数控机床结构

第五章数控机床的机械结构基础大件主传动系统进给系统刀具系统辅助结构5.1对数控机床结构的基本要求5.2主传动系统5.3进给传动系统5.4换刀装置5.1对数控机床结构的基本要求动、静刚度高热变形小传动灵敏人性化1.数控机床应具有更高的静、动刚度

机床的刚度是指机床结构抵抗变形的能力。静刚度：根据机床所受载荷性质的不同，机床在静态力（重力、机构之间的相互作用力等）作用下所表现的刚度称为机床的静刚度；动刚度：在动态力（切削力）作用下所表现的刚度称为动刚度。影响机床刚度的主要因素是：各构件、部件本身的刚度以及相互间的接触刚度。提高动静刚度的措施为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用重锤或液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。封闭整体箱形结构为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形；数控车床上加尽量缩短主轴端部受力悬伸长度以减少所受弯矩。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。提高动态刚度的方法：提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有较好的效果。

在大件内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时因摩擦力较大而耗散振动能量。也可采用阻尼层法，即在大件表面喷涂一层具有高阻尼和较高弹性的黏滞弹性材料，涂层越厚，阻尼越大。QC11NJDK数控液压闸式剪板机

机架采用钢板焊接结构，经振动消除内应力，有足够的强度与刚性这是加工大型零件的超重型设备。结构特点：

工作台径向采用高精度双列短滚子轴承定心；轴向采用每腔一泵式恒流静压导轨。

主传动箱采用二级机械变速和立式直流电机驱动。

横梁配有卸荷梁；用静压卸荷丝杆升降。

刀架移动采用消除间隙的双齿轮传动；滑枕移动采用滚珠丝杆传动。

机床横梁、床身和立柱为焊接件结构，并采用了阻尼减振措施。CK53系列数控单柱移动立式车床和车铣镗立式车床人造大理石床身（混凝土聚合物）图5－3德国DEN480L型数控车床底座和床身示意图2.数控机床应有更小的热变形

图5-110m/min进给速度，多次往复运动时的滚柱丝杠发热情况，温度分布图的温度显示为25摄氏至40摄氏度，若没有补偿措施，则将使工件产生严重缺陷。主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却1、减少发热2、控制温升:对机床热源进行强制冷却3、改善机床机构:采用热对称结构4、丝杠预拉伸

5、热位移补偿控制热变形的措施热对称结构立柱3.传动灵敏：数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。

4.数控机床结构要人性化一、主传动系统作用

是将电动机的扭矩或功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主切削运动。

主轴：指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。

二、主传动系统组成：主轴电动机、传动系统和主轴部件

5.2主传动系统三、对主传动系统的要求

1.足够的转速范围

2.足够的功率和扭矩

3.各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性

4.噪声低、运行平稳四、主轴的驱动方式1.采用变速齿轮传动

这是大中型数控机床较常采用的配置方式，通过少数几对齿轮传动，扩大变速范围。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。2.采用俭同步齿形抛带传动这种传钻动主要禽用在转器速较高瓶、变速嫩范围不怕大的机牺床。它低适用于猛高速低帖转矩特割性的主款轴。3.粗用两个是电动机博分别驱议动主轴这是上述票两种方式诞的混合传船动，具有亚上述两种傻性能(见踏图5-2切c)。高朱速时，由他一个电动灶机通过带吩传动；低羞速时，由穗另一个电鸦动机通过样齿轮传动扭，齿轮起蚊到降速和最扩大变速司范围的作冶用，这样扛就使恒功葵率区增大柄，扩大了症变速范围谦，避免了顽低速时转声矩不够且袭电动机功谅率不能充皆分利用的旅问题。但僵两个电动没机不能同滤时工作，甚也是一种魄浪费。4.采用摄主轴电机熟直接驱动该（一体化索主轴，电期主轴）主轴与伍电机转辛子合二音为一，质从而使排主轴部邮件结构数更加紧刘凑，重建量轻，锄惯量小搁，有效烘地提高善了主轴种部件的右刚度，骄提高了翁主轴启弓动、停唉止的响哄应特性活，目前另高速加得工机床稳主轴多俱采用这辩种方式声，这种于类型的笋主轴也峰称为电言主轴。图5-2数控机床主传动的四种配置方式a)齿轮变速b)带传动c)两个电动机分别驱动d)内装电动机主轴传动结构图5-7内装电动机主轴车床用电阔主轴铣床用电胃主轴

氯丁橡胶同步带

聚氨酯同步带

圆弧齿工业同步带

双面齿同步带五．主愿轴调速照方法数控机播床常用处机电结止合的方饲法，即型同时采键用电动剖机和机取械齿轮乖变速两多种方法茄。其中啄齿轮减连速以增成大输出效扭矩，拣并利用纽奉齿轮换仁挡来扩酱大调速维范围。1、电动爱机调速用于主况轴驱动义的调速怪电动机胳主要有棉直流电翻动机和侮交流电陷动机两回大类。（1）直毫流电动机旧主轴调速（2）侵交流电拨动机主叼轴调速2、机纱械齿轮券变速数控机床唉常采用1吨-4挡妥齿轮变速湾与无级调著速相结合浆的方式，蹲即所谓分宜段无级变轧速。采用溜机械齿轮扛减速，增如大了输出谁扭矩，并跪利用齿轮薄换挡扩大兔了调速范袖围。自动换挡泰执行机构艇是一种电逝——机转尾换装置，双常用的有乌液压拨叉志和电磁离捡合器。图2－3三位液压拨叉工作原理图1、5－液压缸2－活塞杆3－拨叉4－套筒六、主秒轴部件主轴部栏件是机汗床的一福个关键丹部件，需它包括主轴的辟支承、安装舍在主轴杏上的传动零件等。对于数控仓机床尤其正是自动换姜刀数控机调床，为了慕实现刀具注在主轴上播的自动装谷卸与夹持日，还必须寨有刀具的自动夹紧弄装置、主绳轴准停装遗置和主轴吩孔的清理告装置等结构。1、主幸轴端部芦的结构战形状主轴端莫部用于遵安装刀饭具或夹总持工件梢的夹具享，在设愤计要求利上，应外能保证灵定位准在确、安温装可靠犯、联接盯牢固、跑装卸方明便，并课能传递牺足够的疯转矩。阿主轴端挖部的结两构形状归都已标豪准化。(a)忆车床主哪轴端部扭；(b尾)铣、朗镗类机亿床主轴饰端部；播(c)哭外圆磨庆床砂轮向主轴端葵部；(d)内威圆磨床砂粮轮主轴端照部；(e泻)普通镗扯杆装在钻乏床主轴上贸的端部；讨(f)组础合机床主严轴端部2、主轴堤部件的支耗承机床主装轴带着很刀具或别夹具在偿支承中典作回转蜘运动，繁应能传顾递切削衫转矩承常受切削敌抗力，赞并保证妨必要的艇旋转精渐度。机误床主轴贴多采用滚动轴承作为支承闭，对于精寒度要求高辜的主轴则额采用动压或阻静压滑爹动轴承作为支究承。下傅面着重红介绍主萍轴部件兄所用的世滚动轴神承。主轴滚动倍轴承的配衰置前支承采沿用双列短榨圆柱滚子惰轴承和6点0°角接至触双列向匠心推力球膀轴承，后猎支承采用始成对向心蹦推力球轴芽承。能使挂主轴获得版较大的径扔向和轴向持刚度，可旨以满足机阳床强力切蕉削的要求弹，普遍应规用于各类旗数控机床播的主轴，躁如数控车光床、数控聚铣床、加鲜工中心等项。这种配牵置的后支立承也可用肾圆柱滚子释轴承，进厚一步提高驼后支承径孕向刚度。图5-14数控机床主轴轴承配置形式如图5-部14b所广示的配置倡前支承采色用多个高价精度向心贸推力球轴闭承，后支们承采用球委轴承，没虹有如图5摸-14a凉所示的主禾轴刚度大煮，但这种总配置提高辽了主轴的沃转速，适渗合主轴要开求在较高糟转速下工膜作的数控什机床。目前，线这种配加置形式垫在立式你、卧式稿加工中辫心机床浇上得到彩广泛应督用，满舌足了这朵类机床框转速范师围大、罚最高转云速高的爬要求。抹为提高谋这种形屋式配置击的主轴易刚度，变前支承轮可以用畏四个或妥更多个匀的轴承异相组配绍，后支偿承用两忠个轴承脚相组配竖。如图5-诸14c所涝示的配置屡形式，前理支承采用栗双列圆锥向滚子轴承随，后支承甚为单列圆妖锥滚子轴沾承。能使光主轴承受宪较重载荷哲(尤其是狂承受较强甩的动载荷直)，径向奇和轴向刚遮度高，安糠装和调整告性好。但足这种配置收相对限制密了主轴最沈高转速和叔精度，适亲用于中等柳精度、低腊速与重载盼的数控机摧床主轴。3、主健轴的材兄料和热惭处理主轴材料慕可根据强横度、刚度时、耐磨性底、载荷特晋点和热处巴理变形大愚小等因素砖来选择。雁主轴刚度净与材质的跟弹性模量距E有关。饿无论是普者通钢还是木合金钢其雀E值基本翼相同。因氧此，对于间一般要求钱的机床其仔主轴可用手价格便宜拖的中碳钢厨、45钢筐，进行调纺质处理后爆硬度为2订2～28敲HRC；考当载荷较重大或存在书较大的冲座击时，或钩者精密机协床的主轴犁为减少热依处理后的沾变形，或忽者需要作挠轴向移动羞的主轴为剪了减少它揉的磨损时宽，则可选片用合金钢五。常用的暗合金钢有杰：40C饱r进行淬赌硬硬度达梨到40～蛮50HR烧C，或者射用20C荣r进行渗批碳淬硬使靠硬度达到狼56～6皮2HRC蹄。某些高颜精度机床渡的主轴材尘料则选用士38Cr桃MoAl素进行氮化圈处理，使耽硬度达到肥850～滩1000违HV。图5-1接9加洗工中心主封轴组件图5-18数控车床主轴组件七、主轴棚准停主轴准佛停功能忧又称主霜轴定向倡功能(斩Spi抄ndl予eS厉pec赞ifi猴ed扇Pos穗iti仰on鱼Sto短p)，若其作用轿是使主起轴每次蹲都准确斤地停在养固定不域变的周览向位置印上，以撑保证自铸动换刀偷时主轴涉上的端修面键能拼对准刀蜜柄上的闷键槽，夺同时使歌每次装包刀时刀恩柄与主斯轴的相聚对位置怕不变，圈提高刀血具的重研复安装促精度，钻从而可抗提高加钉工的一喉致性。另外，慕一些特统殊工艺承要求，启如在通管过前壁张小孔镗衔内壁的闹同轴大饥孔，或滋进行反除倒角等诱加工时贪，也要辨求主轴屋实现准咏停，使提刀尖停显在一个公固定的好方位上畜，以便均主轴偏亿移一定国尺寸后工，使大夹刀刃能救通过前粪壁小孔阵进入箱颜体内对木大孔进滤行镗削践。图5-2碗8主轴准陷停换刀示遇意图图5-2唤9主他轴准停镗介背孔示意则图主轴准停咸可分为机械准坟停与电气准停，它们的真控制过程寇是一样的凤。目前国除内外中直高档数某控系统剩均采用欺电气准桥停控制毕，采用凯电气准粮停控制疗有如下烧优点舱：(1)械简化机梢械结构(2)毛缩短准训停时间(3)烛可靠性决增加(4)性炎能价格比漂提高图5－献11捏典型的县V形槽淘轮定位存盘机械