數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計與總體布局課件

1、1第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 概述 6.1.1 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的要求 6.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 6.1.3 提高機(jī)床的抗振性 6.1.4 提高低速進(jìn)給運(yùn)動的平穩(wěn)性和運(yùn)動精度第1頁/共36頁1第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 概述 第1頁/2第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 概述 6.1.1 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的要求 1.機(jī)床的性能要求; 2.滿足機(jī)床剛度和抗振性的要求; 3.減少熱變形要求; 4.機(jī)床可靠性要求; 5.人機(jī)要求。 第2頁/共36頁2第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 概述 第2頁/3第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 概述 6.1.1 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的要求1.機(jī)床

2、的性能要求（1）機(jī)床的工藝范圍 機(jī)床可完成加工工序種類； 加工零件類型； 材料和尺寸范圍，毛坯種類。 第3頁/共36頁3第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 概述 第3頁/4第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）加工精度 尺寸、形狀和位置精度。 機(jī)床精度： 幾何精度、運(yùn)動精度和定位精度。 注意低速運(yùn)動的平穩(wěn)性。 導(dǎo)軌的材料和結(jié)構(gòu)第4頁/共36頁4第六章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）加工精度第4頁/共3652.滿足機(jī)床剛度和抗振性的要求 具有抵抗外載荷的能力； 抵抗受迫和自激振動的能力； 改善機(jī)床機(jī)構(gòu)。第5頁/共36頁52.滿足機(jī)床剛度和抗振性的要求 具有抵抗外載63.減少熱變形要求 減少發(fā)熱 控制溫升 改善

3、機(jī)床結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床受熱變形與切入方向第6頁/共36頁63.減少熱變形要求 減少發(fā)熱 7 4. 機(jī)床可靠性要求5. 人機(jī)要求 結(jié)論： 具有大切削功率，高的靜動剛度和良好的抗振性；具有較高的幾何精度、傳動精度、定位精度， 和熱穩(wěn)定性；具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動化的結(jié)構(gòu)部件。第7頁/共36頁7 4. 機(jī)床可靠性要求5. 人機(jī)要求86.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 具體措施：合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式； 合理的結(jié)構(gòu)布局； 構(gòu)件變形補(bǔ)償。 第8頁/共36頁86.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式； 96.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 正確選擇截面的形狀和尺寸 形狀相同的斷面，當(dāng)保持相同

4、的截面積時，應(yīng)減小壁厚，加大截面的輪廓尺寸； 圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大，抗彎剛度則比方形截面的??； 封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多； 壁上開ZL將使剛度下降，在孔周加上凸綠可使抗彎剛度得到恢復(fù)。第9頁/共36頁96.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 正10第10頁/共36頁10第10頁/共36頁116.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 合理選擇及布置隔板 (e)交叉筋板的作用最好第11頁/共36頁116.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 126.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 合理選擇及布置筋條(f)蜂窩狀加強(qiáng)筋

5、較好第12頁/共36頁126.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 136.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 提高構(gòu)件局部剛度圖示為導(dǎo)軌和床身聯(lián)結(jié)的幾種形式。如果導(dǎo)軌的尺寸較寬時，應(yīng)用雙壁聯(lián)結(jié)型式如圖(d)、(e)、(f)。導(dǎo)軌較窄時可用單壁或加厚的單壁聯(lián)結(jié)，或者在單壁上增加垂直筋條以提高局部剛度。 選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件 主要用于機(jī)床的床身、立柱第13頁/共36頁136.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 146.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 合理的結(jié)構(gòu)布局 (a) (b) (c)主軸箱單面懸掛在立柱側(cè)面，自重、切削力影響第14頁/共36頁146.1.2 提高機(jī)

6、床結(jié)構(gòu)剛度合理的結(jié)構(gòu)布局 (a) 156.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度 構(gòu)件變形補(bǔ)償 第15頁/共36頁156.1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度構(gòu)件變形補(bǔ)償 第15頁166.1.3 提高機(jī)床的抗振性 振動類型 強(qiáng)迫振動 振源 ： 高速轉(zhuǎn)動零部件的動態(tài)不平衡力； 往復(fù)運(yùn)動件的換向沖擊力期變化的切削力 機(jī)床外部的振動 自激振動 切削顫振 臨界切削寬度第16頁/共36頁166.1.3 提高機(jī)床的抗振性振動類型第16頁/共36176.1.3 提高機(jī)床的抗振性 措施 減少機(jī)床內(nèi)部振源； （動平衡、消除配合間隙、隔振） 提高靜態(tài)剛度； 增加構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的阻尼。第17頁/共36頁176.1.3 提高機(jī)床的抗振性措施 第1

7、7頁/共36186.1.4 提高低速進(jìn)給運(yùn)動的平穩(wěn)性和運(yùn)動精度 進(jìn)給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象 措施 降低執(zhí)行部件的質(zhì)量 減少動靜摩擦系數(shù)之差 提高傳動系統(tǒng)的傳動剛度 （扭轉(zhuǎn)、拉壓剛度） 第18頁/共36頁186.1.4 提高低速進(jìn)給運(yùn)動的平穩(wěn)性和運(yùn)動精度 進(jìn)給196.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關(guān)系；6.2.2 運(yùn)動分配與部件的布局；6.2.3 總布局與機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能；6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局； 6.2.5 機(jī)床的使用要求與總布局；6.2.6 數(shù)控機(jī)床總布局的其它趨勢。 第19頁/共36頁196.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件20

8、6.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關(guān)系工作臺完成進(jìn)給 工件較輕時第20頁/共36頁206.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形216.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關(guān)系工作臺與銑頭完成進(jìn)給 較重或較高工件 第21頁/共36頁216.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形226.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形狀、尺寸和重量的關(guān)系工作臺與銑頭完成進(jìn)給 工件較重，多刀加工 第22頁/共36頁226.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形236.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局

9、與工件形狀、尺寸和重量的關(guān)系銑頭進(jìn)給 大型、重型工件第23頁/共36頁236.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.1 總布局與工件形246.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件的布局?jǐn)?shù)控鏜銑床 四軸聯(lián)動 第24頁/共36頁246.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件256.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件的布局?jǐn)?shù)控鏜銑床 五軸聯(lián)動 第25頁/共36頁256.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件266.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件的布局?jǐn)?shù)控鏜銑床 五軸聯(lián)動 第26頁/共36頁266.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件

10、276.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件的布局?jǐn)?shù)控鏜銑床 五軸聯(lián)動 第27頁/共36頁276.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.2 運(yùn)動分配與部件286.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.3 總布局與機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能應(yīng)能兼顧精度、剛度、 抗振性和熱穩(wěn)定性 第28頁/共36頁286.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.3 總布局與機(jī)床的296.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 JCS013型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的布局 四排鏈?zhǔn)降稁?，雙爪式的機(jī)械手在立柱上移動，取刀后機(jī)械手回轉(zhuǎn)180。 刀庫容量可以選得較大，安裝調(diào)整較費(fèi)功夫； 機(jī)械手的換刀動作也較多， 可靠性較

11、難保證； 整機(jī)占地面積較大 ； 只能固定位置換刀；主軸箱的重復(fù)定位精度將影響加工臺肩軸孔的同軸度。第29頁/共36頁296.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控306.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 加工中心鏈?zhǔn)降稁?主機(jī)的正前方對主機(jī)的操作有妨礙換刀機(jī)械手裝在主軸箱上 ，可以實(shí)現(xiàn)任意位置換刀 換刀動作少 立柱的z向退刀動作就是回到換刀位置的動作。第30頁/共36頁306.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控316.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 加工中心 盤式刀庫安裝在立柱的后側(cè)采用了前后兩個換刀

12、機(jī)械手。后機(jī)械手將刀具由刀庫中取出，先是裝入一個運(yùn)刀裝置中，隨運(yùn)刀裝置移到固定的位置，再由前換刀機(jī)械手在主袖與運(yùn)刀裝置之間進(jìn)行刀具交換。 結(jié)構(gòu)部件較多，而且換刀的動作也較多，過程較長，只能在固定位置換刀，同樣存在加工臺肩孔的不同軸問題。當(dāng)然這種布局方案的結(jié)構(gòu)比較緊湊。第31頁/共36頁316.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控326.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的總布局 加工中心 （南陽石油二機(jī)集團(tuán)） 刀具鏈?zhǔn)降稁煅b在立柱的左側(cè)面，刀庫中刀具的軸線與機(jī)床的主軸軸線垂直交叉，因此，換刀機(jī)械手可以作90。旋轉(zhuǎn)，將刀庫中取下的刀具轉(zhuǎn)到與主軸中心線平行的位置進(jìn)行換刀。并巳換刀機(jī)械手是裝在主軸箱上，可以實(shí)現(xiàn)任意位置換刀。 換刀動作少，結(jié)構(gòu)布置緊湊，外觀較好，占地面積也較小。第32頁/共36頁326.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局 6.2.4 自動換刀數(shù)控336.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.5 機(jī)床的使用要求與總布局 便于同時操作與觀察刀具、工件裝卸、夾緊方便排屑和冷卻第33頁/共36頁336.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.2.5 機(jī)床的使用要求346.2 數(shù)控機(jī)床的總體布局6.