剛度的措施合理的結(jié)構(gòu)布局(2)提高剛度的措施合理的結(jié)構(gòu)布局(2)提高剛度的措施采用補(bǔ)償變形的措施測(cè)出受力點(diǎn)的相對(duì)變 形的大小和方向，或 者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī) 律，就可采取補(bǔ)償變 形的方法消除受力變 形的影響(2)提高剛度的措施合理選用構(gòu)件的材料措施1床身、立柱等支承件采用鋼板或型鋼焊接增加剛度、減輕重量、提高抗振性鑄件：容易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件鑄鐵的內(nèi)摩擦力大，阻尼 系數(shù)大.振動(dòng)的衰減性能好成本低.鑄件的周期較長(zhǎng)，需 做

5、木型模,易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷焊接件:鋼材的強(qiáng)度比鑄鐵高，質(zhì)量可比鑄件減輕20%-50%, 不需要木模和澆注，生產(chǎn)周期短，不易出現(xiàn)廢品措施2釆用封砂床身結(jié)構(gòu)在鑄件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂 增加摩擦阻力(2)提高剛度的措施措施3釆用混凝土、樹(shù)脂混凝土或人造花崗巖作支承件的材料人造大理石床身(混凝土聚合物)（2）提高剛度的措施高抗振性提高抗振性可以從動(dòng)剛度和靜剛度之間的關(guān)系體現(xiàn):kd = £j（l 一才）2+4”才式中k 靜剛度（N/“” ）動(dòng)剛度（N/“ ）D阻尼比A頻率比CD 激振力的振動(dòng)頻率（Hz ）C0 機(jī)床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率（Hz）紡=kj（l 一才）2+4

6、63;>2才(1) 當(dāng) 尢1,此時(shí)動(dòng)剛度最小(kd=2Dk) , >1=1附近成 為共振區(qū)，絕對(duì)應(yīng)該避免。(2) NU,即。5此時(shí)動(dòng)剛度接近靜剛度(3) >ry0 此時(shí)動(dòng)剛度隨>1增大而增大.因此，為了提高機(jī)床的動(dòng)剛度，應(yīng)使機(jī)床主要構(gòu)件的 固有頻率遠(yuǎn)離激振力頻率.一.數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求2,減少機(jī)床的熱變形(1 )產(chǎn)生熱變形的原因： 內(nèi)外熱源的影響 不能人工修正熱變形誤差(2)減少熱變形的措施：減少發(fā)熱一將熱源從主機(jī)中分離出去扌皆施1主運(yùn)動(dòng)采用直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速減少傳動(dòng)軸和傳動(dòng)齒輪數(shù)量減少主傳動(dòng)箱內(nèi)的發(fā)熱量(2)減少熱變形的措施:措施2采用彳氐摩擦系數(shù)的

7、導(dǎo)軌和軸承釆用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或滾動(dòng)軸承 控制溫升措施通過(guò)散熱和冷卻方法 改善機(jī)床結(jié)構(gòu)措施釆用對(duì)稱原則設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)措施2使機(jī)床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上措施3采用排屑系統(tǒng) 進(jìn)行熱變形補(bǔ)償冷卻風(fēng)管對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻主軸冷卻風(fēng)管對(duì)*幾床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻措施1采用對(duì)稱原則設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床結(jié)枸扌吿施2使機(jī)床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂立方向上機(jī)床排屑系統(tǒng)措施3釆用排屑系統(tǒng)傾斜床身措施4將熱源査于易散熱的位置b)圖4.10-4移賈熱源的坐標(biāo)鋰床布局示慮圖1溜民2工作臺(tái)；3主抽；4主電動(dòng)機(jī);51傳於傅；6立柱；7聯(lián)廉;8皮帶將主傳動(dòng)箱和主電動(dòng)機(jī)放在機(jī)床的外而數(shù)扌空機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求3、

8、減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦，提高傳動(dòng)精度措施1釆用滾動(dòng)導(dǎo)仇或舒壓導(dǎo)軌來(lái)減少摩擦副之間的摩擦 扌吿施2采用滾珠絲杠或無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)一減小摩擦4、提高機(jī)床壽命和精度保持性扌吿施1釆用耐磨性好的冬部件措施2機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件間具有良好的潤(rùn)滑滾珠絲杠螺母副滾動(dòng)導(dǎo)軌副便于操作的機(jī)床結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求6、安全防護(hù)和宜人的造型數(shù)控機(jī)床大都釆用機(jī)、電、液、氣一體化布局，全封 閉或半封閉防護(hù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，易于操作及實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化。一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求5、自動(dòng)化的機(jī)構(gòu)、宜人的操作性1、主傳動(dòng)的作用：產(chǎn)生主切削力將電動(dòng)機(jī)的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安 裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動(dòng).2、對(duì)主傳動(dòng)的要求 足

9、夠的轉(zhuǎn)速范國(guó) 足夠的功率和扭矩 各零部件應(yīng)具有足夠的精度、強(qiáng)度、剛度和抗振性 噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)3.主傳動(dòng)的配置方式 主軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)（一體化主軸，電主軸）電主軸2,電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶（或變速帶輪）傳動(dòng)主軸帶輪傳動(dòng)比I 主軸電動(dòng)機(jī)3、電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動(dòng)主軸圖16主軸如倚我跨I一爼毎2箱體3連接座I殲貧5 KtJ 6液壓fcf支婆7-活讓B-耶片三.對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)作用接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給脈沖，經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí) 行元件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。2、傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)的區(qū)別 （傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)：多釆用一個(gè)電機(jī)，執(zhí)行件之間釆用大量的齒輪傳

10、動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外傳動(dòng)鏈的各種傳動(dòng)比要求。故傳動(dòng) 鏈很長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 傳動(dòng)鏈大大縮短，傳動(dòng)件大大減少，有利于減少傳動(dòng)誤差， 、提高傳動(dòng)精度3、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)拓度，減少爬行現(xiàn)象,響應(yīng)性能：是進(jìn)給伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度運(yùn)動(dòng)精度：是機(jī)床的主要家、部件在以工作狀態(tài) 的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度爬行現(xiàn)象：低速時(shí)運(yùn)動(dòng)不平衡的現(xiàn)象稱為爬行現(xiàn)象ffl4.IO 8工作臺(tái)的氏行理縱1一1伶勺件;2T今動(dòng)帆詢；* 7能*譏4-“軌機(jī)床爬行現(xiàn)象一般發(fā)生在低速度、重載荷的運(yùn)動(dòng)情況下當(dāng)主動(dòng)件1作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，被動(dòng)件3往往會(huì)出現(xiàn)明顯的速度 不均勻，產(chǎn)生跳躍式的時(shí)停時(shí)走的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或時(shí)快時(shí)慢 現(xiàn)象3.對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 提高傳動(dòng)精度和剛度措施1保證部件加工精度扌皆施2在傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪 減小脈沖當(dāng)量，提高傳動(dòng)精度措施3預(yù)緊支撐絲杠的軸承一消除齒輪、蝸綸傳動(dòng)件間隙扌吿施4預(yù)緊消徐滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙3.對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 減小各運(yùn)動(dòng)零部件