數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)2

第五章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大件主傳動系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)刀具系統(tǒng)輔助結(jié)構(gòu)5.1對數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求5.2主傳動系統(tǒng)5.3進(jìn)給傳動系統(tǒng)5.4換刀裝置5.1對數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求動、靜剛度高熱變形小傳動靈敏人性化1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動剛度

機(jī)床的剛度是指機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。靜剛度：根據(jù)機(jī)床所受載荷性質(zhì)的不同，機(jī)床在靜態(tài)力（重力、機(jī)構(gòu)之間的相互作用力等）作用下所表現(xiàn)的剛度稱為機(jī)床的靜剛度；動剛度：在動態(tài)力（切削力）作用下所表現(xiàn)的剛度稱為動剛度。影響機(jī)床剛度的主要因素是：各構(gòu)件、部件本身的剛度以及相互間的接觸剛度。提高動靜剛度的措施為了提高機(jī)床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用重錘或液力平衡減少移動部件因位置變動造成的機(jī)床變形。封閉整體箱形結(jié)構(gòu)為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形；數(shù)控車床上加盡量縮短主軸端部受力懸伸長度以減少所受彎矩。為了提高機(jī)床各部件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。提高動態(tài)剛度的方法：提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)表明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來在數(shù)控機(jī)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。

在大件內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，在振動時(shí)因摩擦力較大而耗散振動能量。也可采用阻尼層法，即在大件表面噴涂一層具有高阻尼和較高彈性的黏滯彈性材料，涂層越厚，阻尼越大。QC11NJDK數(shù)控液壓閘式剪板機(jī)

機(jī)架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)振動消除內(nèi)應(yīng)力，有足夠的強(qiáng)度與剛性這是加工大型零件的超重型設(shè)備。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

工作臺徑向采用高精度雙列短滾子軸承定心；軸向采用每腔一泵式恒流靜壓導(dǎo)軌。

主傳動箱采用二級機(jī)械變速和立式直流電機(jī)驅(qū)動。

橫梁配有卸荷梁；用靜壓卸荷絲桿升降。

刀架移動采用消除間隙的雙齒輪傳動；滑枕移動采用滾珠絲桿傳動。

機(jī)床橫梁、床身和立柱為焊接件結(jié)構(gòu)，并采用了阻尼減振措施。CK53系列數(shù)控單柱移動立式車床和車銑鏜立式車床人造大理石床身（混凝土聚合物）圖5－3德國國DEN480L型數(shù)數(shù)控車床床底座和和床身示示意圖2.數(shù)控控機(jī)床應(yīng)應(yīng)有更小小的熱變變形圖5-110m/min進(jìn)給速度，多次往復(fù)運(yùn)動時(shí)的滾柱絲杠發(fā)熱情況，溫度分布圖的溫度顯示為25攝氏至40攝氏度，若沒有補(bǔ)償措施，則將使工件產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷。主軸冷卻風(fēng)管對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻1、減減少發(fā)發(fā)熱2、控控制溫溫升:對機(jī)機(jī)床熱熱源進(jìn)進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)制冷冷卻3、改改善機(jī)機(jī)床機(jī)機(jī)構(gòu):采用用熱對對稱結(jié)結(jié)構(gòu)4、絲絲杠預(yù)預(yù)拉伸伸5、熱熱位移移補(bǔ)償償控制熱熱變形形的措措施熱對稱稱結(jié)構(gòu)構(gòu)立柱柱3.傳動靈靈敏：數(shù)控控機(jī)床床運(yùn)動動件之之間的的摩擦擦要小小，要要消除除傳動動系統(tǒng)統(tǒng)的間間隙，，達(dá)到到低速速時(shí)無無爬行行，高高速時(shí)時(shí)快速速響應(yīng)應(yīng)。4.數(shù)控機(jī)機(jī)床結(jié)結(jié)構(gòu)要要人性性化一、主主傳動動系統(tǒng)統(tǒng)作用用是將電電動機(jī)機(jī)的扭扭矩或或功率率傳遞遞給主主軸部部件，，使安安裝在在主軸軸內(nèi)的的工件件或刀刀具實(shí)實(shí)現(xiàn)主切削削運(yùn)動動。主軸：：指帶帶動刀刀具和和工件件旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)產(chǎn)生切切削運(yùn)運(yùn)動且且消耗功功率最最大的運(yùn)動動軸。。二、主傳動動系統(tǒng)統(tǒng)組成成：主軸電電動機(jī)機(jī)、傳傳動系系統(tǒng)和和主軸軸部件件5.2主主傳傳動系系統(tǒng)三、對對主傳傳動系系統(tǒng)的的要求求1.足足夠的的轉(zhuǎn)速速范圍圍2.足足夠的的功率率和扭扭矩3.各零零部件件應(yīng)具具有足足夠的的精度度、強(qiáng)度、、剛度度和抗抗振性性4.噪噪聲低低、運(yùn)運(yùn)行平平穩(wěn)四、主主軸的的驅(qū)動動方式式1.采采用變變速齒齒輪傳傳動這是大大中型型數(shù)控控機(jī)床床較常常采用用的配配置方方式，，通過過少數(shù)數(shù)幾對對齒輪輪傳動動，擴(kuò)擴(kuò)大變變速范范圍。?；埔讫X輪輪的移移位大大都采采用液液壓撥撥叉或或直接接由液液壓缸缸帶動動齒輪輪來實(shí)實(shí)現(xiàn)。。2.采采用同同步齒齒形帶帶傳動動這種傳傳動主主要用用在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較較高、、變速速范圍圍不大大的機(jī)機(jī)床。。它適適用于于高速速低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩特特性的的主軸軸。3.用兩兩個(gè)電電動機(jī)機(jī)分別別驅(qū)動動主軸軸這是上上述兩兩種方方式的的混合合傳動動，具具有上上述兩兩種性性能(見圖圖5-2c)。。高速速時(shí)，，由一一個(gè)電電動機(jī)機(jī)通過過帶傳傳動；；低速速時(shí)，，由另另一個(gè)個(gè)電動動機(jī)通通過齒齒輪傳傳動，，齒輪輪起到到降速速和擴(kuò)擴(kuò)大變變速范范圍的的作用用，這這樣就就使恒恒功率率區(qū)增增大，，擴(kuò)大大了變變速范范圍，，避免免了低低速時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩矩不夠夠且電電動機(jī)機(jī)功率率不能能充分分利用用的問問題。。但兩兩個(gè)電電動機(jī)機(jī)不能能同時(shí)時(shí)工作作，也也是一一種浪浪費(fèi)。。4.采采用主主軸電電機(jī)直直接驅(qū)驅(qū)動（（一體體化主主軸，，電主主軸））主軸與與電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子合二二為一一，從從而使使主軸軸部件件結(jié)構(gòu)構(gòu)更加加緊湊湊，重重量輕輕，慣慣量小小，有有效地地提高高了主主軸部部件的的剛度度，提提高了了主軸軸啟動動、停停止的的響應(yīng)應(yīng)特性性，目目前高高速加加工機(jī)機(jī)床主主軸多多采用用這種種方式式，這這種類類型的的主軸軸也稱稱為電電主軸軸。圖5-2數(shù)控機(jī)床主傳動的四種配置方式a)齒輪變速b)帶傳動c)兩個(gè)電動機(jī)分別驅(qū)動d)內(nèi)裝電動機(jī)主軸傳動結(jié)構(gòu)圖5-7內(nèi)裝電動機(jī)主軸車床用用電主主軸銑床用用電主主軸

氯丁橡膠同步帶

聚氨酯同步帶

圓弧齒工業(yè)同步帶

雙面齒同步帶五．主主軸調(diào)調(diào)速方方法數(shù)控機(jī)機(jī)床常常用機(jī)機(jī)電結(jié)結(jié)合的的方法法，即即同時(shí)時(shí)采用用電動動機(jī)和和機(jī)械械齒輪輪變速速兩種種方法法。其其中齒齒輪減減速以以增大大輸出出扭矩矩，并并利用用齒輪輪換擋擋來擴(kuò)擴(kuò)大調(diào)調(diào)速范范圍。。1、電電動機(jī)機(jī)調(diào)速速用于主主軸驅(qū)驅(qū)動的的調(diào)速速電動動機(jī)主主要有有直流流電動動機(jī)和和交流流電動動機(jī)兩兩大類類。（1））直流流電動動機(jī)主主軸調(diào)調(diào)速（2））交流流電動動機(jī)主主軸調(diào)調(diào)速2、機(jī)機(jī)械齒齒輪變變速數(shù)控機(jī)機(jī)床常常采用用1-4擋齒齒輪變變速與與無級級調(diào)速速相結(jié)結(jié)合的的方式式，即即所謂謂分段段無級級變速速。采采用機(jī)機(jī)械齒齒輪減減速，，增大大了輸輸出扭扭矩，，并利利用齒齒輪換換擋擴(kuò)擴(kuò)大了了調(diào)速速范圍圍。自動換換擋執(zhí)執(zhí)行機(jī)機(jī)構(gòu)是是一種種電———機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)換換裝置置，常常用的的有液液壓撥撥叉和和電磁磁離合合器。。圖2－3三位液壓撥叉工作原理圖1、5－液壓缸2－活塞桿3－撥叉4－套筒六、主主軸軸部件件主軸部部件是是機(jī)床床的一一個(gè)關(guān)關(guān)鍵部部件，，它包包括主軸的的支承承、安裝裝在主主軸上上的傳動零零件等。對于數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床尤尤其是是自動動換刀刀數(shù)控控機(jī)床床，為為了實(shí)實(shí)現(xiàn)刀刀具在在主軸軸上的的自動動裝卸卸與夾夾持，，還必必須有有刀具具的自動夾夾緊裝裝置、、主軸軸準(zhǔn)停停裝置置和主主軸孔孔的清清理裝裝置等結(jié)構(gòu)構(gòu)。1、主主軸端端部的的結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀狀主軸端端部用用于安安裝刀刀具或或夾持持工件件的夾夾具，，在設(shè)設(shè)計(jì)要要求上上，應(yīng)應(yīng)能保保證定定位準(zhǔn)準(zhǔn)確、、安裝裝可靠靠、聯(lián)聯(lián)接牢牢固、、裝卸卸方便便，并并能傳傳遞足足夠的的轉(zhuǎn)矩矩。主主軸端端部的的結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀狀都已已標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化。。(a)車床床主軸軸端部部；(b)銑、、鏜類類機(jī)床床主軸軸端部部；(c)外圓圓磨床床砂輪輪主軸軸端部部；(d)內(nèi)圓圓磨床床砂輪輪主軸軸端部部；(e)普通通鏜桿桿裝在在鉆床床主軸軸上的的端部部；(f)組合合機(jī)床床主軸軸端部部2、主主軸部部件的的支承承機(jī)床主主軸帶帶著刀刀具或或夾具具在支支承中中作回回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動，，應(yīng)能能傳遞遞切削削轉(zhuǎn)矩矩承受受切削削抗力力，并并保證證必要要的旋旋轉(zhuǎn)精精度。。機(jī)床床主軸軸多采采用滾動軸軸承作為支支承，，對于于精度度要求求高的的主軸軸則采采用動壓或或靜壓壓滑動動軸承承作為支支承。。下面面著重重介紹紹主軸軸部件件所用用的滾滾動軸軸承。。主軸滾滾動軸軸承的的配置置前支承承采用用雙列列短圓圓柱滾滾子軸軸承和和60°角角接觸觸雙列列向心心推力力球軸軸承，，后支支承采采用成成對向向心推推力球球軸承承。能能使主主軸獲獲得較較大的的徑向向和軸軸向剛剛度，，可以以滿足足機(jī)床床強(qiáng)力力切削削的要要求，，普遍遍應(yīng)用用于各各類數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的主軸軸，如如數(shù)控控車床床、數(shù)數(shù)控銑銑床、、加工工中心心等。。這種種配置置的后后支承承也可可用圓圓柱滾滾子軸軸承，，進(jìn)一一步提提高后后支承承徑向向剛度度。圖5-14數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式如圖5-14b所示示的配配置前前支承承采用用多個(gè)個(gè)高精精度向向心推推力球球軸承承，后后支承承采用用球軸軸承，，沒有有如圖圖5-14a所所示的的主軸軸剛度度大，，但這這種配配置提提高了了主軸軸的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，，適合合主軸軸要求求在較較高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下下工作作的數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床。。目前，，這種種配置置形式式在立立式、、臥式式加工工中心心機(jī)床床上得得到廣廣泛應(yīng)應(yīng)用，，滿足足了這這類機(jī)機(jī)床轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范范圍大大、最最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高高的要要求。。為提提高這這種形形式配配置的的主軸軸剛度度，前前支承承可以以用四四個(gè)或或更多多個(gè)的的軸承承相組組配，，后支支承用用兩個(gè)個(gè)軸承承相組組配。。如圖5-14c所示示的配配置形形式，，前支支承采采用雙雙列圓圓錐滾滾子軸軸承，，后支支承為為單列列圓錐錐滾子子軸承承。能能使主主軸承承受較較重載載荷(尤其其是承承受較較強(qiáng)的的動載載荷)，徑徑向和和軸向向剛度度高，，安裝裝和調(diào)調(diào)整性性好。。但這這種配配置相相對限限制了了主軸軸最高高轉(zhuǎn)速速和精精度，，適用用于中中等精精度、、低速速與重重載的的數(shù)控控機(jī)床床主軸軸。3、主主軸的的材料料和熱熱處理理主軸材材料可可根據(jù)據(jù)強(qiáng)度度、剛剛度、、耐磨磨性、、載荷荷特點(diǎn)點(diǎn)和熱熱處理理變形形大小小等因因素來來選擇擇。主主軸剛剛度與與材質(zhì)質(zhì)的彈彈性模模量E有關(guān)關(guān)。無無論是是普通通鋼還還是合合金鋼鋼其E值基基本相相同。。因此此，對對于一一般要要求的的機(jī)床床其主主軸可可用價(jià)價(jià)格便便宜的的中碳碳鋼、、45鋼，，進(jìn)行行調(diào)質(zhì)質(zhì)處理理后硬硬度為為22～28HRC；當(dāng)當(dāng)載荷荷較大大或存存在較較大的的沖擊擊時(shí)，，或者者精密密機(jī)床床的主主軸為為減少少熱處處理后后的變變形，，或者者需要要作軸軸向移移動的的主軸軸為了了減少少它的的磨損損時(shí)，，則可可選用用合金金鋼。。常用用的合合金鋼鋼有：：40Cr進(jìn)行行淬硬硬硬度度達(dá)到到40～50HRC，或或者用用20Cr進(jìn)行行滲碳碳淬硬硬使硬硬度達(dá)達(dá)到56～～62HRC。。某些些高精精度機(jī)機(jī)床的的主軸軸材料料則選選用38CrMoAl進(jìn)進(jìn)行氮氮化處處理，，使硬硬度達(dá)達(dá)到850～1000HV。。圖5-19加加工中心心主軸組件圖5-18數(shù)控車床主軸組件七、主軸準(zhǔn)停停主軸準(zhǔn)停功能能又稱主軸定定向功能(SpindleSpecifiedPositionStop)，其作用用是使主軸每每次都準(zhǔn)確地地停在固定不不變的周向位位置上，以保保證自動換刀刀時(shí)主軸上的的端面鍵能對對準(zhǔn)刀柄上的的鍵槽，同時(shí)時(shí)使每次裝刀刀時(shí)刀柄與主主軸的相對位位置不變，提提高刀具的重重復(fù)安裝精度度，從而可提提高加工的一一致性。另外，一些特特殊工藝要求求，如在通過過前壁小孔鏜鏜內(nèi)壁的同軸軸大孔，或進(jìn)進(jìn)行反倒角等等加工時(shí)，也也要求