数控机床机械原理PPT课件

2011年全国职业技能大赛高职组机械部件创新设计与制造,数控机床安装、调试与维修,順德職業技術學院現代製造教研室胡建国,SDPT,ShundePolytechnic,2020/4/30,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,第2页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第2页,第一篇数控机床原理,数控车床的用途,数控车床和普通车床一样，用于加工轴类或盘类回转体零件,第3页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第3页,第一篇数控机床原理,数控车床的组成与特点,数控车床在结构上与普通车床很相似，仍然由床身、主轴箱、进给传动系统、刀架以及液压、冷却、润滑系统等部分组成，只是数控车床的进给系统与普通车床有着本质上的差别。,结构：简化精度：更高自动化程度：更高螺纹加工：脉冲编码器,第4页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第4页,第一篇数控机床原理,数控车床的布局,第5页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第5页,第一篇数控机床原理,数控车床的主轴,1）电机类型2）传动方式3）编码器作用4）轴承布置特点,第6页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第6页,第一篇数控机床原理,数控车床的主轴卡盘,第7页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第7页,第一篇数控机床原理,数控车床的主轴卡盘,卡盘体,螺钉,与拉杆连接的滑套,卡爪座,卡爪,第8页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第8页,第一篇数控机床原理,数控车床的进给轴,1）电机类型2）传动方式3）转动变移动,第9页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第9页,第一篇数控机床原理,数控车床的进给轴,第10页,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第10页,第一篇数控机床原理,第11页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第11页,第一篇数控机床原理,数控铣床的特点,适用于中、小型零件的自动铣削、钻削加工立式：主轴垂直，小规格，一般精度卧式：主轴水平，大规格，高精度小规格：工作台宽小于400mm，一般立式铣床大规格：工作台宽大于500mm，加工中心联动轴数：三轴联动,第12页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第12页,第一篇数控机床原理,数控铣床的组成,第13页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第13页,第一篇数控机床原理,数控铣床的组成,1）床身和立柱2）X轴：工作台3）Y轴：滑座4）Z轴：主轴箱5）主轴,第14页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第14页,第一篇数控机床原理,数控铣床的主轴,1）主轴支承2）轴承3）主轴4）同步带轮5）拉杆6）夹头7）蝶形弹簧,第15页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第15页,第一篇数控机床原理,数控铣床的主轴,1）拉杆和套筒左移、钢珠后退、拉钉进入套筒2）拉杆和套筒右移、钢珠突出、拉钉被拉紧,第16页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第16页,第一篇数控机床原理,数控铣床的进给轴,伺服电机+联轴器+滚珠丝杠+螺母座+工作台/滑座/主轴支承,第17页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第17页,第一篇数控机床原理,数控铣床的进给轴,1）电机轴2）联轴器3）轴套4）锥环,第18页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第18页,第一篇数控机床原理,加工中心的特点,特点：功能较全（多工序加工）复杂加工（多轴联动）加工精度较高（加工一致性好）加工效率高（减少工件装卡、测量、搬运，机床调整）用途：以镗、铣床为基础，箱体类零件以车床为基础（车削中心），回转体类零件,第19页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第19页,第一篇数控机床原理,加工中心的组成,1）刀库2）换刀装置,第20页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第20页,第一篇数控机床原理,加工中心的组成,第21页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第21页,第一篇数控机床原理,加工中心的组成,1）基础部件床身、立柱、滑座、工作台2）主轴部件主轴箱、主轴电机、主轴、轴承3）进给轴部件伺服电机、联轴器、滚珠丝杠4）自动换刀系统（ATC）刀库、换刀机械手、主轴准停,第22页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第22页,第一篇数控机床原理,加工中心的ATC,无机械手ATC,第23页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第23页,第一篇数控机床原理,加工中心的ATC,有机械手ATC,第24页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第24页,第一篇数控机床原理,加工中心的ATC,为何需要主轴准停？,第25页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第25页,第一篇数控机床原理,加工中心的ATC,换刀信号：主轴减速准停速度：减至爬行速度爬行速度：磁传感器信号,如何实现主轴准停？,第26页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第26页,第一篇数控机床原理,加工中心的ATC,刀套下转90,机械手转75,刀具松开,机械手拔刀,交换两刀具位置,机械手插刀,刀具夹紧,机械手反转75,刀套下转90,换刀过程,第27页,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第27页,第一篇数控机床原理,抓刀：液压缸18齿条17齿轮11轴16机械手21（75）,拔刀：液压缸15轴16机械手21（下移）,换刀：液压缸20齿条19齿轮4轴16机械手21（180）,插刀：液压缸15轴16机械手21（上移）,复位：液压缸20齿条19齿轮4轴16机械手21（75）,第28页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第28页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,主轴传动方式,功能：主轴传动滑移齿轮分档变速滑移实现：液压拨叉、电磁离合器优点：大扭矩输出缺点：1）增加了复杂的液压系统2）振动、噪声大应用：大、中型数控机床,齿轮传动,第29页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第29页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,主轴传动方式,功能：低扭矩特性要求的主轴传动优点：综合了带、链传动的优点1）无滑动，传动比准确2）传动效率高（98以上）3）传动比10；传递功率（几瓦-数千瓦）4）传动平稳，噪声小5）维修保养方便，不需要润滑缺点：中心距安装要求高带与带轮的制造工艺复杂、成本高,同步带传动,第30页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第30页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,主轴传动方式,电主轴：电动机驱动传动中的电动机优点：大大简化了主轴箱体和主轴的结构有效提高主轴部件的刚度缺点：输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大应用：高速数控机床,直接驱动,第31页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第31页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,主轴支承配置,主轴支承的刚度、精度和承载能力直接影响加工质量,配置形式：,（1）前支承圆锥孔双列圆柱滚子轴承双向推力角接触球轴承后支承成对角接触球轴承（大口相对）,特点：主轴的综合刚度大幅提高、可强力切削各类数控机床普遍采用,第32页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第32页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,主轴支承配置,配置形式：,（2）前支承双列向心推力轴承后支承单列角接触球轴承,特点：具有较好的高速性能（4000r/min）、承载能力小适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴,第33页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第33页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,主轴支承配置,配置形式：,（3）前支承双列圆锥滚子轴承后支承单列圆锥滚子轴承,特点：径向和轴向刚度高、能承载重/动载荷安装和调整性能好、但限制主轴的最高转速和精度适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴,第34页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第34页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,齿轮传动副,作用：传递伺服电动机输出的转距和转速匹配转矩和负载惯量、开环系统的脉冲当量,要求：尽可能消除齿轮副的传动间隙,齿侧间隙：进给运动反向死区，影响传动精度和系统稳定性,第35页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第35页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,直齿齿轮传动副,（1）偏心套调整法（2）锥度齿轮垫片调整法,第36页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第36页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,斜齿轮传动副,（1）垫片调整法（2）轴向压簧调整法,第37页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第37页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的定义,定义：是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件是回转运动和直线运动的互相转换元件,第38页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第38页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的工作原理,滚珠,螺母,丝杠,滚珠回路管道,丝杠旋转,滚珠自转/沿滚道循环转动,螺母轴向移动,第39页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第39页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的结构,第40页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第40页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的分类,(a)外循环式；(b)内循环式,按滚珠返回的方式分类：外循环式：滚珠由回珠管4返回内循环式：滚珠经方向器5返回,第41页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第41页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的分类,外循环：最常用的循环形式优点：结构简单、制造容易缺点：滚道接缝处难以做得很平滑，影响滚珠滚动的平稳性，噪声较大，甚至卡珠,内循环：优点：减小了螺母的径向尺寸和轴向尺寸缺点：对反向器外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高,第42页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第42页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的特点,在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间为滚动摩擦，因此具有以下许多优点：1）摩擦损失小，传动效率高（普通丝杠0.20.4滚珠丝杠：0.920.98）2）经预紧后可以消除轴向间隙，反向运动时无空行程，传动精度高，系统刚度好3）摩擦阻力小，动、静摩擦系数相近，因此传动灵敏，运动平稳，低速不易爬行，传动精度和定位精度高4）磨损小，使用寿命长材料：优质合金硬度：滚道表面淬火，HRC6062,第43页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第43页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的特点,缺点：1）制造成本高，制造工艺复杂；2）不能实现自锁，特别是对于垂直丝杠，需外加制动装置3）不适用于重载场合,第44页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第44页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的间隙消除机构,间隙来源：1）丝杠螺母之间无相对转动时的轴向窜动量2）轴向载荷作用下弹性变形引起的轴向窜动量,第45页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第45页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的间隙消除机构,方法：预紧，预紧力不宜过大较少使用微量过盈滚珠的单螺母来消除间隙常用的方法是用双螺母消除丝杠、螺母间隙1）双螺母垫片调隙式结构2）双螺母齿差调隙式结构3）双螺母螺纹调隙式结构,第46页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第46页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的间隙消除机构,双螺母垫片调隙式结构,通过调整垫片的厚度使左右螺母产生轴向位移,优点：结构简单、刚性好装卸方便、可靠,缺点：调整费时调整精度低,适用：一般精度的机床,第47页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第47页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的间隙消除机构,特点：用键限制螺母在螺母螺母中的转动圆螺母1消除间隙，圆螺母2锁紧,优点：结构简单、紧凑调整方便缺点：调整精度差,双螺母螺纹调隙式结构,第48页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第48页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠螺母副的间隙消除机构,螺母2、5凸缘上各制有一个圆柱齿轮，但齿数相差一个；对应制有两个内齿圈1、4，与外齿轮齿数分别相同；调整时先将内齿圈取下，调整螺母2、5分别向相同方向转动一定齿数，则两个螺母在轴向移近相应的距离。,n-转动齿数t-丝杠导程,双螺母齿差调隙式结构,第49页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第49页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠的支承,（1）一端装推力轴承，另一端自由,特点：结构简单，轴向刚度、压杆稳定性和临界转速低适用：短丝杠及垂直布置的丝杠（升降台式数控铣床的垂直坐标）,第50页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第50页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠的支承,（2）一端装推力轴承，另一端装向心轴承（深沟球轴承）,特点：结构较复杂、轴向刚度与（1）相当、压杆稳定性和临界转速比（1）高、丝杠受热有膨胀余地适用：长丝杠或卧式丝杠,第51页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第51页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠的支承,（3）两端装推力轴承,特点：两端固定，轴向刚度比一般支承形式高4倍、且无压杆稳定性问题，杠端弹簧和螺母可施加预紧力以补偿热变形适用：长丝杠,第52页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofModernManufacturing,2020/4/30,第52页,第一篇数控机床原理,数控机床的典型结构,进给轴传动,滚珠丝杠的支承,滚珠丝杠用60角接触球轴承,提高轴向刚度：接触角为60的双向推力角接触球轴承,第53页,2数控机床机械原理,順德職業技術學院機電工程系現代製造教研室SDPT,Dept.ofM&EEngineering,Teaching&ResearchSectionofM