試談數(shù)控機(jī)床構(gòu)造要求

1、試談數(shù)控機(jī)床構(gòu)造要求第二章第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求一、 模塊化和機(jī)電一體化二、 提高機(jī)床的靜、動剛度三、 減少機(jī)床的熱變形四、 減少運動件的摩擦和消除傳動間隙五、 提高機(jī)床的壽命和精度保持性六、 減少輔助時間，改善操作性一、模塊化和機(jī)電一體化而專用型數(shù)控機(jī)床對某具體的零件雖然具有良好的經(jīng)濟(jì)性，但它限制了加工對象的品種變化，使生產(chǎn)柔性下降。模塊化設(shè)計思想正是為解決上述矛盾而提出的，它具有靈活的機(jī)床配置。通用型數(shù)控機(jī)床雖然能夠很好地滿足各類用戶的需求，但由于機(jī)床的功能過于齊全，使售價提高，用戶不得不為多余的功能承擔(dān)額外的費用，本錢的上升必然會削弱產(chǎn)品在市場上的競爭力；如果把各個部件的根本單元作為根

2、底，按不同功能、規(guī)格和價格設(shè)計成多種模塊，用戶可以按需要選擇最合理的功能模塊配置成整機(jī)。這不僅能降低數(shù)控機(jī)床的設(shè)計和制造本錢，而且能縮短設(shè)計和制造周期，最終贏得市場。數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化是對總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的重要要求。它是指在整個數(shù)控機(jī)床功能的實現(xiàn)以及總體布局方面必須綜合考慮機(jī)械和電氣兩方面的有機(jī)結(jié)合。數(shù)控機(jī)床通常由床身、立柱、主軸箱、工作臺、刀架系統(tǒng)及電氣總成等部件組成。二、提高機(jī)床的靜、動剛度由于數(shù)控機(jī)床是由程序控制加工的，由機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱的幾何精度與變形所產(chǎn)生的定位誤差取決于它們的結(jié)構(gòu)剛度。為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，除了經(jīng)常采用三支承結(jié)構(gòu)以外，還可選用剛性很

3、好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形。加強(qiáng)肋板的結(jié)構(gòu)對機(jī)床大件的剛度有明顯的影響。如圖為方形截面立柱加強(qiáng)肋板類型示意圖。下表給出了立柱在加肋前后的靜剛度的比值。三、減少機(jī)床的熱變形數(shù)控機(jī)床在內(nèi)外熱源的影響下，各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關(guān)系遭到破壞，也使機(jī)床精度下降。機(jī)床熱變形產(chǎn)生的主要原因是熱源及機(jī)床各局部的溫差。熱源通常包括加工中的切屑、運轉(zhuǎn)的電動機(jī)、液壓系統(tǒng)、傳動件的摩擦以及機(jī)床外部的熱輻射等。機(jī)床零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸的不一致也是產(chǎn)生熱變形的重要因素。四、減少運動件的摩擦和消除傳動間隙數(shù)控機(jī)床的運動精度和定位精度不僅受

4、到機(jī)床零部件的加工精度、裝配精度、剛度及熱變形的影響，而且與運動件的摩擦特性有關(guān)。數(shù)控機(jī)床工作臺或拖板的位移量是以脈沖當(dāng)量作為他的最小單位，通常要求既能以高速又能以極低的速度運動。目前使用的滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌在摩擦阻尼特性方面存在著明顯的差異。五、提高機(jī)床的壽命和精度保持性為了縮短數(shù)控機(jī)床投資的回收時間，務(wù)必使機(jī)床保持很高的開動性比一般通用機(jī)床高2-3倍，因此必須提高機(jī)床的壽命和精度保持性。首先必須在設(shè)計上就充分考慮數(shù)控機(jī)床零部件的耐磨性，另外還要保證數(shù)控機(jī)床各部件的良好潤滑。六、減少輔助時間，改善操作性在數(shù)控機(jī)床的單件加工時間中，輔助時間占有較大的比例，要進(jìn)一步提高機(jī)床生產(chǎn)率，就必

5、須采取措施，最大限度地壓縮輔助時間。由于微處理器的開展，使數(shù)控裝置日趨小型化。數(shù)控機(jī)床的開展趨勢是把數(shù)控裝置安裝到機(jī)床上，甚至把強(qiáng)電和弱電局部安排在一起。第二章第二節(jié)數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)及主軸部件一、 數(shù)控機(jī)床主運動的特點二、 數(shù)控機(jī)床主軸的變速方式三、 主軸部件一、數(shù)控機(jī)床主傳動的特點 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較具有以下特點： 1轉(zhuǎn)速高，功率大，它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。 2主軸轉(zhuǎn)數(shù)的變換迅速可靠，并能自動無級變速，使切削工作始終在最正確狀態(tài)下進(jìn)行。 3為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須設(shè)計有刀具自動裝卸、主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑去除裝置。二、數(shù)控機(jī)床主軸的

6、變速方式數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的再求。故大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式。數(shù)控機(jī)床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最正確的生產(chǎn)率、加工精度和外表質(zhì)量。三、主軸部件機(jī)床的主軸部件是機(jī)床重要部件之一，它帶開工件或刀具執(zhí)行機(jī)床的切削運動，因此數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度，抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機(jī)床在加工過程中不進(jìn)行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴(yán)重。 主軸在結(jié)構(gòu)上要處理好卡盤或刀具的裝卡，主軸的卸荷，主軸軸承的定位和間隙調(diào)整，主軸部件的潤滑和密封等一系列問題。對于數(shù)

7、控鏜銑床的主軸為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須設(shè)計有刀具的自動裝卸，主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑去除裝置。一數(shù)控機(jī)床的主軸軸承配置主要有三種形式 l前支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，后支承采用成對角接觸球軸承這種配置形式使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用這種配置形式。 2前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承如圖。角接觸球軸承具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 4000rmin，但是這種軸承的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。3雙列圓錐滾子軸承和圓錐滾子軸承這種軸承徑向和軸向剛度高，能承

8、受重載荷，尤其能承受較大的動載荷，安裝與調(diào)整性能好，但是這種軸承配置方式限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，所以僅適用于中等精度、低速于重載的數(shù)控機(jī)床主軸。二主軸的定向停止為了將主軸準(zhǔn)確地停在某一固定位置上，以便在該處進(jìn)行換刀等動作，這就要求主軸定向控制。在加工精密的坐標(biāo)孔時，由于每次都能在主軸的固定圓周位置換刀，故能保證刀尖與主軸相對位置的一致性，從而減少被加工孔的尺寸分散度，這是主軸定向準(zhǔn)停裝置帶來的好處之一。三主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑去除裝置在自動換刀的數(shù)控機(jī)床中為了實現(xiàn)刀具在主軸內(nèi)的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)。自動去除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過程中的一個不容無視的問題。如

9、果主軸錐孔中落入了切屑、灰塵或其它污物，在拉緊刀桿時，錐孔外表和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞了刀桿的正確定位，影響零件的加工精度，甚至?xí)沽慵顖髲U。為了保持主軸錐孔的清潔，常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。第二章第三節(jié)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)一、 對進(jìn)給運動的要求二、 滾珠絲杠螺母副三、 傳動齒輪間隙消除機(jī)構(gòu)四、 導(dǎo)軌一、對進(jìn)給運動的要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動是數(shù)字控制的直接對象，被加工件的最后輪廓精度和加工精度都會受到進(jìn)給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，對進(jìn)給系統(tǒng)中的傳動裝置和元件要求具有高的壽命，高的剛度，無傳動間隙，高的靈敏度和低摩擦阻力的特點，如導(dǎo)軌必須具有較小的

10、摩擦力，耐磨性要高，所以一般采用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和減磨滑動導(dǎo)軌等。為了提高位移精度，減少傳動誤差，對采用的各種機(jī)械部件首先保證它們的加工精度，其次采用合理的預(yù)緊來消除軸向傳動間隙，所以在進(jìn)給傳動系統(tǒng)中廣泛采用各種間隙消除措施，但是采用預(yù)緊等各種措施后仍然可能留有微量間隙。此外由于受力的作用后產(chǎn)生彈性變形，也會產(chǎn)生間隙，所以在進(jìn)給系統(tǒng)反向運動時仍需由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖指令進(jìn)行自動補(bǔ)償。當(dāng)旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)化為直線運動時，為了提高轉(zhuǎn)換效率，保證運動精度，滾珠絲杠螺母副被廣泛使用。1、減少運動件之間的摩擦阻力：摩擦阻力主要來自絲杠螺母和導(dǎo)軌；對其進(jìn)行滾動化是重要措施。2、提高傳動精度和剛度：1保證進(jìn)給系統(tǒng)

11、中滾珠絲杠螺母、蝸輪蝸桿和支承結(jié)構(gòu)的加工精度，提高傳動精度和剛度。2在進(jìn)給鏈中參加減速齒輪或同步帶傳動，減小脈沖當(dāng)量，從設(shè)計角度提高傳動精度。3采用預(yù)緊消除傳動件間隙，提高傳動精度。3、減少慣量：高速運轉(zhuǎn)零件的慣量影響伺服系統(tǒng)的啟動和制動特性。綜合而言，在設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)時，應(yīng)充分注意減少摩擦阻力、提高傳動精度和剛度、消除傳動間隙、減少運動部件慣量。二 、滾珠絲杠螺紋副1、 滾珠絲杠螺母副的特點2、 滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整3、 滾珠絲杠的安裝4、 滾珠絲杠的防護(hù)5、滾珠絲杠螺母副的代號、精度等級和標(biāo)注3滾珠絲杠副的標(biāo)注滾珠絲杠副的標(biāo)注方法采用漢語拼音字母、數(shù)字及漢字結(jié)合標(biāo)注法，如下圖。例如:WD

12、30053.51B左一8001000它表示外循環(huán)墊片調(diào)隙式的雙螺母滾珠絲杠副，名義直徑為30mm，螺距為5mm，一個螺母工作滾珠3.5圈，單列，B級精度，左旋，絲杠的螺紋局部長度為800mm，絲杠的總長度為1000mm。三 、進(jìn)給系統(tǒng)傳動間隙的消除數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的減速齒輪除了本身要求很高的運動精度和工作平穩(wěn)性以外，尚還需盡可能消除傳動齒輪副間的傳動間隙。否那么，齒側(cè)間隙會造成進(jìn)給系統(tǒng)每次反向運動滯后于指令信號，喪失指令脈沖并產(chǎn)生反向死區(qū)，對加工精度影響很大。因此必須采用各種方法去減小或消除齒輪傳動間隙。四、導(dǎo)軌導(dǎo)軌是進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)床的根本結(jié)構(gòu)的要素之一，機(jī)床的加工精度和使用壽命很

13、大程度上決定于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而數(shù)控機(jī)床對于導(dǎo)軌有著更高的要求：如高速進(jìn)給時不振動，低速進(jìn)給時不爬行，有高的靈敏度,能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性高，精度保持性要好。導(dǎo)軌應(yīng)滿足的根本要求：1良好的導(dǎo)向精度，包括運動部件的移動直線性和圓運動的真圓性。2良好的精度保持性，即能夠長期保持原始精度。3足夠的剛度，由于導(dǎo)軌承受很大負(fù)載，故必須使摩擦副具有良好的摩擦特性。第二章第四節(jié)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺為了提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大其工藝范圍，對于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動除了沿坐標(biāo)軸X、Y、Z三個方向的直線進(jìn)給運動之外，常常還需要有繞X、Y、Z軸的圓周進(jìn)給運動。通常數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給運動，可以實現(xiàn)精確的自動分度

14、改變工件相對于主軸的位置，以便分別加工各個外表，這對箱體零件的加工帶來了便利。對于自動換刀的多工序數(shù)控機(jī)床來說，回轉(zhuǎn)工作臺已成為一個不可缺少的部件。一、 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺二、 分度工作臺數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和分度工作臺。一、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床。從外形上看它與分度工作臺沒有多大差異，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功用上那么有較大的不同。如下圖數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由傳動系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。二、分度工作臺分度工作臺是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時工作臺連同工件回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度，有時也可采用手動分度。分度工作臺只能夠完成分度運動而不能實現(xiàn)圓周運動，并且

15、它的分度運動只能完成一定的回轉(zhuǎn)度數(shù)如 90、60或45等。第二章第五節(jié)數(shù)控加工使用的刀具及自動換刀系統(tǒng)一、 數(shù)控加工使用的刀具二、 自動換刀系統(tǒng)一、數(shù)控加工使用的刀具數(shù)控機(jī)床所用刀具的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化、編程前刀具的選用以及加工前刀具的預(yù)調(diào)整等都尤為重要。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其最大效益，數(shù)控加工用刀具的正確選擇和使用成為非常重要的因素。用回轉(zhuǎn)型刀具的數(shù)控加工，使用的刀具類型繁多，但通常都是由連接主軸刀柄、中間接桿和適用刀具三局部組成。回轉(zhuǎn)型標(biāo)準(zhǔn)的連接主軸刀柄與主軸孔大多數(shù)是錐度為7:24的錐面。如圖。 二、自動換刀系統(tǒng) 為了進(jìn)一步減少非切削時間，數(shù)控機(jī)床正朝著在一臺數(shù)控機(jī)床的一次裝夾中完成多工序加工的方向開展，這類機(jī)床必須帶有自動換刀系統(tǒng)，通常稱為數(shù)控加工中心機(jī)床，簡稱加工中心。自動換刀系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲存量、刀庫占地面積小以及平安可靠等根本要求。1、自動換刀裝置的形式各類數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。這種裝置主要可以分為以下幾種形式：1回轉(zhuǎn)刀架換刀這是一種最簡單的自動換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時的切削