数控机床机械结构

数控机床机械结构在数控机床发展的最先阶段，其机械结构与通用机床对比没有多大的变化，不过在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。跟着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特色，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特色：1）因为采纳了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为适应连续的自动化加工和提升加工生产率，数控机床机械结构拥有较高的静、动向刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，并且热变形小；3）为减小摩擦、除去传动空隙和获取更高的加工精度，更多地采纳了高效传动零件，如滚珠丝杠副和转动导轨、消隙齿轮传动副等；4）为了改良劳动条件、减少协助时间、改良操作性、提升劳动生产率，采纳了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等协助装置。依据数控机床的合用处合和机构特色，对数控机床结构因提出以下要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是依照数控编程或手动输入数据方式供给的指令自动进行加工的。因为机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位偏差在加工过程中不强人为地调整与赔偿，所以，一定把各处机械结构零件产生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。为了提升数控机床主轴的刚度，不只常常采纳三支撑结构，并且采纳钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提升机床大件的刚度，采纳关闭界面的床身，并采纳液力均衡减少挪动零件因地点改动造成的机床变形。为了提升机床各零件的接触刚度，增添机床的承载能力，采纳刮研的方法增添单位面积上的接触点，并在联合面之间施加足够大的预加载荷，以增添接触面积。这些举措都能有效地提升接触刚度。为了充散发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还一定提升动向刚度。常用的举措主要有提升系统的刚度、增添阻尼以及调整构件的自振频次等。试验表示，提升阻尼系数是改良抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既能够增添静刚度、减少结构重量，又能够增添构件自己的阻尼。所以，最近几年来在数控机床上采纳了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有益于振动衰减，对提升抗振性也有较好的成效。二、减少机床的热变形在内外热源的影响下，机床各零件将发生不一样程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遇到破环，也是机床季度降落。关于数控机床来说，因为所有加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更加严重。为了减少热变形，在数控机床结构中往常采纳以下举措。减少发热机床内部发热时产生热变形的主要热源，应该尽可能地将热源从主机中分离出去。控制温升在采纳了一系列减少热源的举措后，热变形的状况将有所改良。但要完整除去机床的内外热源往常是十分困难的，甚至是不行能的。所以一定经过优秀的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。此中部较有效的方法是在机床的发热部位强迫冷却，也能够在机床低温部分经过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样能够减少因为温差造成的翘曲变形。改良机床机构在相同发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床过去采用的单立柱机构有可能被双柱机构所取代。因为左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其余方向的变形很小，而垂直方向的轴线挪动能够方便地用一个坐标的修正量进行赔偿。关于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就能够使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，防止主轴变形后出现倾斜。数控机床中的滚珠丝杠常在估计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，所以丝杠简单发热。滚珠丝杠热生产造成的结果是严重的，特别是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。当前某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。关于采纳了上述举措仍不可以除去的热变形，能够依据丈量结果由数控系统发出赔偿脉冲加以修正。三、减少运动间的摩擦和除去传动空隙数控机床工作台（或拖板）的位移量十一脉中当量为最小单位的，往常又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出正确响应，就一定采纳相应的举措。当前常用的滑动导轨、转动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特征方面存在着显然的差异。在进给系统顶用滚珠丝杠取代滑动丝杠也能够收到相同的成效。当前，数控机床几乎无一例外处采纳滚珠丝杠传动。数控机床（特别是开环系统的数控机床）的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工偏差以外，另一个重要举措是采纳无空隙传动副。关于滚珠丝杠螺距的积累偏差，往常采纳脉冲赔偿装置进行螺距赔偿。四、提升机床的寿命和精度保持性为了提升机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零零件的耐磨性，特别是机床导轨、进给伺港机主轴零件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各零件润滑优秀。五、减少协助时间和改良操作性能在数控机床的单件加工中，协助时间（非切屑时间）据有较大的比重。要进一步提升机床的生产率，就一定采纳促进最大限度地压缩协助时间。当前已经有好多半控机床采纳了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。关于切屑用量加大的数控机床，床身机构一定有益于排屑。主运动机械零件数控机床的主传动运动是指生产切屑的传动运动，比如，数控车床上主轴带动工件的旋转运动，立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀和砂轮等的旋转运动。数控机床的主传动运动是经过主传动电机拖动的。一、主传动运动的变速系统当前，数控机床的主传动电机已经基本不再使用一般沟通异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐渐被新兴的沟通变频调速伺服电机和直流伺服调速电机取代。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能采纳合理的切屑用量，进而获取最正确的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各样工件和各样工件资料的要求，多恭贺自动换刀的数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一步扩大。数控机床的变速时依照控制指令自动进行的，所以变速机构一定适应自动操作的要求。因为直流和沟通变速主轴电机的调速系统日益完美，不单能方便地实现宽范围的无级变速，并且减少了中间传达环节和提升了变速控制的靠谱性，所以在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优胜性。为了保证低速时的扭矩，有的数控机床在沟通和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。因为主运动采纳了无级变速，在大型数控车床上测斜端面时便可实现恒速切屑控制，以便进一步提升生产效率和表面质量。数控机床主传动主要有三种配置方式。带有变速齿轮的主传动这是大、种型数控机床采纳许多的一种方式。经过少量几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以知足主轴对输出扭矩特征的要求。一部分小型数控机床业采纳此种传动方式，以获取强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位多半采纳液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。经过皮带传动的主传动这主要应用在小型数控机床上，能够防止齿轮传动是惹起的振动与噪声。但它只好使用与要求的扭矩特征的主轴。由调速电机直接驱动的主传动这类主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提升了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。二、数控击穿主轴零件数控机床主轴零件的精度、刚度和热变形对加工质量有直接影响。因为加工过程中不对数控机床进行人工调整，所以这些影响就更加严重。当前数控机床的主轴厂主要有三种型式。前后支撑采纳不一样轴承前支撑采纳双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承组合，后支撑采纳成对向心推力球轴承。此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提升，能够知足强力切屑的要求，所以广泛应用于各种数控机床。前轴承采纳高精度双列向心推力球轴承向心推力球轴承高速时性能优秀，主轴最高转速可达4000r/min。可是，它的承载能力小，因此合用于高速、轻载和密切的数控车床。双列和单列圆锥滚子轴承这类轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，特别能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。可是，这类轴承限制了主轴的最高转速和精度，所以使用中等精度、低速与重载的数控机床。在主轴的机构上，要办理好卡盘和刀架的装夹、主轴的卸荷、主轴轴承的定位和空隙调整、主轴零件的润滑和密封以及工艺上的其余一系列问题。为了尽可能减少主轴零件温升热变形对机床工作精度的影响，往常利用润滑油的循环系统把主轴零件的热量带走，使主轴零件与箱体保持恒定的温度。在某些数控镗、铣床上采纳专用的制冷装置，比较理想的实现了温度控制。最近几年来，某些数控机床的主轴轴承采纳高级油脂，用封入方式进行润滑，每加一次油脂能够使用7年至10年。为了使润滑油和油脂不致混淆，往常采纳迷宫密封方式。关于数控车床主轴，因为在它的两头安装着结构粗笨的动力卡盘和夹紧油缸，所以主轴刚度一定进一步提升，并应设计合理的连结端，以改良动力卡盘与主轴端度的连结刚度。关于数控镗床或铣床的主轴，考虑到实现刀具的迅速或自动装卸，主轴上还配有刀具自动装卸、主轴准停和主轴孔内切屑的除去装置。进给传动机械零件往常，一个典型的数控机床闭环控制进给系统，由地点比较，放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反应元件等几部分构成。此中，机械传动装置是地点控制中的一个重要环节。这里所说的机械传动装置，是指将驱动源的旋转运动变成工作台的直线运动的整个机械传动链，包含齿轮装置、丝杠螺母副等中间传动机构。（一）联轴器联轴器是用来连结寄给机构的两根轴使之一同展转移传达扭矩和运动的一种装置。当前联轴器的种类众多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为宽泛。套筒联轴器结构简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向挪动）。且要求两轴严格对中，不一样意有径向或角度偏差，所以使用时遇到必定限制。绕行联轴器采纳锥形夹紧环传达载荷，可使动力传达没有方向空隙。凸缘式联轴器结构简单、成本的、可传达较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要弊端是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内惹起附带载荷，使工作状况恶化。（二）减速机构齿轮传动装置齿轮传动是应用特别宽泛的一种机械传动，各样机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采纳齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机（如步进电机、直流和沟通伺服电机等）的输出改变成低转速大转矩的履行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。别的，关于开环系统还能够保证所要求的运动精度。为了尽量减小齿侧空隙对数控机床加工精度的影响，常常在结构上采纳举措，以减小或除去齿轮副的空程偏差。如采纳双片齿轮错齿法、利用偏爱套调整齿轮副中心距或采纳轴向垫片调整法除去齿轮侧隙。与采纳同步齿形带对比，在数控机床进给传动链中采纳齿轮减速装置，更易产生低频振荡，所以减速机构中常配置阻尼器来改良动向性能。同步齿形带同步齿形带传动是一种新式的带传动。他利用齿形带的齿形与带轮的轮齿挨次啮合传达运动和动力，因此兼有带传动、齿轮传动及链传动的长处，且无相对滑动，均匀传动比较正确，传动精度高，并且齿形带的强度高、厚度小、重量轻、故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率也高，现已在数控机床上宽泛应用。同步齿形带的主要参数与规格以下：1）齿距齿距p为相邻两齿在节线上的距离。因为强力层在工作时长度不变，所以强力层的中心线被规定为齿形带的节线（中性层），并以节线的周长L作为齿形带的公称长度。2）模数模数定义为m=p/π,使齿形带尺寸计算的一个主要依照。3）其余参数齿形带的其余参数和尺寸与渐开线齿条基真相同。齿形带齿形的计算公式与渐开线齿条不一样，因为齿形带的节线在强力层上，而不在齿高中部。齿形带的标明