数控机床的典型机械结构

• ２. 具有较高的精度与刚度, 传动平稳, 噪声低 • 数控机床加工精度的提高, 与主轴系统的精度密切相关。 为此, 应提
高传动件的制造精度与刚度。 • ３. 具有良好的抗振性和热稳定性 • 数控机床一般既要进行粗加工, 又要进行精加工。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 加工时由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过 程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰, 使主轴产生振 动, 影响加工精度和表面粗糙度, 严重时甚至会破坏刀具或工件, 使加 工无法进行。 主轴系统的发热可能导致所有零部件产生热变形, 降低 传动效率, 破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度而造成加工误 差。 因此, 要求主轴组件要有较高的固有频率、较好的动平衡、保持 合适的配合间隙并进行循环润滑等。
• 数控机床的机械结构仍然继承了普通机床的构成模式, 其零部件的设 计方法也同样类似于普通机床。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 但近年来, 随着进给驱动、主轴驱动和ＣＮＣ 的发展, 为适应高生产 效率的需要, 现今的数控机床有着独特的机械结构, 除机床基础件外, 主要由以下各部分组成。
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第6章 数组
• 6.1 一维数组 • 6.2 二维数组 • 6.3 字符数组 • 6.4 数组程序举例
6.1 一维数组
• 6.1.1一维数组的定义方式 • 一维数组的定义方式为: • 类型说明符数组名[常量表达式]; • 其中: • 类型说明符可以是任何一种基本数据类型或构造数据类型。 • 数组名是用户定义的数组标识符。 • 方括号中的常量表达式须为整型，其值表小数组元素的个数，也称为
来表示。 • (5)允许在同一个类型说明中说明多个数组和多个变量。
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6.1 一维数组
• 6.1.2一维数组元素的引用 • 数组元素是组成数组的基本单元。 • 数组元素引用的一般形式为: • 数组名[下标] • 其中下标只能为整型常量或整型表达式，如为小数时，将被自动取整
。 • 数组元素通常也称为下标变量。必须先定义数组，才能使用下标变量
• ５. ２. ２ 主轴的传动方式
• 数控机床的主轴传动要求有较大的调速范围, 以保证加工时能选用合 理的切削用量, 从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 数控机床的变速是按照控制指令自动进行的,因此变速机构必须适应 自动操作的要求。 大多数数控机床采用无级变速系统, 其主轴传动系 统主要有以下几种传动方式。
• １. 调速电动机直接驱动主轴传动方式 • 这种传动方式的结构简图如图５ －１ (ａ) 所示, 主轴传动由电动机直
接带动主轴旋转,结构紧凑, 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。 但主轴的调速及转矩的输出和电动机的 输出特性一致, 输出的转矩小, 电动机发热对主轴的精度影响较大。 数控机床实际连接情况如图５ －１ (ｂ) 所示。
。 • 在C语言中只能逐个地使用下标变量，而不能一次引用整个数组。
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6.1 一维数组
• 6.1.3一维数组的初始化 • 给数组赋值的方法除了用赋值语句对数组元素逐个赋值外，还可采用
初始化赋值和动态赋值的方法。数组初始化赋值是指在数组定义时给 数组元素赋予初值。数组初始化是在编译阶段进行的。这样可以减少 运行时间，提高效率。 • 通常也可以在程序执行过程中，对数组作动态赋值。这时可用循环语 句配合scanf函数对逐个数组元素赋值。 • 初始化赋值的一般形式为: • 类型说明符数组名[常量表达式]={值，值，…，值}; • 其中在{}中的各数据值即为各元素的初值，各值之间用逗号间隔。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 图５ －４ 所示为三位液压拨叉的工作原理图, 其工作原理如下所述。 • (１) 当１ 通油、５ 卸荷时, 滑移齿轮在最左侧, 如图５ －４ (ａ) 所示
; • (２) 当５ 通油、１ 卸荷时, 滑移齿轮在最右侧, 如图５ －４ (ｂ) 所示
; • (３) 当１、５ 同时通油时, 套筒仍在最右侧, 活塞杆左侧小直径圆柱
• １. 高刚度 • 因为数控机床要在高速、重切削条件下工作, 因此数控机床的床身、
工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件, 均需有很高的刚度, 工作中应 无变形和振动。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• ２. 高灵敏度 • 数控机床在自动状态下工作, 精度要求比普通机床高, 因而运动部件应
• ２) 电磁离合器变速 • 电磁离合器是利用电磁效应接通或切断运动的器件, 它便于实现自动
操纵, 并有诸多的系列产品可供选用, 因而在自动装置中得到了广泛应 用。 电磁离合器的缺点是体积大, 易使机械件磁化。 在数控机床主传 动中, 使用电磁离合器能简化变速机构, 通过安装在各传动轴上离合器 的吸合与分离, 形成不同的运动组合传动路线以实现主轴变速。
数组的长度。
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6.1 一维数组
• 对数组的定义应注意以下几点。 • (1)数组的类型实际上是指数组元素的取值类型。对于同一个数组，
其所有元素的数据类型都是相同的。 • (2)数组名的书写规则应符合标识符的书写规定。 • (3)数组名不能与其他变量名相同。 • (4)不能在方括号中用变量来表示元素的个数，但是可以用符号常量
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 在数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和啮合式电磁离合器 (也称为牙嵌式电磁离合器)。
• ３. 通过带传动的传动方式 • 如图５ －５ 所示, 带传动方式主要用于转速较高、变速范围不大的数
控机床, 其结构简单、安装调试方便, 且在一定条件下能满足转速与转 矩的输出要求, 可避免齿轮传动时引起的振动与噪声。 在数控机床上 一般采用多楔带和同步齿形带。 • １) 多联Ｖ 带 • 图５ －６ (ａ) 所示为多联Ｖ 带。
• １. 具有更大的调速范围, 并实现无级调速 • 为了保证在加工时能选用合理的切削用量, 充分发挥刀具的性能, 要求
数控机床主轴系统有更高的转速和更大的调速范围。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 对于可自动换刀的数控机床, 工件一次装夹要完成多个工序的加工, 所 以为了适应各种工序和各种加工材质的要求, 主传动的调速范围还应 进一步扩大。
体顶入套筒内, 滑移齿轮在中间位置, 如图５ －４ (ｃ) 所示。 • 液压拨叉变速必须在主轴停车之后才能进行, 但停车时拨叉带动齿轮
块移动又可能产生“顶齿” 现象。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 因此, 常在主传动系统中增设一台微电动机, 它在拨叉移动齿轮块的同 时带动各传动齿轮做低速回转, 使移动齿轮与主动齿轮顺利啮合。 液 压拨叉变速需附加一套液压装置, 将电信号转换为电磁阀动作, 再将压 力油分至相应液压缸, 因而增加了复杂性。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 调速电动机一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴的无级变速 。 直流主轴电动机为他励式直流电动机, 交流主轴电动机为笼型感应 式交流电动机。 电动机的输出轴通过精密联轴器直接与主轴连接。
• 近年来出现了一种新式的内装式电动机主轴(简称电主轴), 即主轴与 电动机转子合为一体。 其优点是主轴组件结构紧凑、质量轻、惯量 小, 可改善启动、停止的响应特性, 并利于控制振动和噪声; 缺点是电 动机运转产生的热量易使主轴产生热变形。 因此, 温度控制和冷却是 使用内装电动机主轴的关键问题。 图５ －２ (ａ) 所示为内装式电动 机主轴示意简图, 图５ －２ (ｂ) 所示为内装式电动机主轴实形图。 内装式电动机主轴的最高转速可达２０ ０００ ｒ/ ｍｉｎ。
５. １ 数控机床的机械结构概述
• 机床基础件通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等, 它 们是整台机床的基础和框架。机床的其他零部件固定在基础件上, 或 工作时在其导轨上运动。
• ５. １. ２ 数控机床机械结构的特点
• 为了保证高精度、高效率的加工, 数控机床的结构应具有以下特点并 达到以下要求。
度地预防运动部件、频繁动作的刀库和换刀机构等部件的故障, 以便 使数控机床能长期而可靠地工作。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• ５. ２. １ 数控机床对主轴系统的性能要求
• 数控机床主轴系统是数控机床的主运动传动系统, 它是数控机床的重 要组成部分之一。数控机床主轴运动是机床成形运动之一, 它的运动 精度、转速范围、传递功率和动力特性,决定了数控机床的加工精度 、加工效率和加工工艺能力。 数控机床的主轴系统除应满足普通机 床主传动要求外, 还必须满足以下性能要求。
具有高灵敏度。导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨和静压导轨等 , 以减少摩擦力, 在低速运动时无爬行现象。 数控机床的工作台、刀 架等部件的移动, 由步进、直流或交流伺服电动机驱动, 经滚珠丝杠传 动。 主轴既要在高刚度、高速下回转, 又要有高灵敏度, 因而多数采 用滚动轴承和静压轴承。 • ３. 高抗振性 • 数控机床的一些运动部件, 除了应具有高刚度、高灵敏度外, 还应具有 高抗振性。
• (１) 主传动系统。 • (２) 进给传动系统。 • (３) 实现某些部件动作与辅助功能的系统和装置, 如液压、气动、润
滑、冷却等系统,排屑、防护等装置, 刀架和自动换刀装置, 自动托盘 交换装置。 • (４) 特殊功能装置, 如刀具破损监控装置, 对刀仪、精度检测和监控装 置等。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• ２. 具有变速齿轮的传动方式 • 这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式, 其结构简图如图５
－３ 所示, 在无级变速的基础上配以齿轮变速, 使之成为分段无级调 速。 通过几对齿轮降速, 可扩大调速范围, 增大输出扭矩, 以满足主轴 输出转矩特性的要求。 部分小型数控机床也采用这种传动方式, 以获 得强力切削时所需的转矩。 齿轮变速传动方式常用的变速操纵方法 有液压拨叉变速和电磁离合器变速两种。 • １) 液压拨叉变速
上一页 下一页 返削情况下应无振动, 以保证加工工件的高精度和低表面 粗糙度。 另外, 特别要避免切削时的谐振。
• ４. 热变形小 • 为保证部件的运动精度, 要求数控机床的主轴、工作台、刀架等运动
部件的发热量小,以防止产生热变形。 • ５. 高精度保持性 • 在高速、强力切削下满载工作时, 为保证数控机床长期具有稳定的加
第 ５ 章 数控机床的典型机械结构
• ５. １ 数控机床的机械结构概述 • ５. ２ 数控机床主轴系统 • ５. ３ 数控机床进给传动系统 • ５. ４ 导轨 • ５. ５ 机床支承件
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• ５. １. １ 数控机床机械结构的主要组成
• 数控机床是按照预先编好的程序进行加工的, 在加工过程中不需要人 工干预, 故要求数控机床的结构精密、完善且能长时间稳定可靠的工 作, 以满足重复加工过程。 随着数控机床的发展, 对数控机床的生产 率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求。 传统机床的某些基本 结构限制着数控机床技术性能的发挥, 因此, 现代数控机床在机械结构 上有许多地方与普通机床存在着显著不同。
工精度, 要求数控机床具有较高的精度保持性, 故要正确选择有关零件 的材料, 防止使用中的变形和快速磨损。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 另外还要采取一些工艺性措施, 如淬火、磨削导轨、粘贴抗磨塑料导 轨等, 以提高运动部件的耐磨性。
• ６. 高可靠性 • 数控机床在连续工作条件下要有较高的可靠性。 数控机床要最大限
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6.1 一维数组
• C语言对数组的初始化赋值还有以下几点规定。
• (1)可以只给部分元素赋初值。
• (2)只能给元素逐个赋值，不能给数组整体赋值。
• (3)如给全部元素赋值，则在数组说明中，可以不给出数组元素的个 数。