數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu).pptVIP

數(shù) 控 機(jī) 床,1,第5章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu),數(shù) 控 機(jī) 床,2,上一章詳細(xì)討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)的軟件硬件結(jié)構(gòu)；進(jìn)給伺服系統(tǒng)基本功能的原理及實(shí)現(xiàn)方法。,數(shù) 控 機(jī) 床,3,內(nèi)容提要 本章將討論數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及典型部件等的功能、實(shí)現(xiàn)方法和安裝調(diào)試方法。,數(shù) 控 機(jī) 床,4,5.1 數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 5.2 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 5.3 數(shù)控機(jī)床的刀具交換裝置 5.4 數(shù)控機(jī)床的布局,數(shù) 控 機(jī) 床,5,5.1 數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),數(shù) 控 機(jī) 床,6,1、定義、功用、組成 定義： 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：指驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。 主軸：指帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn) 動(dòng)且消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)軸。,5.1.1 概述,數(shù) 控 機(jī) 床,7,功用： 傳遞動(dòng)力：傳遞切削加工所需要的動(dòng)力 傳遞運(yùn)動(dòng)：傳遞切削加工所需要的運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)控制：控制主運(yùn)動(dòng)的大小方向開停 組成： 動(dòng)力源：電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)：定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速裝置 運(yùn)動(dòng)控制裝置:離合器、制動(dòng)器等 執(zhí)行件：主軸,數(shù) 控 機(jī) 床,8,動(dòng)力功率高 由于日益增長(zhǎng)的對(duì)高效率要求，加之刀具材料和技術(shù)的進(jìn)步，大多數(shù)NC機(jī)床均要求有足夠高的功率來滿足高速強(qiáng)力切削。 一般NC機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)功率在3.7kw250kw之間。,2、 對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求,數(shù) 控 機(jī) 床,9,調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍：有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分?，F(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床的主軸的調(diào)速范圍一般在： 10010000，且能無級(jí)調(diào)速。 要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。 變速范圍負(fù)載波動(dòng)時(shí)，速度應(yīng)穩(wěn)定。,數(shù) 控 機(jī) 床,10,控制功能的多樣化 同步控制功能：NC車床車螺紋用； 主軸準(zhǔn)停功能：加工中心自動(dòng)換刀、 NC車床車 螺紋用； 恒線速切削功能：NC車床和NC磨床在進(jìn)行端面加工時(shí)，為了保證端面加工的粗糙度要求，要求接觸點(diǎn)處的線速度為恒值； C軸控制功能：車削中心。,數(shù) 控 機(jī) 床,11,性能要求高 電機(jī)過載能力強(qiáng)。要求有較長(zhǎng)時(shí)間（130min）和較大倍數(shù)的過載能力 在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小。 速度響應(yīng)要快，升降速時(shí)間要短。 電機(jī)溫升低，振動(dòng)和噪音小。 可靠性高，壽命長(zhǎng)，維護(hù)容易。 體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易。,數(shù) 控 機(jī) 床,12,3、主運(yùn)動(dòng)變速系統(tǒng)的參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)：主運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的參數(shù)：變速范圍、轉(zhuǎn)速等。 動(dòng)力參數(shù)：電機(jī)功率、扭矩。,動(dòng)力參數(shù) 主運(yùn)動(dòng)的功率 N=Nc/ （kw）,數(shù) 控 機(jī) 床,13,主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍 主軸的調(diào)速范圍是指主軸變速能力：,通常數(shù)控機(jī)床的都較普通機(jī)床要高，R n：10010000,數(shù) 控 機(jī) 床,14,1.普通電機(jī)機(jī)械變速系統(tǒng)主軸部件,特點(diǎn)：能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出的要求，但變速范圍不大，由于是有級(jí)變速使切削速度的選擇受到限制，而且該配置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以現(xiàn)在僅有少數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床采用該配置，其它已很少采用。,5.1.2 主運(yùn)動(dòng)的配置形式和驅(qū)動(dòng)電機(jī),數(shù) 控 機(jī) 床,15,2. 變頻器交流電機(jī)12機(jī)械變速主軸部件,這種配置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，且在傳動(dòng)上能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求，但其調(diào)速范圍及特性相對(duì)于交、直流主軸電機(jī)系統(tǒng)而言要差一些。 主要用于經(jīng)濟(jì)型或中低檔數(shù)控機(jī)床上。,數(shù) 控 機(jī) 床,16,3. 交、直主軸電機(jī) 主軸部件,這種配置形式同上面一樣，但電機(jī)是性能更好交直流主軸電機(jī)，其變速范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000 r/min，且控制功能豐富，可滿足中高檔數(shù)控機(jī)床的控制要求,數(shù) 控 機(jī) 床,17,4. 電主軸 電主軸又稱內(nèi)裝式主軸電機(jī)，即主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動(dòng)和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá)200000 r/min。其缺點(diǎn)是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式電機(jī)主軸的關(guān)鍵問題,數(shù) 控 機(jī) 床,18,車床用電主軸,銑床用電主軸,數(shù) 控 機(jī) 床,19,5.1.3 主軸部件,1、概述 功用： 夾持工件或刀具實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)； 傳遞運(yùn)動(dòng)及切削加工所需要的動(dòng)力。 組成： 主軸、支承、傳動(dòng)零件、裝夾刀具或工件的附件及輔助零部件。,數(shù) 控 機(jī) 床,20,要求： 主軸的精度要高。包括運(yùn)動(dòng)精度（回轉(zhuǎn)精度、軸向串動(dòng)）、和安裝刀具或夾持工件的夾具的定位精度（軸向、徑向）。 部件的結(jié)構(gòu)剛度和抗振性好。 較低的運(yùn)轉(zhuǎn)溫升以及較好的熱穩(wěn)定性。 部件的耐磨性和精度保持性好。 自動(dòng)可靠的裝夾刀具或工件,數(shù) 控 機(jī) 床,21,對(duì)數(shù)控機(jī)床除上述要求外，還應(yīng)有：（在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面） 刀具的自動(dòng)夾緊裝置 主軸的準(zhǔn)停裝置 主軸孔的清理裝置等,數(shù) 控 機(jī) 床,22,主軸部件的結(jié)構(gòu) 主軸端部的結(jié)構(gòu)形式 端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，因此，要保證刀具或夾具定位（軸向、定心）準(zhǔn)確，裝夾可靠、牢固，而且裝卸方便。 目前，主軸的端部形狀已標(biāo)準(zhǔn)化。,數(shù) 控 機(jī) 床,23,數(shù) 控 機(jī) 床,24,5.2 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu),數(shù) 控 機(jī) 床,25,1、進(jìn)給系統(tǒng)的功用 協(xié)助完成加工表面的成形運(yùn)動(dòng)，傳遞所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。,5.2.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)概述,數(shù) 控 機(jī) 床,26,2、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)+運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)+導(dǎo)向機(jī)構(gòu)+執(zhí)行件（工作臺(tái)） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu): 齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng) 運(yùn)動(dòng)變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌）,數(shù) 控 機(jī) 床,27,數(shù) 控 機(jī) 床,28,3、主要要求 （1）減小摩擦力 采用摩擦力及動(dòng)靜摩擦力差值較小的傳動(dòng)件及導(dǎo)軌. （2）提高傳動(dòng)精度和剛度 消除傳動(dòng)間隙，增加傳動(dòng)系統(tǒng)剛度. （3）減小運(yùn)動(dòng)慣量 快速響應(yīng).減小運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量.,數(shù) 控 機(jī) 床,29,5.2.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái),1、定義與分類 定義：實(shí)現(xiàn)周向進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)工作臺(tái) 分類： 分度工作臺(tái)： 實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的定角度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即分度、轉(zhuǎn)位和定位工作。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)： 除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)控圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,數(shù) 控 機(jī) 床,30,分類：按定位元件分 插銷定位； 反靠定位； 齒盤定位； 鋼球定位。,2、分度工作臺(tái),工作原理： 按照控制系統(tǒng)的指令自動(dòng)地進(jìn)行，每次轉(zhuǎn)位回轉(zhuǎn)一定的角度，如（ 1、5、10、15、30、45、90、180）。,數(shù) 控 機(jī) 床,31,3、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),（1）工作原理： 實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)-數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)） （2）功能： 除了可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還可以完成分度運(yùn)動(dòng) （3）分類： 開環(huán)、閉環(huán)。,數(shù) 控 機(jī) 床,32,5.2.3 導(dǎo)軌,1、導(dǎo)軌的作用 導(dǎo)向：直線運(yùn)動(dòng)直線導(dǎo)軌；圓運(yùn)動(dòng)軸承 支承、承載 2、數(shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌形式 塑料導(dǎo)軌：滑動(dòng)摩擦 滾動(dòng)導(dǎo)軌：滾動(dòng)摩擦 靜壓導(dǎo)軌：液體摩擦,數(shù) 控 機(jī) 床,33,3、對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 一定的導(dǎo)向精度； 良好的摩擦特性：摩擦系數(shù)小（較高的靈敏度），動(dòng)靜摩擦系數(shù)之差小（低速平穩(wěn)性好）； 阻尼特性好（高速時(shí)不振動(dòng)）； 足夠的剛度和強(qiáng)度； 良好的精度保持性。,數(shù) 控 機(jī) 床,34,內(nèi)容小結(jié),1、數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)概述 2、主運(yùn)動(dòng)的配置形式和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3、主軸部件 4、進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)概述 5、分度工作臺(tái) 6、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 7、導(dǎo)軌,數(shù) 控 機(jī) 床,35,習(xí)題與思考題,1、簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的功用。 2、簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。 3、簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的配置形式及其特點(diǎn)。 4、簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成。 5、簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的基本要求,數(shù) 控 機(jī) 床,36,5.3 數(shù)控機(jī)床的刀具交換裝置,數(shù) 控 機(jī) 床,37,內(nèi)容提要 本節(jié)將討論數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)刀具交換裝置的形式、刀庫的類型、刀具系統(tǒng)及選刀方式，最后將介紹一個(gè)自動(dòng)刀具交換裝置的實(shí)例。,數(shù) 控 機(jī) 床,38,5.3.1 概述,什么是自動(dòng)換刀裝置： 儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動(dòng)交換功能的裝置 ATC：Automatic Tool Changer 為什么需要自動(dòng)換刀裝置： 縮短非切削時(shí)間，提高生產(chǎn)率，可使非切削時(shí)間減少到2030； “工序集中”，擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床工藝范圍，減少設(shè)備占地面積； 提高加工精度；,數(shù) 控 機(jī) 床,39,數(shù)控機(jī)床對(duì)ATC要求： 換刀時(shí)間盡可能短； 刀具重復(fù)定位精度高； 刀具儲(chǔ)存量足夠； 結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整； 布局應(yīng)合理，使機(jī)床總布局美觀大方； 較好的剛性，避免沖擊、振動(dòng)及噪聲，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠； 防屑、防塵裝置。 應(yīng)用 數(shù)控車床、“加工中心”、車削中心、五面加工機(jī)床,數(shù) 控 機(jī) 床,40,5.3.2 自動(dòng)換刀裝置的形式,1、回轉(zhuǎn)刀架換刀 工作原理同分度工作臺(tái),數(shù) 控 機(jī) 床,41,數(shù) 控 機(jī) 床,42,2、更換主軸換刀,數(shù) 控 機(jī) 床,43,3、更換主軸箱換刀,數(shù) 控 機(jī) 床,44,4、更換刀庫換刀,數(shù) 控 機(jī) 床,45,5、帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng) 這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成， 刀庫可裝在機(jī)床的工作臺(tái)上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個(gè)獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。 這類換刀裝置應(yīng)用最廣泛。,數(shù) 控 機(jī) 床,46,刀庫裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，這種換刀裝置，直接利用機(jī)床本身及刀庫的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行換刀。當(dāng)某一刀具加工完畢從工件退出后，即開始進(jìn)行自動(dòng)換刀 。,數(shù) 控 機(jī) 床,47,現(xiàn)在的中小型加工中心，刀庫不是裝在工作臺(tái)上，而是裝在立柱上的一個(gè)托架上。采用刀庫在托架的導(dǎo)軌上平行于X方向運(yùn)動(dòng)與主軸的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀。,數(shù) 控 機(jī) 床,48,數(shù) 控 機(jī) 床,49,當(dāng)?shù)稁斓娜萘看?、刀具較重或機(jī)床總體布局等原因， 刀庫也可作為一個(gè)獨(dú)立部件，裝在機(jī)床之外,數(shù) 控 機(jī) 床,50,刀庫遠(yuǎn)離主軸，常常要附加運(yùn)輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運(yùn)輸。,數(shù) 控 機(jī) 床,51,為了縮短換刀時(shí)間，可采用帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統(tǒng),數(shù) 控 機(jī) 床,52,5.3.3 刀 庫,1、刀庫的形式 （1）盤式刀庫,數(shù) 控 機(jī) 床,53,數(shù) 控 機(jī) 床,54,（2）鏈?zhǔn)降稁?數(shù) 控 機(jī) 床,55,數(shù) 控 機(jī) 床,56,數(shù) 控 機(jī) 床,57,數(shù) 控 機(jī) 床,58,數(shù) 控 機(jī) 床,59,2、設(shè)計(jì)刀庫時(shí)應(yīng)考慮的主要問題 （1）合理確定刀庫容量 對(duì)總體布局和 成本影響機(jī)大； 對(duì)機(jī)床工藝能 力和效率有影響；,數(shù) 控 機(jī) 床,60,（2）盡量縮短選刀時(shí)間 （3）刀庫運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)適宜 外鏈?zhǔn)降稁斓木€速度可達(dá)100800mms，盤刀庫的轉(zhuǎn)速多為1060s。 （4）要求刀庫運(yùn)行平穩(wěn) （5）刀座在刀庫中的排列 （6）其他應(yīng)注意的問題 夾持可靠，刀庫防塵、防屑及安全防護(hù)等,數(shù) 控 機(jī) 床,61,5.4 數(shù)控機(jī)床的布局,數(shù) 控 機(jī) 床,62,概念： 數(shù)控機(jī)床的布局是指機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)部件相對(duì)安裝位置的總體方案。,5.4.1 概述,數(shù) 控 機(jī) 床,63,數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)床基礎(chǔ)件 ：床身、底座、立柱、橫梁、工作臺(tái) 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（主軸） 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 輔助功能部件：氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)等 刀架或自動(dòng)換刀裝置（ATC） 自動(dòng)托盤交換裝置（APC、AWC） 特殊功能裝置：刀具破損監(jiān)控、精度檢測(cè)等。,數(shù) 控 機(jī) 床,64,高自動(dòng)化：要求自動(dòng)保證穩(wěn)定的加工精度。 高精度和大功率： 數(shù)控機(jī)床集高精度與重切削于一身，因此對(duì)傳動(dòng)件和基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)和剛度有了更高的要求。 高速度: 簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，趨勢(shì)：“零傳動(dòng)”,5.4.2 數(shù)控機(jī)床的功能和性能對(duì)布局結(jié)構(gòu)的要求,數(shù) 控 機(jī) 床,65,工藝復(fù)合化和功能集成化： 附件和輔助裝置增多 工藝復(fù)合化是指“一次裝夾，多工序加工” 功能集成化是指“一機(jī)多能”。 高可靠性 數(shù)控機(jī)床應(yīng)能在高負(fù)荷下長(zhǎng)時(shí)間無故障連續(xù)工作， 因而對(duì)機(jī)械元、部件的可靠性提出了很高的要求。,數(shù) 控 機(jī) 床,66,數(shù)控機(jī)床總體布局與工藝因素 表面形成方法對(duì)總體布局的影響 數(shù)控車床，數(shù)控銑床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等 工序集中 加工中心、五面加工機(jī)床、車銑復(fù)合機(jī)床等 工件的尺寸、重量對(duì)布局的影響 小型、中型、大型和重型數(shù)控機(jī)床；,5.4.3 影響數(shù)控機(jī)床總體布局的因素,數(shù) 控 機(jī) 床,67,總體布局與刀庫配置 盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓?總體布局與操作使用 方便操作、使用等 總體布局與其它 機(jī)電一體化結(jié)構(gòu) 全封閉式結(jié)構(gòu),數(shù) 控 機(jī) 床,68,5.4.4 數(shù)控機(jī)床的總體布局實(shí)例,數(shù) 控 機(jī) 床,69,數(shù) 控 機(jī) 床,70,數(shù) 控 機(jī) 床,71,數(shù) 控 機(jī) 床,72,數(shù) 控 機(jī) 床,73,數(shù) 控 機(jī) 床,74,數(shù) 控 機(jī) 床,75,數(shù) 控