第2章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)---第1講.ppt

1、模塊2數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，本章所述的內(nèi)容數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)概要主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)臺(tái)和臺(tái)面自動(dòng)更換裝置自動(dòng)更換裝置其他輔助裝置，1，課題1數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)概要，1，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，2，2，加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)概要， 第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)概要、3刀庫、主軸、x軸、y軸、z軸、操作顯示單元、機(jī)械手、4、主軸的作用、安裝的旋轉(zhuǎn)部件及支撐傳遞扭矩的5、進(jìn)給部件：通過伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)完成直線運(yùn)動(dòng)的定位、進(jìn)給下圖為滾珠絲杠、聯(lián)軸器的實(shí)物照片。自動(dòng)更換裝置：7、數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架、加工中心的刀庫以及更換機(jī)構(gòu)，在工件夾緊后，無需卸下工件即可完成多工序加工。 位置檢測裝置：完成位置信號(hào)

2、反饋，反饋精度決定機(jī)床的加工精度。 光電式編碼器、線性標(biāo)尺、圓光柵、位置傳感器等位置檢測元件如下所示。 8、三、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)(1)高剛性：適用于高速和重切削工況(2)高靈敏度：適用于自動(dòng)狀態(tài)下的高精度要求(3)高耐振動(dòng)性：保證工件的高精度和低表面粗糙度(4)熱變形?。罕ＷC零件的運(yùn)動(dòng)精度(5)高精度保持性先進(jìn)：工具耐用度高的結(jié)構(gòu)合理、合理提高數(shù)控機(jī)床性能的措施，1 .合理選擇數(shù)控機(jī)床的整體布局，機(jī)床的整體布局直接影響機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能。 合理選擇機(jī)床布局，不僅可以使機(jī)床結(jié)構(gòu)更簡單、合理、經(jīng)濟(jì)，還可以提高機(jī)床剛度，改善機(jī)床受力狀況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，滿足機(jī)床數(shù)控化的要求。 例如，

3、通過在數(shù)控機(jī)床上采用斜床布局，可以改善受力狀況，提高床的剛性，提高操作性能。 高速加工機(jī)采用固定門式立柱(立式機(jī)床)、“箱中箱”(臥式機(jī)床)等特殊布局樣式，將運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量控制在最小限度，提高機(jī)床零件的快進(jìn)速度和加速度，滿足高速加工的需要。 10、(1)不同的布局適應(yīng)不同的工件形狀、尺寸及重量，NC銑床的4種布局方案適應(yīng)的工件重量、尺寸不同。 a )對(duì)應(yīng)輕工的b )對(duì)應(yīng)大尺寸的工件的c )對(duì)應(yīng)重工件的d )對(duì)應(yīng)重工件。 (2)不同的布局有不同的運(yùn)動(dòng)分配和工藝范圍，NC鏜銑床的三種布局方案： a )主軸縱型配置，上下運(yùn)動(dòng)，工件上面的加工b )主軸橫置配置，加工工作臺(tái)上的分度表的配合，工件的多個(gè)側(cè)

4、面可加工c)(b )另一個(gè)(3)根據(jù)布局不同，具有不同的機(jī)床結(jié)構(gòu)性能，在數(shù)控臥式鉆床中，(a )、(b )為t形床布局，工作臺(tái)支承在床上，剛性好，工作臺(tái)的裝載能力強(qiáng)(c )、(d )工作臺(tái)為十字狀布局，(c )主軸箱對(duì)柱施加偏載(d )主軸箱安裝在框架柱中間，布置對(duì)稱，受力后變形小，有利于提高加工精度。 (4)不同的布局影響機(jī)床的操作便利性，有數(shù)控車床的4種不同的布局方案，(a )水平床-水平滑板，床的加工性好，軌面加工方便，下部空間小，切屑排出困難，刀架水平放置對(duì)機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸不同的布局影響機(jī)床操作的便利性，(b )床-傾斜滑板傾斜，排屑方便，中小型數(shù)控車床床的傾斜60好；(c )水

5、平床-傾斜滑板，水平床加工性好，寬度方向尺寸小，而且排屑方便，橫向2、提高結(jié)構(gòu)剛度，結(jié)構(gòu)剛度直接影響機(jī)床的精度和動(dòng)態(tài)性能。機(jī)床的剛度主要由構(gòu)成機(jī)械系統(tǒng)的零件的質(zhì)量、剛度、阻尼、固有振動(dòng)頻率和負(fù)荷振動(dòng)頻率等決定。 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性的主要措施是改善機(jī)械部分的部件，通過平衡機(jī)構(gòu)補(bǔ)償部件的變形，改善部件間的連接形態(tài)，縮短傳動(dòng)鏈，適度增大傳動(dòng)軸，臨時(shí)緊固軸承和滾珠絲杠等傳動(dòng)部件等。 四、提高數(shù)控機(jī)床性能的措施，十六、四、提高數(shù)控機(jī)床性能的措施，三、提高機(jī)床抗振性，高速旋轉(zhuǎn)零件的動(dòng)態(tài)不平衡力和切削引起的振動(dòng)，是引起機(jī)床振動(dòng)的主要原因。 提高數(shù)控機(jī)床抗振性的主要措施有： (1)使機(jī)床的高速旋轉(zhuǎn)部件，特別是主

6、軸部件達(dá)到動(dòng)平衡，對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行齒隙處理，減小機(jī)床的激振力；(2)提高機(jī)床部件的靜態(tài)剛性和固有振動(dòng)頻率，避免共振；(3)在機(jī)床結(jié)構(gòu)粗大中填充阻尼材料，在粗大的表面填充阻尼材料、17、4、提高數(shù)控機(jī)床性能的措施，4、改善機(jī)床熱變形，引起機(jī)床熱變形的主要原因是機(jī)床內(nèi)部熱源發(fā)熱、摩擦及切削發(fā)熱。 降低機(jī)床熱變形的措施主要有： (1)采用伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)、變量泵等低功耗驅(qū)動(dòng)器，減少熱的產(chǎn)生；(2)簡化傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸，采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承，減少摩擦發(fā)熱。 (3)采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)修訂，使零件均勻接熱；(4)改善散熱條件，增加絕熱措施，強(qiáng)制冷卻發(fā)熱定零件(如電盤、絲杠、油箱等)，

7、吸收熱量，避免溫度上升。 (5)切削部分用高壓、大流量冷卻系統(tǒng)冷卻等。18、4、提高數(shù)控機(jī)床性能的措施，5、保證運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性，機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性，在很大程度上不僅取決于數(shù)控系統(tǒng)的分辨率、伺服系統(tǒng)精度的穩(wěn)定性，還取決于機(jī)械傳動(dòng)的精度。 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、間隙、摩擦死區(qū)、非線性環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)床的精度和穩(wěn)定性有很大影響。 減少運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量，采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承、滾珠絲杠副靜壓導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軌、塑料折動(dòng)導(dǎo)軌等高效致動(dòng)器，減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運(yùn)動(dòng)精度，避免低速蠕變。 縮短傳動(dòng)鏈、齒隙傳動(dòng)部件、臨時(shí)緊固軸承和滾珠絲杠，減輕機(jī)械系統(tǒng)齒隙和非線性影響，提高機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。19、課題二數(shù)控機(jī)床的主

8、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件、一數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求：數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，是機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)之一，其精度決定了部件的加工精度。 1 .具有較大的調(diào)速范圍，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速：數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求較大的調(diào)速范圍，保證加工時(shí)能夠選擇合理的切削量，得到最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 2 .具有高精度和剛性，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。 3 .具有良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。 20、22、主軸傳動(dòng)的配置方式數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)主要有以下三種配置方式：1.帶變速齒輪的主傳動(dòng)2 .帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)3 .通過調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)，a b c、21、1 .帶變速齒輪的主傳動(dòng)，由于幾對(duì)齒輪的減速，成為

9、階段性的無級(jí)變速的滑塊該配置方式廣泛應(yīng)用于大中型數(shù)控機(jī)床，部分小型數(shù)控機(jī)床采用該傳動(dòng)方式，獲得了強(qiáng)力切削所需的扭矩。 如圖a所示，22、2 .基于傳動(dòng)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)、23、傳動(dòng)帶的構(gòu)造形式(a)v型帶(b )同步帶主要用于轉(zhuǎn)速高、變速范圍不大的小型NC機(jī)床。 能夠避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)和噪音。適用于高速低扭矩特性的主軸，經(jīng)常使用v型肋帶和同步帶齒帶。 24、同步齒帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)，齒帶傳動(dòng)是綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新傳動(dòng)方式，帶型有梯形齒和圓弧齒。 3、調(diào)速電動(dòng)機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)，該傳動(dòng)方式大大簡化了主軸箱和主軸的結(jié)構(gòu)，提高了主軸部件的剛性。 但主軸輸出力矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的影響大。 如圖

10、c所示。 25、直接驅(qū)動(dòng)式、三、主軸的變速方法數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相同，主傳動(dòng)系統(tǒng)也必須根據(jù)變速使主軸得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足不同的加工要求。 另外，在變速的同時(shí)，還需要傳遞一定的功率和充分的扭矩，以滿足切削的需要。 主軸的齒輪變速常用的變速方法是1 .液壓叉如圖2-2所示2 .電磁離合器如圖2-3和圖2-4所示，26、1、液壓叉、27、滑動(dòng)齒輪、液壓叉通過滑動(dòng)齒輪進(jìn)行變速。 2、電磁離合器、28、電磁離合器由磁力吸引，通過增加單間摩擦力或嵌入齒中來傳遞扭力。 圖2-3為集電環(huán)摩擦板式無電磁離合器。 連接器2和套筒3的輸入輸出端，即通電后2和3聯(lián)動(dòng)，切斷電源時(shí)2、3分別獨(dú)立旋轉(zhuǎn)。29、主軸承常見的

11、支承形式(a )形式1 (b )形式2 (c )形式3、1 )前支承采用多列短圓柱滾子軸承和60角接觸多列角接觸球軸承的組合，后支承采用對(duì)置角接觸球軸承。 可提高主軸的綜合剛性，滿足強(qiáng)力切削的要求。 廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床的主軸。 4主軸承的主要配置形式；2 )前支承采用高精度雙列角接觸球軸承。 能夠承受徑向、雙向的軸向負(fù)荷，通過組合使用能夠滿足剛性要求，能夠容易地消除軸向和徑向的間隙。 該軸承允許主軸的最高轉(zhuǎn)速高達(dá)4000rmin，但負(fù)載能力小，適用于高速、輕負(fù)載、高精密的數(shù)控機(jī)床主軸。 在立式、臥式加工中心廣泛應(yīng)用，主軸承中常見的支承形式(a )形式1 (b )形式2 (c )形式3、31

12、，主軸承中常見的支承形式(a )形式1 (b )形式2 (c )形式3、3 )前后支承分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承徑向和軸向的剛性高，能承受重負(fù)荷(特別是強(qiáng)的動(dòng)負(fù)荷)，容易消除間隙和臨時(shí)緊固，安裝、調(diào)整性能好，但由于主軸轉(zhuǎn)速和精度受到限制，可用于中精度、低速、重負(fù)荷的數(shù)控機(jī)床的主軸。軸承性能比較，32、機(jī)床采用724號(hào)錐柄工具，錐柄末端安裝拉桿，拉桿用4個(gè)鋼球牽拉拉桿槽，將工具定位夾緊在主軸錐孔內(nèi)。33、5、主軸內(nèi)刀具的自動(dòng)夾緊和切屑去除裝置，機(jī)床執(zhí)行更換指令，機(jī)械手從主軸上拔出時(shí)，主軸必須松開刀具。 此時(shí)，液壓油通過液壓缸上室，活塞按下拉桿，壓縮碟形彈簧，鋼球進(jìn)入主軸錐孔上端的槽，桿尾部的

13、拉桿頭松開，機(jī)械手拔刀。 加工中心主軸前端有724號(hào)錐孔，內(nèi)部和后端安裝有工具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。34、1拉刀臺(tái)2釘3主軸4拉桿5碟形彈簧6活塞7液壓缸8、10行程開關(guān)9壓縮空氣管接頭11彈簧12鋼球13端面鍵，壓縮空氣進(jìn)入活塞和拉桿的孔，吹走主軸錐孔，準(zhǔn)備放入新刀具當(dāng)機(jī)械手將下一個(gè)刀具插入主軸時(shí)，液壓缸上室沒有液壓，在碟形彈簧和彈簧的復(fù)原力的作用下，拉桿、鋼球和活塞拉到圖示位置，刀具被夾緊。 刀具桿夾緊機(jī)構(gòu)用彈簧夾緊，松開油壓，在動(dòng)作中突然停電時(shí)，刀具桿不會(huì)自己松開。、35、1拉刀臺(tái)2釘3主軸4拉桿5碟形彈簧6活塞7液壓缸8、10行程開關(guān)9壓縮空氣管接頭11彈簧12鋼球13端面鍵、自動(dòng)更換臥式鏜銑

14、床主軸的夾緊機(jī)構(gòu)、36、1刀桿2主軸3鋼球4噴射頭5套筒6 也稱為8碟形彈簧7拉桿9方向凸輪10方向性開關(guān)擋塊11活塞、6、主軸的準(zhǔn)停止裝置、主軸的準(zhǔn)停止更換示意圖、主軸定位功能，這是自動(dòng)更換所需的功能。 在自動(dòng)切換的鏜孔中心中，切削扭矩通常通過桿的端面鍵進(jìn)行傳遞，因此主軸需要在圓周上的特定角度準(zhǔn)確定位。 37、主軸基準(zhǔn)停止步進(jìn)孔或精密鏜削圖像在加工步進(jìn)孔或精密鏜削后退刀時(shí)，必須先取出刀具，然后后退，以免刀具與小步進(jìn)孔碰撞或拉動(dòng)加工后的孔的表面，因此刀具位于位置六、主軸準(zhǔn)停止裝置，38，1 )機(jī)械準(zhǔn)停止控制采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)或光電盤方式進(jìn)行粗定位，然后將一個(gè)液動(dòng)或氣壓定位銷插入主軸銷孔或銷槽實(shí)現(xiàn)

15、準(zhǔn)確定位，更換完畢后定位銷退出，主軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于早期的數(shù)控機(jī)床。 典型的v形滑輪定位機(jī)械的準(zhǔn)停止原理示意圖，6，主軸的準(zhǔn)停止裝置，39，1 )執(zhí)行準(zhǔn)停止指令時(shí)，首先發(fā)出降速信號(hào)，主軸箱自動(dòng)改變傳動(dòng)路徑，主軸以設(shè)定的低速運(yùn)轉(zhuǎn)。 2 )延遲數(shù)秒后，接通無觸點(diǎn)開關(guān)，當(dāng)定位盤上的感應(yīng)片(接近體)對(duì)準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)，發(fā)出準(zhǔn)停止信號(hào)，立即使主軸電動(dòng)機(jī)停止，切斷主軸傳動(dòng)鏈，此時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)和主傳動(dòng)部件因慣性持續(xù)空轉(zhuǎn)，3 )經(jīng)過較短的時(shí)滯，按壓使液壓缸動(dòng)作，活塞使定位輥動(dòng)作，按壓在定位盤的外面，主軸使定位盤動(dòng)作，使v槽定位輥慢慢旋轉(zhuǎn)時(shí)，輥進(jìn)入槽內(nèi)，在使主軸正確停止的同時(shí)，限位開關(guān)LS2信號(hào)有效，主

16、軸4 )這里，LS1是準(zhǔn)停止釋放信號(hào)。 采用這種準(zhǔn)停止方式時(shí)，在LS2信號(hào)有效時(shí)需要進(jìn)行更換動(dòng)作的一定邏輯互鎖的LS1信號(hào)有效之前，無法啟動(dòng)主軸電機(jī)正常運(yùn)行。 準(zhǔn)停止控制通常由數(shù)控系統(tǒng)中搭載的可編程控制器進(jìn)行。 2 )永久磁鐵和磁傳感器在主軸上的位置，在磁傳感器的主軸上安裝永久磁鐵，使其與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在離永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)外軌跡12mm的地方固定磁傳感器，經(jīng)由放大器與主軸控制單元連接，在需要主軸的方向時(shí)，停止在調(diào)整后的位置。6、主軸的準(zhǔn)停止裝置、43、編碼器主軸準(zhǔn)停止控制原理圖、編碼器主軸準(zhǔn)停止控制可通過在主軸電機(jī)內(nèi)置的位置編碼器或機(jī)床主軸箱上安裝與主軸1:1同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停止控制

17、，準(zhǔn)停止角度可任意設(shè)定。 六、主軸的準(zhǔn)停止裝置、44、7、主軸單元的潤滑和密封、1 .主軸軸承的潤滑方式1 )潤滑脂潤滑：最常用的，特別是前支承上更常用的切削液和潤滑液，必須采取有效的密封措施，防止進(jìn)入軸承。 2 )油液循環(huán)潤滑：后支撐常用3 )油霧潤滑：油被高壓氣體霧化后，從噴嘴噴到需要潤滑的地方的潤滑方式，經(jīng)常用于高速主軸承，容易噴出油霧，污染環(huán)境。 4 )油氣潤滑：面向高速主軸開發(fā)的新型潤滑方式，45、7，主軸機(jī)組的潤滑和密封，2 .主軸的密封：接觸式和非接觸式兩種。 前者主要有油氈環(huán)和耐油橡膠密封兩種。 46、接觸式密封(a )油氈密封(b )耐油橡膠密封、2 .非接觸式密封(a )軸承蓋與軸的間隙密封(b )在螺母的外周開設(shè)鋸齒槽(c )迷宮式密封結(jié)構(gòu)。 47、非接觸式密封(a )型號(hào)1 (b )型號(hào)2 (c )型號(hào)3、8、故障排除、1、故障現(xiàn)象：引起加工中心主軸定位不良、更換過程中斷。分析和處理過程： (1)開始時(shí)，出現(xiàn)次數(shù)少，重啟后也能工作，但反復(fù)發(fā)生故障。 (2)故障發(fā)生后，