第二章 数控机床结构

1、返回主页返回主页退出退出第二章第二章数控机床结构数控机床结构第一节第一节 数控设备的产生和发展数控设备的产生和发展第二节第二节 主运动机械部件主运动机械部件第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统第四节第四节 数控机床的换刀装置数控机床的换刀装置返回目录返回目录退出退出第一节第一节 数控设备的产生和发展数控设备的产生和发展一、较高的机床静、动刚度一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或手动输入数数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架械结构（如机床床身、导轨、工

2、作台、刀架和主轴等）的几何精度与变形产生的定位误和主轴等）的几何精度与变形产生的定位误差在。加工过程中不能人为地调整与补偿，差在。加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。保证所要求的加工精度与表面质量。上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出二、减少机床的热变形二、减少机床的热变形 1 1、减少发热、减少发热 2 2、控制温升、控制温升 3 3、改善机床机构、改善机床机构上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出三、减少运动间的摩擦和

3、消除传动间隙三、减少运动间的摩擦和消除传动间隙 数控机床工作台（或拖板）数控机床工作台（或拖板）的位移量十一脉中当量为最小单的位移量十一脉中当量为最小单位的，通常又要求能以基地的速位的，通常又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出准确响应，就必装置的指令作出准确响应，就必须采取相应的措施。目前常用的须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝珠丝杠代替滑动丝 杠也可以收到同样的效果。目前，

4、数控杠也可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出四、提高机床的寿命和精度保持性四、提高机床的寿命和精度保持性 为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。应保证数控机床各部件润滑良好。 上一页上一页下

5、一页下一页返回目录返回目录退出退出五、减少辅助时间和改善操作性能五、减少辅助时间和改善操作性能 在数控机床的单件加工中，辅助在数控机床的单件加工中，辅助时间（非切屑时间）占有较大的比重。时间（非切屑时间）占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩采取促使最大限度地压缩 辅助时间。辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。对于切屑装置等，以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构必须用量加大的数控机床，床身机

6、构必须有利于排屑。有利于排屑。 上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出 第二节第二节 主运动机械部件主运动机械部件 1、带有变速齿轮的主传动3、由调速电机直接驱动的主传动2、通过皮带传动的主传动这是大、中型数控机床采用较多的一种方式。这种主传动方式大大简化了主轴箱体结构，提高了主轴部件的刚度。这主要应用在小型数控机床上。一、主传动运动的变速系统一、主传动运动的变速系统上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出 1 1、前后支撑采用不同轴承、前后支撑采用不同轴承 此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切屑的要求，因此普遍应

7、用于各类数控机床。强力切屑的要求，因此普遍应用于各类数控机床。2 2、前轴承采用高精度双列向心推力球轴承、前轴承采用高精度双列向心推力球轴承 向心推力球轴承高速时性能良好。但是，它的承载向心推力球轴承高速时性能良好。但是，它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和紧密的数控车床。能力小，因而适用于高速、轻载和紧密的数控车床。3 3、双列和单列圆锥滚子轴承、双列和单列圆锥滚子轴承 这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。但是，这种轴能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。但是，这种轴承限制了主轴的最高转承限制了主

8、轴的最高转 速和精度，因此使用中等精度、低速和精度，因此使用中等精度、低速与重载的数控机床。速与重载的数控机床。二、数控机床主轴部件二、数控机床主轴部件 上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出一、进给传动系统作用一、进给传动系统作用 数控机床的进给传动系统负责接受数控系统发数控机床的进给传动系统负责接受数控系统发出的脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执出的脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。行件实现预期的运动。 二、对进给传动系统的要求二、对进给传动系统的要求 为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有高的传动

9、精度、高的灵敏度（响应速度动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。 第三节 数控机床的进给传动系统上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出 1 1、步进伺服电机伺服进给系统、步进伺服电机伺服进给系统 一般用于经济型数控机床。 2 2、直流伺服电机伺服进给系统、直流伺服电机伺服进给系统功率稳定，但因采用电刷，其磨损导致在使用中需进行 更换。一般用于中档数控机床。 3 3、交流伺服电机伺服进给系统、交流伺服电机伺服进给系统 应用极

10、为普遍，主要用于中高档数控机床。 4 4、直线电机伺服进给系统、直线电机伺服进给系统 无中间传动链，精度高，进给快，无长度限制；但散热 差，防护要求特别高，主要用于高速机床。 三、进给传动系统种类三、进给传动系统种类 上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出、联轴器、联轴器 联轴器是用来连接寄给机构的两根轴使之一起回转移传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。 套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动）。 绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。 凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、

11、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。四、进给传动机械部件四、进给传动机械部件上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出、减速机构、减速机构 (1)(1)、齿轮传动装置、齿轮传动装置 齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。 为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。 (2)(2)、同步齿形带、同步齿形带 同步齿形带传动是一种新型的带传动。他利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动

12、力，因而兼有带传动、齿轮传动及链 传动的优点，且无相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻、故可用于高速传动。上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出3 3、滚珠丝杠螺母副、滚珠丝杠螺母副 为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，必须要降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。 滚珠丝杠副的传动效率高达85%-98%，是普通滑动丝杠副的2-倍。滚珠丝杠副的摩擦角小于1，因此不自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动（如主轴箱或升降台的升降），则必须有制动装置。滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什

13、么差别。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。滚珠丝杠由专门工厂制造。 上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出一、自动换刀装置的作用一、自动换刀装置的作用 自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。 二、对自动换刀装置的要求二、对自动换刀装置的要求数控机床对自动换刀装置的要求是：换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠。 第四节 数控机床的换刀装置上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出三、换刀形式三、换刀形式 1 1、回转刀架换刀、回转刀架换刀 其结构类似普通车床上回转刀架，根

14、据加工对象不同可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。 2 2、更换主轴头换刀、更换主轴头换刀 各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。 3 3、使用刀库换刀、使用刀库换刀 将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上取刀交换。上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出 自动换刀装置中，实现 刀库与主轴间传递和装卸刀 具的装置为刀具交换装置。 刀具交换方式常有两种：采 用机械手交换刀

15、具和由刀库 与机床主轴的相对运动交换 刀具（刀库移至主轴处换刀 或主轴运动到刀库换刀位置 换刀），其中以机械手换刀 最为常见。上一页上一页下一页下一页四、刀具交换装置四、刀具交换装置返回目录返回目录退出退出五、刀库五、刀库 刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具体结构对数控机床的总体设计有很大影响。 、刀库容量、刀库容量 指刀库存放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容量小，不能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地面积大，选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造成很大浪费。上一页上一页下一页下一页返回目录返回目录退出退出、刀库类型、刀库类型 一般有盘式、链式及鼓轮式刀库几种： (1) 盘式刀库 刀具呈环行排列，空间利用率低，容量不大但结构简单。 (2) 链式刀库 结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形 式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀，应用较为广泛。 (3) 鼓轮式或格子式刀库 占地小