数控技术数控机床的机械结构2

数控机床的机械结构Chapter2Mechanical

Structureof

NCMachineTool13254数控机床的机械结构组成部分主运动系统对机械结构的一般要求进给传动系统其它辅助功能部件6本章小结1数控机床机械结构组成

Components床身部件（基础件、支承部件）底座、立柱、横梁、工作台主轴（spindle）部件进给（feeding）传动部件辅助功能部件

气动、润滑、冷却、排屑、防护等特殊功能装置刀架或自动换刀装置（ATC）自动托盘交换装置（APC、AWC）刀具破损监控、精度检测等1数控机床机械结构组成

Components1数控机床机械结构组成

Components1数控机床机械结构组成

Components1数控机床机械结构组成

Components2对机械结构的一般要求

GeneralRequirements安全防护和人性化的造型

合理选择支承件的结构形式合理选用构件的材料合理的结构布局采用补偿变形的措施足够的结构刚度尽量少的热变形减少机内发热改善散热和隔热条件合理设计机床的结构与布局进行热变形补偿3主运动系统

CuttingMotionSystem主运动系统

指驱动主轴运动的系统。主轴

带动刀具和工件旋转，产生切削运动且消耗功率最大的运动轴。☆传递切削加工所需要的动力和的主运动☆控制主运动的速度大小、方向、启停等运动状态Spindle3主运动系统

CuttingMotionSystemA组成动力源电机传动系统定比传动机构、变速装置运动控制装置离合器、制动器等执行件主轴B对主主运运动动系系统统的的要要求求动力功功率高高高速强强力切切削可可达250kw调速范范围宽宽调速范范围100～10000无无级级调速速；恒恒功率率恒扭扭矩的调速速范围围；速度度稳定定性。。控制功功能的的多样样化C轴控制制功能能；同同步控控制功功能；；主轴轴准停停功能能；恒恒线速速切削削功能能性能能要要求求高高电机机过过载载能能力力；；电电机机转转速速波波动动要要小小；；速速度度响响应应要要快快，，升升降降速速时时间间要要短短；；电电机机温温升升低低，，振振动动和和噪噪音音小小；；可可靠靠性性高高，，寿寿命命长长，，维维护护容容易易；；体体积积小小，，重重量量轻轻，，与与机机床床联联接接容容易易。。3主运运动动系系统统CuttingMotionSystem3主运运动动系系统统CuttingMotionSystemC配置置形形式式普通通电电机机——机机械械变变速速——主主轴轴部部件件变频频器器——交交流流电电机机——机机械械变变速速——主主轴轴部部件件交、、直直流流主主轴轴电电机机—同步步齿齿形形带带—主轴轴部部件件电主主轴轴（一一体体化化主主轴轴、、内内装装式式主主轴轴电电机机））D主轴轴部部件件端部部结结构构刀具具的的装装夹夹支承承部部件件轴承承组组；；滚动动轴轴承承；；滑滑动动轴轴承承；；静静压压轴轴承承；；磁磁力力轴轴承承；；etc准停停装装置置3主运运动动系系统统CuttingMotionSystem4进给给系系统统FeedingSystemA组成成进给给系系统统协助助完完成成加加工工表表面面的的成成形形运运动动，，传传递递所所需需运运动动及及动动力力。。传动动机机构构+运动动变变换换机机构构+导向向机机构构+执行行件件（（工工作作台台））传动动机机构构：：齿轮轮传传动动、、同同步步带带传传动动运动动变变换换：：丝杠杠螺螺母母副副、、蜗蜗杆杆齿齿条条副副、、齿齿轮轮齿齿条条副副等等导向向机机构构：：导轨轨（（滑滑动动导导轨轨、、滚滚动动导导轨轨、、静静压压导导轨轨））工作台导轨副4进给给系系统统FeedingSystemB对进进给给系系统统的的要要求求摩擦擦力力小小采用用摩摩擦擦力力及及动动静静摩摩擦擦力力差差值值较较小小的的传传动动件件及及导导轨轨。。传动动精精度度和和刚刚度度高高消除除传传动动间间隙隙，，增增加加传传动动系系统统刚刚度度。。运动动惯惯量量小小减小小运运动动部部件件质质量量，，响响应应快快速速。。4进给给系系统统FeedingSystemC齿轮轮传传动动系系统统功用用特特点点：：扭矩矩匹匹配配；；惯量量匹匹配配；；脉冲冲当当量量匹匹配配；；降速速重点点注注意意传传动动间间隙隙的的消消除除：：消除除反反向向间间隙隙，，提提高高传传动动精精度度使啮啮合合状状态态轮轮齿齿的的两两侧侧均均处处于于接接触触状状态态偏心心轴轴调调整整、、轴轴向向垫垫片片调调整整（（刚刚性性））轴向向压压簧簧调调整整、、周周向向压压簧簧调调整整（（柔柔性性））4进给给系系统统FeedingSystemD丝杆杆螺螺母母副副滑动动丝丝杠杠螺螺母母副副（旧旧机机床床数数控控化化改改造造、、经经济济型型））滚珠珠丝丝杠杠螺螺母母副副（广广泛泛采采用用、、普普及及型型、、高高档档型型））静压压丝丝杠杠螺螺母母副副（用用于于高高精精度度数数控控机机床床））功用用：：将旋旋转转运运动动变变换换成成直直线线运运动动4进给给系系统统FeedingSystemD滚珠珠丝丝杆杆工作作原原理理：：丝杆杆旋旋转转，，滚滚珠珠在在封封闭闭滚滚道道内内沿沿滚滚道道滚滚动动、、迫迫使使螺螺母母轴轴向向移移动动。。ballscrew4进给系统FeedingSystemD滚珠丝杆滚珠循环方方式1：外循环在循环过程程中回珠时时与丝杠脱脱离接触的的结构；采采用弧形铜铜管形成滚滚珠返回通通道，由弯弯管的端部部引导滚珠珠。4进给系统FeedingSystem滚珠循环方方式2:内循环滚珠在循环环过程中始始终与丝杠杠保持接触触的结构。。采用圆柱柱凸键反向向器实现滚滚珠循环，，反向器嵌嵌入螺母内内部。D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem内循环与外外循环的比比较□外循环方式式制造工艺艺简单、应应用广泛，，但螺母径径向尺寸较较大，因用用弯管端部部作挡珠器器，易磨损损，噪音较较大。□内循环螺母母结构紧凑凑，定位可可靠，刚性性好，不易易磨损，反反回滚道短短，不易发发生滚珠堵堵塞，摩擦擦损失小。。缺点是结结构复杂、、制造较困困难。D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem滚珠丝杠螺螺母副的选选用☆机床精度→选用滚珠丝丝杠精度☆机床载荷→选定丝杠尺尺寸参数☆校核验算：扭转刚度、压曲刚度临界转速、工作寿命D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem校核计算的的模型D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem常见的支承承形式一端装止推推轴承另一端自由由D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem常见的支承承形式一端装止推推轴承另一端装向向心球轴承承D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem常见的支承承形式两端装双止止推轴承D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem常见的支承承形式两端装单止止推轴承D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystem预紧以及间隙调整垫片法螺纹法齿差法D滚珠丝杆4进给系统FeedingSystemE回转工作台台能实现周向向进给和分分度运动的的工作台☆分度工作台台实现工作台台的定角度度回转运动动，即分度度、转位和和定位工作作。☆数控回转工工作台除了分度和和转位的功功能之外，，还能实现现数控圆周周进给运动动。rotarytable4进给系统FeedingSystemE回转工作台台工作过程：：定位夹紧机机构松开→→工作台抬抬起→工作作台进行分分度回转运运动→接近近目标位置置时电机减减速、停机机实现粗定定位→工作作台下降，，上、下齿齿盘重新啮啮合，实现现精定位→→完成定位位夹紧。4进给系统FeedingSystemF数控机床导导轨☆导向：直线线运动—直线导轨；；圆运动—轴承☆支承、承载载塑料导轨：：滑动摩擦擦滚动导轨：：滚动摩擦擦静压导轨：：液体摩擦擦guide，rail，track4进给系统FeedingSystemF数控机床导导轨对导轨的基基本要求一定的导向向精度良好的摩擦擦特性摩擦系数小小(灵敏度)，动静摩擦擦系数之差差小(低速平稳性性)阻尼特性好好高速时不振振动足够的刚度度和强度良好的精度度保持性4进给系统FeedingSystemF数控机床导导轨塑料导轨贴塑涂塑4进给系统FeedingSystemF数控机床导导轨滚动导轨rollingguide4进给系统FeedingSystemF数控机床导导轨4进给系统FeedingSystem5其它机械结结构OtherComponents辅助功能部部件气动、润滑滑、冷却、、排屑、防防护等特殊功能装装置刀架或自动动换刀装置置（ATC）自动托盘交交换装置（（APC、AWC）刀具破损监监控、精度度检测etcAutomaticToolChanger组成要