數(shù)控機(jī)床構(gòu)造

1、數(shù)控機(jī)床構(gòu)造5.1 對數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的根本要求5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)5.3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)5.4 換刀裝置5.1 對數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的根本要求動(dòng)、靜剛度高熱變形小傳動(dòng)靈敏人性化1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動(dòng)剛度機(jī)床的剛度是指機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。靜剛度：根據(jù)機(jī)床所受載荷性質(zhì)的不同，機(jī)床在 靜態(tài)力重力、機(jī)構(gòu)之間的相互作用 力等作用下所表現(xiàn)的剛度稱為機(jī)床 的靜剛度；動(dòng)剛度：在動(dòng)態(tài)力切削力作用下所表現(xiàn)的剛 度稱為動(dòng)剛度。影響機(jī)床剛度的主要因素是：各構(gòu)件、部件本身的剛度以及相互間的接觸剛度。提高動(dòng)靜剛度的措施為了提高機(jī)床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用重錘或液力平衡減少移動(dòng)部件因位置變動(dòng)造成的機(jī)床變形。封

2、閉整體箱形結(jié)構(gòu)為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形；數(shù)控車床上加盡量縮短主軸端部受力懸伸長度以減少所受彎矩。為了提高機(jī)床各部件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。提高動(dòng)態(tài)剛度的方法：提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)說明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來在數(shù)控機(jī)床上采用了鋼

3、板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減，對提高抗振性也有較好的效果。在大件內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，在振動(dòng)時(shí)因摩擦力較大而耗散振動(dòng)能量。也可采用阻尼層法，即在大件外表噴涂一層具有高阻尼和較高彈性的黏滯彈性材料，涂層越厚，阻尼越大。QC11NJDK數(shù)控液壓閘式剪板機(jī) 機(jī)架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)振動(dòng)消除內(nèi)應(yīng)力，有足夠的強(qiáng)度與剛性 這是加工大型零件的超重型設(shè)備。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：工作臺徑向采用高精度雙列短滾子軸承定心；軸向采用每腔一泵式恒流靜壓導(dǎo)軌。主傳動(dòng)箱采用二級機(jī)械變速和立式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。橫梁配有卸荷梁；用靜壓卸荷絲桿升降。刀架移動(dòng)采用消除間隙的雙齒輪傳動(dòng)；滑枕移動(dòng)采用滾珠絲

4、桿傳動(dòng)。機(jī)床橫梁、床身和立柱為焊接件結(jié)構(gòu)，并采用了阻尼減振措施。CK53系列數(shù)控單柱移動(dòng)立式車床和車銑鏜立式車床人造大理石床身混凝土聚合物圖53德國DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖 2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形圖5-1 10m/min進(jìn)給速度，多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的滾柱絲杠發(fā)熱情況，溫度分布圖的溫度顯示為25攝氏至40攝氏度，若沒有補(bǔ)償措施，則將使工件產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷。主軸冷卻風(fēng)管對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻1、減少發(fā)熱2、控制溫升:對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻3、改善機(jī)床機(jī)構(gòu):采用熱對稱結(jié)構(gòu)4、絲杠預(yù)拉伸 5、熱位移補(bǔ)償控制熱變形的措施熱對稱結(jié)構(gòu)立柱3.傳動(dòng)靈敏：數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦要小，要消除傳動(dòng)系

5、統(tǒng)的間隙，到達(dá)低速時(shí)無爬行，高速時(shí)快速響應(yīng)。4 .數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要人性化一、主傳動(dòng)系統(tǒng)作用是將電動(dòng)機(jī)的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動(dòng)。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。二、主傳動(dòng)系統(tǒng)組成：主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件 5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)三、對主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 1.足夠的轉(zhuǎn)速范圍2.足夠的功率和扭矩3.各零部件應(yīng)具有足夠的精度、 強(qiáng)度、剛度和抗振性4.噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)四、主軸的驅(qū)動(dòng)方式1.采用變速齒輪傳動(dòng)這是大中型數(shù)控機(jī)床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對齒輪傳動(dòng)，擴(kuò)大變速范圍?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來

6、實(shí)現(xiàn)。2.采用同步齒形帶傳動(dòng)這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸。3 .用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能(見圖5-2c)。高速時(shí)，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)；低速時(shí)，由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，防止了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的問題。但兩個(gè)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)工作，也是一種浪費(fèi)。 4.采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)一體化主軸，電主軸 主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合二為一，從而使主軸部件結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量輕，慣量小，有效地提高了主軸部件的剛度，提高了主軸啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特

7、性，目前高速加工機(jī)床主軸多采用這種方式，這種類型的主軸也稱為電主軸。圖5-2 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式a)齒輪變速 b)帶傳動(dòng)c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)d)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 圖5-7 內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸車床用電主軸銑床用電主軸氯丁橡膠同步帶 聚氨酯同步帶圓弧齒工業(yè)同步帶雙面齒同步帶五主軸調(diào)速方法數(shù)控機(jī)床常用機(jī)電結(jié)合的方法，即同時(shí)采用電動(dòng)機(jī)和機(jī)械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴(kuò)大調(diào)速范圍。1、電動(dòng)機(jī)調(diào)速用于主軸驅(qū)動(dòng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。1直流電動(dòng)機(jī)主軸調(diào)速2交流電動(dòng)機(jī)主軸調(diào)速2、機(jī)械齒輪變速 數(shù)控機(jī)床常采用1- 4擋齒輪變速與無級調(diào)速相

8、結(jié)合的方式，即所謂分段無級變速。采用機(jī)械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴(kuò)大了調(diào)速范圍。 自動(dòng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種電機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，常用的有液壓撥叉和電磁離合器。圖23 三位液壓撥叉工作原理圖1、5液壓缸 2活塞桿 3撥叉 4套筒六、 主軸部件主軸部件是機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，它包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。對于數(shù)控機(jī)床尤其是自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸與夾持，還必須有刀具的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等結(jié)構(gòu)。 1、主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設(shè)計(jì)要求上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)

9、矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標(biāo)準(zhǔn)化。(a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機(jī)床主軸端部；(c)外圓磨床砂輪主軸端部；(d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部；(e)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部；(f)組合機(jī)床主軸端部 2、主軸部件的支承機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機(jī)床主軸多采用滾動(dòng)軸承作為支承，對于精度要求高的主軸那么采用動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承作為支承。下面著重介紹主軸部件所用的滾動(dòng)軸承。主軸滾動(dòng)軸承的配置前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用成對向心推力球軸承。能使主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足機(jī)床強(qiáng)力切削的要

10、求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床的主軸，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。這種配置的后支承也可用圓柱滾子軸承，進(jìn)一步提高后支承徑向剛度。圖5-14 數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式 如圖5-14b所示的配置前支承采用多個(gè)高精度向心推力球軸承，后支承采用球軸承，沒有如圖5-14a所示的主軸剛度大，但這種配置提高了主軸的轉(zhuǎn)速，適合主軸要求在較高轉(zhuǎn)速下工作的數(shù)控機(jī)床。目前，這種配置形式在立式、臥式加工中心機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，滿足了這類機(jī)床轉(zhuǎn)速范圍大、最高轉(zhuǎn)速高的要求。為提高這種形式配置的主軸剛度，前支承可以用四個(gè)或更多個(gè)的軸承相組配，后支承用兩個(gè)軸承相組配。 如圖5-14c所示的配置形式，前支承采用雙列圓錐滾子軸

11、承，后支承為單列圓錐滾子軸承。能使主軸承受較重載荷(尤其是承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷)，徑向和軸向剛度高，安裝和調(diào)整性好。但這種配置相對限制了主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。3、主軸的材料和熱處理 主軸材料可根據(jù)強(qiáng)度、剛度、耐磨性、載荷特點(diǎn)和熱處理變形大小等因素來選擇。主軸剛度與材質(zhì)的彈性模量E有關(guān)。無論是普通鋼還是合金鋼其E值根本相同。因此，對于一般要求的機(jī)床其主軸可用價(jià)格廉價(jià)的中碳鋼、45鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后硬度為2228HRC；當(dāng)載荷較大或存在較大的沖擊時(shí)，或者精密機(jī)床的主軸為減少熱處理后的變形，或者需要作軸向移動(dòng)的主軸為了減少它的磨損時(shí)，那么可選用合金鋼。常用的合金鋼

12、有：40Cr進(jìn)行淬硬硬度到達(dá)4050HRC，或者用20Cr進(jìn)行滲碳淬硬使硬度到達(dá)5662HRC。某些高精度機(jī)床的主軸材料那么選用38CrMoAl進(jìn)行氮化處理，使硬度到達(dá)8501000HV。圖5-19 加工中心主軸組件圖5-18 數(shù)控車床主軸組件七、主軸準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)停功能又稱主軸定向功能(Spindle Specified Position Stop)，其作用是使主軸每次都準(zhǔn)確地停在固定不變的周向位置上，以保證自動(dòng)換刀時(shí)主軸上的端面鍵能對準(zhǔn)刀柄上的鍵槽，同時(shí)使每次裝刀時(shí)刀柄與主軸的相對位置不變，提高刀具的重復(fù)安裝精度，從而可提高加工的一致性。另外，一些特殊工藝要求，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進(jìn)行反倒角等加工時(shí)，也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，使刀尖停在一個(gè)固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大刀刃能通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對大孔進(jìn)行鏜削。圖5-28主軸準(zhǔn)停換刀示意圖圖5-29 主軸準(zhǔn)停鏜背孔示意圖主軸準(zhǔn)停可分為機(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停，它們的控制過程是一樣的。目前國內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)?？刂?，采用電氣準(zhǔn)停控制有如下優(yōu)點(diǎn) ：(1)簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)(2)縮短準(zhǔn)停時(shí)間(3)可靠性增加(4)性能價(jià)格比提高圖511典型的V形槽輪定位盤機(jī)械準(zhǔn)停