數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

第五章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大件主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)刀具系統(tǒng)輔助結(jié)構(gòu)5.1對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求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(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求動(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)表明，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)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺(tái)。封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減，對(duì)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，即在大件表面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(tái)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(jí)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5－3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5-110m/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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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)系統(tǒng)的間隙，達(dá)到低速時(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(duì)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(duì)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)齒輪來實(shí)現(xiàn)。2.采壺用同步悄齒形帶敞傳動(dòng)這種傳動(dòng)狀主要用在丟轉(zhuǎn)速較高鞭、變速范剝圍不大的要機(jī)床。它野適用于高邁速低轉(zhuǎn)矩逆特性的主放軸。3.妹用兩個(gè)固電動(dòng)機(jī)承分別驅(qū)財(cái)動(dòng)主軸這是上胃述兩種濤方式的厲混合傳殲動(dòng)，具永有上述饑兩種性郵能(見低圖5-幼2c)櫻。高速浴時(shí)，由固一個(gè)電扛動(dòng)機(jī)通絨過帶傳崗動(dòng)；低泄速時(shí)，斤由另一里個(gè)電動(dòng)分機(jī)通過揭齒輪傳訂動(dòng)，齒所輪起到茫降速和華擴(kuò)大變梁速范圍醒的作用閱，這樣顛就使恒血功率區(qū)腳增大，例擴(kuò)大了燥變速范愈圍，避嫌免了低汪速時(shí)轉(zhuǎn)爐矩不夠琴且電動(dòng)員機(jī)功率大不能充盾分利用著的問題村。但兩味個(gè)電動(dòng)寺機(jī)不能責(zé)同時(shí)工朱作，也智是一種供浪費(fèi)。4.采用六主軸電機(jī)填直接驅(qū)動(dòng)京（一體化吼主軸，電罷主軸）主軸與電徑機(jī)轉(zhuǎn)子合戰(zhàn)二為一，汽從而使主或軸部件結(jié)鋪構(gòu)更加緊舅湊，重量熊輕，慣量朗小，有效廈地提高了仔主軸部件臺(tái)的剛度，毒提高了主遼軸啟動(dòng)、勵(lì)停止的響影應(yīng)特性，蠶目前高速櫻加工機(jī)床上主軸多采泉用這種方營式，這種膊類型的主臭軸也稱為框電主軸。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)主軸車床用陪電主軸銑床用電溉主軸

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．主蠢軸調(diào)速雜方法數(shù)控機(jī)朋床常用注機(jī)電結(jié)歡合的方鹿法，即賊同時(shí)采落用電動(dòng)優(yōu)機(jī)和機(jī)炭械齒輪瓜變速兩蒼種方法箭。其中竟齒輪減窯速以增腹大輸出瘋扭矩，倉并利用琴齒輪換幕擋來擴(kuò)零大調(diào)速饞范圍。1、電動(dòng)綢機(jī)調(diào)速用于主湯軸驅(qū)動(dòng)偽的調(diào)速寒電動(dòng)機(jī)或主要有畜直流電礦動(dòng)機(jī)和礙交流電葛動(dòng)機(jī)兩野大類。（1）身直流電樂動(dòng)機(jī)主熄軸調(diào)速（2）交牛流電動(dòng)機(jī)醉主軸調(diào)速2、機(jī)蹦械齒輪蹈變速數(shù)控機(jī)腦床常采爹用1-斧4擋屠齒輪變擴(kuò)速與無課級(jí)調(diào)速湯相結(jié)合拴的方式貨，即所套謂分段鏡無級(jí)變粉速。采距用機(jī)械挽齒輪減喉速，增悼大了輸聾出扭矩腦，并利登用齒輪徹?fù)Q擋擴(kuò)辛大了調(diào)名速范圍亭。自動(dòng)換擋罩執(zhí)行機(jī)構(gòu)算是一種電悼——機(jī)轉(zhuǎn)嫌換裝置，蒜常用的有股液壓撥叉廣和電磁離舞合器。圖2－3三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、躁主軸部諸件主軸部件不是機(jī)床的娘一個(gè)關(guān)鍵海部件，它陷包括主軸的拆支承、安裝在停主軸上的傳動(dòng)零股件等。對(duì)于數(shù)魂控機(jī)床浩尤其是閣自動(dòng)換略刀數(shù)控勝機(jī)床，麗為了實(shí)養(yǎng)現(xiàn)刀具學(xué)在主軸三上的自怖動(dòng)裝卸饅與夾持何，還必豎須有刀嚼具的自動(dòng)夾緊妹裝置、主貓軸準(zhǔn)停裝忍置和主軸暮孔的清理導(dǎo)裝置等結(jié)構(gòu)低。1、主軸竟端部的結(jié)叼構(gòu)形狀主軸端部美用于安裝膠刀具或夾涉持工件的股夾具，在巧設(shè)計(jì)要求惱上，應(yīng)能長保證定位謝準(zhǔn)確、安險(xiǎn)裝可靠、兔聯(lián)接牢固則、裝卸方徐便，并能厘傳遞足夠窗的轉(zhuǎn)矩。飾主軸端部賞的結(jié)構(gòu)形依狀都已標(biāo)爺準(zhǔn)化。(a)享車床主塊軸端部新；(b頓)銑、纖鏜類機(jī)副床主軸步端部；追(c)垮外圓磨在床砂輪非主軸端期部；(d)內(nèi)勤圓磨床砂痰輪主軸端饑部；(e粗)普通鏜承桿裝在鉆忙床主軸上并的端部；蓬(f)組黃合機(jī)床主炊軸端部2、主軸再部件的支劃承機(jī)床主軸嘉帶著刀具仰或夾具在饒支承中作誰回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)挪，應(yīng)能傳貍遞切削轉(zhuǎn)督矩承受切詠削抗力，采并保證必剩要的旋轉(zhuǎn)掙精度。機(jī)池床主軸多愁采用滾動(dòng)軸論承作為支承額，對(duì)于精角度要求高建的主軸則堆采用動(dòng)壓或靜旁壓滑動(dòng)軸添承作為支承減。下面著淋重介紹主吩軸部件所遼用的滾動(dòng)宵軸承。主軸滾動(dòng)通軸承的配劫置前支承采尊用雙列短軋圓柱滾子裹軸承和6界0°角接止觸雙列向段心推力球譜軸承，后體支承采用沸成對(duì)向心膠推力球軸挖承。能使逢主軸獲得爺較大的徑騙向和軸向殘剛度，可熟以滿足機(jī)透床強(qiáng)力切餅削的要求炮，普遍應(yīng)郵用于各類霧數(shù)控機(jī)床穩(wěn)的主軸，喊如數(shù)控車啊床、數(shù)控魂銑床、加季工中心等嘆。這種配尺置的后支毀承也可用議圓柱滾子引軸承，進(jìn)尺一步提高庭后支承徑窮向剛度。圖5-14數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式如圖5-辰14b所珍示的配置生前支承采曠用多個(gè)高造精度向心泛推力球軸連承，后支混承采用球要軸承，沒測有如圖5交-14a勇所示的主使軸剛度大拉，但這種陡配置提高淘了主軸的貞轉(zhuǎn)速，適些合主軸要旁求在較高戚轉(zhuǎn)速下工壟作的數(shù)控約機(jī)床。目前，耽這種配棵置形式遺在立式洲、臥式李加工中掙心機(jī)床矩上得到補(bǔ)廣泛應(yīng)庸用，滿晌足了這撇類機(jī)床寨轉(zhuǎn)速范中圍大、瞧最高轉(zhuǎn)證速高的妹要求。誕為提高悲這種形紋式配置鐵的主軸僅剛度，口前支承吹可以用壤四個(gè)或則更多個(gè)拘的軸承枕相組配舌，后支蜓承用兩佛個(gè)軸承掏相組配勿。如圖5-友14c所粘示的配置季形式，前往支承采用雁雙列圓錐宰滾子軸承念，后支承棕為單列圓煤錐滾子軸薪承。能使混主軸承受送較重載荷臺(tái)(尤其是粱承受較強(qiáng)舍的動(dòng)載荷頓)，徑向蛇和軸向剛就度高，安昂裝和調(diào)整悠性好。但攪這種配置偏相對(duì)限制剖了主軸最屬高轉(zhuǎn)速和捧精度，適積用于中等閱精度、低搬速與重載助的數(shù)控機(jī)陣床主軸。3、主有軸的材罪料和熱伯處理主軸材料偵可根據(jù)強(qiáng)祥度、剛度坊、耐磨性施、載荷特嫂點(diǎn)和熱處楊理變形大墓小等因素積來選擇。續(xù)主軸剛度號(hào)與材質(zhì)的賀彈性模量仁E有關(guān)。樓無論是普補(bǔ)通鋼還是己合金鋼其汪E值基本鉤相同。因烤此，對(duì)于尚一般要求若的機(jī)床其所主軸可用標(biāo)價(jià)格便宜鈴的中碳鋼敗、45鋼龍，進(jìn)行調(diào)國質(zhì)處理后娃硬度為2叢2～28貴HRC；捏當(dāng)載荷較闖大或存在芬較大的沖表擊時(shí)，或倦者精密機(jī)鑼床的主軸糧為減少熱帶處理后的陶變形，或怪者需要作渣軸向移動(dòng)沉的主軸為胃了減少它尊的磨損時(shí)提，則可選悶用合金鋼料。常用的閘合金鋼有月：40C隸r進(jìn)行淬豎硬硬度達(dá)耽到40～鳳50HR響C，或者岸用20C氣r進(jìn)行滲禾碳淬硬使次硬度達(dá)到捆56～6企2HRC疫。某些高摸精度機(jī)床沫的主軸材大料則選用凈38Cr乞MoAl她進(jìn)行氮化骨處理，使喜硬度達(dá)到堡850～拾1000汁HV。圖5-1咽9加狹工中心主她軸組件圖5-18數(shù)控車床主軸組件七、主軸逝準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)房誠停功能咳又稱主沖軸定向塞功能(午Spi纖ndl敞eS招pec孩ifi拉ed妥Pos脆iti敘on大Sto臟p)，猾其作用喚是使主寒軸每次國都準(zhǔn)確央地停在芬固定不煮變的周伴向位置朋上，以呆保證自燭動(dòng)換刀鄭時(shí)主軸霜上的端蜜面鍵能曾對(duì)準(zhǔn)刀擔(dān)柄上的豆鍵槽，員同時(shí)使晌每次裝何刀時(shí)刀械柄與主桑軸的相況對(duì)位置舊不變，頸提高刀跌具的重韻復(fù)安裝富精度，但從而可浮提高加墳工的一喂致性。另外，一輔些特殊工助藝要求，朝如在通過桃前壁小孔鵲鏜內(nèi)壁的沒同軸大孔固，或進(jìn)行即反倒角等劉加工時(shí)，制也要求主及軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)只停，使刀狠尖停在一剪個(gè)固定的暑方位上，樸以便主軸墊偏移一定鍛尺寸后，且使大刀刃塌能通過前監(jiān)壁小孔進(jìn)越入箱體內(nèi)得對(duì)大孔進(jìn)佩行鏜削。圖5-綠28主摘軸準(zhǔn)停捐換刀示遇意圖圖5-2諷9主臟軸準(zhǔn)停鏜燃背孔示意陵圖主軸準(zhǔn)瓜停可分才為機(jī)械準(zhǔn)丑停與電氣準(zhǔn)義停，它們的躬控制過程耍是一樣的賣。目前國沖內(nèi)外中催高檔數(shù)談控系統(tǒng)筋均采用胃電氣準(zhǔn)鈴?fù)？刂坡?，采用榆電氣?zhǔn)廁停控制盯有如下竿優(yōu)點(diǎn)賤：(1)簡沉化機(jī)械結(jié)陳構(gòu)(2)縮灰短準(zhǔn)停時(shí)帝間(3)可媽靠性增加(4)掛性能價(jià)矩格比提丙高圖5－1唉1典型絡(luò)的V形槽暫輪定位盤割機(jī)械準(zhǔn)停百原理示意爸圖目前電氣饒