数控机床的机械结构课件

二）刀具自动夹紧、切屑清除和主轴准停装置
➢ 刀具自动夹紧、切屑清除
第
六
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
20
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
➢ 主轴准停装置 作用：以保证加工中型机床实现刀具自动交换。
2020/9/23
第
六
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
21
6-3 自动换刀装置
一、自动换刀装置的结构类型
➢ 回转刀架换刀装置（常用于数控车床）
的 结 构 与
• 调速范围： Rn nmax/nmin
❖ 数控机床的调速范围宽，一般Rn>100，有时甚至 Rn>1000
传
动
7
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
2. 主运动的功率扭矩特性
•
Nc
Tn (KW) 9550
第 六
• PZ----切削力切向分力（N）; • V----切削速度（m/min）;
控 • 种类：定位销式分度工作台和鼠齿盘式分度工作台。 机 1. 定位销式分度工作台 床 • 主要特点 的 • 定位精度取决于定位销和定位孔的精度，最高可达±5〃。 结 • 定位销和定位孔衬套制造和装配精度要求高。
构 • 定位销和定位孔衬套硬度和耐磨性要求高。
与
传
动
25
6-4 回转工作台
定位销式分度工作台结构 工作过程分为三步： 工作台松开并抬起 工作台回转分度
第
六
章 数 4) 内装电机主轴：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，振动噪声小、动态
响应特性和刚度好。但发热对主轴精度影响较大。
控 • 用于立式加工中心的内装电机主轴如图（最高转速可达20000rpm）
机
床
的
结
构
与
传
动
10
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
2. 主传动的自动变 速
• 无级调速：一般
第 六 章
章 ➢ 格子式刀库（选刀及取刀动作复杂，应用最少）
数 控
2.
选刀方式Hale Waihona Puke Baidu
机 ➢ 顺序选择方式
床 ➢ 任意选择方式
的
刀座编码方式
结
刀具编码方式
构 与
编码附件方式
传
动
23
6-3 自动换刀装置
3.刀具识别装置 接触式刀具识别装置
第
六
章
数
控
非接触式刀具识别装置
机
床
的
结
构
与
传
动
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6-4 回转工作台
的 3) 在机床布局时，尽量减少内部热源 图5-10
结 2. 控制温升
构 与
3. 热变形补偿
图5-11
传
动
3
6-1 数控机床的结构要求
四、改善运动导轨副的摩擦特性
一）塑料滑动导轨
• 主要有导轨软带和导轨涂层，常与铸铁或钢导轨配成导轨副
第
1. 聚四氟乙烯导轨软带
1) 摩擦特性好 图5-12
六 2) 耐磨性好
尺寸小，传动比准
第
确，可用于内联系
六
传动链中。
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
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6-2 数控机床的主运动与主轴部件 2020/9/23
三、主轴部件
• 主轴部件包括：主轴、主轴支承及安装在主轴上的传动
零件，对于自动换刀数控机床还包括自动夹紧、清屑、
准停等装置。
第 一）主轴端部结构和主轴支承
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• 作用：按照数控装置的指令作回转分度或连续回转进给运动，以 使数控机床完成指定的加工工序。
• 种类：分度工作台和数控回转工作台。
一、分度工作台
第 • 功能：完成一定角度的回转分度运动。
六 • 作用：在加工中自动完成工件的转位换面，实现工件一次安装完
章
成几个面的加工。
数 • 精度保证：采用专门定位元件来保证。
章 3) 减振性好
数 4) 工艺性好
图5-13
控 2. 环氧型耐磨导轨涂层
机 床 的
1) 抗压强度高 2) 摩擦特性好 图5-12 3) 耐磨性好 4) 具有良好的可加工性
结 5) 稳定性好
构 • 涂层工艺
图5-14
与
传
动
2020/9/23 4
6-1 数控机床的结构要求
2020/9/23
二）滚动导轨
六 章
1. 主轴端部结构
图5-27
数 2. 主轴支承
控 • 主轴支承的选用
机
主轴支承一般应根据主轴转速、承载能力、回转精度等性能选用。
床 中小型机床：多采用滚动轴承。
的 重型机床：多采用液体静压轴承
结 高精度机床：多采用气体静压轴承
构 与
超高速机床（2~10×104rpm）：多采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。
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二、提高机床结构的抗振性
1. 基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料。图5-9
2. 表面采用阻尼涂层
第 3. 采用新材料制造基础件
六 章
数
4. 充分利用结合面间的阻尼
三、减少机床的热变形
控 1. 改进机床布局和结构设计
机 1) 采用热对称结构
图5-9
床 2) 采用预拉伸的滚珠丝杠结构
床 • 种类：开环数控回转工作台
的 结
和闭环数控回转工作台
构
与
传
动
29
6-4 回转工作台
一）开环数控回 转工作台
• 特点：
第
采用电液脉冲
六
马达或功率步
章
进电机驱动，
数
如图
控
机
床
的
结
构
与
传
动
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6-4 回转工作台
二）闭环数控回 转工作台
• 特点：
第 采用交、直流 六 伺服电机驱动， 章 并带有转角检 数 测元件。 控 机 床 的 结 构 与 传 动
数 控
•
由电机调速与齿轮 变速实现联合调速
自动变速：齿轮
变速组的自动变速 一般由液压拨叉或 电磁离合器自动操
机
纵。
床
图5-21为某数控车
的
床电机与齿轮联合
结
调速主传动系统
构
与
传
动
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6-2 数控机床的主运动与主轴部件
1) 液压变速机构 • 图5-21所示三联滑移齿轮的液压变速原理如下
➢ 多主轴转塔头换刀装置（常用于数控镗铣床）
➢ 带刀库的自动换刀装置
第
只带刀库的自动换刀系统
六
刀库—机械手自动换刀系统
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
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6-3 自动换刀装置
2020/9/23
二、刀库类型及刀具的选择与识别
1. 刀库类型
第 六
➢ ➢
盘形刀库（储存量一般为15—40把刀） 链式刀库（储存量一般为30—120把刀）
六 • 2.主传动系统，实现主运动。
章 • 3.进给系统，实现进给运动。
数 控
• 4.实现某些部件动作和某些辅助功能的装置，液压，气动，润滑， 冷却，防护，排屑。
机 • 5.实现工件回转、分度定位的装置和附件，回转工作台。
床 • 6.刀库、刀架和自动换刀装置（ATC）
的 结 构 与
• 7.托盘交换装置(APC)
机 床 的 结 构
2) 通过皮带传动的主传动
• 特点：传动平稳、结构 简单、输出扭矩和变速 范围小，适用于小型机 床
与
传
动
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6-2 数控机床的主运动与主轴部件 2020/9/23
3) 电机直接驱动的主传动 • 精密联轴器连接：结构紧凑、传动效率高，但主轴的转速和扭矩与
电机完全一致，低速性能的改善是其广泛应用的关键。
构
与
传
动
14
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
电磁离合器种类：
摩擦片式
牙嵌式两种
第 六 章
➢ 无滑环摩擦片式电磁 离合器
数 • 特点：可在运转中变
控 速、具有过载保护功
机 能，但尺寸大、摩擦
床 发热大。
的
结
构
与
传
动
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6-2 数控机床的主运动与主轴部件
➢ 牙嵌式电磁离合器
• 特点：传递扭矩大、
➢ 双导程蜗杆传动特殊参数的选择 公称模数、齿厚增量系数、齿厚调整量、模数差与节距
第
六
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
33
6-4 进给传动系统
2020/9/23
进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最
终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏
度、和稳定性有关。因此在设计传动机构，选用传动元
件时应充分注意：
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6-4 回转工作台
2020/9/23
三）双导程（变齿厚）蜗杆传动
• 作用：用于回转工作台的连续精确分度。
• 基本原理：利用蜗杆齿左右两侧不同的齿矩（左右两
第 六
侧模数不同），通过轴向移动蜗杆的方法来消除或调 整啮合间隙。
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
32
6-4 回转工作台
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1. 滚动导轨块
图5-15
2. 直线滚动导轨 图5-16
第 • 主要特点：
六 章
数 控 机 床 的
1) 对安装基面的要求不高； 2) 制造精度高 3) 可高速运行，运行速度可大于60m/min 4) 能长时间保持高精度 5) 可预加负载，提高刚度 6) 抗振性不如滑动导轨，不宜用在有过大振动和冲击的机床上。
率更大
一、数控机床主运动的参数
第 六
• 运动参数：是指主轴转速和变速范围。 • 动力参数：是指主运动的功率。
章 1. 主轴转速和调速速范围
数 • 主轴转速： n1000v/d
r/min
控 机 床
• 主轴最低转速：n1000vm in/dm ax • 主轴最高转速：n1000vm ax/dm in
r/min r/min
第 六 章 数 控 机 床 的 结 构 与 传 动
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工作台下降并锁紧
26
6-4 回转工作台
2020/9/23
2. 鼠齿盘式分度工作台
• 主要特点
第 六 章
数 控 机
1) 定位精度高，可达±2〃，最高可达±0.4〃。 2) 采用多齿重复定位，重复定位精度稳定。
3) 由于多齿啮合，啮合率高，所以定位刚度好，承载 能力强。
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第
六
章
数
控
机
床
的
结
对应的动
构
作示意图
与
如下
传
动
12
6-2 数控机床的主运动与主轴部件 2020/9/23
三
联
滑
第 六 章
移 齿 轮 液
数
压
控
变
机 床 的 结
速 动 作 示 意
构
图
与
传
动
13
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
2) 电磁离合器变速
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第
六
章
数
控
机
床
的
结
传
动
17
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
• 数控机床常用滚动轴承的结构形式如图5-28
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第
六
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
18
6-2 数控机床的主运动与主轴部件
数控机床常用主轴轴承的配置形式如图
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第
六
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
19
6-2 数控机床的主运动与主轴部件 2020/9/23
4) 最小分度为360º/Z，分度数目多，适用于多工位分 度。
床 的
5) 由于离合过程具有磨合作用，其定位精度不断提高， 使用寿命长。
结 6) 缺点是鼠齿盘制造比较困难。
构
与
传
动
27
6-4 回转工作台
鼠齿盘及齿形结构如图
工作过程分为三步：
工作台抬起
工作台回转分度
第 六 章
数 控 机 床 的 结 构 与 传 动
结
构
与
传
动
5
6-1 数控机床的结构要求
2020/9/23
三）静压导轨
在两个相对运动的导轨面间通以压力油，将运动件浮起，使导轨面间处于纯 液体摩擦状态。 图5-17
第
六
章
数
控
机
床
的
结
构
与
传
动
6
6-2 数控机床的主运动与主轴部件 2020/9/23
• 数控机床主运动的特点：主轴转速更高、变速范围更宽、消耗功
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工作台下降并定位锁紧
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6-4 回转工作台
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二、数控回转工作台
• 功能：完成工作台的连续回转进给和任意角
度的分度。 第 六 • 作用：即能作为回转坐标轴实现坐标联动加
章 工，又能作为分度头完成工件的转位换面。
数 控 机
• 特点：采用伺服系统实现回转、精确分度和 定位。
第 六 章
数
⑴减小摩擦阻力 ⑵提高传动精度和刚度 ⑶消除传动间隙和减小运动惯量。
控 一、滚珠丝杠螺母副
机 作用：实现旋转到直线运动的转换
章 • T----切削扭矩（N·m）;
数 • n----主轴转速（r/min）;
控 机
• 功率扭矩特性曲线
床
的
结
构
与
传
动
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6-2 数控机床的主运动与主轴部件
二、主运动的传动与变速
1. 主运动的传动形式
1) 带有变速齿轮的主传动
第 六 章
数 控
•
特点：齿轮变速组即可 降速，扩大输出扭矩和 恒功率变速范围，适用 于大中型机床。
章 1. 合理设计基础件的界面形状和尺寸，采用合理的筋板结构
数
图5-1 图5-2 图5-3 图5-4
控 2. 采用合理的结构布局，改善受力状态，提高机床的静刚度
机
图5-5 图5-6
床 3. 补偿有关零、部件的静力变形
图5-7
的 结 构
4. 提高机床部件的接触刚度 5. 采用钢板焊接结构
与
传
动
2
6-1 数控机床的结构要求
第六章 数控机床的机械结构
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•
机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运
动和动作指令，都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动
和动作，才能实现数控机床的功能，并保证数控系统性能的要求。
• 数控机床的本体由下列各部分组成：
第 • 1.机床基础件，床身，底座，立柱，滑座，工作台等。支承作用。
• 8.特殊功能装置，如刀具破损监测、精度检测和监控装置等。
❖
其中，1 — 4为基本件，5 — 8为可选件。
传
动
1
6-1 数控机床的结构要求
2020/9/23
主要结构特性：
静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性、运动时的摩擦
特性、几何精度、传动精度。
第 一、提高机床结构的静刚度
六 静刚度：在切削力和其他力的作用下，机床抵抗变形的能力。