数控铣床概述

本章要点概述数控铣床的结构及总体布局第3章数控铣床数控铣床的传动及其结构特点数控铣床的辅助装置3.1

概述Anoverview数控机床结构及应用第3章

数控铣床CNCmillingmachine3.1.1数控铣床的主要功能数控铣床除了缺少自动换刀功能和刀库外，其它方面均与加工中心相似，也可以对工件进行钻、扩、铰、锪、镗以及攻螺纹等，但它主要还是用来进行型面的铣削加工。其主要加工对象有以下几种：平面类零件：加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件，其特点是各个加工面是平面或可以展开成平面。平面类零件是最简单的一类零件，一般只需两坐标联动的三坐标数控铣床就可以加工出来。轮廓面M凸台侧面N斜面P3.1.1数控铣床的主要功能曲面类零件：加工面为空间曲面的零件，如叶片、螺旋桨等。曲面加工可在三轴、四轴或五轴数控机床上完成，其中三轴曲面加工最为常见。三轴曲面加工通常采用“行切法”完成。

三轴曲面行切加工

四轴或五轴曲面加工

3.1.1数控铣床的主要功能变斜角类零件：加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件。其特点是：加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。加工这类零件最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工。3.1.2数控铣床的分类中型大型卧式立卧两用式两轴半控制三轴控制多轴控制小型立式按体积分按主轴布局形式分按控制坐标的联动轴数分经济型全功能型高速铣削型按数控系统的功能分3.1.2数控铣床的分类1.按主轴的位置分类(1)立式数控铣床

立式数控铣床一般可进行3坐标联动加工，目前3坐标数控立式铣床占大多数。此外，还有的机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个作数控回转运动的4坐标和5坐标数控立式铣床。数控立式铣床也可以附加数控转盘、采用自动交换台、增加靠模装置等来扩大它的功能、加工范围及加工对象，进一步提高生产效率。3.1.2数控铣床的分类(2)卧式数控铣床

卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五坐标加工。这样不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。3.1.2数控铣床的分类(3)立、卧两用数控铣床这类铣床的主轴方向可以进行立、卧变换，能实现在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，使其应用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，给用户带来了很大的方便。3.1.2数控铣床的分类2.按数控铣床构造分类

1)工作台升降式数控铣床2）主轴头升降式数控铣床3）龙门式数控铣床

3.1.3数控铣床的结构特点1.高刚度和高抗振性提高数控铣床结构刚度的措施：

1)提高铣床构件的静刚度和固有频率

2)改善数控铣床结构的阻尼特性

3)采用新材料和钢板焊接结构2.减少铣床热变形的影响常用措施有以下几种。

1)改进铣床布局和结构

2)控制温度

3)对切削部位采取强冷措施4)热位移补偿3.传动系统机械结构简化4.高传动效率和无间隙传动装置5.低摩擦系数的导轨数控机床结构及应用3.2

数控铣床的结构及总体布局ThestructureoftheCNCmillingmachineandgenerallayout第3章

数控铣床CNCmillingmachine3.2数控铣床的结构及总体布局确定铣床的总体布局时,需要考虑多方面的问题：一方面是要从铣床的加工原理即铣床各部件的相对运动关系，结合考虑工件的形状、尺寸和重量等因素，来确定各主要部件之间的相对位置关系和配置。另一方面还要全面考虑铣床的外部因素，例如外观形状、操作维修、生产管理和人机关系等问题对铣床总布局的要求。

多数的数控铣床的总体布局与和它类似的普通铣床的总布局是基本相同或相似的，只是随着生产要求与科学技术的发展，还会不断有所改进。数控铣床的总体布局是铣床设计中带有全局性的问题，它的好坏对铣床的制造和使用都有很大的影响。3.2.1总布局与工件的关系铣削进给运动可由工件运动，也可以由刀具运动来完成，或者部分由工件运动，部分由刀具运动来完成，这样就影响到了部件的配置和总体关系。这都取决于被加工工件的尺寸、形状和重量，根据工件的重量和尺寸的不同，可有四种布局：（1）加工件较轻的升降台铣床，由工件完成三个方向的进给运动，分别由工作台、滑鞍和升降台来实现。（2）当加工件较重或者尺寸较高时，应由铣头带着刀具来完成垂直进给运动。（3）龙门式数控铣床，工作台载着工件作一个方向的进给运动，其他两个方向的进给运动由多个刀架即铣头部件在立柱与横梁上移动来完成。这样的布局适用于重量大的工件。（4）加工更大更重的工件时，全部进给运动均由铣头运动来完成，这种布局形式可以减小铣床的结构尺寸和重量。3.2.2运动分配与部件的布局数控铣床的运动数目，尤其是进给运动数目的多少，直接与表面成形运动和铣床的加工功能有关。运动的分配与部件的布局是铣床总布局的中心问题。3.2.2运动分配与部件的布局以数控镗铣床为例，一般都有四个进给运动的部件，要根据加工的需要来配置这四个进给运动部件。如果需要对工件的顶面进行加工，则铣床主轴应布局成立式的。在三个直线进给坐标之外，再在工作台上加一个既可立式也可卧式安装的数控转台或分度工作台作为附件。如果需要对工件的多个侧面进行加工，则主轴应布局成卧式的，同样是在三个直线进给坐标之外再加一个数控转台，以便在一次装夹时集中完成多面的铣、镗、钻、铰、攻螺纹等多工序加工。3.2.2运动分配与部件的布局对五轴联动的数控铣床，由于进给运动数目较多，且加工工件的形状、大小、重量和工艺要求差异也很大。因此这类数控铣床很难有某种固定的布局模式。在布局时可以遵循的原则是：获得较好的加工精度、表面粗糙度和较高的生产率；转动坐标的摆动中心到刀具端面的距离不要过大，这样可使坐标轴摆动引起的刀具切削点直角坐标的改变量小，最好是能布局成摆动时只改变刀具轴线向量的方位，而不改变切削点的坐标位置；工件的尺寸与重量较大时，摆角进给运动由装有刀具的部件来完成，其目的是要使摆动坐标部件的结构尺寸较小，重量较轻；两个摆角坐标的合成矢量应能在半个空间范围的任意方位变动；同样，布局方案应保证铣床各部件或总体上有较好的结构刚度、抗振性和热稳定性；由于摆动坐标带着工件或刀具摆动的结果，将使加工工件的尺寸范围有所减少，这一点也是在总布局时需要考虑的问题。3.2.3总布局与铣床的结构性能数控铣床的总体布局应能同时保证铣床具有良好的精度、刚度、抗振性和热稳定性等结构性能。数控铣床的运动要求虽然与加工功能相同，但是结构的总体布局却各不相同，因而其结构性能是有差异的。

3.2.3总布局与铣床的结构性能立柱带着主轴箱作Z向进给运动的方案其优点是能使数控转台、工作台和床身为三层结构。但是当铣床的尺寸规格较大，立柱较高较重，再加上主轴箱部件，将使Z轴进给的驱动功率增大，而且立柱过高时，部件移动的稳定性将变差。综上所述，在加工功能与运动要求相同的条件下，数控铣床的总布局方案是多种多样的，以铣床的刚度、抗振性和热稳定性等结构性能作为评价指标，可以判别出布局方案的优劣。3.2.脱4铣床的男使用要皱求与总直布局在考虑肉数控铣脖床总体辆布局时尿，除遵贱循铣床统布局的婆一般原冶则外，颈还应该稼考虑在厚使用方里面的特亭定要求啦：(1)便于同胳时操作忠和观察沟数控铣短床的操穷作按钮完和开关鄙都放在锄数控装哄置上。(2)数控铣床脑刀具和工廉件的装卸中及夹紧松令开，均由恶操作者来灶完成，要职求易于接适近装卸区要域，而且跪装夹机构裁要省力简低便。(3)数控铣输床效率炮高，切懒屑多，各铣床结百构布局椒要便于胆排屑。数控铣乳床一般支都采用闭大流量醋与高压饿力的冷蕉却和排绑屑措施肢；铣床包的运动疤部件也迁采用自怖动润滑春装置，赖为了防茎止切屑晕与切削告液飞溅衣，避免郑润滑油斗外泄，毅将铣床巨做成全箱封闭结黄构，只匪在工作蹦区处留爹有可以况自动开铅闭的门赔窗，用梦于观察疏和装卸途工件。数控机床河结构及应院用3.3

数控铣床的传动及其结构特点ThetransmissionandthestructureoftheCNCmillingmachine第3章数控铣床CNC甚mill球ing淘mach旦ine3.3.笔1数控铣舒床的主树传动系讲统1.主传动盟系统结揪构特点数控铣床酷的主传动者系统一般限采用交直然流主轴电伯动机，通刻过带传动责和主轴箱切的变速齿跪轮带动主锤轴旋转。明由于这种丹电动机调仇速范围广晃，又可无旁级调速，冈使得主轴换箱的结构侮大为简化泊。主轴电渐动机在额泄定转速时促输出全部责功率和最坏大转矩，掩在调压范党围内为恒倡转矩，功仗率随转速场成正比例关下降。在伯调速范围窑内为恒功命率，转矩凉随转速升逆高成正比已例减小。盒这种变化漏规律是符光合正常加旱工要求的树，即低速错切削所需熊转矩大，歼高速切削尊消耗功率壳大。同时绕也可以看率出电动机朱的有效转要速范围并忙不一定能幕完全满足叔主轴的工摘作需要。胳主轴箱一辞般仍需要渐设置2-4档。3.3回.1数控铣床蚊的主传动朽系统2.主传动马系统的舱分类目前主传登动系统大书致可以分为三骄类。1)二级以漠上变速弓的主传关动系统梁多寨采用齿孕轮变速纲结构。2)一级变速幼器的主传思动系统包多采铺用同步齿罪形带。3)调速电上动机直是接驱动仓的主传训动系统尖其晌优点是衣结构紧释凑，占霜用空间望少，转渴换频率分高。但梯是主轴秧转速的昏变化及料转矩的跑输出和变电动机萄的输出功特性完辆全一致璃。3.3灾.1数控铣床恳的主传动浴系统3.主轴部件良结构1)对数控铣盐床主轴部团件的要求雪数控训铣床的主谨轴部件是套铣床重要柔组成部分尺之一。除包了与普通慨铣床一样呆要求其具燃有良好的旋转精度级、静刚度迅、抗振性径、热稳定加性及耐磨符性外，由监于数控帐铣床在伤加工过爬程中不仪进行人壮工调整责，且数相控铣床予要求的伏转速更韵高，功睬率更大狠，所以躺数控铣姿床的主粒轴部件次在上述魔几方面材要求更持高、更引严格，2)主轴轴石承常用仰配置形吃式(1)采用双列握圆柱滚子给轴承和60°角接触球搏轴承组合惜；(2)前轴承采勿用高精度胀调心球轴舅承；(3)双列和届单列圆返锥滚子踪蝶轴承作木为主轴菌前后支膨承。3.3.抹2数控铣篮床的进许给传动暑系统1.对进给系矛统的性能呆要求进给系统径将伺服电杂动机旋转素运动变为魂工作台直站线运动，辽主要包括粗减速装置劈燕、丝杠螺闪母副及导关向元件。数控铣扣床通常对进给系涝统的要求有三点昂：传动精度佩、系统的条稳定性和介动态响应醋特性(灵敏度)。传动农精度包恋括动态体误差、帅稳态误过差和静绵态误差侵。系统逮的稳定颠性指系蚀统在启秩动状态码或受外这界干扰往作用下蚀，经过片几次衰竭减振荡唱后迅速己地稳定赢在新的尤或原来杜的平衡求状态的售能力。可动态响贯应特性灰指系统感的响应睁时间以事及驱动愈装置的巾加速能珠力。这衰要求驱窑动装置姨机械结枣构必须巧消除间识隙，减警少摩擦近，减少湖运动惯吼量，提怎高精度逝和刚度即。3.3堂.2数控铣栽床的进糕给传动便系统2.滚珠丝杠泊螺母副滚珠丝别杠螺母诵副是回转运动犬与直线运帆动相互转红换的传动装制置。它的尿结构特点淡是在具有洪螺旋槽的陆丝杠螺母摧间装有滚巧珠作为中射间传动元欢件，以减薯少摩擦。唇当丝杠与杏螺母相对喷运动时。忆滚珠沿螺括旋槽向前闷滚动，在丝杠上滚租过数圈以手后通过回跌程引导装置视，逐个地狡又滚回到扛丝杠和螺母耕之间。构状成一个闭他合的回路管决道。3.3.戴2数控铣床胡的进给传跟动系统滚珠丝杠痕螺母副优点1)传动效喝率高，搞摩擦损础失小。2)运动平稳棚无爬行。漆3)传动精度库高，反向萍时无空程镰。4)磨损小，疲精度保持率性好，使集用寿命长缩慧。5)具有运动物的可逆性调。3.3.狐2数控铣床闭的进给传扒动系统丝杠（于螺母）澡旋转，屠滚珠在奇封闭滚肯道内沿督滚道滚莫动、迫挨使螺母语（丝杠绘）轴向浓移动，夫从而实眨现将旋岗转运动雕变换成晚直线运泼动。(1)滚珠丝常杠螺母爸副的原器理3.3.证2数控铣掏床的进铜给传动摊系统滚珠循额环方式仔常用的诱有两种狂：外循环：滚珠在循抗环过程中索有时与丝统杠脱离接秋触3.3.宰2数控铣劝床的进开给传动移系统内循环痰：始终与秧丝杠保摸持接触棵。内循环杠结构：燃反向器慢尺寸较递长，承萝载钢球武数减少渔，且钢稳球高速烛时流畅冰性差；锄而外循奖环插管趴式结构翁简单，奖承载能装力大，丸不受导捡程限制穴。3.3.珠2数控铣探床的进艇给传动与系统(2)双螺母丝谦杠消除间农隙方法：1)垫片调隙孝式。调整垫片耕厚度使左嚷右两螺母混产生方向马相反位移挺，使两个这螺母中的嘉滚珠分别衰贴紧在螺倾旋滚道的谈两个相反阻的侧面上祥，即可消踏除间隙和凳产生预紧绣力。这种怠方法结构惹简单，刚肌性好，但此调整不便选，滚道有温磨损时不果能随时消巾除间隙和网进行预紧剑。2)螺纹调隙向式。这种调垂整方法黎具有结醉构简单牵、工作肾可靠、钱调整方窄便的优壁点，但锄调整预瓦紧量不贩能控制伏。3)齿差调忍隙式。在左右蔬两个螺熟母的凸咳缘上各易加工有态圆锥齿突轮，分节别与左刘右内齿窝圈相啮誓合，内腔齿圈相立啮合紧垂固在螺猛母座左胆右端面攻上，故趋左右螺泽母不能堡转动。曲两螺母宇凸缘齿价轮的齿帅数不相晴等，相养差一个苏齿。调划整时，故先取下贿内齿圈桃，让两慢个螺母谅相对于锁螺母座排同方向内都转动势一个齿乳，然后酒再插入应内齿圈徒并紧固呢花螺母密座上，烟则两个揭螺母便聚产生相障对角位竹移，使核两螺母面轴向间熔距改变犬，实现怨消除间垒隙和预窑紧。3.3炕.2数控铣床欲的进给传耻动系统(2)单螺母丝杠韵消除间货隙方法：4）单螺母哈变位螺距惊预紧5）单螺到母螺钉誓预紧螺母在当专业生躲产工厂点完成精厕磨之后细，沿径把向开一抗薄槽，烧通过内浴六角调辽整螺钉栋实现间买隙的调玻整和预使紧。间透隙的调坝整和预疾紧极为柿方便。3.3.裹2数控铣原床的进懂给传动敲系统(3)滚珠丝杠卸副的参数嫁及选择3.3腰.2数控铣症床的进袖给传动疲系统1)公称直音径滚珠与垦螺纹滚彩道在理欠论接触证角状态棒时包络肠滚珠球瞎心的圆浆柱直径肝，它是阵滚珠丝久杠副的枣特性尺猎寸。2)基本导程丝杠相对翼于螺母旋作转弧度时造，螺母上妨的基准点况的轴向位途移。3)接触角滚珠与滚污道在接触薯点处的公夜法线与螺涌纹轴线的践垂直线间违的夹角，途理想接触帆角＝45°。滚珠丝设杠各工锅作圈的砖滚珠所番受的轴闹向负载磁不相等辉，第一落圈滚珠闪承受总累负载的50％左右略，第二拘圈约承采受30％，第瓦三圈约暗为20％。因此团，外循环棍滚珠丝杠耽副中的滚盐珠工作圈景数取为=2.竖5～3.5圈，工盘作圈数穿大于3.5无实际滴意义。齐为提高者滚珠的幸流畅性箭，滚珠仆数目应令小于150个，且均不得超无过3.5圈。3.3.企2数控铣友床的进榆给传动强系统(4)滚珠丝亮杠副的浑标记方老法3.3.跪2数控铣宣床的进掏给传动广系统(5)滚珠丝杠轧副的安装假支承方式数控铣翠床的进仓给系统捷要获得联较高的百传动刚鸡度，除夕了加强滚滚珠丝靠杠副本岩身的刚晴度外，慰滚珠丝才杠的正质确安装练及支承封结构的壤刚度也妈是不可桥忽视的沿因素。袜如为减伍少受力训后的变本形，螺腥母座应药有加强添肋，增遵大螺母次座与铣适床的接蛇触面积叔，并且魂要连接莫可靠。膜采用高叹刚度的请推力轴波承以提含高滚珠蔬丝杠的管轴向承情载能力冈。3.3.夹2数控铣床槐的进给传耀动系统(6)滚珠丝咏杠的防鸟护润滑剂香来可提鸣高滚珠拢丝杠副敏的耐磨悉性及传眼动效率昌，可分山为润滑侨油和润腹滑脂两宁类。润诉滑脂一径般加在何螺纹滚搁道和安炉装螺母业的壳体山空间内锦，润滑父油经过才壳体上溉的油孔亏注入螺森母的空叨间内。滚珠丝杠丘副应避免间灰尘或切纲屑污物进湿入。如果堵滚珠丝杠虚副在铣床迹上外露，上应采取封夏闭的防护铺罩。安装栏时将防护大罩的一端踪蝶连接在滚框珠螺母的专端面，另皱一端固定芳在滚珠丝电杠的支承栽座上。如感果处于隐骡蔽的位置博，则可采宗用密封圈攻防护。密宏封圈装在咏滚珠螺母邮的两端。圆接触式的弄弹性密封苏圈用耐油学橡胶或尼谢龙制成，湿其内孔做晌成与丝杠宫螺纹滚道软相配合的在形状。接槐触式密封惕圈的防尘闹效果好，孙但因有接骑触压力，逃使摩擦力衰矩略有增愉加。非接浩触式的密骨封圈又称另迷宫式密巩封圈，是粪用硬质塑吹料制成，鲜其内孔与绵丝杠螺纹更滚道的形侍状相反，标并稍有间订隙，这样芳可避免摩余擦力矩，筑但防尘效屠果差。3.3修.2数控铣蓬床的进屈给传动联系统3.进给系统滑传动齿轮萝间隙的消折除数控铣盟床在加案工过程屑中，经索常变换德移动方绸向。当狱铣床的俩进给方组向改变唉时，由仁于齿侧础存在间沫隙会造呆成指令屠脉冲丢抗失，并既产生反沸向死区绪从而影沟响加工泡精度，歌因此必粒须采取叛措施消压除齿轮蛮传动中西的间隙鞭。(1)存在间亮隙的危傅害：1.在开环幅系统中件会造成吓进给运浑动的位虫移值滞捐后于指形令值；小反向时踢，会出营现反向爪死区，那影响加埋工精度奴。2.在闭环藏系统中浸，由于违有反馈邪作用，朗滞后量伤可得到兰补偿，雨但反向锯时会使善伺服系买统产生摘振荡而厉不稳定燃。3.3迎.2数控铣步床的进兽给传动农系统（1）直齿携圆柱齿妈轮传动图3-2售2是最简太单的偏心轴套停式消除间此隙结构。电泻动机2通过偏擦心套1安装在柄壳体上挺。转动感偏心套押使电动借机中心类轴线的侨位置向绒上，而荷从动齿脑轮轴线东位置固隆定不变歇，所以吓两啮合郑齿轮的伞中心距减小，夏从而消霜除了齿扇侧间隙她。3.3.鞋2数控铣台床的进膊给传动稼系统（1）直齿圆页柱齿轮传草动图3-2忙3是用轴向垫屯片来消除割间隙的结构。奥两个啮合创着的齿轮1和2的节圆直捧径沿齿宽径方向制成浇略带锥度蚀形式，使晴其齿厚沿旗轴线方向烟逐渐变厚总。装配时贵，两齿轮孩按齿厚相扣反变化走业向啮合。匀改变调整键垫片3的厚度笋，使两吃齿轮沿济轴线方叹向产生欣相对位六移，从轧而消除未间隙。3.3.闻2数控铣床棍的进给传妻动系统（2）斜齿潜圆柱齿展轮传动图3-25为斜齿摘轮垫片占调整法劫，其原译理与错覆齿调整工法相同炭。斜齿拆轮1和2的齿形拼盼装在一起政加工，装童配时在两止薄片齿轮脾间装入已寄知厚度为t的垫片3，这样搂它的螺呆旋线便箭错开了狭，使两石薄片齿拼轮分别毅与宽齿由轮4的左、案右齿面巾贴紧，言消除了亏间隙。谋垫片3的厚度t与齿侧伏间隙智的关系冻可用下散式表示：t=△c质otβt式中β—螺旋角抢。3.3奴.2数控铣床弦的进给传乳动系统（3）锥齿添轮传动锥齿轮同犹圆柱齿轮汉一样可用腰上述类似霞的方法来扩消除齿侧昂间隙。图3-2太7为轴向洁压簧调圾整法。梦两个啮府合的锥焰齿轮1和2，其中膝在装锥吨齿轮1的传动债轴5上装有压令簧3，锥齿苦轮在弹米簧力的逼作用下棋可稍做轴向移动，墓从而消妇除间隙毯。弹簧您力的大小由螺湾母4调节。3.3亡.2数控铣床鼓的进给传纱动系统（4）预加合负载双侧齿轮-齿条传勤动在大型数醉控铣床（戚如大型数射控龙门铣挠床）中，判工作台的珍行程很长挨，因此，蛾它的进给经运动不宜座采用滚珠弃丝杠副传宁动。一般杯的齿轮齿卸条结构是吨铣床上常映用的直线碰运动机构沈之一，它沉的效率高络，结构简喜单，从动赶件易于获撒得高的移偏动速度和罚长行程。签适合在工射作台行程洽长的大型扎铣床上用盼作直线运标动机构。梅但一般齿惰轮齿条传坟动机构的穴位移精度藏和运动平搜稳性较差头