数控机床的机械结构幻灯片课件

1.第二章数控机床的机械结构。第一节数控机床机械结构的组成和特点。1.数控机床机械结构的主要部件。下图显示了小型立式加工中心的轮廓。(1)数控机床的主要部件与普通机床相似，包括以下部件：(1)主传动系统和主轴部件使刀具(或工件)产生主切削运动。(2)进给传动系统使工件(或刀具)产生进给运动并实现定位。(3)基础床、柱、滑道、工作台等。(4)其他辅助装置，如液压、气动、润滑、切削液及其他系统和装置。第一节数控机床机械结构的组成和特点。数控机床的主要部件1。主要部件：主传动装置、送料传动装置、工作台、床等。2.辅助设备：刀库、自动换刀装置、润滑装置、冷却装置、排屑装置等。4.第一节。数控机床机械结构的组成和特点。2.数控机床机械结构的主要特点：1 .机床的刚度具有很高的静、动态刚度和很好的抗冲击性能，反映了机床抗变形的能力。机床变形引起的误差通常很难通过调整和补偿完全解决。为了满足数控机床高效率、高精度、高可靠性和自动化的要求，数控机床应具有比普通机床更高的精度刚度。此外，为了充分发挥机床的效率和增加切削量，还必须提高机床的抗冲击能力，以避免切削过程中的共振和颤振。然而，提高机构的动刚度是提高机床抗震性能的基本途径。第一节数控机床机械结构的组成和特点；第二节数控机床机械结构的主要特点；第二节热稳定性好的机床热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。由于数控机床的主轴转速和快速进给远远超过普通机床，而且机床长期处于连续工作状态，电机、丝杠、轴承和导轨的发热比较严重，高速切削产生的切屑的影响使得数控机床的热变性比普通机床严重得多。虽然先进的数控系统具有热变性补偿功能，但它不能完全消除热变性对加工精度的影响。还应在数控机床上采取必要的措施，以尽可能减少机床的热变性。第一节数控机床机械结构的组成和特点第二节数控机床机械结构的主要特点第三节传动系统机械结构的简化伺服进给系统用于代替普通机床的进给系统，主轴自动变速可通过主轴速度控制系统实现。电机可以直接与主轴和滚珠丝杠连接，大大减少了齿轮、轴类零件和轴承的数量；因此，就机械结构而言，数控机床的主轴箱和进给齿轮箱一般结构非常简单。操作时，不需要操作者像普通机床那样通过手柄来调节和改变速度，操作机构比普通机床简单得多。第一节数控机床机械结构的组成和特点第二节数控机床机械结构的主要特点第四节高传动效率和无间隙传动数控机床进行高速高精度加工，简化机械结构，同时对机械传动装置和部件提出了更高的要求。高效、无间隙的传动装置和部件已广泛应用于数控机床。如滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨等高效导轨6.工作台可以实现多种运动方式，可以满足零件加工的各种要求。7.刀库和自动换刀装置实现了连续加工，减少了换刀时间和工件装卸次数，提高了生产效率。8.辅助装置保护机床并提高工件质量。第二节数控机床的主传动系统，1。主传动系统数控机床的组成和特点与普通机床相同。必须改变主驱动系统的速度，使主轴获得不同的传动，以满足不同的加工要求。此外，在改变速度的同时，还需要传递一定的动力和足够的扭矩来满足切割要求。作为一种高度自动化的设备，数控机床对主传动系统有以下基本要求：1)为了达到最佳切削效果，一般应在最佳切削条件下工作，因此，主轴一般要求自动实现无级变速。2)机床主轴系统必须有足够高的转速和足够大的功率，以满足高效率和高速加工的要求。为了降低噪声、热量和振动，主传动系统应简化其结构，减少传动部件。4)在加工中心，还必须有一个用于安装支柱和更换刀具的自动夹紧装置，以及一个主轴定向准停止装置，以确保刀具与主轴、刀库和机械手的正确接合。5)为了扩展机床功能和控制C轴，主轴还需要配备位置检测装置来控制主轴位置。第二节数控机床的主传动系统1。主驱动系统1的组成和特性。机床的主驱动系统将电机的扭矩或动力传递给主轴部件，使得安装在主轴中的工件或刀具能够实现主切削运动。主驱动系统和主轴部件通常设计成主轴箱。它主要由主轴电机、变速机构、主轴等部件组成。第二节数控机床的主传动系统1。主驱动系统2的组成和特性。特点：1)采用直流或交流电机，调速范围广，能快速可靠地实现无级调速，使切割始终处于最佳运行状态。2)变速机构结构简单。电机可以直接与主轴和滚珠丝杠连接，大大减少了齿轮、轴类零件和轴承的数量。3)速度变化快且可靠。4)主轴旋转精度高，有足够的刚度和抗振性，热稳定性好，动态响应好。主轴转速高、功率大，使数控机床能够进行大功率切削和高速切削，从而实现高效率加工。在数控机床主传动系统的第二节主传动系统的分类中，无级变速主要应用于转速高、变速范围小的小型数控机床。电机本身的调节可以满足要求，无需换档，避免了齿轮传动带来的振动和噪音的缺点，但只适用于低扭矩特性。常用的有同步齿形带、三角带、三角带、平带和三角带。第二节数控机床的主传动系统，第二节主传动系统的分类(变速方式)第二节无级变速(主轴传动用变速齿轮)，通过几对齿轮来降低转速，使输出转矩扩大到满足主轴输出转矩特性的要求。大中型数控机床常用的配置方式保证了低速时较大的扭矩。滑动齿轮的换档大多是通过液压叉或液压缸直接驱动来实现的。大中型数控机床采用的一种配置方式。第二节数控机床的主传动系统，第二节主传动系统的分类(变速方式)，第三节内置调速电机无级变速(主传动由调速电机直接驱动)，gre1.主轴的主轴端部用于安装刀具或夹具来夹紧工件。设计应保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便、扭矩传递充分。主轴端的结构形状已经标准化。第二节数控机床主传动系统，17、3、数控机床主轴部件，2、主轴支架(3种主要形式)，第二节数控机床主传动系统，主轴支架应综合考虑主轴受力情况、转速、热变形大小、轴承跨度、精度要求等因素。并选择合适的轴承类型和排列形式。(1)前支架采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列径向推力球轴承的组合，后支架采用一对径向推力球轴承。主轴的综合刚度可以提高，以满足强力切削的要求。广泛用于各种数控机床主轴。19、3、数控机床主轴部件2、主轴支架(3种主要形式)、第二段数控机床主传动系统，(2)前支架采用高精度双列径向推力球轴承。向心止推轴承具有良好的高速性，主轴的最大转速可达4000 r/min，但承载能力小，适用于高速、轻载、高精度数控机床主轴。20、3、数控机床主轴部件2、主轴支架(主要形式3)、第二节数控机床主传动系统，(3)前后支架分别采用双列和单列圆锥滚子轴承。径向和轴向刚度高，能承受较大载荷，具有良好的安装和调整性能，但限制了主轴的转速和精度，因此可用于中精度、低速和大载荷数控机床的主轴。第三节数控机床进给传动系统第一部分进给传动系统的组成和特点数控机床进给传动系统与普通机床有着本质的区别，是进给伺服系统的重要组成部分。数控系统发出的速度和位移指令信号通过伺服驱动装置和进给传动系统，使工作台或刀架实现所需的进给运动和精确定位，切削过程自动完成。第三节数控机床进给传动系统1。饲料传输系统的组成和特点。组成：伺服电机、传动装置、工作台或刀架、与传动相关的导轨等。2.主要特点：(1)伺服电机驱动(2)低摩擦传动副(3)配有传动间隙调整装置的传动副(4)工作台具有多种功能，(23)第三段数控机床进给传动系统，(24)第二段滚珠丝杠螺母副，(24)第三段数控机床进给传动系统，(24)第二段滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副是一种以滚珠作为丝杠和螺母之间的中间传动元件的丝杠副，是一种能转换直线运动和旋转运动的传动装置。当丝杠旋转时，滚珠在滚道中旋转，并沿滚道循环旋转，从而迫使螺母(或丝杠)轴向移动。1-螺杆2-滚道3-螺母4-滚珠，25，第3节数控机床进给传动系统，2。滚珠丝杠螺母副1，特点：1)高传动效率和低摩擦损失。2)运动平稳，无爬行现象。3)传动精度高，反向无空转范围。4)磨损小，精度保持性好，使用寿命长。5)运动的可逆性。6)制造困难且成本高。在数控机床进给传动系统的第三段，滚珠丝杠螺母副2，结构(1)滚道的正截面形状：1)单圆弧轮廓，单圆弧轮廓，滚道的圆弧半径略大于滚珠半径，滚道与滚珠点接触，摩擦阻力小，传动灵敏， 结构工艺更简单、更容易制造，但接触刚度稍差，滚道直径之间的间隙对传动精度影响较大。，27，滚道的正常横截面形状，28，第三节数控机床的进给传动系统，2，滚珠丝杠螺母副2，结构(1)滚道的正常横截面形状：2)双圆弧轮廓，滚道对径向间隙尺寸不敏感，接触刚度高，传动性能优于单圆弧滚道，但制造困难，双圆弧轮廓，29，第三节数控机床的进给传动系统，2。滚珠丝杠螺母副2。结构(2)球的循环方式：1)外循环。循环过程完成后，滚珠通过螺母外环面上的螺旋槽或套管返回螺母，重新进入循环。外循环滚珠丝杠，30，3段数控机床进给传动系统，2，滚珠丝杠螺母副，2，结构(2)滚珠循环方式：1)外循环，循环过程完成后，滚珠通过螺母外表面的螺旋槽或套管返回丝杠螺母，重新进入循环。套管式外循环滚珠丝杠，31，3段数控机床进给传动系统，2段滚珠丝杠螺母副，结构(2)滚珠循环方式：1)外循环，特点：结构简单，工艺性好，承载能力高，但径向尺寸大。它被广泛使用，也可用于重型传动系统。第三节数控机床进给传动系统第二节滚珠丝杠螺母副结构第二节滚珠循环方式第二节内部循环：用安装在螺母上的反向器连接相邻的滚道，使滚珠循环一周。反向器2的数量等于球的圈数。内循环式滚珠丝杠结构，33，3段数控机床进给传动系统，2，滚珠丝杠螺母副，结构(2)滚珠循环方式：2)内循环：特点：结构紧凑，刚性好，滚珠循环好，摩擦损失小，制造困难，适用于高灵敏度和高精度的进给系统。为了保证滚珠丝杠的反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙。1)垫片间隙调整方法：调整垫片厚度，使左右螺母产生轴向位移，消除间隙，产生预紧力。(如右图所示)，(35)，(3)第三节数控机床进给传动系统，(2)滚珠丝杠螺母副(3)，间隙调整(1)垫片间隙调整方法：调整垫片厚度，使左右螺母产生轴向位移，消除间隙，产生预紧力。特点：结构简单，刚性好，但调节不便。滚道磨损时，间隙和预紧力不能在任何时候消除。如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调节两个螺母的相对轴向位置，实现预紧，调节后，两个螺母与另一个圆螺母锁紧。这种结构调整方便，在使用过程中可以随时调整，应用广泛。然而，预紧力的大小无法精确控制，调节精度差。如图所示，两个螺母的法兰上分别形成圆柱形外齿轮，分别与固定在套筒两端的内齿圈啮合，齿数分别为Z1和Z2，相差一个齿。调整时，先拆下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同向转动一个齿，然后插入内齿圈，两个螺母会产生相对角位移，轴向位移为：其中Z1和Z2为齿轮齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。第三部分，数控机床进给传动系统，滚珠丝杠螺母副4、滚珠丝杠副和滚珠丝杠副的参数选择如下：滚珠丝杠径向截面、滚珠丝杠轴向截面、40；第三部分，数控机床进给传动系统，滚珠丝杠螺母副4、滚珠丝杠副和滚珠丝杠副的参数选择如下：(1)公称直径d，即滚珠和螺纹滚道处于理论接触角状态时包络滚珠中心的圆柱直径，即滚珠丝杠副的特征尺寸。公称直径越大，承载力和刚度越大。建议提名者在数控机床进给传动系统的第三部分，滚珠丝杠螺母副、滚珠丝杠副的参数及滚珠丝杠副的选择如下：(2)接触角球与滚道的接触点的公共法线与螺纹轴线的垂线之间的夹角，理想接触角为45(3)基准丝杠相对螺母旋转2弧度时螺母上基准点的轴向位移。在数控机床进给传动系统的第三段中，滚珠丝杠螺母副、滚珠丝杠螺母副和滚珠丝杠副的参数以及选择滚珠丝杠副的参数如下：此外，还有螺纹的大直径D、螺纹的小直径d1、螺纹的全长L等参数， 球的直径db、螺母螺纹的大直径D、螺母螺纹的小直径D1、滚道圆弧的半径R等。 第3节数控机床进给传动系统，第2节滚珠丝杠螺母副4，滚珠丝杠副的标记方法，第44节数控机床进给传动系统，第2节滚珠丝杠螺母副5，滚珠丝杠副的安装