第二章数控机床的机械结构与传动课件.ppt
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1、2023-7-31第二章数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械第二章数控机床的机械结构与传动结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动 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。第二章数控机床的机械结构与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构
2、与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动 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
3、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:数控机床的本体由下列各部分组成:1.机床基础件,床身,底座,立柱,滑座,工作台等。支承作用。2.主传动系统,实现主运动。3.进给系统,实现进给运动。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。5.实现工件回转、分度定位的装置和附件,回转工作台。6.刀库、刀架和自动换刀装置(ATC)7.托盘交换装置(APC)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,其中,1 4为基本件,为基本件,5 8为可选件。为可选件。第二章数控机
4、床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述1.1 1.1 数控机床对机械结构的基本要求数控机床对机械结构的基本要求 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动1)较高的机床静、动刚度及良好的抗振性;2)减小机床的热变形;3)减少运动件间的摩擦和消除传动间隙;4)提高机床的寿命和精度保持性;5)操作方便安全可靠。第二章数控机床的机械结构与传动1、高精度、高精度2、高速度、高速度3、高自动化、高自动化要求数控机床必须具有很高的要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性强度、刚度和抗振性 因此,数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大因此,数控机床的功能要求和设计要求与普通
5、机床有较大的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面:的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面:1、具有大切削功率,高的静、动刚度和良好的抗振性能;、具有大切削功率,高的静、动刚度和良好的抗振性能;2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性;、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性;3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。、具有实现辅助操作自动化的结构部件。第二章数控机床的机械结构与传动1 1、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性 (1 1)提高刚度的原因)提高刚度的原因在重载荷的作用下,机床的各部件、构件会受力变形,在重载
6、荷的作用下,机床的各部件、构件会受力变形,引起刀具和工件的相对位置的变化引起刀具和工件的相对位置的变化机床刚度差机床刚度差影响机床抗振性影响机床抗振性刚度刚度:是指支承件在是指支承件在恒定载荷恒定载荷或或交变载荷交变载荷作用下抵抗变形的能力作用下抵抗变形的能力(静刚度静刚度)(动刚度动刚度)第二章数控机床的机械结构与传动1 1、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性 结构的结构的刚度直接影响机床的精度和动态性能刚度直接影响机床的精度和动态性能。机床。机床的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、固有频
7、率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措固有频率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措施有:施有:改善机械部分构件;利用平衡机构补偿部件变性;改善机械部分构件;利用平衡机构补偿部件变性;改善并构件间的连接形式;缩短传动链,适当加大传动轴,改善并构件间的连接形式;缩短传动链,适当加大传动轴,对轴承和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。对轴承和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。第二章数控机床的机械结构与传动(2 2)提高刚度的措)提高刚度的措施施 合理选择支承件的结构形式合理选择支承件的结构形式措施措施1 支承件截面形状支承件截面形状尽量选用抗弯的尽量选用抗弯的方截面方截面和抗扭和抗扭的的圆截面
8、圆截面或采用或采用封闭型床身封闭型床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构第二章数控机床的机械结构与传动措施措施2 合理布置支承件隔板的合理布置支承件隔板的筋条筋条 隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它壁板壁板,从而使整个支承件承受载荷从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度提高支承件的自身刚度“T”形隔板连接,主形隔板连接,主要提高水平面抗弯刚要提高水平面抗弯刚度,对提高垂直面抗度,对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不弯刚度和抗扭刚度不显著,多用在刚度要显著,多用在刚度要求不高的床身上求不高的床身上(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施
9、第二章数控机床的机械结构与传动“W”形隔板,能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚形隔板,能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度,对中心距超过度,对中心距超过1500mm的长床身,效果最为显著的长床身,效果最为显著(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动“”形隔板,在垂直面和水平面上的抗弯刚度形隔板,在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高,铸造性能好,在大中型车床上应用较都比较高,铸造性能好,在大中型车床上应用较多多(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动斜向拉筋,床身刚度最高,排屑容易斜向拉筋,床身刚度最高,排屑容易(2 2)提高刚度的措)提高
10、刚度的措施施第二章数控机床的机械结构与传动措施措施3 增加增加导轨与支承件导轨与支承件的的连接部分的刚度连接部分的刚度连接刚度连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的称为支承件的连连 接刚度接刚度.(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动措施措施4 增加机床各部件的增加机床各部件的接触刚度接触刚度和和承载能力承载能力u 采用采用刮研刮研的方法增加单位面积上的接触点的方法增加单位面积上的接触点u 在结合面之间施加足够大的在结合面之间施加足够大的预加载荷预加载荷,增加接触面积增加接触面积(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施第
11、二章数控机床的机械结构与传动合理的结构布局合理的结构布局(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动合理选用构件的材料合理选用构件的材料床身、立柱等支承件采用床身、立柱等支承件采用钢板或型钢钢板或型钢焊接焊接 增加刚度、减轻重量、提高抗振性增加刚度、减轻重量、提高抗振性铸件铸件:容易获得复杂结构的支承件容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大铸铁的内摩擦力大,阻尼阻尼 系数大系数大,振动的衰减性能好振动的衰减性能好,成本低成本低.铸件的周期较长铸件的周期较长,需做木型模需做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷易产生缩孔、气泡等缺陷焊接件焊接件:钢材的强度比铸铁高,质量可比
12、铸件减轻钢材的强度比铸铁高,质量可比铸件减轻20%-50%,不需要木模和浇注,生产周期短,不易出现废品不需要木模和浇注,生产周期短,不易出现废品(2 2)提高刚度的措施)提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动(2 2)提高抗振性的措施)提高抗振性的措施 高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的振动,是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振振动,是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振性的主要措施有:对机床高速转旋转部件,特别是主轴性的主要措施有:对机床高速转旋转部件,特别是主轴部件进行部件进行动平衡动平衡,对传动部件进行,对传动部件进行消隙处理
13、消隙处理,减少机床,减少机床激振力;提高机械部件的激振力;提高机械部件的静态刚度和固有频率静态刚度和固有频率,避免共,避免共振,在机床结构大件中振,在机床结构大件中充填阻尼材料充填阻尼材料,在大件,在大件表面喷涂表面喷涂阻尼涂层阻尼涂层抑制振动等。抑制振动等。第二章数控机床的机械结构与传动措施措施1 采用采用封砂床身封砂床身结构结构在铸件中不清除砂心,在焊在铸件中不清除砂心,在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力,提高抗振性。擦阻力,提高抗振性。第二章数控机床的机械结构与传动人造大理石床身(混凝土聚合物)人造大理石床身(混凝土聚合物)措施措施2 采用混凝土、树脂混凝土或
14、人造花岗岩作支承件的材采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料料第二章数控机床的机械结构与传动天然大理石床身天然大理石床身第二章数控机床的机械结构与传动2 2、减少机床的热变形、减少机床的热变形 引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热,摩引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热,摩擦以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有:擦以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有:采采用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等低能耗执行元件低能耗执行元件,减,减少热量的产生;少热量的产生;简化传动系统的结构简化传动系统的结构,减少传动齿轮、传动,减少传动齿
15、轮、传动轴,轴,采用低摩擦系数的导轨和轴承采用低摩擦系数的导轨和轴承,减少摩擦发热;,减少摩擦发热;改善散改善散热条件热条件、增加隔热措施增加隔热措施、对发热部件(如:电柜、丝杆、油、对发热部件(如:电柜、丝杆、油箱等)进行箱等)进行强制冷却强制冷却,吸收热量,避免温升;采用,吸收热量,避免温升;采用对称结构对称结构设计设计,使部件均匀受热;对,使部件均匀受热;对切削部切削部分采用高压、大流量冷却分采用高压、大流量冷却系统系统冷却冷却等等。等等。第二章数控机床的机械结构与传动减少热变形的措施:减少热变形的措施:减少发热减少发热将热源从主机中将热源从主机中分离分离出去出去措施措施1 主运动采用直
16、流或交流调速电动机进行无级调速主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速 减少传动轴和传动齿轮数量减少传动轴和传动齿轮数量 减少主传动箱内的发热量减少主传动箱内的发热量措施措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承采用低摩擦系数的导轨和轴承 采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承第二章数控机床的机械结构与传动主轴主轴冷却风管冷却风管对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却 控制温升控制温升第二章数控机床的机械结构与传动主轴主轴冷却风管冷却风管对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却第二章数控机床的机械结构与传动对称结构立柱措施措施1 采用对称原则设计数控机床结构采用对
17、称原则设计数控机床结构 改善机床结构改善机床结构第二章数控机床的机械结构与传动机床排屑系统机床排屑系统措施措施2 采用排屑系统采用排屑系统第二章数控机床的机械结构与传动倾斜床身倾斜床身措施措施2 采用排屑系统采用排屑系统第二章数控机床的机械结构与传动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。这样,刀尖沿工件切向的偏移对工件径向尺寸的变化影响极小。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。进行热变形补偿进行热变形补偿第二章数控机床的机械结构与传动3 3、减少运动件间的摩擦和消除传动间隙、减少运动件间的摩擦和消除传动间隙措施措施1 采用滚动导轨或静压导轨来
18、减少摩擦副之间的摩采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦擦措施措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动减小摩擦减小摩擦第二章数控机床的机械结构与传动4 4、提高机床寿命和精度保持性、提高机床寿命和精度保持性措施措施1 采用耐磨性好的零部件采用耐磨性好的零部件措施措施2 机床运动部件间具有良好的润滑机床运动部件间具有良好的润滑第二章数控机床的机械结构与传动5 5、操作方便安全可靠、操作方便安全可靠 数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局,全封数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局,全封闭或半封闭防护,机械结构大大简化,易于操作及实现自闭或半封闭防护,机械结构大大
19、简化,易于操作及实现自动化。动化。第二章数控机床的机械结构与传动便于操作的机床结构便于操作的机床结构第二章数控机床的机械结构与传动 数控机床的总体布局数控机床的总体布局 机床的总体布局直接影响到机床的结构和机床的总体布局直接影响到机床的结构和性能。合理选择机床布局,不但可以使机械结构性能。合理选择机床布局,不但可以使机械结构更简单、合理、经济,而且能提高机床刚度、改更简单、合理、经济,而且能提高机床刚度、改善机床受力情况,提高热稳定性和操作性能,使善机床受力情况,提高热稳定性和操作性能,使机床满足数控化的要求。机床满足数控化的要求。第二章数控机床的机械结构与传动工作台完成进给工作台完成进给 数
20、控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。(a)适应较轻工件;)适应较轻工件;(b)适应较大尺寸工)适应较大尺寸工件;件;(c)适应较重工件;)适应较重工件;(d)适应更重更大工)适应更重更大工件。件。(1)不同布局适应不同的)不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控机床的机械结构与传动工作台与铣头完成进给工作台与铣头完成进给 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。(a)适应较轻工件;)适应较轻工件;(b)适应较大尺寸工)适应较大尺寸工件;件;(c)适应
21、较重工件;)适应较重工件;(d)适应更重更大工)适应更重更大工件。件。(1)不同布局适应不同)不同布局适应不同的的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控机床的机械结构与传动工作台与铣头完成进给工作台与铣头完成进给多刀加工多刀加工 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。(a)适应较轻工件;)适应较轻工件;(b)适应较大尺寸工)适应较大尺寸工件;件;(c)适应较重工件;)适应较重工件;(d)适应更重更大工)适应更重更大工件。件。(1)不同布局适应不同的)不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控
22、机床的机械结构与传动铣头进给铣头进给 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。(a)适应较轻工件;)适应较轻工件;(b)适应较大尺寸工)适应较大尺寸工件;件;(c)适应较重工件;)适应较重工件;(d)适应)适应大型、重大型、重型型 工件。工件。(1)不同布局适应不同的)不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控机床的机械结构与传动 数控镗铣床数控镗铣床的三种布局方案的三种布局方案中中(a)主轴立式布置,)主轴立式布置,上下运上下运 动,对工件顶面进行加工;动,对工件顶面进行加工;(b)主轴卧式布置,)主轴卧式
23、布置,加工工加工工 作台上分度工作台的配合,可作台上分度工作台的配合,可加工工件多个侧;加工工件多个侧;(c)在(在(b)基础上再增加一)基础上再增加一 个数控转台,个数控转台,可完成工件上更可完成工件上更多内容的加工。多内容的加工。第二章数控机床的机械结构与传动 数控卧式镗铣床中,(数控卧式镗铣床中,(a)、()、(b)为)为T形床身布局,形床身布局,工作台支承于床身,刚度好,工作台承载能力强;工作台支承于床身,刚度好,工作台承载能力强;第二章数控机床的机械结构与传动 数控卧式镗铣床中,数控卧式镗铣床中,(c)、(d)工作台为十字形布局,(工作台为十字形布局,(c)主轴箱悬挂于单立柱一侧,使
24、立柱受偏载,主轴箱悬挂于单立柱一侧,使立柱受偏载,(d)主轴箱装在框主轴箱装在框式立柱中间,对称布局,受力后变形小,有利于提高加工精度。式立柱中间,对称布局,受力后变形小,有利于提高加工精度。第二章数控机床的机械结构与传动 数控车床数控车床的不同布局方的不同布局方案,(案,(a)为)为水平床身水平床身-水水平滑板平滑板,床身工艺性好,床身工艺性好,便于导轨面的加工,下部便于导轨面的加工,下部空间小,故排屑困难,刀空间小,故排屑困难,刀架水平放置加大了机床宽架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸;度方向的结构尺寸;第二章数控机床的机械结构与传动(b)为)为倾斜床身倾斜床身-倾斜滑倾斜滑板板,排屑
25、亦较方便,中小,排屑亦较方便,中小规格的数控车床其床身的规格的数控车床其床身的倾斜度以倾斜度以60,大型的,大型的数控车床采用数控车床采用75(c)水平床身水平床身-倾斜滑板倾斜滑板,具有水平床身工艺性好,具有水平床身工艺性好,宽度方向的尺寸小,且排宽度方向的尺寸小,且排屑方便,是卧式数控车床屑方便,是卧式数控车床的最佳布局形式。的最佳布局形式。第二章数控机床的机械结构与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动为了简化机械传动结构、缩短传动链,数控机床多采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统 为了适应连续的自动化加工和提高生产效率,数控机床机械结构具有较高的静、动态刚
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