第2章数控机床的机械结构

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1、第第2 2章章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构2.1 概述概述2.2 数控机床主传动系统结构数控机床主传动系统结构2.3 数控机床进给传动系统结构数控机床进给传动系统结构2.4 数控回转工作台数控回转工作台2.5 典型数控机床传动系统典型数控机床传动系统2.1.12.1.1数控机床本体组成数控机床本体组成1 主传动系统; 2 进给传动系统;实现工件回转、定位的装置和附件;3实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置,如液压、气压、润滑、冷却等系统和排屑、防护等装置;刀库、刀架和自动换刀装置(ATC);6 自动托盘交换装置(APC);特殊功能装置,如刀具破损监控、精度检测和监控装置等;为完成自

2、动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。 数控机床的机械结构除机床基础件,由以下几部分组成机床基础件通常是指: 床身 底座 立柱 横梁 滑座 工作台2.1.12.1.1数控机床本体组成数控机床本体组成1-主轴头 2-刀库 3-立柱 4-立柱底座 5-工作台 6-工作台底座立式数控铣床移动立柱卧式加工中心立式数控铣床数控机床 数控车床的主要内部结构数控车床的主要内部结构影响数控机床对传统的机械结构变革的最基本功能和性能主要有以下几个方面: 自动化 大功率和高精度 高速度 工艺复合化和功能集成化1.高可靠性2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求2.1.2 2

3、.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求 数控机床的机械结构具有不同于普通机床特点和要求,主要体现在以下几个方面:高的静、动刚度提高刚度的措施有:G.合理选用构件的材料E.合理的结构布局F.采用补偿变形的措施H.通过加配重或液压平衡负载以减小有关零部件的静力变形I. 通过在支承件内腔或表面填加阻尼材料等来改善阻尼特性,以增大动刚度A.合理选择支承件的结构形式B.合理布置支承件隔板的筋 条结构C.增加导轨与支承件的连接 部分的刚度D.增加机床各部件的接触刚 度和承载能力高灵敏度高抗振性n 改善动态特性的措施是:提高系统的静刚度、增加阻尼(例如,采用三支承主轴,后支承就有

4、利于消振)以及调整构件的质量和自振动频率,对高速回转部件或零件进行动平衡等。热变形小n 产生热变形的原因:内外热源的影响;不能人工修正热变形误差。 2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求减小热变形的措施:1. 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速;2. 采用热对称结构及热平衡措施,使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上,如下图所示;2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求热对称结构立柱2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求3. 改善主轴轴承、丝杠螺母副、高速运

5、动导轨副的摩擦特性;4. 对机床发热部件采取散热、风冷或液冷等控制温升,对切削部位采取大流量强制冷却;主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求冷却风管主轴对机床热源进行强制冷却2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求5. 预测热变形规律,采取热位移补偿等;6.采用排屑系统,如图所示。2.1.2 2.1.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求 高效率、无间隙、低摩擦传动高精度保持性高可靠性简化传动链先进刀具满足人机工程学的要求便于操作的机床结构2.1.2 2.1

6、.2 数控机床机械结构的特点和要求数控机床机械结构的特点和要求2.2 2.2 数控机床主传动系统结构数控机床主传动系统结构2.2.12.2.1 数控机床主传动系统的特点数控机床主传动系统的特点数控机床与普通机床比较,具有下列特点:(1)所选用电机的区别 普通的交流异步电机或传统的直流调速电机已逐步被新型的交流伺服电机和直流伺服电机所代替。(2)变速范围大(3)转速高,功率大(4)主轴速度的变换迅速可靠100minmaxnnRn主轴脉冲编码器同步齿形带主轴电机主轴数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式:(1)带有变速齿轮的主传动(如图a)(2)通过带传动的主传动(如图b)(3)由伺服电动机直接

7、驱动的主传动(如图c)2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式(1)带有变速齿轮的主传动 通过少数几对齿轮变速,使之成为分段无级变速,确保低速时有足够的扭矩,以满足主轴输出扭矩特性的要求。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。(2)通过带传动的主传动2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式带传动主要应用在小型数控机床上,具有如下优点:无滑动,传动比准确;传动效率高,可达98以上;传动平稳,噪声小;使用范围较广,速度可达50m/s,传动比可达10左右,传递功

8、率由几瓦至数十千瓦。维修保养方便,不需要润滑。 同步带传动也有许多不足之处,如其安装时中心距要求严格,带与带轮制造工艺较复杂,成本高。2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式同步带又称复合三角带,端面为多楔型,它利用同步带的齿形与同步带轮的轮齿依次相啮合来传递运动或动力。同步带传动能满足数控机床主传动高速、大转矩和不打滑的传动要求,在数控机床主传动系统中得到广泛的应用。2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式常用同步带轮结构2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主

9、轴的变速形式RPP同步带梯形齿同步带圆弧齿同步带梯形齿双面同步带交错双面齿同步带圆弧齿双面同步带常用同步带结构2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式(3)由伺服电动机直接驱动的主传动 这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高了主轴部件的刚度,但主轴输出扭矩小,电动机发热对主轴的精度影响较大,主要用于高速轻载的中小型机床。 2.2.22.2.2 数控机床主轴的变速形式数控机床主轴的变速形式这种主传动所采用的电动机一般为直流主轴电机,在低于特定转速时为恒扭矩输出,高于特定转速时为恒功率输出。 直流主轴电动机的速度和扭矩关系图 2.2.3 2.2.3 数控

10、机床的主轴部件数控机床的主轴部件 机床的主轴部件是机床重要的部件之一,它带动工件或刀具执行机床的切削运动。因此数控机床主轴部件的精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。主轴部件包括:1 主轴轴承2 刀具的自动夹紧机构3 主轴的准停装置 2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件(1)数控机床的主轴轴承配置形式如图所示:前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合,后支承采用成对角接触球轴承(a)。前轴承采用高精度角接触球轴承(b)。双列圆锥滚子轴承和单列圆锥滚子轴承(c)。2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件(2)主轴结构数控车床主轴

11、结构2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件刀具的自动夹紧机构 它主要由拉杆7、拉杆端部的四个钢球3、碟形弹簧8、活塞10、液压缸11等组成。 2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件主轴的准停装置。 主轴准停装置具有准确定位的功能,将主轴准确地停在某一固定位置,以便在该处进行换刀等动作。 主轴准停装置主要分为机械方式和电气方式两种。机械式主轴准停装置1-定位盘;2-接近体;3-无触点开关;4-定位液压缸2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件1-指令 2-强电时序电路 3-伺服单元 4-主轴电机 5-同步齿形带6-位置控制电路 7-

12、主轴端面键 8-主轴 9-发磁体 10-磁传感器 11-放大器 12-定向电路电气式主轴准停装置原理图 2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件(3)电主轴与高速主轴系统 在高速机床上,大多数使用电动机转子和主轴一体的电主轴,可以使主轴的转速达到数万转,甚至几十万转每分钟,主轴传动系统的结构简单、刚性更高。电主轴结构原理图1-引出线 2-定子 3-转子 4-套筒 5-绕组 6-外壳2.2.3 2.2.3 数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件电主轴传动的特点: (1)机械结构最为简单,传动惯量小,因而快速响应性好,能实现极高的速度、加(减)速度和定角速度的快速准停(C轴控制)

13、。 (2)通过采用交流变频调速或磁场矢量控制的交流主轴驱动装置,输出功率大,调速范围宽,并有比较理想的转矩功率特性。 (3)可以实现了主轴部件的单元化。2.3 2.3 数控机床进给传动系统结构数控机床进给传动系统结构2.3.1 2.3.1 概述概述进给传动系统的作用: 接受数控系统发出的进给脉冲,经放大和转换后驱动执行元件实现预期的运动。进给传动系统的特点 : 数控机床的进给传动系统必须对进给运动的位置和速度同时实现自动控制,除了要求具有较高的定位精度外,还应具有良好的动态响应特性。 主要采取的措施: 1)采用贴塑导轨、静压导轨、滚动导轨和滚珠丝杠螺母副等低摩擦的 传动副,减小运动副之间的摩擦

14、力;2)减小传动系统折算到驱动轴上的转动惯量,提高工作台跟踪指令的 快速反应能力。2.3.1 2.3.1 概述概述滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副2.3.1 2.3.1 概述概述爬行现象是指低速时运动不平衡的现象,如下图所示。机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主动件1作匀速运动时,被动件3往往会出现明显的速度不均匀,产生跳跃式的时停时走的运动状态,或时快时慢现象。2.3.2 2.3.2 进给传动系统的要求进给传动系统的要求数控机床进给系统的机械传动机构是指将电动机的旋转运动转变为工作台或刀架的运动的整个机械传动链,包括齿轮传动副(或蜗杆蜗轮副)、丝杠螺母副等及其支承部件(轴承座等)。

15、对其进给传动机械装置提出了如下要求:(1)传动精度与定位精度高(2)传动刚度高和抗振性好(3)进给调速范围宽(4)低摩擦和低惯量(5)响应速度快(6)消除传动间隙(7)速度的稳定性好机床的进给运动2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置数控机床进给传动系统的机械传动装置有两种组成方案1-伺服电动机 2-滚珠丝杆副 3-工作台 4-减速器2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置方案a采用负载能力强的伺服电动机,直接通过丝杠带动工作台进给,传动链短,刚度大,传动精度高,是现代数控机床进给传动的主要组成形式。螺母丝杠电机支承2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置采用方案b,

16、原因如下: 细化脉冲当量,以便保证和提高进给的精度; 改变加在电机上的负载扭矩,以实现与电动机输出转矩的最佳匹配; 改变加在电机轴上的负载惯量,以实现与电机惯量的最佳匹配; 改善传动阻尼的需要,或安装联接的需要。 传动中,对于起转换运动形式作用的传动机构,除滚珠丝杠副外,还有静压蜗杆一蜗母机构,预加载双齿轮一齿条机构等形式。2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置(1)滚珠丝杆副工作原理和特点 滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放入了滚珠,滑动摩擦变为滚动摩擦,因而大大地减小了摩擦阻力,提高了传动效率。滚珠丝杠螺母副2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置与普通丝杠螺母副相比,

17、滚珠丝杠螺母副其有以下优点:1) 传动效率高,摩擦损失小。2) 运动平稳无爬行。由于摩擦阻力小,动、静摩擦力之差极小,故运动平稳,不易出现爬行现象。3) 传动精度高,反向时无空程。4) 磨损小。因摩擦阻力小,磨损小,故精度保持性好,使用寿命长。5) 运动其有可逆性。由于摩擦系数小,不会自锁,因而不仅可以将旋转运动转换成直线运动,也可将直线运动转换成旋转运动,即丝杠和螺母均可作主动件或从动件。 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置滚珠丝杠螺母副也有不足的地方,主要有:1) 结构复杂,且丝杠和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高,故制造成本高。2) 由于不能自锁,特别是在用作垂直安装的

18、滚珠丝杠传动,会因部件的自重而自动下降。当向下驱动部件时,由于部件的自重和惯性,传动切断时,不能立即停止运动,必须增加制动装置。2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置结构类型滚珠循环方式可分为两种:外循环和内循环。外循环滚珠丝杠副 内循环滚珠丝杠副 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置1) 外循环 滚珠在循环过程结束后,通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置插管循环滚珠排列方式这种形式结构简单,工艺性好,承载能力较高,但径向尺寸较大。目前这种形式应用最为广泛,也可用于重载传动系统中。2.3.3 2.3.

19、3 进给传动装置进给传动装置端盖循环2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置2) 内循环 靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道,使滚珠成单圈循环,如图所示。反向器的数目与滚珠圈数相等。这种形式结构紧凑,刚性好,滚珠流通性好,摩损失小,但制造较难。适用于高灵墩、高精度的进给系统,不宜用于重载传动中。2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置(a)反向器(b)滚珠 滚珠内循环结构 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置 滚珠丝杠螺母副的预紧 滚珠丝杠螺母副的预紧是通过改变两个螺母的相对位置,使每个螺母中的滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧实现的。预紧的作用:消除滚珠丝杠螺母副的轴向

20、间隙并提高轴 向刚度。常用的预紧方式有以下两种: 双螺母垫片式预紧 双螺母螺纹式预紧2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置1)双螺母垫片式预紧 通过改变两螺母间的垫片厚度即可使螺母与丝杠的轴向间隙消除并产生预紧力。 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置2)双螺母螺纹式预紧 原理是利用一个螺母上的外螺纹,通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧,调整好后用另一个圆螺母锁紧。 双螺母垫片式预紧 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置滚珠丝杠的安装 滚珠丝杠所承受的主要是轴向载荷,它的径向载荷主要是卧式丝杠的轴向精度和刚度要求较高。滚珠丝杠的两端布置结构形式如图所

21、示。(a)一端固定一端自由 (b)一端固定一端浮动 (c)两端固定2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置(2)静压蜗杆蜗母条机构 该机构摩擦系数f0.005,传动效率高,低速运动平稳,抗振性好,且不易磨损,特别适用于重型数控机床的进给传动。蜗杆蜗母条机构 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置(3)预加负载双齿轮一齿条机构 通过调整轴3可预加规定的轴向负载(机械或液压加载方式),使与床身齿条相啮合的两个小齿轮1,产生相反方向的微量转动。借以消除传动间隙而达到无隙传动的目的。 1双齿轮 2齿条 3调整轴 4进给电机轴 5右旋齿轮6加载弹簧 7左旋齿轮2.3.3 2.3.3 进

22、给传动装置进给传动装置(4)齿轮副 进给系统采用齿轮传动,是为了使丝杠、工作台的惯量在系统中占有较小的比重。同时可以起到降速以提高扭矩的作用,从而适应驱动执行件的需要。另外,在开环系统中还可计算所需的脉冲当量。 由于传动齿轮副存在间隙,在开环系统中会造成进给运动的位移滞后于指令值,反向时会出现反向死区,影响加工精度。在闭环系统中,由于有反馈,滞后量可得到补偿,但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置常用的减小齿轮间隙的方法有刚性调推法和柔性调整法两种。1、3-齿轮 2-偏心轴套 偏心轴套调整法右图为偏心轴套调整法,齿轮1装在偏心轴套2上,调整套2可

23、以改变齿轮l和3之间的中心距,从而消除了齿侧间隙。这种方法常用于有一个齿轮轴悬臂安装的结构。 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置1、2-齿轮3、4-垫片轴向垫片调隙 2.3.3 2.3.3 进给传动装置进给传动装置偏心轴套调隙和轴套垫片调隙都是刚性调整法,在调整后,齿侧间隙不能自动补偿,因此对齿轮的周节公差及齿厚公差要求严格,否则会影响传动的灵活性。它们结构简单,具有较好的传动刚度,但调整较费时。如果采用柔性调整法,在调整后,齿侧间隙仍可自动补偿,即使在齿轮的周节误差及齿厚变化的情况下,也能保持无间隙啮合,但是结构复杂,轴向尺寸大,传动刚度较低,平稳性也较差。2.3.3 2.3.

24、3 进给传动装置进给传动装置下面是两种柔性调整法周向弹簧调隙轴向弹簧调隙2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构(1)滚珠丝杠副的消隙1、2单螺母 3螺母座 4调整垫片 5平键 6调整螺母 7、8内齿扇(a)垫片调隙式双螺母结构 (b)螺纹调隙式双螺母结构 (c)齿差调隙式双螺母结构2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构以上3种消隙结构,以a图结构最为简单,b图调整最为方便,c图调整最为准确。由于在消隙的同时还可以按需要进行预紧(预加载),从而改善和提高了机构的传动刚度。2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结

25、构(2)齿轮副的消隙 右图为直齿轮消隙结构,它通过调整偏心套1的安装角度来改变两齿轮间的中心距,进而消除齿侧间隙通过调整偏心套1的安装角度。来改变两齿轮间的中心距,进而消除齿侧间隙 1-偏心套 2-伺服电机圆柱齿轮副的消隙结构 2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构(2)齿轮副的消隙 通过修磨垫片3的厚度,继而改变带锥度的两齿轮轴向的相对位置来消除侧隙。 3-垫片圆柱齿轮副的消隙结构 2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构(2)齿轮副的消隙 斜齿轮副消隙而采用的结构。该结构靠修磨垫片5的厚度,改变两薄片齿轮6,7相对齿轮4的圆周啮合角

26、度来达到消除侧隙的目的。显然,这种结构,无论是齿轮正转或反转,都只有一个薄片齿轮参与传动。4-宽齿轮 5-垫片 6、7-薄片齿轮圆柱齿轮副的消隙结构 2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构上述几种齿侧隙调整方法,结构比较简单,传动刚度好,但调整之后间隙不能再自动补偿,且需严格控制齿轮的齿厚和齿距公差,否则将影响传动的灵活性。下图所示为齿侧间隙可自动补偿的调整结构。1-弹簧 2-调整螺母 3-锁紧螺母 4-螺钉 5、6-凸耳 7-薄片齿轮 2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构1-固定销(齿轮5上) 2-压簧 3-活动销(齿轮6上) 5

27、,6-薄片齿轮 7-宽齿轮 双齿轮内压簧错齿间隙调整结构2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构(3)键联接的消隙 数控机床进给传动装置中,齿轮等传动件与轴键的配合间隙也会影响传动的精度,需将其消除。下图所示为消除键联接间隙的结构。 (a)双键联接消隙结构 (b)楔形销联接消隙结构2.3.4 2.3.4 进给传动常用的消隙结构进给传动常用的消隙结构右图所示为一种无键联接消隙结构。此种结构制造简单,联接可靠,得到广泛的采用。1-轴 2-螺钉 3、4-圆环5-内弹簧锥形胀套6-外弹性锥形胀套 7-传动件无键联接机构2.3.5 2.3.5 数控机床导轨数控机床导轨2.3.

28、5.1 2.3.5.1 数控机床对导轨的基本要求数控机床对导轨的基本要求导轨的作用: 支承和导向,支承运动部件并保证运动部件在外力(运动部件本身的重量、工件的重量、切削力、牵引力等)的作用下,能准确地沿着一定的方向运动。2.3.5.1 2.3.5.1 数控机床对导轨的基本要求数控机床对导轨的基本要求在导轨副中,运动的一方成为活动导轨,不动的一方称为支承导轨。导轨的精度和性能直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。活动导轨支承导轨2.3.5.1 2.3.5.1 数控机床对导轨的基本要求数控机床对导轨的基本要求导轨应满足以下基本要求:(1)足够的导向精度 导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时

29、的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性。影响导向精度的主要因素有:导轨的结构形式、导轨的制造精度和装配质量,以及导轨和基础件的刚度等。(2) 精度保持性好 精度保持性好是指导轨在长期使用中保持一定导向精度的能力。导轨的耐磨性是保持精度的决定性因素。2.3.5.1 2.3.5.1 数控机床对导轨的基本要求数控机床对导轨的基本要求(3)足够的刚度 导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置,因此要求导轨应有足够的刚度。(4)低速运动平稳性 运动部件在导轨上低速运动或微量位移时,运动应平稳,无爬行现象。它与导轨的结构类型、润滑条件等有关。(5)结构简单、工艺性好 要求导轨便于制造加工、装配调

30、整和维修。2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点机床上常用的导轨,按其接触面间的摩擦性质的不同,可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三大类。(1)滑动导轨滑动导轨优点:结构简单、制造方便、刚度好、抗振性强。为了克服其摩擦系数大、磨损快、使用寿命短等缺陷,现代数控机床使用塑料滑动导轨。2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滑动导轨的结构2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点常用的导轨截面形状有三角形、矩形、燕尾形及圆柱形四种,如图所示。(a)三角形 (b)矩形 (c)燕尾形

31、 (d)圆柱形2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点各种截面导轨的特点: 三角形导轨同时控制水平和垂直方向的导轨精度,在载荷作用下能自动补偿而消除间隙,导轨精度较其他导轨高。 燕尾形导轨的结构紧凑、尺寸小,能承受颠簸力矩,但摩擦阻力较大。 圆柱形导轨制造容易,磨损后调整间隙很困难。2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滑动导轨的材料 传统的铸铁一铸铁、铸铁-淬火钢导轨副,其缺点是静摩擦系数大,而且动摩擦系数随着速度的变化而变化,摩擦损失大,低速时易出现爬行现象,影响运动平稳性和定位精度。因此在数控机床上已不采用

32、,而代之以铸铁一塑料或镶钢一塑料滑动导轨。目前,应用较多的塑料导轨材料有聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐脚涂料。2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点(2)滚动导轨 在导轨工作面间放入滚珠、滚柱或滚针等滚动体,使导轨面之间的摩擦成为滚动摩擦,这样导轨称为滚动导轨。它可以大大降低摩擦系数,提高运动灵敏度。现在广泛应用的直线运动导轨(滚动直线导轨副)就是一种滚动导轨,润滑方便,易于安装,有成品部件可供选用 。2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滚动导轨滚轮式导轨2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点

33、数控机床导轨的分类和特点侧面导轨圆柱导轨2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点2.3.5.2 2.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滚动导轨特点 滚动导轨由于摩擦系数小,一般为0.0025-0.005,动、静摩擦系数很接近,而且几乎不受运动速度变化的影响,因而有如下优点:n 运动轻便灵活,所需驱动功率小;n 摩擦发热少,磨损小,精度保持性好;n 低速运动时,不易出现爬行现象,定位精度高。 滚动导轨的缺点:n 结构较复杂,制造较困难,因此成本较高;n 对脏物较敏感,必须要有良好的防护装置。2.3.5.22.3.5.2 数控机床导

34、轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滚动导轨2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滚动导轨的结构形式2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滚动导轨的结构形式2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点滚动导轨的结构形式 滚动导轨按滚动体的形状可分为滚珠导轨、滚柱导轨和滚针导轨,如图所示。(a)滚针导轨 (b)、(c)滚珠导轨 (d)滚柱导轨2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点三种滚动导轨的特点:1)滚珠导轨 这种结构紧凑,制造容易,成本较

35、低,但接触面积小,刚度低,承载能力较小,适用于运动部件重量和切削力都不大的机床。2)滚柱导轨 这种导轨的接触面积比较大,承载能力和刚度比滚珠导轨大,适用于载荷较大的机床。3)滚针导轨 这种导轨与滚柱导轨相比,尺寸小,结构紧凑,在同样长度内能排列更多的滚针,因此承载能力大,但摩擦系数也大,适用于尺寸受限制的机床。2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点(3)静压导轨 静压导轨是在两个做相对运动的导轨工作面之间开设油腔,通入具有一定压强的润滑油.使运动导轨浮起,导轨面间充满润滑油形成的油膜。 工作时,油腔的油压能随外载荷的变化自动调整,保证导轨面间始终处于纯液

36、体摩擦状态。静压导轨的基本形式有开式静压导轨和闭式静压导轨两种。数控机床上常用闭式静压导轨。2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点开式静压导轨工作原理闭式静压导轨工作原理2.3.5.22.3.5.2 数控机床导轨的分类和特点数控机床导轨的分类和特点 导轨的润滑和防护十分重要: 导轨润滑的好,可以减少摩擦阻力和摩擦磨损,避免低速爬行,降低高速时的温升。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂,滑动导轨主要用润滑油,而滚动导轨两种均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。 导轨防护的目的是为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上,引起磨损、擦伤和锈蚀,导轨

37、面上应有可靠的防护装置。常用的防护装置有刮板式、卷帘式和叠层式防护套,它们大多用于长导轨的机床,另外还有伸缩式防护罩等。 导轨的润滑2.4.12.4.1 回转工作台的种类回转工作台的种类(1)以在加工中心上安装形式分类 装在工作台里面;独立式。(2)按分度工作台回转轴态势分类 卧式;立式;倾斜式。(3)按分度机构分类 多齿盘方式亦叫鼠牙盘方式);蜗轮副方式(亦叫数控分度方式);分度盘方式;马氏机构方式。(4)按分度功能分类 任意角度分度方式;等分角分度方式。(5)按分度驱动方式分类 手动方式;电动方式;气动方式;液压方式; NC方式。数控回转工作台数控分度头数控回转工作台回转工作台的运动2.4

38、.2 2.4.2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数(1)工作台面尺寸及形状工作台尺寸 卧式数控机床工作台面的尺寸系列有:320 x320, 400 x400, 500 x500,630 x630, 800 x800,1000 x1000, 1250 x1250,1600 x1600, 2000 x2000mm。 立式数控机床工作台面的宽度尺寸系列有:250mm、 320mm、 400mm、 500mm、630mm、800mm等,而工作台长度尺寸则根据厂家及用户实际需要,可有:630mm、710mm、800mm、900mm、1000mm、1120mm、1250mm、1400mm、1600

39、mm、1800mm、2000mm等。2.4.2 2.4.2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数矩形工作台尺寸2.4.2 2.4.2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数台面形状 立式数控机床的台面通常都用T形槽形式。卧式数控机床当带有交换工作台时,其托盘形状按IS0856推荐可有不同形式。当托盘尺寸为320 800mm时,托盘形式如图所示。1台面 2压紧面 3传送钩安装螺孔 4边缘定位 5传送滑动面 6定位面 7支承面 8中心孔 9基准孔 10定位销孔 2.4.2 2.4.2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数当托盘尺寸为1000 2 000mm时,托盘形式如图所示。托盘台面形

40、式有平行T形槽式、螺孔式、辐射状T形槽式等。 1台面 2压紧面 3传送钩安装螺孔4边缘定位 5传送滑动面 6定位面7支承面 8中心孔 9定位销孔2.4.2 2.4.2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数回转工作台2.4.2 2.4.2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数(2)工作台的分度转速 分度转速影响着工作台工作稳定性和效率。转速过快,影响工作稳定性;转速过慢,则影响工作效率。为了选定较理想的分度转速,若有条件,应统计分析类似规格加工中心的分度转速,以类比法确定分度转速。 一般情况下,建议选用如下分度转速:规格大的加工中心取小值,而规格小的加工中心则取大值。2.4.2 2.4.

41、2 回转工作台的主要参数回转工作台的主要参数(3)工作台液压缸拉紧力 为使工作台在强力切削下能稳定可靠地工作,液压缸必须有足够的拉紧力拉住工作台。中、小型加工中心,通常推荐拉紧力为4080kNa。近来,由于切削用量的加大,拉紧力亦相应地增大了,中等规格加工中心的拉紧力已增大到100kN左右。对交换托盘的拉紧力,大体上与对多齿盘工作台的拉紧力相同。2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式(1)(1)多齿盘分度工作台多齿盘分度工作台 加工中心分度工作台之所以常用多齿盘分度方式,因为多齿盘分度有以下优点:分度精度高.精度保持性好; 重复性好;刚性好,承载能力强;能自动定心;分

42、度机构和驱动机构可以分离。多齿盘分度可实现的分度角度为: n=360/Z n整数Z多齿盘齿数2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式多齿盘分度工作台通常采用PC简易定位,驱动机构采用蜗轮副及齿轮副,电气定位与多齿盘定位会产生定位干涉,即所谓的过定位。当上多齿盘落下,为了与下多齿盘正确啮合,工作台会产生附加扭转,一旦出现不正常的过大扭转,由于蜗杆的自锁作用,会导致驱动元件的损坏。为此,许多制造厂家在设计上采用了浮动蜗杆结构。弹簧浮动蜗杆 2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式液压浮动

43、蜗杆 2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式(2)带交换托盘的多齿盘回转分度工作台2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式为了提高加工中心的运转率,在加工中心前面(或侧面),设置两面或多面交换托盘,通过托盘自动交换装置,与主机进行托盘交换。图为带交换托盘的多齿盘分度工作台结构图。 1过渡桥 2定位块 3交换托盘 4拉板 5用于升降交换托盘的活塞6上多齿盘 7下多齿盘8用于升降多齿盘 9信号杆2.4.3 2.4.3 回转工作台的结构形式回转工作台的结构形式(3)数控转台 多齿盘分度工作台,只能按最小分度角的整数倍分度,故即使采用360齿多齿盘,亦只能是1的整数倍,而且只能在不切削时方能进行分度。这就使多齿盘分度方式受到一定局限。为了实现任意角度分度和在切削过程中转台能够回转(多一个NC坐标),采用了数控分度工作台,简称数控转台,其结构如图所示。2.62.6典型数控机床传动系统典型数控机床传动系统2.6.1 MJ50数控车床传动系统数控车床传动系统2.62.6典型数控机床传动系统典型数控机床传动系统2.6.2 XK5040数控铣床传动系统数控铣床传动系统

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