數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)2

1、2第4章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床相比有相似之?dāng)?shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床相比有相似之處，但其工藝特點(diǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出處，但其工藝特點(diǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。了更高的要求。本章對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行較為全面本章對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行較為全面的闡述。重點(diǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)軌的闡述。重點(diǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)軌及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。34.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)4.1.1 數(shù)控機(jī)床的主要工藝特點(diǎn)(1)自動(dòng)化程度高、柔性好：數(shù)控機(jī)床可以自動(dòng)控制各運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作順序，自動(dòng)變速，以及實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)

2、加工，因而還能完成一般機(jī)床難以完成的復(fù)雜型面加工。當(dāng)改變加工工件時(shí)，只需要改變加工程序，因此能實(shí)現(xiàn)單件、小批生產(chǎn)的加工自動(dòng)化。(2)加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機(jī)床是根據(jù)數(shù)控加工程序自動(dòng)進(jìn)行加工的，因而可以避免人為的誤差，自動(dòng)保證穩(wěn)定的加工精度。此外，在計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床上，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和工件誤差補(bǔ)償，進(jìn)一步提高加工精度。(3)生產(chǎn)效率高：數(shù)控機(jī)床采用了高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給量，有大的切削功率，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)粗、精加工，加之無(wú)需工序間的檢驗(yàn)與測(cè)量，因而生產(chǎn)效率可大大提高。在采用自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床(加工中心)上，工序可以高度集中，工件在一次裝夾后可以完成工件各面的鉆、銑、鏜、攻螺紋等的加工，因

3、而適合于加工表面多，相互位置精度要求高的工件，生產(chǎn)效率可顯著提高，生產(chǎn)周期也可大大縮短。44.1.2 對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)提出的要求數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，主要有以下幾個(gè)提出了更高的要求，主要有以下幾個(gè)方面。方面。1. 高剛度高剛度2. 高抗振性高抗振性3. 減少機(jī)床的熱變形減少機(jī)床的熱變形4. 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能和定位提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能和定位精度精度54.2 數(shù)控機(jī)床的主要組成部分及其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介4.2.1 數(shù)控機(jī)床的主要組成部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的主要組成部分與普通機(jī)床相類似，包括以下幾個(gè)組成部分：主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件使刀具(或工件)產(chǎn)生主

4、切削運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)使工件(或刀具)產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)定位?；A(chǔ)件床身、立柱、滑座、工作臺(tái)等。其他輔助裝置如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、切削液等系統(tǒng)及裝置。圖4.1為一臺(tái)小型立式加工中心的外形圖。 64.2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)的扭矩或功率傳遞給主軸部的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動(dòng)。主或刀具實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動(dòng)。主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件一般都傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件一般都設(shè)計(jì)成一個(gè)主軸箱。設(shè)計(jì)成一個(gè)主軸箱。1. 主軸箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)加工中心的主軸箱由于要沿z軸方向運(yùn)動(dòng)，因此要求主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)件盡量少、結(jié)構(gòu)緊

5、湊、運(yùn)動(dòng)輕便。一般采用了無(wú)級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)主軸回轉(zhuǎn)，或經(jīng)12級(jí)變速傳動(dòng)主軸，圖4.2為某加工中心主軸箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。 2. 主軸準(zhǔn)停裝置某加工中心主軸準(zhǔn)停裝置的工作原理如圖4.3所示。74.2.3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與一般的機(jī)床有著本質(zhì)上的差別，它數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與一般的機(jī)床有著本質(zhì)上的差別，它是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的速度是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的速度和位移指令信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，可以使工和位移指令信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，可以使工作臺(tái)或刀架實(shí)現(xiàn)要求的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和精確的定位，自動(dòng)完成切削作臺(tái)或刀

6、架實(shí)現(xiàn)要求的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和精確的定位，自動(dòng)完成切削過(guò)程。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有過(guò)程。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有23個(gè)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，有的還帶有圓個(gè)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，有的還帶有圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。典型的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的示意周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。典型的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的示意圖如圖圖如圖4.4所示。所示。 84.2.4 自動(dòng)換刀裝置1. 簡(jiǎn)介(1)自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足的要求：自動(dòng)換刀裝置的功能就是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具，并完成在加工過(guò)程中的自動(dòng)更換刀具。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、有足夠的刀具儲(chǔ)存量、刀庫(kù)體積小以及安全可靠等基本要求。(2)自動(dòng)換刀裝置的主要形式：各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置

7、的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的型式、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。 2. 刀庫(kù)刀庫(kù)是自動(dòng)換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)有很大影響。(1) 刀庫(kù)的存儲(chǔ)量(2) 刀庫(kù)的形式(3) 選刀方法94.3 數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌4.3.1 對(duì)導(dǎo)軌的基本要求導(dǎo)軌應(yīng)滿足以下基本要求。(1) 導(dǎo)向精度：是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線性和它與有關(guān)基面之間相互位置的準(zhǔn)確性。無(wú)論在空載時(shí)還是在切削加工時(shí)，導(dǎo)軌都應(yīng)有足夠的導(dǎo)向精度。影響導(dǎo)向精度的主要因素包括導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌的制造精度和裝配質(zhì)量，以及導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度等。(2) 精度保持性：是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用中保持導(dǎo)向精度的能力。導(dǎo)軌的耐磨

8、性是保持精度的決定性因素，它與導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌的材料等有關(guān)。除了力求減少磨損量外，還應(yīng)使導(dǎo)軌面在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償和便于調(diào)整。(3) 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性：運(yùn)動(dòng)部件在導(dǎo)軌上低速運(yùn)動(dòng)或微量移動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象。這一要求對(duì)數(shù)控機(jī)床尤為重要。它與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、材料、潤(rùn)滑條件等有關(guān)。要求導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，以減小摩擦阻力。而且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近，同時(shí)還應(yīng)有良好的阻尼特性。(4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好：要便于加工、裝配、調(diào)整和維修。104.3.2 導(dǎo)軌的分類和特點(diǎn)機(jī)床上常用的導(dǎo)軌，按其接觸面間的機(jī)床上常用的導(dǎo)軌，按其接觸面間的摩擦性質(zhì)的不同，可分為以下三大類。摩擦性質(zhì)的不同，可分為以下三大類

9、。1. 滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在一般的機(jī)床上應(yīng)用最為廣泛。常用的導(dǎo)軌截面形狀有三角形、矩形、燕尾形及圓柱形等四種，如圖4.5所示。2. 滾動(dòng)導(dǎo)軌在導(dǎo)軌工作面間放入滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面間成為滾動(dòng)摩擦，可以大大降低摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)靈敏度。3. 靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面間通入具有一定壓強(qiáng)的潤(rùn)滑油，使運(yùn)動(dòng)件浮起。導(dǎo)軌面間充滿潤(rùn)滑油形成的油膜，因而始終處于純液體摩擦狀態(tài)。(1)開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌 (2)閉式靜壓導(dǎo)軌 114.3.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇原則1. 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式(1)滾珠導(dǎo)軌(圖4.6) (2)滾柱導(dǎo)軌(圖4.7) (3

10、)滾針導(dǎo)軌 (4)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌塊(副)組件 2. 滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊預(yù)緊的方法有以下兩種。(1)采用過(guò)盈配合 (2)采用調(diào)整元件 3. 滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)選擇原則(1)滾動(dòng)體尺寸和數(shù)目的選擇 (2)滾動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度 4. 滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算主要應(yīng)對(duì)滾動(dòng)體的承載能力進(jìn)行計(jì)算，精密機(jī)床還要驗(yàn)算導(dǎo)軌的剛度，使其在機(jī)床精度允許的范圍內(nèi)。124.4 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4.1 對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)或刀架的運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括齒輪傳動(dòng)副、絲杠螺母副(或蝸桿蝸輪副)等以及它們的支承部件(軸承座等)。 1. 高傳動(dòng)剛度高傳動(dòng)剛度

11、 2. 高諧振高諧振3. 低摩擦低摩擦4. 低慣量低慣量5. 無(wú)間隙無(wú)間隙134.4.2 滾珠絲杠螺母副1. 工作原理和特點(diǎn)2. 結(jié)構(gòu)類型3. 滾珠絲杠副的支撐方式4. 滾珠絲杠螺母副的選用5. 滾珠絲杠副的計(jì)算144.4.3 齒輪傳動(dòng)副的消隙措施數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降速比要求。由于齒輪制造中不可能達(dá)到理想齒面的要求，總是速比要求。由于齒輪制造中不可能達(dá)到理想齒面的要求，總是存在著一定的誤差，因此，一對(duì)嚙合著的齒輪，總要有一定的存在著一定的誤差，因此，一對(duì)嚙合著的齒輪，總要有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。但是

12、，齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的齒側(cè)間隙才能正常地工作。但是，齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向失動(dòng)量，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定反向失動(dòng)量，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用以下消除側(cè)隙的措施，以盡量減性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用以下消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒側(cè)間隙。小齒側(cè)間隙。1. 剛性調(diào)整法剛性調(diào)整法(1)偏心軸套調(diào)整法 (2)軸向墊片調(diào)整法 (3)雙薄片齒輪墊片調(diào)整法 2. 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法這種調(diào)整法一般都采用調(diào)整彈簧彈力的方法消除齒側(cè)間隙。因而調(diào)整之后齒側(cè)間隙仍可自動(dòng)補(bǔ)償。在齒輪的齒厚和周節(jié)有變化的情況下，也能保持無(wú)間隙嚙合。但這種調(diào)整法結(jié)構(gòu)

13、較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低，傳動(dòng)平穩(wěn)性也差。154.5 習(xí) 題(1) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與一般機(jī)床相比，在哪些方數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與一般機(jī)床相比，在哪些方面提出了更高的要求？為什么？面提出了更高的要求？為什么？(2) 機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件的功能是什么？對(duì)機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件的功能是什么？對(duì)加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件提出了哪些要求？加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件提出了哪些要求？(3) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的功能是什么？典型的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的功能是什么？典型的直線進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是由哪些部分組成的？直線進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是由哪些部分組成的？ (4) 數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌有哪幾類？各有什么特點(diǎn)

14、？數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌有哪幾類？各有什么特點(diǎn)？ (5) 為什么數(shù)控機(jī)床廣泛采用滾動(dòng)導(dǎo)軌？為什么數(shù)控機(jī)床廣泛采用滾動(dòng)導(dǎo)軌？(6) 滾動(dòng)導(dǎo)軌按照滾動(dòng)體的不同分成哪幾種？各適用滾動(dòng)導(dǎo)軌按照滾動(dòng)體的不同分成哪幾種？各適用于什么場(chǎng)合？于什么場(chǎng)合？(7) 滾動(dòng)導(dǎo)軌為什么要進(jìn)行預(yù)緊？如何進(jìn)行預(yù)緊？預(yù)滾動(dòng)導(dǎo)軌為什么要進(jìn)行預(yù)緊？如何進(jìn)行預(yù)緊？預(yù)緊力過(guò)大時(shí)，會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題？緊力過(guò)大時(shí)，會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題？164.5 習(xí) 題(8)滾動(dòng)導(dǎo)軌中滾動(dòng)體的尺寸和數(shù)目選擇的一般原則是什么？滾動(dòng)導(dǎo)軌中滾動(dòng)體的尺寸和數(shù)目選擇的一般原則是什么？(9)對(duì)滾動(dòng)體承載能力的計(jì)算中，若不能滿足要求時(shí)，應(yīng)如何處理？對(duì)滾動(dòng)體承載能力的計(jì)算中，若不能

15、滿足要求時(shí)，應(yīng)如何處理？(10) 為什么對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提出了為什么對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提出了“高傳動(dòng)剛度、高諧振、低高傳動(dòng)剛度、高諧振、低摩擦、低慣量、無(wú)間隙摩擦、低慣量、無(wú)間隙”的要求？如何才能達(dá)到要求？的要求？如何才能達(dá)到要求？(11) 為什么在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠副？為什么在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠副？(12) 比較滾珠絲杠副中滾珠的兩種不同循環(huán)方式的結(jié)構(gòu)區(qū)別和特點(diǎn)，各適比較滾珠絲杠副中滾珠的兩種不同循環(huán)方式的結(jié)構(gòu)區(qū)別和特點(diǎn)，各適用于何種用于何種 場(chǎng)合？場(chǎng)合？(13) 滾珠絲杠副為什么要預(yù)緊？常用的預(yù)緊方式有哪幾種？它們之間有何滾珠絲杠副為什么要預(yù)緊？常用的預(yù)緊方式有哪幾種？它們之間有何區(qū)別？區(qū)別？(14) 滾珠絲杠副的支撐方式有哪幾種？它們之間有什么區(qū)別？各適用于何滾珠絲