數(shù)控機(jī)床的典型結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床的典型結(jié)構(gòu)第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.1主軸傳動系統(tǒng)3.1.1主軸傳動方式1.齒輪傳動機(jī)構(gòu)這種傳動方式在大、中型數(shù)控機(jī)床中較為常見。如圖3.1（a）所示，它通過幾對齒輪的嚙合，在完成傳動的同時實(shí)現(xiàn)主軸的分擋有級變速或分段無級變速，確保在低速時能滿足主軸輸出扭矩特性的要求?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實(shí)現(xiàn)。第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.1數(shù)控機(jī)床主軸傳動方式(a)齒輪傳動；(b)同步帶傳動；(c)電動機(jī)直接驅(qū)動第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.同步帶傳動機(jī)構(gòu)同步帶傳動如圖3.1（b）所示，主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.2同步帶的結(jié)構(gòu)與傳動原理第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日與一般帶傳動及齒輪傳動相比，同步帶傳動具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）無滑動，傳動比準(zhǔn)確。（2）傳動效率高，可達(dá)98%以上。（3）使用范圍廣，速度可達(dá)50m/s，傳動比可達(dá)10左右，傳遞功率由幾瓦到數(shù)千瓦。（4）傳動平穩(wěn)，噪聲小。（5）維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.電動機(jī)直接驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動傳動中的電動機(jī)又叫電主軸，其電動機(jī)定子固定，轉(zhuǎn)子和主軸采用一體化設(shè)計，如圖3.1（c）所示。這種方式大大簡化了主軸箱體和主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但輸出扭矩小，電動機(jī)的發(fā)熱對主軸的精度影響較大。第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日（1）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，如圖3.3（a）所示。（2）前軸承采用高精度雙列向心推力軸承，后支承采用單列角接觸球軸承，如圖3.3（b）所示。（3）前、后軸承分別采用雙列圓錐滾子軸承和單列圓錐滾子軸承，如圖3.3（c）所示。第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.3數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.1.3主軸的定向停止主軸的準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)設(shè)置在主軸的尾端，如圖3.4所示。交流調(diào)速電動機(jī)11通過多聯(lián)三角帶9和皮帶輪10帶動主軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸需要停車換刀時，發(fā)出降速信號，主軸電機(jī)自動減速，使主軸以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)；延時等待數(shù)秒之后，切斷主軸電動機(jī)電源，使主軸做低速慣性空轉(zhuǎn)。當(dāng)位于圖中帶輪5左側(cè)的永久磁鐵4對準(zhǔn)磁傳感器3時，主軸準(zhǔn)停制動，同時發(fā)出制動完成信號。第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.4自動換刀機(jī)床的主軸準(zhǔn)停、夾緊機(jī)構(gòu)第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.1.4主軸的刀具自動夾緊和鐵屑清除機(jī)構(gòu)在自動換刀的數(shù)控機(jī)床中，為了實(shí)現(xiàn)刀具的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)，如圖3.4所示。刀柄錐度為7∶24，采用大錐度的錐柄既有利于定心，也為松夾帶來了方便。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時，通過錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.2進(jìn)給傳動系統(tǒng)3.2.1齒輪傳動副齒輪傳動副的作用是傳遞伺服電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)距和負(fù)載慣量相匹配。在開環(huán)系統(tǒng)中，還可通過齒輪傳動匹配系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.直齒圓柱齒輪傳動（1）偏心套調(diào)整法。（2）錐度齒輪墊片調(diào)整法。（3）雙齒輪錯齒調(diào)整法。第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.5偏心套消除間隙第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.6墊片調(diào)整消除間隙第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.7雙齒輪錯齒調(diào)整第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.斜齒圓柱齒輪傳動（1）墊片調(diào)整法。如圖3.8所示，寬齒輪4同時與兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪1和2嚙合，薄片齒輪經(jīng)平鍵與軸連接，相互之間無相對回轉(zhuǎn)。斜齒輪1和2間加厚度為t的墊片，用螺母擰緊，使兩齒輪1和2的螺旋線產(chǎn)生錯位，其后兩齒輪面分別與寬齒輪4的齒面緊貼以消除間隙。墊片3的厚度和齒側(cè)間隙Δ的關(guān)系可用下式算出：

t=Δcosβ

第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日式中：β——斜齒輪的螺旋角；

Δ——齒側(cè)間隙；

t——增加墊片的厚度。第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日（2）軸向壓簧調(diào)整。如圖3.9所示，斜齒輪1和2用鍵滑套在軸上，相互間無相對轉(zhuǎn)動。第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.8墊片調(diào)整消除斜齒輪間隙第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.9斜齒圓柱齒輪的軸向壓簧調(diào)整第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.錐齒輪傳動

（1）周向壓簧調(diào)整。（2）軸向壓簧調(diào)整。第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.10周向壓簧調(diào)整第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.11錐齒輪的軸向壓簧調(diào)整第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.2.2滾珠絲杠副1.滾珠絲杠副的工作原理和特點(diǎn)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)如圖3.12所示。在傳動時，滾珠與絲杠、螺母之間為滾動摩擦，因此具有以下許多優(yōu)點(diǎn)：（1）摩擦損失小，傳動效率高。第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.12絲杠的結(jié)構(gòu)(a)外循環(huán)式；(b)內(nèi)循環(huán)式第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日（2）經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，反向運(yùn)動時無空行程，傳動精度高，系統(tǒng)剛度好。（3）摩擦阻力小，動、靜摩擦系數(shù)相近，因此傳動靈敏，運(yùn)動平穩(wěn)，低速不易爬行，隨動精度和定位精度高。（4）磨損小，使用壽命長。第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.滾珠絲杠副的間隙消除機(jī)構(gòu)消除間隙的方法中，較少使用微量過盈滾珠的單螺母來消除間隙，常用的方法是用雙螺母消除絲杠、螺母間隙。圖3.13是雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整墊片的厚度使左、右螺母產(chǎn)生軸向位移，就可達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的作用。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，裝卸方便、可靠；但缺點(diǎn)是調(diào)整費(fèi)時，很難在一次修磨中調(diào)整完成，調(diào)整精度不高，僅適用于一般精度的數(shù)控機(jī)床。第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.13雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.14雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.14是雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，在兩個螺母2和5的凸緣上各制有一個圓柱齒輪，兩個齒輪的齒數(shù)只相差一個，即z2-z1=1。兩個內(nèi)齒圈1和4與外齒輪齒數(shù)分別相同，并用螺釘和銷釘固定在螺母座3的兩端。調(diào)整時先將內(nèi)齒圈取下，根據(jù)間隙的大小調(diào)整兩個螺母2、5分別向相同的方向轉(zhuǎn)過一個或多個齒,使兩個螺母在軸向移近了相應(yīng)的距離，達(dá)到調(diào)整間隙和預(yù)緊的目的。第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日間隙消除量Δ可用下式簡便地計算出來：式中：n——螺母在同一方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)；

t——滾珠絲杠的導(dǎo)程；

z1，z2——齒輪的齒數(shù)。第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.15雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.滾珠絲杠的支承（1）一端裝推力軸承，另一端自由。（2）一端裝推力軸承，另一端裝向心軸承。（3）兩端裝推力軸承。第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.16滾珠絲杠兩端支承形式(a)一端裝推力軸承，另一端自由；(b)一端裝推力軸承，另一端裝向心軸承；(c)兩端裝推力軸承第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.17滾珠絲杠用60角接觸秋軸承第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日4.滾珠絲杠的防護(hù)滾珠絲杠副如果在滾道上落入了臟物，或使用不凈的潤滑油，不僅會妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。通常采用毛氈圈對螺母進(jìn)行密封。第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.2.3回轉(zhuǎn)進(jìn)給坐標(biāo)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)1.分度工作臺分度工作臺按照數(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(yùn)動而不能實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動，并且它的分度運(yùn)動只能完成一定角度的回轉(zhuǎn)，如90°、60°或45°等。第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日1)鼠牙盤式分度工作臺鼠牙盤式分度工作臺主要由工作臺面底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和鼠牙盤等零件組成，其結(jié)構(gòu)如圖3.18所示。第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.18鼠牙盤式分度工作臺第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.18鼠牙盤式分度工作臺第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.18鼠牙盤式分度工作臺第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日2）定位銷式分度工作臺圖3.19所示是自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的分度工作臺。分度工作臺1位于長方形工作臺10的中間，在不單獨(dú)使用分度工作臺1時，兩個工作臺可以作為一個整體來使用。第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.19定位銷式分度工作臺第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.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別，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功用上則有較大的不同。如圖3.20所示，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。第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.20數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.20數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.2.4導(dǎo)軌1.滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌在導(dǎo)軌工作面之間安排有滾動件，使兩導(dǎo)軌面之間形成滾動摩擦，摩擦系數(shù)小。滾動導(dǎo)軌的動、靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動輕便、靈活，所需功率小，精度高，無爬行。滾動導(dǎo)軌由標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌塊構(gòu)成，裝拆方便，潤滑簡單。圖3.21所示為滾動導(dǎo)軌塊的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.21滾動導(dǎo)軌塊的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.貼塑導(dǎo)軌這是一種金屬對塑料的摩擦形式，屬滑動摩擦導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的一個滑動面上有一層抗摩軟帶，另一滑動面為淬火磨削面。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物的高分子復(fù)合材料。塑料導(dǎo)軌剛度好，動、靜摩擦系數(shù)差值小，耐磨性好，無爬行，減振性好。軟帶應(yīng)粘貼在機(jī)床導(dǎo)軌副的短導(dǎo)軌面上，如圖3.22所示,圓形導(dǎo)軌應(yīng)粘貼在下導(dǎo)軌面上。第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.22貼塑導(dǎo)軌的粘接第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.3自動換刀裝置3.3.1自動換刀裝置的形式1.回轉(zhuǎn)刀架換刀數(shù)控機(jī)床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。根據(jù)不同的適用對象，刀架可設(shè)計為四方形、六角形或其它形式。回轉(zhuǎn)刀架可分別安裝四把、六把以及更多的刀具并按數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖指令回轉(zhuǎn)、換刀。第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.23所示為數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架。刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥控制，具體過程如下。第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.23數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架(a)自動回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)圖；(b)12位和8位刀盤布置圖第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.23數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架(a)自動回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)圖；(b)12位和8位刀盤布置圖第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.更換主軸頭換刀在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭換刀是一種簡單的換刀方式。主軸頭通常有臥式和立式兩種，常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實(shí)現(xiàn)自動換刀。3.帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成，目前這種換刀方法在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用最為廣泛。第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.3.2刀具交換裝置數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具的交換裝置。刀具的交換方式通常有兩種：采用機(jī)械手交換刀具方式和由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換的方式。第五十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.24無機(jī)械手換刀系統(tǒng)的換刀過程第五十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.25雙臂機(jī)械手常用結(jié)構(gòu)(a)鉤手；(b)抱手；(c)伸縮手；(d)插手第六十頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.26所示為雙刀庫機(jī)械手裝置，其特點(diǎn)是兩個刀庫和兩個單臂機(jī)械手進(jìn)行工作，因此機(jī)械手的工作行程大為縮短，可有效節(jié)省換刀時間。另外，還因刀庫分兩處設(shè)立，故使機(jī)床整體布局較為合理。第六十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖3.26雙刀庫機(jī)械手換刀裝置第六十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.3.3刀庫1.刀庫的類型根據(jù)刀庫的容量和取刀方式的不同，可以將刀庫設(shè)計成各種形式，常用的有以下幾種：（1）盤式刀庫。（2）鏈?zhǔn)降稁?/p>