数控机床的机械结构2

1、第三节 数控机床的主传动与主轴部件一、对主传动的基本要求和变速方式 数控机床的主传动消耗功率最大，是对机床的切削能力影响最大的部件之一。 1基本要求 1）调速范围要广； 2）负载变动时主轴的转速波动小； 3）能满足高速、大功率加工要求； 4）过载能力强； 5） 对于加工中心，能控制主轴准停； 6）车削中心能实现C轴控制（主轴任意转角及定位控制）。1第三节 数控机床的主传动与主轴部件一、对主传动的基本要求和变速方式 2主要传动与变速方式 1）定比带传动+电动机无级调速 主要用于中小型数控机床，结构简单，主轴的变速范围有限，与电动机的变速范围相等。 全功能或适用型数控机床的无级变速多采用交流伺服调

2、速，具有较好的变速性能；经济型数控机床的无级变速主要采用普通变频调速，成本较低，但变速范围较小，且机械特性不够理想。2第三节 数控机床的主传动与主轴部件2主要传动与变速方式 2）有级变速+电动机无级调速 主要用于大型或高性能的数控机床。通过有级的机械变速，扩大电动机的变速范围，在低速时有足够的输出力矩。主轴的变速范围： 电动机的变速范围机械有级变速范围。 有级变速方式： 塔式带轮：结构简单，用人工调整。在加工时，主轴的变速范围与电动机变速范围相等，主要用于批量生产。 滑移齿轮。操纵方式： 液压缸推动；电磁离合器接合。 数控系统根据编程指令，自动判断控制。3第三节 数控机床的主传动与主轴部件4第

3、三节 数控机床的主传动与主轴部件5第三节 数控机床的主传动与主轴部件6第三节 数控机床的主传动与主轴部件一、对主传动的基本要求和变速方式 2主要传动与变速方式 1）定比带传动+电动机无级调速 2）有级变速+电动机无级调速 3）电主轴 调速电动机与主轴成一体。主要应用于高速加工机床。7第三节 数控机床的主传动与主轴部件（1）电主轴的特点无机械传动，结构简单；转速高，调速范围受电机的调速范围限制；形成功能化部件。（2）电主轴结构形式电机置于前后轴承之间；电机置于后轴承之后。8第三节 数控机床的主传动与主轴部件二、主传动的机械特性 指主轴转速与输出功率、扭矩间的关系。1对于主轴： 在低速时主要是粗加

4、工，或加工大直径工件、用大直径刀具加工，要求大的输出扭矩。因此，主轴的使用主要受可承载的最大扭矩限制，认为是恒扭矩的。 在高速时，要么精加工，要么高速强力切削，主轴的使用主要受可传递的最大功率限制，认为是恒功率的。 9第三节 数控机床的主传动与主轴部件二、主传动的机械特性 1对于主轴： 计算转速nj 机床设计时，在主轴的变速范围Rn内，用来作为设计主传动系统的一个转速值。不同的机床nj不同，取主轴转速在恒功率段的最低转速。 当主轴转速nnj时，为恒扭矩传动； 当主轴转速nnj时，为恒功率传动。 10第三节 数控机床的主传动与主轴部件2对于主轴电动机： 在额定功率时，大于额定转速，采取恒功率调速

5、控制； 小于额定转速，采取恒扭矩调速控制。 因此，电机的额定转速对应主轴的计算转速。3机械特性曲线的应用： 1）在机械特性曲线范围内工作 当使用额定功率时，随着转速的提高，其输出扭矩将成线性减小； 在额定扭矩段，使用全扭矩时，随着转速的提高，其功率成线性增大。11第三节 数控机床的主传动与主轴部件3机械特性曲线的应用： 2）发挥机床的最大效能 全功能数控机床的主轴电机有较强的过载能力，大约是额定功率的1.21.5倍。 其中提供了允许30分钟的过载曲线，有的还提供了允许10分钟的过载曲线，在允许的时间内可以使用这些曲线，以获得机床的最大效能。 具有齿轮变速的机械特性曲线如右图 12第三节 数控机

6、床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （一）主轴的支承1主轴轴承1）角接触球轴承 用于高速主轴，即能承受径向力，也能承受轴向力。为了提高承载能力，常多个并列使用；2）双列圆柱滚子轴承 承载能力和刚度最大，适用于中高速；3）双列推力角接触球轴承 接触角为60，只用于承受双向轴向载荷。因钢球直径小数量多，具有较大的轴向刚度，能适应较高转速。与双列圆柱滚子轴承配套使用；4）双列圆锥滚子轴承 两列滚子数差1个，因频率不同，改善动态特性； 滚子为空心，能有效地润滑与冷却，并有吸振和缓冲作用。13第三节 数控机床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （一）主轴的支承2轴承的配置1）典型的配置 双列圆柱滚子轴承+60

7、接触角球轴承。 承受轴向载荷的轴承在前端，称为轴向定位在前端。适应中速、较大载荷； 双列圆柱滚子轴承+角接触球轴承 前端是角接触球轴承，轴向定位在前端； 前端采用双列滚子轴承，轴向定位在后端。 这两种配置适应于较高转速。 并列角接触球轴承 前后均用角接触球轴承，为了提高刚度和承载能力，前支承采取多个轴承并列的方式，多为“背靠背”布置。适应于高速。14第三节 数控机床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （一）主轴的支承2轴承的配置2）支承的轴向定位 前端定位 主轴热变形向后伸长，对加工精度影响小，但前端支承结构会趋向复杂，温升高。数控机床多用此结构。 后端定位 主轴热变形向前伸长，对加工精度影响大。

8、有两顶尖加工细长轴时，容易引起工件的弯曲变形。 两端定位 多采用圆锥滚子轴承，热变形时轴承间隙增大。15第三节 数控机床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （一）主轴的支承2轴承的配置3）轴承间隙的调整 前支承 因“背靠背”结构，修磨挡圈12，用专用工具将热调整套前推，使轴承内圈相对靠紧，同时消除径向和轴向间隙。 后支承 拆下挡圈7磨薄，装上挡圈及轴承后，通过热套工艺，将带轮联接盘往前推入，使轴承内圈前移而涨大，消除径向间隙。 16第三节 数控机床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （一）主轴的支承2轴承的配置3） 轴承间隙的调整 归纳： 对于角接触球轴承、圆锥滚子轴承，主要改变内外圈的相对轴向位置；

9、双列圆柱滚子轴承，使内圈相对轴向前移产生径向涨大。 调整内圈轴向位置，常用螺母，但螺纹的位置精度影响调整精度。热调整套可保证位置精度。 17第三节 数控机床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （二）主轴结构1数控车床 数控车床主轴前端结构1）内孔：莫氏锥度（约3）。特点：自锁锥。2）外部：短锥法兰结构（悬伸长度短、定位安装迅速可靠，但工艺性差） C型结构：后面螺母锁紧； D型结构：悬伸长度更短，偏心锁紧。18第三节 数控机床的主传动与主轴部件三、主轴部件 （二）主轴结构2加工中心（或数控铣床）1） 加工中心主轴前端结构端面键：传递转矩 内孔：7：24锥度。非自锁锥，要用拉杆锁紧。2）锁紧与松刀结构

10、：主轴后部的拉杆及蝶形弹簧；前部的钢球与限制内孔。 19第三节 数控机床的主传动与主轴部件20第四节 数控机床的进给传动系统 一、对进给传动部件的基本要求 进给传动是进给伺服系统的组成部分，其性能对伺服系统有很大的影响，尤其是在半闭环或开环伺服系统中。 1传动精度高 定位精度：指机床各坐标轴在数控系统的控制下运动所能达到的位置精度。我国普及型数控机床的定位精度过去用0.03mm/300mm，每300mm为单位。不同的国家定位精度的定义有所不同，其测量方法不同。例如，日本等一些国家的定位精度是在全长范围内,我国现也采用全长计量。定位精度反映了加工零件的尺寸及几何形状的准确程度。 重复定位精度：指

11、各坐标轴在系统的控制下，多次到达同一位置的离散程度。重复定位精度高，加工零件的尺寸一致性好。我国规定普通精度的数控机床，其重复定位精度为0.01mm。21第四节 数控机床的进给传动系统 一、对进给传动部件的基本要求 2高的传动刚度 传动刚度低，影响了系统的定位精度、运动的稳定性和响应的灵敏度。 3能减小或消除传动间隙 减小或消除传动间隙，保证传动精度、并达到长期的精度保持性。在减小或消除传动间隙同时，增加摩擦阻力要小。 4摩擦阻力小 要求传动件的摩擦因数要小，其动、静摩擦因数要相近。在减小摩擦因数，又要注意提高系统的稳定性。 5减小传动部件的惯量 提高进给的快速响应性能。 6使用维护方便22第

12、四节 数控机床的进给传动系统 二、进给传动的基本形式 2电机-齿轮（带）-丝杠； 通过齿轮传动。用于步进电机驱动（匹配、增大输出扭矩），大型或重型机床（增大输出扭矩、扩大变速范围）。 通过同步齿形带传动。主要应用于减小横向尺寸或电动机不能与丝杠同轴线的场合。 为了减少摩擦阻力，在数控机床上常用的丝杠螺母副： 滚珠丝杠螺母副（主要应用形式）； 静压丝杠螺母副（大型或重型机床）；1电机-丝杠 电动机与丝杠由联轴器直接传动 结构简单、可无间隙传动。广泛应用于输出扭矩在1540Nm的中、小型数控机床。 23第四节 数控机床的进给传动系统 二、进给传动的基本形式 3电机-齿轮齿条 齿轮齿条副或齿轮齿条副

13、； 蜗杆蜗条副或静压蜗杆蜗条副。 主要用在长行程的大型或重型机床。4直线电机直接驱动24第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 2）滚珠循环形式 内循环：径向尺寸小，反向器复杂； 外循环：结构简单，径向尺寸大。 1滚珠丝杠螺母副1）组成 丝杠、螺母、滚珠。档珠器、回珠管道25第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 4）滚珠丝杠螺母副间隙的调整 设置滚珠丝杠螺母副间隙调整结构的目的： 提高传动精度，减少反向死区对加工精度的影响； 及时调整因使用磨损造成间隙增大，提高机床的精度保持性； 通过消除间隙或预紧，提高传动刚度。 1滚珠丝杠螺母副3）滚道截面形状 单圆弧：形状简单，接触

14、角受轴向载荷影响大； 双圆弧：传动刚度好，空隙可储油及容纳脏物。26第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 （1）垫片式：结构简单，刚性好，必须卸下修磨调整。1滚珠丝杠螺母副 4）滚珠丝杠螺母副间隙的调整 调隙螺母由两个组成，通过其相对轴向移位，消除传动间隙。 （2）螺纹式：调整方便，对调整工人的要求高。 27第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 （3）齿差式： 每个螺母的一端分别加工出直齿圆柱齿轮，两个齿轮的齿数相差一个齿（Z1-Z2=1）。内齿轮用于使两个螺母不能相对转动。调整时，当两个螺母同向转过一齿时，其两个螺母的轴向相对位移量：1滚珠丝杠螺母副4）滚珠丝杠螺母副

15、间隙的调整 式中：L滚珠丝杠的导程。L=kP。28第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 1滚珠丝杠螺母副5）滚珠丝杠传动的应用特点传动效率高；摩擦因数f小，f静与f动相近；可以预紧和消除间隙，有利于提高传动精度和刚度；使用寿命长；结构复杂，成本高；不能自锁。29第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 2丝杠的支承1） 基本要求（1）高的支承刚度（主要是轴向）；（2）小的轴向窜动（轴向回转精度）；（3）适应较高的转速； （4）可调间隙和预紧。30第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 2丝杠的支承1） 基本要求2） 支承形式（1）一端固定、一端自由（GZ）： 结构

16、简单，适用于短丝杠；（2）一端固定，一端游动（GY）： 另一端只做径向支承，减少弯曲变形，适用于较长丝杠；（3）两端支承（JJ）： 两端装推力轴承，但热变形时轴向间隙增大；（4）两端固定（GG）： 适用于预应力丝杠，主要用在精密和高刚度传动上。31第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 2丝杠的支承1） 基本要求2） 支承形式3）支承的轴承与典型支承结构（1）支承的轴承 推力角接触球轴承。60大接触角，可预紧,适应转速高。 推力滚针（或滚子）轴承（2）典型支承结构32第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 3电动机的传动联接 1）联轴器（1）基本要求 易于安装对中，转动灵活

17、、稳定可靠。（2）常用结构刚性：套筒式补调式：十字滑块挠性：挠性联轴器33第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 3电动机与丝杠的传动联接 1）联轴器（1）基本要求 易于安装对中，转动灵活、稳定可靠。（2）常用结构刚性：套筒式补调式：十字滑块挠性：挠性联轴器涨套式联接方式34第四节 数控机床的进给传动系统 三、主要传动结构 3电动机与丝杠的传动联接 2）齿轮消除间隙结构 解决电动机与丝杠匹配、提高输出力矩，但需要消除传动间隙。（1）偏心套调整 （2）垫片调整 以上均为刚性调整，结构简单，不能完全消除间隙。 （3）双片齿轮弹簧调整 为弹性结构，间隙自动补偿。35第五节 数控机床的导轨

18、一、对导轨的基本要求1导向精度高2精度保持性好 3足够的刚度 4良好的摩擦特性36第五节 数控机床的导轨 二、数控机床上常用的导轨类型及特点（一）塑料导轨 目前在数控机床上应用的塑料导轨主要指以聚四氟乙烯为基础，添加青铜粉、石墨粉等材料复合而成的复合材料。1应用特点 摩擦因数小（0.05-0.08），且动静摩擦因数相近； 具有良好的减磨、抗磨、吸振效果； 保护配合的硬导轨面，具有自润滑作用； 易加工； 对切屑等硬物敏感。37第五节 数控机床的导轨 二、数控机床上常用的导轨类型及特点（一）塑料导轨 2主要类型（1）塑料导轨软带 以聚四氟乙烯为基体，制成厚度0.1-2.5mm，通过专用的粘结剂，贴

19、在动导轨上，然后与固定导轨配对刮研。（2）塑料导轨板 在钢板或铜板上用烧结的方法，形成聚四氟乙烯、青铜粉、石墨粉等材料。用机械的办法将塑料导轨板固定在动导轨上。 一般应用在执行件运动速度在30m/min以下。 要充分做好塑料导轨的防护。38第五节 数控机床的导轨 二、数控机床上常用的导轨类型及特点（一）塑料导轨 39第五节 数控机床的导轨 二、数控机床上常用的导轨类型及特点（二）滚动导轨 1应用特点摩擦因数很小，动静摩擦因数相近；使用寿命长，响应快；安装方便、维护方便；抗振性、承载能力不如滑动导轨；成本高。 多应用于运动速度在30m/min以上，或高性能的数控机床。40第五节 数控机床的导轨

20、二、数控机床上常用的导轨类型及特点（二）滚动导轨 2主要类型 按滚动体的类型分为滚柱、滚针和滚珠三种，按结构分为： （1）滚动导轨板 滚动导轨板安放在两导轨之间，工作行程不能大，单个导轨不能承受颠覆力矩。 （2）直线滚动导轨 组成： 由滑块、导轨、钢球、挡板和密封端盖等组成。通过挡板及回珠滚道，钢球形成4个循环。 能同时承受垂直的两向载荷及颠覆力矩。41第五节 数控机床的导轨 二、数控机床上常用的导轨类型及特点（二）滚动导轨 安装固定的方法 需采用两条导轨，每导轨上两个滑块。通过压板、楔块或螺钉固定。（三）静压导轨42第六节 数控机床的自动换刀装置 一、基本要求1刀具转位定位精度高；2换刀时间

21、短；3更换平稳、冲击小；4使用可靠，噪声小。43第六节 数控机床的自动换刀装置 二、车床用回转刀架结构与工作原理：鼠牙盘2、3完成精确定位；刀盘依靠螺纹轴向移动，脱开或啮合鼠牙盘；刀架的转位及轴向移动均由电动机驱动。44第六节 数控机床的自动换刀装置 三、 加工中心刀库的类型与布局1圆盘式刀库 又称鼓轮式刀库。 主要应用在中小型加工中心，一般在30把刀以下。（1）顶置式（2）垂挂式（又称日内瓦式） （3）侧置式（4）倾斜式。 顶置式、垂挂式、倾斜式多为不用机械手结构45第六节 数控机床的自动换刀装置 三、 加工中心刀库的类型与布局1圆盘式刀库2链式刀库 多用于30把刀以上46第六节 数控机床的

22、自动换刀装置 三、 加工中心刀库的类型与布局1圆盘式刀库2链式刀库3架式刀库47第六节 数控机床的自动换刀装置 四、无机械手换刀 垂挂式刀库换刀机构工作原理： 结构简单，成本低； 刀库容量小、不能实现预选刀具。 1主轴定向准停； 2刀库向右运动，刀盘卡口卡入主轴刀柄的V形槽中； 3主轴箱上升，主轴与刀柄脱开； 4刀库旋转，将另一要装入主轴的刀具转致主轴下； 5主轴下降，将刀柄套入主轴孔内； 6刀库退回原位。48第六节 数控机床的自动换刀装置 1换刀动作如下1）刀具预选；2）主轴定向准停，刀座下转90；3）机械手转70分别夹持主轴上和刀座的刀具；4）机械手向下同时将刀具从主轴、刀座上卸下；5）机

23、械手带动刀具继续转动180，完成换刀；6）机械手上升装刀；7）机械手反转70复位。五、凸轮式机械手换刀7049第六节 数控机床的自动换刀装置 五、凸轮式机械手换刀2凸轮式机械手换刀工作原理50第六节 数控机床的自动换刀装置 1机械手手爪结构 机械手的手爪结构有多种形式。单爪式结构应用较多。 由手爪、活动销、弹簧等组成。51第七节数控回转工作台一、 回转工作台的基本要求和形式 回转工作台能够扩大数控机床的工艺范围。 1要求能够准确分度定位；能小角度分度；时定位精度不能改变；能完成圆周进给运动。 52第七节数控回转工作台一、 回转工作台的基本要求和形式 2基本形式 1）分度工作台 只完成分度运动。 精确定位多采用鼠牙盘（又称端齿盘）结构。 2）数控回转工作台 能任意角度分度，并能完成圆周进给运动。 按回转轴线在空间的位置，分为： 立式：适应卧式数控机床； 卧式：主要用在立式数控机床。 53第七节 数控回转工作台 1结构组成 鼠牙盘、升降液压缸、齿轮离合器、齿条液压缸。 2工作原理 1）工作台抬起； 2）分度转位； 3）工作台落下、夹紧； 4）分度液压缸复位。二、分度工作台54第七节 数控回转工作台结构原理如下：伺服电动机齿轮副蜗杆蜗轮工作台；夹紧液压缸钢球夹紧瓦。说明：齿轮偏心套调隙；双导程变齿厚蜗杆；光电位置检测。 三、数控卧式回转工作台55复习思考题1数控机床对其