1、第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu),一、數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 1、數(shù)控機(jī)床自身特點(diǎn)對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響 （1）高自動(dòng)化程度 （2）高速大功率和高精度 （3）多工序和多功能集成 （4）高的可靠性和精度保持性,2、數(shù)控機(jī)床對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 （1）數(shù)控機(jī)床應(yīng)具備更高的靜動(dòng)剛度 （2）數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形 （3）數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦要小，傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙要消除 （4）數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更好的宜人性,3、提高數(shù)控機(jī)床性能的措施 （1）合理選擇數(shù)控機(jī)床的總體布局 （2）提高結(jié)構(gòu)件的剛度 （3）提高機(jī)床抗震性 （4）改善機(jī)床的熱變形 （5）保證運(yùn)動(dòng)的精度和穩(wěn)定性,二、數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn) 1、數(shù)控車床的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 數(shù)控車床的

2、床身結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌主要有平床身、斜床身以及立式床身三種等。 一般中小型數(shù)控車床多采用傾斜床身或水平床身斜滑板結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種布局結(jié)構(gòu)具有機(jī)床外形美觀，占地面積小，易于排屑和冷卻液的排流，便于操作者操作與觀察，易于安裝上下料機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化等特點(diǎn)。傾斜床身還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可采用封閉截面整體結(jié)構(gòu)，以提高床身的剛度。床身導(dǎo)軌傾斜角度多為45、60和 70度，但傾斜角度太大會(huì)影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況。水平床身加工工藝性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度，但這種結(jié)構(gòu)床身下部空間小，排屑困難。,2、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）臥式加工中心 臥式加工中心通常采用移動(dòng)式立柱，工作臺(tái)不升降，T形床身

3、。 臥式加工中心的立柱普遍采用雙立柱框架結(jié)構(gòu)形式，主軸箱在兩立柱之間，沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)剛性大，熱對(duì)稱性好，穩(wěn)定性高。小型臥式加工中心多數(shù)采用固定立柱式結(jié)構(gòu)，其床身不大，且都是整體結(jié)構(gòu)。 臥式加工中心各個(gè)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)可由工作臺(tái)移動(dòng)或由主軸移動(dòng)來完成，也就是說某一方向的運(yùn)動(dòng)可以由刀具固定，工件移動(dòng)來完成，或者是由工件固定，刀具移動(dòng)來完成。,（2）立式加工中心 立式加工中心與臥式加工中心相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，價(jià)格也便宜。中小型立式加工中心一般都采用固定立柱式，因?yàn)橹鬏S箱吊在立柱一側(cè)，通常采用方形截面框架結(jié)構(gòu)、米字形或井字形筋板，以增強(qiáng)抗扭剛度，而且立柱是中空的，以放置主軸箱的平衡重。 立

4、式加工中心通常也有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，由溜板和工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)平面上X、Y兩個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)。,三、數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 1、主傳動(dòng)變速（主傳動(dòng)鏈） 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)廣泛采用無級(jí)變速傳動(dòng)，用交流調(diào)速電機(jī)或直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它們能方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，且傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)件少，提高了變速的可靠性，其制造精度則要求很高。其主傳動(dòng)主要有以下三種形式：,（1）帶有二級(jí)齒輪變速 如圖所示，主軸電機(jī)經(jīng)過二級(jí)齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列，這種分段無級(jí)變速，確保低速時(shí)的大扭矩，滿足機(jī)床對(duì)扭矩特性的要求?；讫X輪常用液壓撥叉和電磁離合器來改變其位置。,主軸電機(jī),（2）帶有定比傳動(dòng) 如圖所示，主軸電機(jī)經(jīng)定比傳

5、動(dòng)傳遞給主軸，定比傳動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)或帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)主要應(yīng)用于小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動(dòng)的噪聲與振動(dòng)。,主軸電機(jī),（3）由主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 如圖所示，電機(jī)軸與主軸用聯(lián)軸器同軸聯(lián)接。這種方式大大簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸剛度。但主軸輸出扭矩小，電機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸精度影響大。,主軸電機(jī),2、主軸（部件）結(jié)構(gòu) 機(jī)床主軸對(duì)加工質(zhì)量有直接的影響，數(shù)控機(jī)床主軸部件應(yīng)有更高的動(dòng)靜剛度和抵抗熱變形的能力。 （ 1）主軸的支承 目前數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置有三種主要形式。 （a）為數(shù)控機(jī)床前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和 60度角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用成對(duì)向心推力球軸承。此種結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床

6、，其綜合剛度高，可以滿足強(qiáng)力切削要求。,（b）為前支承采用多個(gè)高精度向心推力球軸承，這種配置具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，適用于高速輕載和精密數(shù)控機(jī)床。 （C）為前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承，其經(jīng)向和軸向剛度很高，能承受重載荷。但這種結(jié)構(gòu)限制了主軸最高轉(zhuǎn)速，因此適用于中等精度低速重載數(shù)控機(jī)床。 （2）主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是數(shù)控機(jī)床特別是加工中心的特有機(jī)構(gòu)。,（ 3）主軸準(zhǔn)停裝置 主軸準(zhǔn)停也叫主軸定向。在加工中心等數(shù)控機(jī)床上，由于有機(jī)械手自動(dòng)換刀，要求刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵上，因此主軸每次必須停在一個(gè)固定準(zhǔn)確的位置上，以利于機(jī)

7、械手換刀。 （4）其他機(jī)構(gòu) 數(shù)控車床能夠加工各種螺紋，這就需要安裝與主軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖編碼器，以便發(fā)出檢測(cè)脈沖信號(hào)使主軸的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)。數(shù)控車削中心增加了主軸的C軸功能，能在數(shù)控系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給，以便與Z軸、X軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)。,四、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 1、進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是以保證刀具與工件相對(duì)位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都要受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。不論是點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對(duì)象。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）運(yùn)動(dòng)件間的摩擦阻力小 （ 2）消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的間隙 （3）傳動(dòng)系統(tǒng)的精度和剛度高

8、 （ 4）減小運(yùn)動(dòng)慣量，具有適當(dāng)?shù)淖枘?2、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以分為直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)兩大類。 實(shí)現(xiàn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主要有： （1）通過絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。 （2）通過齒輪、齒條副，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。 （3）直接采用直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)的一般采用蝸輪蝸桿副。,3、數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 對(duì)三坐標(biāo)以上的數(shù)控機(jī)床，除X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還有繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或分度運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的圓周運(yùn)動(dòng)包括分度運(yùn)動(dòng)和連續(xù)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種。 通常數(shù)控機(jī)床的連續(xù)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

9、由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，分度運(yùn)動(dòng)由分度工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。 （1）數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，是在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，完成工作臺(tái)的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并能同其他坐標(biāo)軸實(shí)行聯(lián)動(dòng)，以完成復(fù)雜零件的加工，還可以作任意角度轉(zhuǎn)位和分度。,工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)大都由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速齒輪和蝸輪蝸桿傳動(dòng)，其定位精度完全由控制系統(tǒng)和伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙大小決定。因此，用于數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的蝸輪蝸桿必須有較高的制造精度和裝配精度，而且還要采取措施來消除蝸輪蝸桿副的傳動(dòng)間隙 。 通常消除間隙有兩種方法：一是采用雙蝸桿傳動(dòng)這種方法可以保證正確的嚙合關(guān)系和完全的齒面接觸，但制造成本高，傳動(dòng)效率低。二是采用雙螺距變齒厚蝸桿，它能夠始終保持正

10、確的嚙合關(guān)系，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。,（2）分度工作臺(tái) 數(shù)控機(jī)床的分度工作臺(tái)與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)不同，它只能完成分度運(yùn)動(dòng)。它不能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給，也就是說在切削過程中不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只是非切削狀態(tài)下將工件進(jìn)行轉(zhuǎn)位換面，以實(shí)現(xiàn)在一次裝卡下完成多個(gè)面的多工序加工。,4、導(dǎo)軌 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，盡管仍然是滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，但在導(dǎo)軌 材料和結(jié)構(gòu)上與普通機(jī)床有著顯著的不同。 數(shù)控機(jī)床所采用的滑動(dòng)導(dǎo)軌是鑄鐵-塑料或鑲鋼-塑料導(dǎo)軌。目前導(dǎo)軌所使用的塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧樹脂涂層導(dǎo)軌，它們的特點(diǎn)是摩擦特性好，能防止低速爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，耐磨性好，對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求不高。塑料的阻尼性好，能吸收振動(dòng)

11、。塑料導(dǎo)軌還具有良好的工藝性,滾動(dòng)導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，比塑料導(dǎo)軌還小，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高，耐磨性好且潤(rùn)滑簡(jiǎn)單。滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)。 靜壓導(dǎo)軌主要應(yīng)用于大重型數(shù)控機(jī)床上，它的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)極小，運(yùn)動(dòng)靈敏，位移精度和定位精度高，導(dǎo)軌精度保持性好，壽命長(zhǎng)。油膜具有誤差均化作用，導(dǎo)向精度高。油膜承載能力高，剛度高，吸振性好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要相應(yīng)的液壓設(shè)備。,五、 其他裝置 1、刀具系統(tǒng) 為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用，加工中心要完成對(duì)工件的多工序加工，必須具備自動(dòng)更換刀具的功能。為此而設(shè)置的更換刀具和刀具儲(chǔ)備的

12、系統(tǒng)稱為自動(dòng)換刀系統(tǒng)。自動(dòng)換刀系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲(chǔ)備足夠和換刀安全可靠等功能。,自動(dòng)換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式隨加工中心的類型不同而不同。 （1）回轉(zhuǎn)刀架式： 回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀系統(tǒng)，用于數(shù)控車床。 （2）更換主軸頭式 在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，如數(shù)控鉆床，更換主軸頭是一種比較簡(jiǎn)單的換刀方式，常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。 （3）刀庫一機(jī)械手式 目前大量使用的是帶有刀庫一機(jī)械手的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)形式主軸的剛度高，有利于提高加工精度和效率。刀具的存儲(chǔ)量大，有利于加工復(fù)雜零件。,2、排屑裝置 數(shù)控機(jī)床在單位時(shí)間內(nèi)的金屬切削量大大高于普通機(jī)床，因而切屑也特別多。這些切屑在加工區(qū)域內(nèi)，一方面會(huì)