數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu).ppt

第2章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2 1概述2 2數(shù)控機(jī)床的總體布局2 3數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)2 4數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)2 5數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌2 6數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置2 7數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)本章要點(diǎn) 下頁 返回 圖庫 2 1概述 下頁 上頁 返回 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 圖庫 從本質(zhì)上說 數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床一樣 也是一種經(jīng)過切削將金屬材料加工成各種不同形狀零件的設(shè)備 早期的數(shù)控機(jī)床 包括目前部分改造 改裝的數(shù)控機(jī)床 大都是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上 通過對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的革新 改造而成的 因此 在許多場合 普通機(jī)床的構(gòu)成模式 零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法仍然適用于數(shù)控機(jī)床 但是 隨著數(shù)控技術(shù) 包括伺服驅(qū)動(dòng) 主軸驅(qū)動(dòng) 的迅速發(fā)展 為了適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率 加工精度 安全環(huán)保等方面越來越高的要求 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)從初期對(duì)普通機(jī)床的局部改造 逐步發(fā)展形成了自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu) 特別是隨著電主軸 直線電動(dòng)機(jī)等新技術(shù) 新產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床上的推廣應(yīng)用 部分機(jī)械結(jié)構(gòu)日趨簡化 新的結(jié)構(gòu) 功能部件不斷涌現(xiàn) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械機(jī)構(gòu)正在發(fā)生重大的變化 虛擬軸機(jī)床的出現(xiàn)和實(shí)用化 使傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 2 1 1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 自動(dòng)化程度高 下頁 上頁 返回 數(shù)控機(jī)床需要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令 自動(dòng)完成對(duì)進(jìn)給速度 主軸轉(zhuǎn)速 道具運(yùn)動(dòng)軌跡以及其他機(jī)床輔助技能 如自動(dòng)換刀 自動(dòng)冷卻 的控制 它必須利用伺服進(jìn)給系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng) 并可以通過主軸調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)變速 因此 在機(jī)械結(jié)構(gòu)上 數(shù)控機(jī)床的主軸箱 進(jìn)給變速箱結(jié)構(gòu)一般非常簡單 齒輪 軸類零件 軸承的數(shù)量大為減少 電動(dòng)機(jī)可以直接連接主軸和滾珠絲杠 不用齒輪 在使用直線電動(dòng)機(jī) 電主軸的場合 甚至可以不用絲杠 主軸箱 在操作上 它不像普通機(jī)床那樣 需要操作者通過手柄進(jìn)行調(diào)整和變速 操作機(jī)構(gòu)比普通機(jī)床要簡單多 許多機(jī)床甚至沒有手動(dòng)機(jī)械操作系統(tǒng) 此外 由于數(shù)控機(jī)床的大部分輔助動(dòng)作都可以通過數(shù)控系統(tǒng)的輔助技能 M技能 進(jìn)行控制 因此 常用的操作按鈕也較普通機(jī)床少 結(jié)構(gòu)簡單 操作更方便 更簡單 圖庫 2 1 1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 廣泛采用高效 無間隙傳動(dòng)裝置和新技術(shù) 新產(chǎn)品 下頁 上頁 返回 數(shù)控機(jī)床進(jìn)行的是高速 高精度加工 再簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí) 對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)裝置和元件也提出了更高的要求 高效 無間隙傳動(dòng)裝置和元件在數(shù)控機(jī)床上去得了廣泛的應(yīng)用 如 滾珠絲杠副 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件 不僅可以減少進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力 提高傳動(dòng)效率 而且還可以使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和獲得較高的定位精度 特別是隨著新材料 新工藝的普及 應(yīng)用 高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向之一 快進(jìn)速度達(dá)到了每分鐘數(shù)十米 甚至上百米 主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了每分鐘上萬轉(zhuǎn) 甚至十幾萬轉(zhuǎn) 采用電主軸 支線電動(dòng)機(jī) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等新產(chǎn)品 新技術(shù)已勢在必行 圖庫 2 1 1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 具有適應(yīng)無人化 柔性化加工的特殊部件 下頁 上頁 返回 工藝復(fù)合化 和 功能集成化 是無人化 柔性加工的基本要求 也是數(shù)控機(jī)床最顯著的特點(diǎn)和當(dāng)前的發(fā)展方向 因此 自動(dòng)換刀裝置 ATC 動(dòng)力刀架 自動(dòng)換屑裝置 自動(dòng)潤滑裝置等特殊機(jī)械部件是必不可少 有的機(jī)床還帶有自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置 APC 功能集成化 是當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的另一重要發(fā)展方向 在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上 自動(dòng)換刀裝置 自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置等已經(jīng)成為基本裝置 隨著數(shù)控機(jī)床向無人化 柔性化加工發(fā)展 功能集成化更多體現(xiàn)在 工件的自動(dòng)裝卸 自動(dòng)定位 刀具的自動(dòng)對(duì)刀 破損檢測 壽命管理 工件的自動(dòng)測量和自動(dòng)補(bǔ)償功能上 因此 國外還新近開發(fā)了集中突破傳統(tǒng)機(jī)床界限 集鉆 銑 鏜 車 磨等加工于一體的所謂 萬能加工機(jī)床 大大提高了附加值 并隨之不斷出現(xiàn)新的機(jī)械部件 圖庫 2 1 1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu) 零部件的要求高 下頁 上頁 返回 高速 高效 高精度的加工要求 無人化管理以及工藝復(fù)合化 功能集成化 一方面可以大大的提高生產(chǎn)率 同時(shí) 也必然會(huì)使機(jī)床的開機(jī)時(shí)間 工作負(fù)載隨之增加 機(jī)床必須在高負(fù)荷下 長時(shí)間可靠工作 因此 對(duì)組成機(jī)床的各種零部件和控制系統(tǒng)的可靠性要求很高 此外 為了提高加工效率 充分發(fā)揮機(jī)床性能 數(shù)控機(jī)床通常都能夠同時(shí)進(jìn)行粗細(xì)加工 這就要求機(jī)床技能滿足大切削量的粗加工對(duì)機(jī)床的剛度 強(qiáng)度和抗震性的要求 而且也能達(dá)到精密加工機(jī)床對(duì)機(jī)床精度的要求 因此 數(shù)控機(jī)床的主軸電機(jī)的功率一般比同規(guī)格的普通機(jī)床大 主要部件和基礎(chǔ)件的加工精度通常比普通機(jī)床高 對(duì)組成機(jī)床各部件的動(dòng) 靜態(tài)性能以及熱穩(wěn)定性的精度保持性也提出了更高的要求 圖庫 2 1 2數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 具有較高的靜 動(dòng)剛度和良好抗震性 下頁 上頁 返回 圖庫 機(jī)床的剛度反映了機(jī)床機(jī)構(gòu)抵抗變形的能力 機(jī)床變形產(chǎn)生的誤差 通常很難通過調(diào)整和補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰詮氐椎慕鉀Q 為了滿足數(shù)控機(jī)床高效 高精度 高可靠性以及自動(dòng)化的要求 與普通機(jī)床相比 數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的精剛度 此外 為了充分發(fā)揮機(jī)床的效率 加大切削用量 還必須提高機(jī)床的抗震性 避免切削時(shí)產(chǎn)生的共振和顫振 而提高機(jī)構(gòu)的動(dòng)剛度是提高機(jī)床抗震性的基本途徑 2 1 2數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 具有較好的熱穩(wěn)定性 下頁 上頁 返回 圖庫 機(jī)床的熱變性是影響機(jī)床加工精度的主要因素之一 由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速 快速進(jìn)給都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通機(jī)床 機(jī)床又長時(shí)間處于連續(xù)工作狀態(tài) 電動(dòng)機(jī) 絲杠 軸承 導(dǎo)軌的發(fā)熱都比較嚴(yán)重 加上高速切削產(chǎn)生的切屑的影響 使得數(shù)控機(jī)床的熱變性影響比普通機(jī)床要嚴(yán)重得多 雖然在先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)具有熱變性補(bǔ)償功能 但是它并不能完全消除熱變性對(duì)于加工精度的影響 在數(shù)控機(jī)床上還應(yīng)采取必要的措施 盡可能減小機(jī)床的熱變性 2 1 2數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和良好的低速穩(wěn)定性 下頁 上頁 返回 圖庫 利用伺服系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn) 伺服系統(tǒng)最小的移動(dòng)量 脈沖當(dāng)量 一般只有0 001mm 甚至更小 最低進(jìn)給速度 一般只有1mm min 甚至更低 這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度 良好的跟蹤性能和低速穩(wěn)定性 才能對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的位置指令做出準(zhǔn)確的響應(yīng) 從而得到要求的定位精度 傳動(dòng)裝置的間隙直接影響著機(jī)床的定位精度 雖然在數(shù)控系統(tǒng)中可以通過間隙補(bǔ)償 單向定位等措施減小這一影響 但不能完全消除 特別是對(duì)于非均勻間隙 必須機(jī)械消除間隙措施 才能得到較好的解決 2 1 2數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 具有良好的操作 安全防護(hù)性能 下頁 上頁 返回 圖庫 方便 舒適的操作性能 是操作者普遍關(guān)心的問題 在大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床上 刀具和工件的裝卸 刀具和夾具的調(diào)整 還需要操作者完成 機(jī)床的維修更離不開人 而且由于加工效率的提高 數(shù)控機(jī)床的工件裝卸可能比普通機(jī)床更加頻繁 因此良好的操作性能是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)必須的問題 數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的加工設(shè)備 動(dòng)作復(fù)雜 高速運(yùn)動(dòng)部件較多 對(duì)機(jī)床動(dòng)作互鎖 安全防護(hù)性能的要求也比普通機(jī)床要高很多 同時(shí) 數(shù)控機(jī)床一般都有高壓 大流量的冷卻系統(tǒng) 為了防止切屑 冷卻液的飛濺 數(shù)控機(jī)床通常都應(yīng)采用封閉和半封閉的防護(hù)形式 增加防護(hù)性能 2 1 3提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 合理選擇數(shù)控機(jī)床的總體布局 下頁 上頁 返回 圖庫 機(jī)床的總體布局直接影響到機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能 合理選擇機(jī)床布局 不但可以使機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單 合理 經(jīng)濟(jì) 而且能提高機(jī)床剛度 改善機(jī)床受力情況 提高熱穩(wěn)定性和操作性能 使機(jī)床滿足數(shù)控化的要求 如 在數(shù)控機(jī)床上采用斜床身布局 可以改善受力情況 提高床身的剛度 提高操作性能 臥式數(shù)控鏜床采用T形床身 框架結(jié)構(gòu)雙立柱 立柱移動(dòng)式 Z 布局 可以減少機(jī)床的機(jī)構(gòu)層次 大大提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度和加工精度 精度的穩(wěn)定性好 熱變性的影響小 在高速加工機(jī)床上 則通過采用固定門式立柱 箱中箱 等特殊的布局型式 以最大限度地降低運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量 提高機(jī)床部件的快進(jìn)速度和加速度 以滿足高速加工的需要 2 1 3提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 提高結(jié)構(gòu)件的剛度 下頁 上頁 返回 圖庫 結(jié)構(gòu)的剛度直接影響機(jī)床的精度和動(dòng)態(tài)性能 機(jī)床的剛度主要決定于組成機(jī)械系統(tǒng)的部件質(zhì)量 剛度 阻尼 固有頻率以及負(fù)載激振頻率等 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度主要措施有 改善機(jī)械部分構(gòu)件 利用平衡機(jī)構(gòu)補(bǔ)償部件變性 改善并構(gòu)件間的連接形式 縮短傳動(dòng)鏈 適當(dāng)加大傳動(dòng)軸 對(duì)軸承和滾珠絲杠等傳動(dòng)部件進(jìn)行預(yù)緊等等 2 1 3提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 提高機(jī)床抗振性 下頁 上頁 返回 圖庫 高速轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的動(dòng)態(tài)不平衡力與切削產(chǎn)生的振動(dòng) 是引起機(jī)床振動(dòng)的主要原因 提高數(shù)控機(jī)床抗振性的主要措施有 對(duì)機(jī)床高速轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)部件 特別是主軸部件進(jìn)行動(dòng)平衡 對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行消隙處理 減少機(jī)床激振力 提高機(jī)械部件的靜態(tài)剛度和固有頻率 避免共振 在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件中充填阻尼材料 在大件表面噴涂阻尼涂層抑制振動(dòng)等 2 1 3提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 改善機(jī)床的熱變形 下頁 上頁 返回 圖庫 引起機(jī)床熱變形的主要原因是機(jī)床內(nèi)部熱源發(fā)熱 摩擦以及切削產(chǎn)生的發(fā)熱 減少機(jī)床熱變形的措施主要有 采用伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī) 變量泵等低能耗執(zhí)行元件 減少熱量的產(chǎn)生 簡化傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 減少傳動(dòng)齒輪 傳動(dòng)軸 采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承 減少摩擦發(fā)熱 改善散熱條件 增加隔熱措施 對(duì)發(fā)熱部件 如 電柜 絲桿 油箱等 進(jìn)行強(qiáng)制冷卻 吸收熱量 避免溫升 采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 使部件均勻受熱 對(duì)切削部分采用高壓 大流量冷卻系統(tǒng)冷卻等等 2 1 3提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 保證運(yùn)動(dòng)的精度和穩(wěn)定性 下頁 上頁 返回 圖庫 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性 不僅和數(shù)控系統(tǒng)的分辨率 伺服系統(tǒng)的精度的穩(wěn)定性有關(guān) 而且還在很大程度上取決于機(jī)械傳動(dòng)的精度 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 間隙 摩擦死區(qū) 非線性環(huán)節(jié)都對(duì)機(jī)床的精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響 減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量 采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承以及滾珠絲桿副 靜壓導(dǎo)軌 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件 可以減少系統(tǒng)的摩擦阻力 提高運(yùn)動(dòng)精度 避免低速爬行 縮短傳動(dòng)鏈 對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行消隙 對(duì)軸承和滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)緊 可以減消機(jī)械系統(tǒng)的間隙和非線性影響 提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性 2 2數(shù)控機(jī)床的總體布局 數(shù)控車床的常用布局形式臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 的常用布局形式立式數(shù)控鏜銑床 立式加工中心 的常用布局形式數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局虛擬軸機(jī)床 下頁 上頁 返回 圖庫 2 2 1數(shù)控車床的常用布局形式 平床身斜床身立式床身 圖2 1數(shù)控車床的三種常用布局 a 平床身布局 b 斜床身布局 c 立式床身布局 常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 這三種布局方式各有特點(diǎn) 一般經(jīng)濟(jì)型 普及型數(shù)控車床以及數(shù)控化改造的車床 大都采用平床身 性能要求較高的中 小規(guī)格數(shù)控車床采用斜床身 有的機(jī)床是用平床身斜滑板 大型數(shù)控車床或精密數(shù)控車床采用立式床身 2 2 1數(shù)控車床的常用布局形式 常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 斜床身布局的數(shù)控車床 導(dǎo)軌傾斜角度通常選擇45 60 或75 不僅可以在同等條件下 改善受力情況 而且還可通過整體封閉式截面設(shè)計(jì) 提高床身的剛度 特別是自動(dòng)換刀裝置的布置較方便 而平床身 立式床身布局的機(jī)床受結(jié)構(gòu)的局限 布置比較困難 限制了機(jī)床性能 因此 斜床身布局的數(shù)控車床應(yīng)用比較廣泛 2 2 1數(shù)控車床的常用布局形式 常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 在其他方面則三種布局方式各具特點(diǎn) 1 熱穩(wěn)定性 當(dāng)主軸箱因發(fā)熱使主軸軸線產(chǎn)生熱變位時(shí) 斜床身的影響最小 斜床身 立式床身因排屑性能好 受切屑產(chǎn)生的熱量影響也小 2 運(yùn)動(dòng)精度 平床身布局由于刀架水平布置 不受刀架 滑板自重的影響 容易提高定位精度 立式床身受自重的影響最大 有時(shí)需要加平衡機(jī)構(gòu)消除 斜床身介于兩者之間 2 2 1數(shù)控車床的常用布局形式 常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 3 加工制造 平床身的加工工藝性較好 部件精度較容易保證 另外 平床身機(jī)床工件重量產(chǎn)生的變形方向豎直向下 它和刀具運(yùn)動(dòng)方向垂直 對(duì)加工精度的影響較小 立式床身產(chǎn)生的變形方向正好沿著運(yùn)動(dòng)方向 對(duì)精度影響最大 斜床身介于兩者之間 4 操作 防護(hù) 排屑性能 斜床身的觀察角度最好 工件的調(diào)整比較方便 平床身有刀架的影響 加上滑板突出前方 觀察 調(diào)整較困難 但是 在大型工件和刀具的裝卸方面 平床身因其敞開面寬 起吊容易 裝卸比較方便 立式床身因切屑可以自由落下 排屑性能最好 導(dǎo)軌防護(hù)也較容易 在防護(hù)罩的設(shè)計(jì)上 斜床身和立式床身結(jié)構(gòu)較簡單 安裝也比較方便 而平床身則需要三面封閉 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 制造成本較高 2 2 2臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 的常用布局形式臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 的布局形式種類較多 其主要區(qū)別在于立柱的結(jié)構(gòu)形式和X Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式上 Y軸移動(dòng)方式無區(qū)別 單立柱框架結(jié)構(gòu)雙立柱 圖2 2臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 常見的布局形式 常用的立柱 下頁 上頁 返回 圖庫 Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式有工作臺(tái)移動(dòng)式 圖2 2a b 和立柱移動(dòng)式 圖2 2c 兩種 以上基本形式通過不同組合 還可以派生其他多種變形 如X Z兩軸都采用立柱移動(dòng) 工作臺(tái)完全固定的結(jié)構(gòu)形式 或X軸為立柱移動(dòng) Z軸為工作臺(tái)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式等 2 2 2臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 的常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 在圖2 2所示的三種中 小規(guī)格臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 常見的布局形式中 圖2 2a所示的結(jié)構(gòu)形式和傳統(tǒng)的臥式鏜床相同 多見于早期的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控化改造的機(jī)床 圖2 2b所示的采用了框架結(jié)構(gòu)雙立柱 Z軸工作臺(tái)移動(dòng)式布局 為中 小規(guī)格臥式數(shù)控機(jī)床常用的結(jié)構(gòu)形式 圖2 2c所示的采用了T形床身 框架結(jié)構(gòu)雙立柱 立柱移動(dòng)式 Z軸 布局 為臥式數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)雙立柱采用了對(duì)稱結(jié)構(gòu) 主軸箱在兩立柱中間上 下運(yùn)動(dòng) 與傳統(tǒng)的主軸箱側(cè)掛式結(jié)構(gòu)相比 大大提高了結(jié)構(gòu)剛度 另外 主軸箱是從左 右兩導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)進(jìn)行定位 熱變形產(chǎn)生的主軸軸線變位被限制在垂直方向上 因此 可以通過對(duì)Y軸的補(bǔ)償 減小熱變形的影響 2 2 2臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 的常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 T形床身布局可以使工作臺(tái)沿床身做X方向移動(dòng)時(shí) 在全行程范圍內(nèi) 工作臺(tái)和工件完全支承在床身上 因此 機(jī)床剛性好 工作臺(tái)承載能力強(qiáng) 加工精度容易得到保證 而且 這種結(jié)構(gòu)可以很方便地增加X軸行程 便于機(jī)床品種的系列化 零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 立柱移動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是 首先 這種形式減少了機(jī)床的結(jié)構(gòu)層次 使床身上只有回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 工作臺(tái) 共三層結(jié)構(gòu) 它比傳統(tǒng)的四層十字工作臺(tái) 更容易保證大件結(jié)構(gòu)剛性 同時(shí)又降低了工件的裝卸高度 提高了操作性能 其次 Z軸的移動(dòng)在后床身上進(jìn)行 進(jìn)給力與軸向切削力在同一平面內(nèi) 承受的扭曲力小 鏜孔和銑削精度高 此外 由于Z軸的導(dǎo)軌的承重是固定不變的 它不隨工件重量改變而改變 因此有利于提高Z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性 但是 由于Z軸承載較重 對(duì)提高Z軸的快速性不利 這是其不足之處 2 2 3立式數(shù)控鏜銑床 立式加工中心 的常用布局形式 下頁 上頁 返回 圖庫 立式數(shù)控鏜銑床 立式加工中心 的布局形式與臥式數(shù)控鏜銑床類似 圖2 3所示的是三種常見布局形式 這三種布局形式中 圖2 3a所示的結(jié)構(gòu)形式是常見的工作臺(tái)移動(dòng)式數(shù)控鏜銑床 立式加工中心 的布局 為中 小規(guī)格機(jī)床的常用結(jié)構(gòu)形式 圖2 3b所示的采用了T形床身 X Y Z三軸都是立柱移動(dòng)式的布局 多見于長床身 大X軸行程 或采用交換工作臺(tái)的立式數(shù)控機(jī)床 這三種布局形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 基本和臥式數(shù)控鏜銑床 臥式加工中心 的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)相同 同樣 以上基本形式通過不同組合 還可以派生其他多種變形 如X Z兩軸都采用立柱移動(dòng) 工作臺(tái)完全固定的結(jié)構(gòu)形式 或X軸為立柱移動(dòng) Z軸為工作臺(tái)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式等等 圖2 3立式數(shù)控鏜銑床 立式加工中心 常見的布局形式 2 2 4數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局 下頁 上頁 返回 圖庫 為了提高數(shù)控機(jī)床的加工效率 在加工中心上經(jīng)常采用雙交換工作臺(tái) 進(jìn)行工件的自動(dòng)交換 以進(jìn)一步縮短輔助加工時(shí)間 提高機(jī)床效率 圖2 4a是移動(dòng)式雙交換工作臺(tái)布局圖 用于工作臺(tái)移動(dòng)式加工中心 對(duì)于圖示的初始狀態(tài) 其工作過程是 首先在 工位工作臺(tái)上裝上工件 交換開始后 X軸自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到 工位的位置 并松開工作臺(tái)夾緊機(jī)構(gòu) 交換機(jī)構(gòu)通過液壓缸或輔助電動(dòng)機(jī)將機(jī)床上的工作臺(tái)拉到 工位上 X軸再自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到 工位的位置 交換機(jī)構(gòu)將裝有工件的 工位工作臺(tái)送到機(jī)床上 并夾緊 在機(jī)床進(jìn)行工件加工的同時(shí) 操作者可以在 工位裝卸工件 準(zhǔn)備第二次交換 這樣就使得工件的裝卸和機(jī)床加工可以同時(shí)進(jìn)行 節(jié)省了加工輔助時(shí)間 提高了機(jī)床的效率 圖2 4所示的是兩種常見的雙交換工作臺(tái)布局形式 2 2 4數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局 下頁 上頁 返回 圖庫 圖2 4b是回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺(tái)布局圖 用于立柱移動(dòng)式加工中心 其工作過程是 首先在 工位 裝卸工位 工作臺(tái)上裝上工件 交換開始后 工位 加工工位 的工作臺(tái)夾緊機(jī)構(gòu)自動(dòng)松開 交換回轉(zhuǎn)臺(tái)抬起 進(jìn)行180 回轉(zhuǎn) 將 工位上工作臺(tái)轉(zhuǎn)到 工位的位置 并夾緊 在機(jī)床進(jìn)行工件加工的同時(shí) 操作者可以在 工位裝卸工件 準(zhǔn)備第二次交換 回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是交換速度快 定位精度高 對(duì)冷卻 切屑的防護(hù)容易 缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 占地面積大 2 2 4數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局 下頁 上頁 返回 圖庫 此外 還有一種通過雙工作區(qū) 進(jìn)行工件交換的布局形式 如圖2 5所示 多用于長床身 X軸行程在1500mm以上 且X Y Z三軸都是立柱移動(dòng)式的加工中心上 它的基本結(jié)構(gòu)和立柱移動(dòng)式機(jī)床完全相同 區(qū)別僅在于利用中間防護(hù) 使機(jī)床原工作臺(tái)分成了兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的操作區(qū)域 其工作過程是 立柱首先運(yùn)動(dòng)到 區(qū) 對(duì)安裝在該區(qū)的零件進(jìn)行正常加工 與此同時(shí) 操作者可以在 區(qū)裝卸工件 在 區(qū)的零件加工完成后 通過X軸的快速移動(dòng) 將立柱運(yùn)動(dòng)到 區(qū) 進(jìn)行 區(qū)零件的加工 操作者可以在 區(qū)裝卸工件 如此循環(huán) 機(jī)床通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的互鎖 對(duì)于加工區(qū)的防護(hù)門也需要通過機(jī)電聯(lián)鎖裝置予以封閉 確保機(jī)床的安全性 可靠性 圖2 5雙工作區(qū)交換的布局圖 2 2 5高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局 下頁 上頁 返回 圖庫 圖2 6高速加工機(jī)床布局1 X軸導(dǎo)軌2 內(nèi)框3 主軸箱4 Y軸導(dǎo)軌 立式數(shù)控機(jī)床采用的固定門式立柱布局形式臥式數(shù)控機(jī)床采用的 內(nèi)外雙框架 結(jié)構(gòu)布局即 箱中箱 BoxinBox 結(jié)構(gòu) 常用布局形式 2 2 6虛擬軸機(jī)床 下頁 上頁 返回 圖庫 圖2 7虛擬軸機(jī)床 立式布局形式臥式布局形式 常用布局形式 2 3數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 主傳動(dòng)的基本要求和變速方式主軸的聯(lián)接形式主軸部件的支承電主軸與高速主軸系統(tǒng)主軸部件的結(jié)構(gòu) 下頁 上頁 返回 圖庫 2 3 1主傳動(dòng)的基本要求和變速方式 下頁 上頁 返回 圖庫 數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床一樣 主傳動(dòng)系統(tǒng)也必須通過變速 才能使主軸獲得不同的傳遞 以適應(yīng)不同的加工要求 并且 在變速的同時(shí) 還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩 滿足切削的需要 數(shù)控機(jī)床作為高度自動(dòng)化的設(shè)備 它對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求有以下幾點(diǎn) 1 為了達(dá)到最佳的切削效果 一般都應(yīng)在最佳的切削條件下工作 因此 主軸一般都要求能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 2 要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率 以適應(yīng)高效 高速的加工需要 2 3 1主傳動(dòng)的基本要求和變速方式 下頁 上頁 返回 圖庫 主傳動(dòng)的變速方式 主傳動(dòng)的無極變速通常有以下三種方法 1 采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速傳動(dòng) 在早期的數(shù)控機(jī)床或大型數(shù)控機(jī)床 主軸功率超過100KW 上 也有采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況 2 在經(jīng)濟(jì)性 普及性數(shù)控機(jī)床上 為了降低成本 可以采用變頻帶變頻電動(dòng)機(jī)或普通交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的方式 3 在高速加工機(jī)床上 廣泛使用主軸和電動(dòng)機(jī)一體化的新穎功能部件 電主軸 電主軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體 無須任何傳動(dòng)件 可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn) 甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速 但是 不管采用任何形式 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要比普通機(jī)床簡單得多 2 3 1主傳動(dòng)的基本要求和變速方式 下頁 上頁 返回 圖庫 3 為了降低噪聲 減輕發(fā)熱 減少振動(dòng) 主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu) 減少傳動(dòng)件 4 在加工中心上 還必須具有安裝道具和刀具交換所需要的自動(dòng)夾緊裝置 以及主軸定向準(zhǔn)停裝置 以保證刀具和主軸 刀庫 機(jī)械手的正確嚙合 5 為了擴(kuò)大機(jī)床的功能 實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸的控制 主軸還需安裝位置檢測裝置 以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制 2 3 2主軸的聯(lián)接形式 用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)定傳動(dòng)比的聯(lián)接方式采用電主軸 常用聯(lián)接形式 下頁 上頁 返回 圖庫 2 3 2主軸的聯(lián)接形式 用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié) 下頁 上頁 返回 圖庫 在大 中型數(shù)控機(jī)床上 為了使主軸在低速時(shí)獲得大轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍 通常在使用無級(jí)變速傳動(dòng)的基礎(chǔ)上 在增加兩級(jí)或三級(jí)輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)作為補(bǔ)充 通過分段變速方式 確保低速時(shí)的大扭矩 擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍 滿足機(jī)床重切削時(shí)對(duì)扭矩的要求 輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 原理和普通機(jī)床相同 可以通過電磁離合器 液壓或氣動(dòng)帶動(dòng)滑移齒輪等方式實(shí)現(xiàn) 輔助變速的動(dòng)作控制 可以通過數(shù)控系統(tǒng)的 自動(dòng)傳動(dòng)級(jí)變換 功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn) 輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的變速比應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)床的參數(shù)進(jìn)行選擇 并盡可能保持功率曲線的連續(xù) 圖2 8 2 3 2主軸的聯(lián)接形式 定傳動(dòng)比的聯(lián)接方式 下頁 上頁 返回 圖庫 在小型數(shù)控機(jī)床上 主電動(dòng)機(jī)和主軸一般采用定傳動(dòng)比的聯(lián)結(jié)形式 或是主電動(dòng)機(jī)和主軸直接連接的形式 在使用定傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí) 為了降低噪聲與振動(dòng) 通常采用V帶和同步皮帶傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)和主軸直接連接的形式 可以大大簡化主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 有效提高主軸剛度和可靠性 但是 其主軸的輸出轉(zhuǎn)矩 功率 恒功率調(diào)速范圍決定于主電動(dòng)機(jī)本身 另外 主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸的精度有一定的影響 2 3 2主軸的聯(lián)接形式 采用電主軸 下頁 上頁 返回 圖庫 在高速加工機(jī)床上 大多數(shù)使用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸 可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn) 甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單 剛性更好 車床用電主軸 銑床用電主軸 2 3 3主軸部件的支承 錐孔雙列圓柱滾子軸承雙列推力角接觸球軸承雙列圓錐滾子軸承帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承 常用主軸軸承 下頁 上頁 返回 圖庫 主軸部件是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一 它直接影響機(jī)床的加工質(zhì)量 主軸部件包括主軸的支承 安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等 圖2 9主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承 滾動(dòng)軸承的精度有E級(jí) 高級(jí) D級(jí) 精密級(jí) C級(jí) 特精級(jí) B級(jí) 超精級(jí) 四種等級(jí) 前軸承的精度一般比后軸承高一個(gè)精度等級(jí) 數(shù)控機(jī)床前支承通常采用B C級(jí)精度的軸承 后支承則常采用C D級(jí) 2 3 3主軸部件的支承 采用后端定位 推力軸承布置在后支承的兩側(cè) 軸向載荷由后支承承受 采用前 后兩端定位 推力軸承布置在前 后支承的兩外側(cè) 軸向載荷由前支承承受 軸向間隙由后端調(diào)整 采用前端定位 推力軸承布置在前支承 軸向載荷由前支承承受 軸承的配置合理配置軸承 可以提高主軸精度 降低溫升 簡化支承結(jié)構(gòu) 在數(shù)控機(jī)床上配制軸承時(shí) 前后軸承都應(yīng)能承受徑向載荷 支承間的距離要選擇合理 并根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況配制軸向力的軸承 下頁 上頁 返回 圖庫 圖2 10幾種常見的軸承配置形式 2 3 4電主軸與高速主軸系統(tǒng) 下頁 上頁 返回 圖庫 在高速加工機(jī)床上 大多數(shù)使用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸 可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn) 甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單 剛性更好 電主軸最早應(yīng)用于磨床上 隨著高速加工機(jī)床的發(fā)展 電主軸以其卓越的高速性能 被廣泛用于其他數(shù)控機(jī)床 雖然電主軸外形各不相同 但其實(shí)質(zhì)都是一只轉(zhuǎn)子中空的電動(dòng)機(jī) 如圖2 11所示 外殼有進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的水槽 中空套筒用于直接安裝各種機(jī)床主軸 從而取消了從主電動(dòng)機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié) 如傳動(dòng)帶 齒輪 離合器等 實(shí)現(xiàn)了主電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化 使機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所謂的 零傳動(dòng) 2 3 4電主軸與高速主軸系統(tǒng) 機(jī)械結(jié)構(gòu)最為簡單 傳動(dòng)慣量小 因而快速響應(yīng)性好 能實(shí)現(xiàn)極高的速度 加 減 速度和定角度的快速準(zhǔn)停 C軸控制 通過采用交流變頻調(diào)速或磁場矢量控制的交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置 輸出功率大 調(diào)速范圍寬 并有比較理想的轉(zhuǎn)矩 功率特性 可以實(shí)現(xiàn)了主軸部件的單元化 電主軸可獨(dú)立做成標(biāo)準(zhǔn)功能部件 并由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn) 機(jī)床生產(chǎn)廠只需根據(jù)用戶的不同要求進(jìn)行選用 可很方便的組成各種性能的高速機(jī)床 符合現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)模塊化的發(fā)展方向 電主軸的主要特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 主軸部件采用電主軸的傳動(dòng)方式有以下特點(diǎn) 2 3 4電主軸與高速主軸系統(tǒng) 主電動(dòng)機(jī)置于主軸前 后軸承之間 這種方式的優(yōu)點(diǎn)是 主軸單元的軸向尺寸較短 主軸剛度高 出力大 較適用于中 大型高速加工中心 目前大多數(shù)加工中心都采用這種結(jié)構(gòu)形式 主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后 即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置 有的用聯(lián)軸器 這種布局方式有利于減小電主軸前端的徑向尺寸 電動(dòng)機(jī)的散熱條件也較好 但整個(gè)主軸單元的軸向尺寸較大 常用于小型高速數(shù)控機(jī)床 尤其適用于模具型腔的高速精密加工 電主軸的安裝形式根據(jù)主電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對(duì)位置的不同 高速電主軸有兩種安裝形式 下頁 上頁 返回 圖庫 2 3 4電主軸與高速主軸系統(tǒng) 電主軸的發(fā)熱及其解決方法 下頁 上頁 返回 圖庫 與一般的主軸部件不同 電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱 由于主電動(dòng)機(jī)旁邊就是主軸軸承 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度 如果主電動(dòng)機(jī)的散熱問題解決不好 就會(huì)影響機(jī)床工作的可靠性 為此 電主軸一般都采用外循環(huán)油一水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻 即 在主電動(dòng)機(jī)定子的外面加工有帶螺旋槽的鋁質(zhì)外套 圖2 11 機(jī)床工作時(shí) 冷卻水不斷在該螺旋槽中流動(dòng) 從而把主電動(dòng)機(jī)的熱量及時(shí) 迅速地帶走 為了進(jìn)一步降低主軸軸承的溫升 軸承一般都采用油一氣潤滑系統(tǒng) 2 3 4電主軸與高速主軸系統(tǒng) 電主軸的動(dòng)平衡設(shè)計(jì) 下頁 上頁 返回 圖庫 電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在10000r min以上 甚至高達(dá)60000 100000r min 主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量 都會(huì)引起巨大的離心力 造成機(jī)床的振動(dòng) 影響加工精度和表面質(zhì)量 因此必須對(duì)電主軸進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡 采用電主軸后 主軸和主軸上的零件都要經(jīng)過十分精密的加工 裝配和調(diào)校 一般要使主軸組件動(dòng)平衡精度達(dá)到0 4級(jí)以上的水平 在設(shè)計(jì)電主軸時(shí) 必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對(duì)稱性原則 鍵連接和螺紋連接在電主軸上被禁止使用 2 3 4電主軸與高速主軸系統(tǒng) 提高軸承尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度 采用角接觸球軸承取代圓柱滾子軸承和推力球軸承 應(yīng)減小徑向截面尺寸 以減小系統(tǒng)的體積 并有利于系統(tǒng)的熱傳導(dǎo) 應(yīng)盡量采用小而多的滾動(dòng)體 提高軸系的動(dòng)剛度 采用高強(qiáng)度 輕質(zhì)保持架 選擇合理的引導(dǎo)方式 盡量采用配對(duì)軸承 以保證軸承的旋轉(zhuǎn)精度與剛度 高速主軸系統(tǒng)的軸承配置要求 下頁 上頁 返回 圖庫 隨著機(jī)床主軸高速化的發(fā)展 在主軸傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)后 為適應(yīng)高速傳動(dòng) 并使軸承可實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn) 且溫升低 剛性好 它對(duì)機(jī)床用軸承提出了更為嚴(yán)格的要求 這些要求概括起來有以下幾點(diǎn) 2 3 5主軸部件的結(jié)構(gòu) 主軸和電動(dòng)機(jī)間采用的是傳動(dòng)帶聯(lián)接的定傳動(dòng)比傳動(dòng)方式采用電主軸 兩種臥式車床的主軸部件結(jié)構(gòu) 下頁 上頁 返回 圖庫 機(jī)床主軸部件的結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的機(jī)床有較大的差別 2 4數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式直線電動(dòng)機(jī)與高速進(jìn)給單元滾珠絲杠螺母副的原理滾珠絲杠螺母副的支承滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接滾珠絲杠螺母副的選擇與計(jì)算 略 下頁 上頁 返回 圖庫 2 4 1數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 下頁 上頁 返回 圖庫 為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等 在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí) 提出如下要求 1 提高傳動(dòng)部件的剛度 2 減小傳動(dòng)部件的慣量 3 減小傳動(dòng)部件的間隙進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙一般指反向間隙 即反向死區(qū)誤差 它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈的各傳動(dòng)副中 直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度 因此 應(yīng)盡量消除傳動(dòng)間隙 減小反向死區(qū)誤差 設(shè)計(jì)中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動(dòng)副等方法 4 減小系統(tǒng)的摩擦阻力 2 4 2數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的基本形式 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠螺母副靜壓絲杠螺母副靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 2 4 3直線電動(dòng)機(jī)與高速進(jìn)給單元 下頁 上頁 返回 圖庫 直線電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)高速進(jìn)給單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意點(diǎn) 2 4 3直線電動(dòng)機(jī)與高速進(jìn)給單元 不需轉(zhuǎn)換裝置能直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)可獲得較高旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)速消除傳動(dòng)環(huán)節(jié) 精度高 剛度大 穩(wěn)定性好 采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 效率和功率因數(shù)低 低速更明顯對(duì)驅(qū)動(dòng)器要求高 受電源電壓影響大和導(dǎo)軌 工作臺(tái)成一體 要采取措施防止磁力和熱變形影響 直線電動(dòng)機(jī)的不足之處 直線電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn) 2 4 3直線電動(dòng)機(jī)與高速進(jìn)給單元 防磁問題散熱問題 下頁 上頁 返回 圖庫 直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意點(diǎn) 2 4 4滾珠絲杠螺母副的原理 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理 滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件 以減少摩擦 圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽 這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來就形成螺旋線滾道 在滾道內(nèi)裝有滾珠 當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí) 滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng) 因此絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦 為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來 在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置 使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng) 2 4 4滾珠絲杠螺母副的原理 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的滾珠絲杠副 可分為內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)兩類 外循環(huán)螺旋槽式滾珠絲杠副 在螺母的外圓上銑有螺旋槽 并在螺母內(nèi)部裝上擋珠器 擋珠器的舌部切斷螺紋滾道 迫使?jié)L珠流入通向螺旋槽的孔中而完成循環(huán) 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副 在螺母外側(cè)孔中裝有接通相鄰滾道的反向器 以迫使?jié)L珠翻越絲杠的齒頂而進(jìn)入相鄰滾道 2 4 4滾珠絲杠螺母副的原理 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊 常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)型式有以下三種墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式 單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊及單螺母鋼球過盈預(yù)緊方式 各種預(yù)緊方式的特點(diǎn)及適用場合見表2 2 2 4 5滾珠絲杠螺母副的支承 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠螺母副的支承形式 滾珠絲杠螺母副的支承軸承 螺母座 絲杠的軸承及其支架等剛性不足 將嚴(yán)重地影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度 因此 螺母座應(yīng)有加強(qiáng)肋 以減少受力后的變形 螺母座與床身的接觸面積宜大 其連接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)高 定位銷要緊密配合 不能松動(dòng) 滾珠絲杠常用推力軸承支承 以提高軸向剛度 當(dāng)滾珠絲杠的軸向負(fù)載很小時(shí) 也可用深溝球軸承支承 滾珠絲杠的支承方式有以下幾種一端裝推力軸承一端裝推力軸承 另一端裝深溝球軸承兩端裝推力軸承兩端裝推力軸承及深溝球軸承 2 4 6滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠螺母副與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的聯(lián)接形式主要有以下三種聯(lián)軸器直接聯(lián)接通過齒輪聯(lián)接通過同步齒形帶聯(lián)接 2 4 7滾珠絲杠螺母副的選擇與計(jì)算 下頁 上頁 返回 圖庫 滾珠絲杠副的精度等級(jí)為1 2 3 4 5 7 10級(jí)精度 代號(hào)分別為1 2 3 4 5 7 10 其中1級(jí)為最高 依次逐級(jí)降低 滾珠絲杠副的精度包括各元件的精度和裝配后的綜合精度 其中包括導(dǎo)程誤差 絲杠大徑對(duì)螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng) 絲杠和螺母表面粗糙度 有預(yù)加載荷時(shí)螺母安裝端面對(duì)絲杠螺紋軸線的圓跳動(dòng) 有預(yù)加載荷時(shí)螺母安裝直徑對(duì)絲杠螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng)以及滾珠絲杠名義直徑尺寸變動(dòng)量等 在開環(huán)數(shù)控機(jī)床和其他精密機(jī)床中 滾珠絲杠的精度直接影響定位精度和隨動(dòng)精度 對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床 絲杠的制造誤差使得它在工作時(shí)負(fù)載分布不均勻 從而降低承載能力和接觸剛度 并使預(yù)緊力和驅(qū)動(dòng)力矩不穩(wěn)定 因此 傳動(dòng)精度始終是滾珠絲杠最重要的質(zhì)量指標(biāo) 2 5數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌 數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的基本要求數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇與計(jì)算 略 滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝與使用 下頁 上頁 返回 圖庫 2 5 1數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 下頁 上頁 返回 圖庫 機(jī)床上的直線運(yùn)動(dòng)部件都是沿著它的床身 立柱 橫梁等上的導(dǎo)軌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的 導(dǎo)軌的作用概括地說是對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起導(dǎo)向和支承作用 導(dǎo)軌的制造精度及精度保持性對(duì)機(jī)床加工精變有著重要作用的影響 數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的要求主要有 導(dǎo)向精度高精度保持性好足夠的剛度良好的摩擦特性此外 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)工藝性要好 便于制造和裝配 便于檢驗(yàn) 調(diào)整和維修 而且有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑措施等 2 5 2數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 導(dǎo)軌按接觸面的摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌三種 其中 數(shù)控機(jī)床最常用的是鑲粘塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌 2 5 2數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 滑動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 剛度好 抗振性高等優(yōu)點(diǎn) 是機(jī)床上使用最廣泛的導(dǎo)軌形式 但普通的鑄鐵一鑄鐵 鑄鐵一淬火鋼導(dǎo)軌 存在的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大 而且動(dòng)摩擦因數(shù)隨速度變化而變化 摩擦損失大 低速 1 60mm min 時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象 降低了運(yùn)動(dòng)部件的定位精度 鑲粘塑料導(dǎo)軌不僅可以滿足機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的低摩擦 耐磨 無爬行 高剛度的要求 同時(shí)又具有生產(chǎn)成本低 應(yīng)用工藝簡單 經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn) 因此 在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用 2 5 2數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠 滾柱 滾針等滾動(dòng)體 使導(dǎo)軌面之間的滑動(dòng)摩擦變成為滾動(dòng)摩擦 滾動(dòng)導(dǎo)軌與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比的優(yōu)點(diǎn)是 靈敏度高 且其動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差甚微 因而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 低速移動(dòng)時(shí) 不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象 定位精度高 重復(fù)定位精度可達(dá)0 2 m 摩擦阻力小 移動(dòng)輕便 磨損小 精度保持性好 壽命長 但滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗振性較差 對(duì)防護(hù)要求較高 2 5 2數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌特別適用于機(jī)床的工作部件要求移動(dòng)均勻 運(yùn)動(dòng)靈敏及定位精度高的場合 這是滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用的原因 根據(jù)滾動(dòng)體的類型 滾動(dòng)導(dǎo)軌有下列三種結(jié)構(gòu)形式 滾珠導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌是否預(yù)加負(fù)載 滾動(dòng)導(dǎo)軌還可以分為預(yù)加載和無預(yù)加載兩類 2 5 2數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌的滑動(dòng)面之間開有油腔 將有一定的油通過節(jié)流輸入油腔 形成壓力油膜 浮起運(yùn)動(dòng)部件 使導(dǎo)軌工作表面處于純液體摩擦 不產(chǎn)生磨損 精度保持性好 同時(shí)摩擦系數(shù)也極低 0 0005 使驅(qū)動(dòng)功率大大降低 低速無爬行 承載能力大 剛度好 此外 油液有吸振作用 抗振性好 其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜 要有供油系統(tǒng) 油的清潔度要求高 靜壓導(dǎo)軌橫截面的幾何形狀一般V形和矩形兩種 采用V形便于導(dǎo)向和回油 采用矩形便于做成閉式靜壓導(dǎo)軌 另外 油腔的結(jié)構(gòu) 對(duì)靜壓導(dǎo)軌性能影響很大 靜壓導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較少 有關(guān)詳細(xì)介紹 在此從略 2 5 3滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理使用滾珠的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)原理 是由導(dǎo)軌 滑塊 鋼球 反向器 密封端蓋及擋板等部分組成 當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 鋼球就沿著導(dǎo)軌上經(jīng)過淬硬并精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng) 在滑塊端部 鋼球通過反向器反向 進(jìn)入回珠孔后再返回到滾道 鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) 反向器兩端裝有防塵密封端蓋 可有效地防止灰塵 屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部 2 5 3滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn) 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦 因此 在大大降低兩者間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力的同時(shí) 使得它還具有以下特點(diǎn) 1 動(dòng) 靜摩擦力之差很小 靈敏性極好 驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作間的滯后時(shí)間極短 2 可以使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率大幅度下降3 適合于高速 高精度加工的機(jī)床4 可以實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng) 提高進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度 5 滾動(dòng)導(dǎo)軌成對(duì)使用時(shí) 具有 誤差均化效應(yīng) 6 導(dǎo)軌副的滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽 接觸應(yīng)力小7 導(dǎo)軌采用表面硬化處理工藝8 滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)安裝面的要求較低 2 5 4滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇與計(jì)算 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)導(dǎo)軌的精度等級(jí)與通用數(shù)據(jù) 滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇與計(jì)算主要包括額定壽命 載荷 預(yù)載荷等方面的計(jì)算 精度等級(jí)的選擇等等 滾動(dòng)導(dǎo)軌的精度分四個(gè)等級(jí) 即2 3 4 5級(jí) 其中2級(jí)精度最高 依次遞減 各類機(jī)床推薦采用的精度為 數(shù)控車床 數(shù)控銑床 加工中心 坐標(biāo)鏜床 坐標(biāo)磨床 的X Y軸可以采用2 3 4級(jí)精度 Z軸通?？梢允褂门cX Y軸相同或低一級(jí)的精度 滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊等級(jí)可以分為P0 P1 P2 P3四個(gè)等級(jí) 滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)一般為0 002 0 003左右 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的額定壽命 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的載荷計(jì)算 2 5 4滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇與計(jì)算 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的載荷特點(diǎn)作用于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的載荷計(jì)算對(duì)于全行程中大小變化的載荷 在計(jì)算出載荷后 還應(yīng)根據(jù)不同情況 通過以下方法算出其當(dāng)量載荷Pc 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝 2 5 5滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝與使用 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝 固定方式主要有使用螺栓固定 使用斜模塊固定 使用壓板固定和使用定位銷固定等 在數(shù)控機(jī)床上 通常是兩根導(dǎo)軌成對(duì)使用 這時(shí)其中的一根為基準(zhǔn)導(dǎo)軌 通過對(duì)基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正確安裝 可以保證運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于支承件的正確導(dǎo)向 在這種情況下 圖2 24適用于對(duì)基準(zhǔn)導(dǎo)軌的安裝 對(duì)于從動(dòng)導(dǎo)軌 安裝時(shí)應(yīng)保證其位置可以調(diào)整 使運(yùn)動(dòng)輕便 元干涉 下頁 上頁 返回 圖庫 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的防護(hù)與潤滑 2 5 5滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝與使用 使用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副時(shí) 應(yīng)注意工作