第3章 数控机床典型结构及部件

李雪梅主编《数控机床》第三章教学PPT

第3章 数控机床典型结构及部件3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 数控机床的结构特点及要求 数控机床主传动系统 数控机床进给传动系统 自动换刀机构 排屑装置

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3.1 数控机床的结构特点及要求与传统的普通机床相比，现代数控机床有着独特的机械结构， 除机床基础件外，主要由包括主传动系统、进给系统、工件实现回 转、定位的装置及附件、自动换刀装置等。了解这些结构对于使用 和调整数控机床都是十分必要的。 由于数控机床控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在 机械传动和结构上有十分显著的不同，其特点有： 1.采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构 大为简化，传动链缩短。 2.采用刚度和抗振性较好的机床新结构。如动静压轴承的主轴 部件、钢板焊接结构的支承件等。 3.采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚 珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导 轨等。 4.采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、 自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件， 提高生产率。

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对数控机床机械结构的具体要求见表3-1。 表3-1 数控机床结构的基本要求对结 构的 要求目的 采取的措施 提高主轴部件的刚度、支承部件的整体刚度、各 部件之间的接触刚度以及刀具部件的刚度等。如采 用三支承主轴结构，合理配置滚动轴承，采用刚性 高、抗振性好、承载能力大的静压或动压轴承； 采用封闭截面的床身，并采取措施提高机床各部 件接触刚度，如采用刮研的方法增加单位面积卜接 触点数及在结合面间预加载荷，以增大接触面积等 ； 提高刀架刚度，如合理设计转台大小和刀具数， 增大刀架底座尺寸等 提高系统的刚度，增加阻尼以及调整构件的自振频 率等。如采用钢板焊接结构既可增加静刚度，减轻 结构重量，又可增加构件本身阻尼；对铸件采用封 砂结构也有利于振动衰减，提高抗振性等

提高 机床 的静 刚度

使数控机床各处机 构(如机床床身、导 轨丁作台、刀架和 上轴箱等)产生的弹 性变形控制在最小 限度内，以保证实 现所要求的加工精 度与表面质量充分发挥数控机床 的高效加工性能， 稳定切削，在保证 静刚度的前提下， 还必须提高动态刚 度

提高 机床 的动 刚度

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减少 机床 的热 变形

机床热变形是影响 加工精度的重要因 素。对于数控机床 来说，因为全部加 工过程都足由汁算 机指令控制，热变 形对加工精度的影 响更为严重

(1)减少发热：如采用低摩擦因数的导轨和轴承， 液压系统中采用变量泵等；(2)控制温升，通过良 好的散热

、隔热和冷却措施来控制温升，如在机床 发热部位强制冷却等；(3)改善机床结构：设计合 理的机床结构和布局，如设计热传导对称的结构， 使温升一致，以减少热变形；采用热变形对称结 构.以减少热变形对加工精度影响等，如图3-1所 示卧式坐标镗床热变形。尽量使上轴的热变形发生 在刀具切入的垂直方向上，如图3-2所示

减少 运动 件的 摩擦 和消 除传 动间 隙

减少运动件重量，减少运动件的静、动摩擦力之差， 减少或消除传动间隙，缩短传动链等。如采用滚动 由于数控机床工作 导轨或静压导轨，减少摩擦副间的摩擦力，避免低 台(或滑板)的位移 速爬行。采用滑动一滚动混合导轨，一方面能减少 量是以脉冲当量为 摩擦阻力，还能改善系统的阻尼特性，提高执行部 最小单位的，一般 件的抗振性。采用塑料滑动导轨，既可减少摩擦阻 为0.01~0.001mm, 力又可改善摩擦和阻尼特性，提高运动副的抗振性 要求运动件能微量 和平稳性。采用滚珠丝杠代替滑动丝杠，可显著减 精确移动。提高运 少运动副的摩擦。另外，数控机床(尤其是开环系 动精度和定位精度， 统的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于进 提高进给运动低速 给传动链的精度，除提高齿轮和滚珠丝杠的精度外， 运动的平稳性 采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动，可大 大提高数控机床的传动精度

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提高 机床 的寿 命和 精度 保持 性自动 化结 构， 宜人 的操 作性 和造 型

数控机床必 须有 足够的使用 寿命 和精度保持性

提高数控机床零部件的耐磨性，尤其是导轨、 进给丝杠、主轴部件等主要零件的耐磨性； 在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑 良好

最大限度地 压缩 辅助时间，提高 生产效率。使其 内部结构合 理 、 紧 凑 ， 便于 操作 和维修；外 观造 型美观宜人

采用多主轴、多刀架及带刀库的自动换刀装 置等，以减少工件装夹和换刀时间，提高生 产率。在改善机床操作性方面充分注意机床 各运动部分的互锁能力，防止事故的发生。 尽可能改善操作者的观察、操作和维护条件， 设置紧急停车装置。设计最有利的工件装夹 位置，便于装卸工件。对于切屑数量较多的 数控机床，其床身结构必须有利于排屑或设 有自动工件分离和排屑装置

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3.2 数控机床主传动系统数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组件。 数控机床主轴系统是数控机床的主运动传动系统,数控机床主 轴运动是机床成形运动之一。它的精度决定了零件的加工精度。数 控机床是具有高效率的机床，因此它的主轴系统必须满足大的调速 范围并实现无级调速；较高的

精度与刚度，传动平稳，噪声低 ； 低温升、小的热变形，因为主轴系统的发热使其中所有零部件产生 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，造成加工误差。同时，轴轴系统还必须有良好的静刚度和抗振 性

3.2.1 主轴变速方式 3.2.2 主轴部件

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3.2.1 主轴变速方式数控机床一般采用直流 或交流主轴伺服电动机实现 主轴无级变速。 交流主轴电动机及交流 变频驱动装置(笼型感应交流 电动机配置矢量变换变频调 速系统),由于没有电刷，不 产生火花，所以使用寿命长， 且性能已达到直流驱动系统 的水平，甚至在噪声方面还 图3-1 数控机床主传动的四种配置方式 有所降低，因此，目前应用 a) 齿轮变速 b) 带传动 c) 两个电动机分别驱动 较为广泛。 d) 内装电动机主轴传动结构 1.带有变速齿轮的主传动(见图3-1a) 这是大中型数控机床较常 采用的配置方式，通过少数几对齿轮传动，扩大变速范围。确保低 速时扭矩，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 。

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2.通过带传动的主传动(见图3-1b) 这种传动主要用在转速较高、 变速范围不大的小型数控机床上。电动机本身的调整就能够满足要 求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动时所引起的振动和噪声。 它适用于高速低转矩特性的主轴。常用的有多楔带和同步齿形带。 数控机床上应用的多楔带又称复合三角带，横向断面呈多个楔 形如图3-2a所示，楔角为40°。传递负载主要靠强力层。强力层中 有多根钢丝绳或涤纶绳，具有较小伸长率、较大的抗拉强度和抗弯 疲劳强度。

图3-2 a) 多楔带 b) 同步齿形带 多楔部分采用橡胶或聚氨酯。多楔带综合了V带和平带的优点，运 转时振动小、发热少、运转 …… 此处隐藏：5125字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……