机床机械机构

机床机械机构第一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一复习：输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床伺服电机速度控制单元工作台位置检测反馈装置数控机床的组成第二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一§4-1对机械结构的要求一、数控机床的机械结构要求1、高精度2、高速度3、高自动化要求数控机床必须具有很高的

强度、刚度和抗振性因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面：1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能；2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性；3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。第三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一1、数控机床应具有更高的静、动刚度一、数控机床的机械结构要求（1）提高刚度的原因在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形，引起刀具和工件的相对位置的变化机床刚度差—影响机床抗振性刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力(静刚度)(动刚度)第四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一（2）提高刚度的措施合理选择支承件的结构形式措施1支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身封闭整体箱形结构第五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一（2）提高刚度的措施措施2合理布置支承件隔板的筋条隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它壁板,从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度“T”形隔板连接，主要提高水平面抗弯刚度，对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不显著，多用在刚度要求不高的床身上第六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一（2）提高刚度的措施“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著第七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一（2）提高刚度的措施“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多第八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一（2）提高刚度的措施斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易第九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一措施3增加导轨与支承件的连接部分的刚度（2）提高刚度的措施连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连接刚度.第十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一措施4增加机床各部件的接触刚度和承载能力（2）提高刚度的措施采用刮研的方法增加单位面积上的接触点在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接触面积第十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一合理的结构布局（2）提高刚度的措施第十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一合理的结构布局（2）提高刚度的措施第十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一采用补偿变形的措施（2）提高刚度的措施测出受力点的相对变形的大小和方向，或者预知构件的变形规律，就可采取补偿变形的方法消除受力变形的影响第十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一合理选用构件的材料措施1床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接——增加刚度、减轻重量、提高抗振性（2）提高刚度的措施铸件:容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%，不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品第十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一措施2采用封砂床身结构（2）提高刚度的措施在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力第十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一人造大理石床身（混凝土聚合物）措施3采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料（2）提高刚度的措施第十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一天然大理石床身（2）提高刚度的措施第十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一一、数控机床的机械结构要求2、减少机床的热变形（1）产生热变形的原因：内外热源的影响不能人工修正热变形误差（2）减少热变形的措施：减少发热—将热源从主机中分离出去措施1主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速——减少传动轴和传动齿轮数量——减少主传动箱内的发热量第十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一进行热变形补偿措施2采用低摩擦系数的导轨和轴承——采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承（2）减少热变形的措施：控制温升措施

通过散热和冷却方法改善机床结构措施1

采用对称原则设计数控机床结构措施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上措施3采用排屑系统第二十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却第二十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却第二十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一对称结构立柱措施1采用对称原则设计数控机床结构第二十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一措施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上第二十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一机床排屑系统措施3采用排屑系统第二十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一倾斜床身措施3采用排屑系统第二十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一措施4将热源置于易散热的位置将主传动箱和主电动机放在机床的外面第二十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、减少运动副的摩擦，提高传动精度4、提高机床寿命和精度保持性一、数控机床的机械结构要求措施1采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦措施2采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦措施1采用耐磨性好的零部件措施2机床运动部件间具有良好的润滑第二十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副第二十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一5、自动化的机构、宜人的操作性一、数控机床的机械结构要求便于操作的机床结构第三十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一一、数控机床的机械结构要求6、安全防护和宜人的造型数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。第三十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第三十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一二、对主传动的要求2、对主传动的要求1、主传动的作用：产生主切削力足够的转速范围足够的功率和扭矩各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性噪声低、运行平稳第三十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、主传动的配置方式主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴）特点：有效提高主轴部件刚度，但主轴输出扭矩小第三十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一电主轴第三十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一主轴电动机2、电动机经同步齿形带传动主轴第三十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、电动机经齿轮变速传动主轴主轴电动机第三十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一4、主轴部件动画第三十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第三十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、对进给传动系统的要求1、进给传动系统作用接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱动执行元件实现预期的运动。2、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别传统进给传动系统：多采用一个电机，执行件之间采用大量的齿轮传动，以实现内外传动链的各种传动比要求。故传动链很长，结构相当复杂数控伺服进给系统：每一个运动都由单独的伺服电机驱动，传动链大大缩短，传动件大大减少，有利于减少传动误差，提高传动精度第四十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、对进给传动系统的要求减少运动件的摩擦阻力提高机床进给系统的快速响应性能和运动精度，减少爬行现象响应性能：是进给伺服系统动态性能的指标，反映了系统的跟踪精度运动精度：是机床的主要零、部件在以工作状态的速度运动时的精度爬行现象：低速时运动不平衡的现象称为爬行现象第四十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主动件1作匀速运动时，被动件3往往会出现明显的速度不均匀，产生跳跃式的时停时走的运动状态，或时快时慢现象第四十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、对进给传动系统的要求提高传动精度和刚度措施1保证部件加工精度措施2在传动链中加入减速齿轮—减小脉冲当量，提高传动精度措施3预紧支撑丝杠的轴承—消除齿轮、蜗轮传动件间隙措施4预紧消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙第四十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、对进给传动系统的要求减小各运动零部件的惯量稳定性好，寿命长稳定性好：保证低速时不产生爬行，外负载变化时不发生振动寿命：是指数控机床保持传动精度和定位精度时间的长短，即保持原制造精度的能力第四十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一§4-2数控机床典型机械结构一、主轴准停装置机械式主轴准停第四十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第四十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一二、自动换刀装置自动换刀装置刀库机械手(ATC)作用——交换主轴与刀库中的刀（工）具第四十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一对自动换刀装置的基本要求换刀时间短刀具重复定位精度高有足够的刀具贮存量刀库占地面积小及安全可靠自动换刀装置的形式回转刀架换刀更换主轴头换刀更换主轴箱换刀带刀库的自动换刀系统二、自动换刀装置第四十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一1、回转刀架换刀1）回转刀架结构要求：良好的强度和刚性2）回转刀架的换刀动作刀架抬起刀架转位刀架压紧二、自动换刀装置2、更换主轴换刀优点：换刀时间短，换刀的可靠性强。缺点：主轴系统的刚度较差。适用场合：适应于工序较少、精度要求不太高的机床第四十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一回转刀架换刀第五十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一3、更换主轴箱换刀适用场合：适用于箱体类零件的加工二、自动换刀装置第五十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一4、带刀库的自动换刀系统组成刀库选刀系统刀具交换机构刀具自动装卸机构特点：结构较复杂，换刀过程动作多，换刀时间长。适用场合：多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。二、自动换刀装置第五十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第五十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第六十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库2、刀库的种类1、刀库的功能功能：储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。直线式特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳8-12把刀具，故少用。第六十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库鼓轮式（圆盘式）1）单鼓轮式刀具、鼓轮轴线平行刀具、鼓轮轴线垂直第六十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一盘式刀库第六十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第六十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库刀具、鼓轮轴线成锐角特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低，适用于刀库容量较小的场合，一般不多于50-60把刀。第六十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库鼓轮端面上双环排列特点：刀库空间利用率较高，但装刀、取刀机构复杂，仅适用于机床空间有限制而刀库容量较大的场合。第六十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库鼓轮端面上多环排列鼓轮弹仓式2）多鼓轮式双鼓轮式主轴第六十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库三鼓轮式行星鼓轮式特点：不同类型的刀具及轻重型刀具可分别放置，空间利用率高，但传动机构和运动控制装置复杂，适用于刀库容量大的场合。第六十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库链式单环链式特点：结构紧凑，刀库容量大，可充分利用空间，通常为轴向取刀，位置精度较低，适用于刀库容量大的场合。第六十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一龙门加工中心第七十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库多环链式第七十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库加长链式第七十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一格子箱式单面网格式特点：刀库结构紧凑，空间利用率高，但换刀时间较长，小直径刀具为轴向取刀，大直径刀具为径向取刀，布局不灵活，通常刀库安置在工作台上，应用较少。三、刀库第七十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库多面网格式特点：刀库容量大，辅助装置较复杂，用于需刀库容量大的机床上。第七十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一三、刀库3、刀库的容量铣削加工车削加工刀具数可加工件的比率102040305060708010090105015202530钻削加工第七十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式1、自动选刀：在自动换刀装置换刀时，按数控装置发出的换刀指令，刀具交换装置从刀库中挑选各工序所需刀具的操作称为自动换刀。2、刀具的选择方式顺序选择方式任意选择方式刀座编码方式刀具编码方式第七十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式顺序选择方式刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座中。特点：不需要刀具识别装置，结构简单，工作可靠，但刀库中刀具在不同工序中不能重复使用，因此，刀具的数量的刀库的容量大。第七十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式刀具编码方式第七十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一接触式识别装置四、刀具的选刀方式刀柄刀具识别装置触针编码环特点：结构简单，寿命较短，可靠性较差，难于快速换刀第七十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式非接触式识别装置11010特点：无磨损，无噪音，寿命长，反应速度快，适用于高速，换刀频繁的场合。第八十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式光电识别装置第八十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式刀座编码方式永久性编码临时性编码刀座编码第八十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式刀座编码第八十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式识别码块识别传感器刀柄编码第八十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一四、刀具的选刀方式临时性编码第八十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一五、刀具交换装置1、无机械手换刀第八十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一五、刀具交换装置1、无机械手换刀第八十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一2、机械手换刀五、刀具交换装置机械手形式第八十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一五、刀具交换装置机械手换刀第八十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一五、刀具交换装置机械手传动结构第九十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一六、滚珠丝杠螺母副1、滚珠丝杠螺母副的结构滚珠丝杠螺母副第九十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一六、滚珠丝杠螺母副1、滚珠丝杠螺母副的结构丝杠滚珠螺母作用：将回转运动转换成直线运动第九十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一六、滚珠丝杠螺母副2、滚珠丝杠螺母副的特点优点：①传动效率高②摩擦阻力小③传动精度高④有可逆性⑤使用寿命长缺点：①制造工艺复杂②不能实现自锁第九十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第九十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第九十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一六、滚珠丝杠螺母副3、滚珠丝杠螺母副的循环方式①外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环②内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的成为内循环第九十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第九十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一第九十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一六、滚珠丝杠螺母副4、滚珠丝杠螺母副的预紧预紧的目的：减小轴向间隙轴向间隙：指丝杠和螺母间无相对转动时，二者之间的最大轴向窜动量预紧的方法双螺母垫片式双螺母螺纹式双螺母齿差式第九十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一双螺母垫片式六、滚珠丝杠螺母副第一百页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一双螺母螺纹式六、滚珠丝杠螺母副第一百零一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一双螺母齿差式六、滚珠丝杠螺母副第一百零二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一5、滚珠丝杠螺母副的安装六、滚珠丝杠螺母副特点：其承载能力小，轴向刚度低，仅适用于短丝杠一端装止推轴承（固定—自由式）第一百零三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一5、滚珠丝杠螺母副的安装六、滚珠丝杠螺母副一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定—支承式）特点：轴向刚度较小，丝杠有伸缩余地，结构复杂，仅适用于长丝杠第一百零四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一5、滚珠丝杠螺母副的安装六、滚珠丝杠螺母副两端装止推轴承特点：将装止推轴承装在滚珠丝杠两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度，但对热伸长较敏感第一百零五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一5、滚珠丝杠螺母副的安装六、滚珠丝杠螺母副两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定—固定式）特点：传动刚度高，结构和安装工艺复杂，适用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠第一百零六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一6、滚珠丝杠螺母副的润滑与防护六、滚珠丝杠螺母副润滑的作用：减少摩擦，降低温升，并与密封装置一起保护丝杠不受外物的损伤与腐蚀润滑油：机油、90—180号透平油、140号主轴油润滑脂：锂基油脂或高压润滑脂防护：防止尘埃、切屑等硬质颗粒进入密封圈：采用毛毡圈（耐油橡胶、尼龙）防护罩：采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套筒或皮革、人造革制成的第一百零七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一

不锈钢卷筒式防护罩工程塑料防护套第一百零八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一七、数控机床导轨2、对导轨的基本要求1、导轨的功能：支承和导向①导向精度：是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性②精度保持性：是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力③低速运动平稳性：④结构简单、工艺性好：第一百零九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期一七、数控机床导轨3、导轨的分类和特点按运动轨迹按工作性质按接触面的摩擦性质直线运动导轨：相对运动轨迹为直线圆周运动导轨：相对运动轨迹为圆主运动导轨：动导轨作主运动，导轨副间相对运动速度高进给运动导轨：动导轨作进给运动，导轨副间相对运动速度低调整导轨：实现部件之间的相对位置调整，在机床工作时无相对