数控技术第3版课件7第七章-数控机床的机械结构

第七章数控机床的机械结构第一节数控机床对结构的要求第二节数控机床的布局特点第三节数控机床的主运动部件第四节数控机床的进给运动系统第五节数控机床的自动换刀装置第一节数控机床对结构的要求总体结构组成主要内容主传动系统进给传动系统自动换刀装置自动托盘交换装置机床基础件第一节数控机床对结构的要求总体结构组成数控机床的机械结构包括：机床的床身、立柱、导轨、主轴部件、进给系统、工作台、刀架和刀库、自动换刀装置及其他辅助装置。一、数控机床及其加工过程的特点1、自动化程度高2、高的加工精度及切削效率3、多工序和多功能集成4、高的可靠性和精度保持性第一节数控机床对结构的要求二、数控机床对结构的要求第一节数控机床对结构的要求较高的静、动刚度和良好的抗振性二、数控机床对结构的要求第一节数控机床对结构的要求良好的热稳定性（热变形补偿….)主轴冷却风管二、数控机床对结构的要求第一节数控机床对结构的要求较高的运动精度和低速稳定性良好的操作、安全防护措施(人性化要求)第二节数控机床的布局特点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。

第二节数控机床的布局特点一、数控车床的布局结构特点水平床身第二节数控机床的布局特点一、数控车床的布局结构特点倾斜床身第二节数控机床的布局特点一、数控车床的布局结构特点立式数控车床第二节数控机床的布局特点固定立柱立式加工中心二、加工中心的布局结构特点第二节数控机床的布局特点滑枕立式加工中心二、加工中心的布局结构特点第二节数控机床的布局特点O形整体床身立式加工中心二、加工中心的布局结构特点第二节数控机床的布局特点移动立柱卧式加工中心二、加工中心的布局结构特点第二节数控机床的布局特点二、加工中心的布局结构特点移动立柱卧式加工中心第二节数控机床的布局特点数控铣床立式数控铣床第二节数控机床的布局特点数控铣床卧式数控铣床第二节数控机床的布局特点数控铣床龙门数控铣床第三节数控机床的主运动部件主传动系统作用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、运行平稳对主传动系统的要求

传递动力：传递切削加工所需要的动力传递运动：传递切削加工所需要的运动运动控制：控制主运动的大小方向产生主切削力第三节数控机床的主运动部件一、主传动变速（主传动链）

1)采用变速齿轮传动

2)采用同步齿形带传动

3)采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）这是大、中型数控机床采用较多的一种方式。这种主传动方式大大简化了主轴箱体结构，提高了主轴部件的刚度。这主要应用在小型数控机床上。第三节数控机床的主运动部件一、主传动变速（主传动链）采用变速齿轮传动通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位采用液压拨叉或电磁离合器控制。应用：大中型数控机床

第三节数控机床的主运动部件一、主传动变速（主传动链）采用变速齿轮传动例：TND360型数控车床两级齿轮变速液压拔叉实现齿轮滑移作用：慢速对刀和手动调整机床第三节数控机床的主运动部件一、主传动变速（主传动链）采用带传动主轴脉冲编码器同步齿形带主轴电机主轴主要应用在小型数控机床，可避免齿轮传动引起的振动和噪声，但它只适用于低扭矩特性要求的主轴。常用带：多楔带、同步带

第三节数控机床的主运动部件一、主传动变速（主传动链）采用电主轴主轴与电机制成一体，使主轴驱动机构简化。电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，既是电机的转子，也是主轴。主轴电机直接驱动定子转子第三节数控机床的主运动部件1.主轴的支承主轴轴承的配置形式：（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和双列60°角接触球轴承，后支撑采用成对角接触球轴承。（图7-10a）

普遍应用于各类数控机床中。（2）前支撑采用多个高精度角接触球轴承。（图7-10b）

适应于高速低载和精密型机床。（3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承。（图7-10c）

仅用于中等精度、低速重载的数控机床中。二、主轴（部件）结构第三节数控机床的主运动部件2.主轴内部刀具自动夹紧机构主轴准停功能每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴的端面键为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置在加工精密的坐标孔时，由于每次都能在主轴的固定圆周位置换刀，故能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而减少被加工孔的尺寸分散度3.主轴准停装置第四节数控机床的进给运动系统进给运动系统功能及组成将伺服电机的旋转运动转变为执行部件的直线运动或回转运动。

进给系统组成:伺服电机及检测元件、传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件。

常用的传动机构:一到两级传动齿轮和同步带；

运动变换机构:丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副等；

导向机构:滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等。第四节数控机床的进给运动系统一、对进给运动系统的要求

1)有较高的工作精度

2)响应速度快

3)调速范围宽

4)稳定性好

5)可靠性高第四节数控机床的进给运动部件二、传动齿轮副采用减速齿轮副的目的

消除传动齿轮间隙的措施

刚性调整法

柔性调整法第四节数控机床的进给运动部件三、丝杆螺母副按丝杠与螺母的摩擦性质分：滑动丝杠螺母副：主要用于旧机床的数控化改造、经济型数控机床等；滚珠丝杠螺母副：广泛用于中、高档数控机床；静压丝杠螺母副：主要用于高精度数控机床、重型机床。第四节数控机床的进给运动部件三、丝杆螺母副滚珠丝杠螺母副丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。滚珠循环方式常用的有两种：外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触第四节数控机床的进给运动部件内循环：始终与丝杠保持接触。第四节数控机床的进给运动部件第四节数控机床的进给运动部件三、

丝杆螺母副(车)滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副第四节数控机床的进给运动部件三、丝杆螺母副滚珠丝杠螺母副+滑动导轨副第四节数控机床的进给运动部件四、机床导轨作用：导轨主要用来支撑和引导运动部件沿一定的轨道运动。数控机床对于导轨有着更高的要求：如高速进给时不振动低速进给时不爬行有高的灵敏度能在重载下长期连续工作耐磨性好，精度保持性好

第四节数控机床的进给运动部件四、机床导轨导轨分类：滑动导轨、滚动导轨、静压导轨第四节数控机床的进给运动部件五、回转工作台数控回转工作台可作任意角度的回转和分度，因此能够达到较高的分度精度。分度工作台——鼠牙盘第五节数控机床的自动换刀装置自动换刀装置的作用自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。

对自动换刀装置的要求换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，

所占空间位置小，工作稳定可靠。第五节数控机床的自动换刀装置一、自动换刀装置的形式回转刀架换刀

其结构类似普通车床上回转刀架，根据加工对象不同可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。第五节数控机床的自动换刀装置一、自动换刀装置的形式更换主轴头换刀

各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。第五节数控机床的自动换刀装置一、自动换刀装置的形式使用刀库换刀

将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上取刀交换。刀库类型链式刀库盘式刀库第五节数控机床的自动换刀装置二、刀库及刀具的选择方式刀库

刀库的形式：（单盘式刀库、鼓轮弹仓式、链式、多盘式、格子式等。）（1）盘形刀库：径向、轴向、斜线（2）链式刀库：单排、多派、加长（3）格子箱式刀库：（法国柯马公司，带五位格子箱式刀库）第五节数控机床的自动换刀装置二、刀库及刀具的选择方式顺序选刀方式刀具编码方式刀座编码方式将刀具按加工顺序，依次放入刀库的每个刀座内。每次换刀时，刀座按顺序转动一个刀座位置，并取出所需刀具。已用过的刀具可以放回原来刀座，或顺序放入下一个刀座内。优点：简单，可以直接由刀库的分度机构来实现。缺点：刀具在不同工序中不能重复使用。装刀顺序不能错，否则将产生严重的事