數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)

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，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：

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DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形

圖5-110m/min進(jìn)給速度，多次往復(fù)運動時的滾柱絲杠發(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)行強制冷卻1、減少發(fā)熱2、控制溫升:對機(jī)床熱源進(jìn)行強制冷卻3、改善機(jī)床機(jī)構(gòu):采用熱對稱結(jié)構(gòu)4、絲杠預(yù)拉伸

5、熱位移補償控制熱變形的措施熱對稱結(jié)構(gòu)立柱3.傳動靈敏：數(shù)控機(jī)床運動件之間的摩擦要小，要消除傳動系統(tǒng)的間隙，達(dá)到低速時無爬行，高速時快速響應(yīng)。

4.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要人性化一、主傳動系統(tǒng)作用

是將電動機(jī)的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實現(xiàn)主切削運動。

主軸：指帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運動且消耗功率最大的運動軸。

二、主傳動系統(tǒng)組成：主軸電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸部件

5.2主傳動系統(tǒng)三、對主傳動系統(tǒng)的要求

1.足夠的轉(zhuǎn)速范圍

2.足夠的功率和扭矩

3.各零部件應(yīng)具有足夠的精度、強度、剛度和抗振性

4.噪聲低、運行平穩(wěn)四、主軸的驅(qū)動方式1.采用變速齒輪傳動

這是大中型數(shù)控機(jī)床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對齒輪傳動，擴(kuò)大變速范圍?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。2.采用同步齒形帶傳動

這種傳動主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸。3.用兩個電動機(jī)分別驅(qū)動主軸這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能(見圖5-2c)。高速時，由一個電動機(jī)通過帶傳動；低速時，由另一個電動機(jī)通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機(jī)功率不能充分利用的問題。但兩個電動機(jī)不能同時工作，也是一種浪費。

4.采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動（一體化主軸，電主軸）主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合二為一，從而使主軸部件結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量輕，慣量小，有效地提高了主軸部件的剛度，提高了主軸啟動、停止的響應(yīng)特性，目前高速加工機(jī)床主軸多采用這種方式，這種類型的主軸也稱為電主軸。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)主軸車床用電主軸銑床用電主軸

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．主軸調(diào)速方法數(shù)控機(jī)床常用機(jī)電結(jié)合的方法，即同時采用電動機(jī)和機(jī)械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴(kuò)大調(diào)速范圍。1、電動機(jī)調(diào)速用于主軸驅(qū)動的調(diào)速電動機(jī)主要有直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類。（1）直流電動機(jī)主軸調(diào)速（2）交流電動機(jī)主軸調(diào)速2、機(jī)械齒輪變速

數(shù)控機(jī)床常采用1-4擋齒輪變速與無級調(diào)速相結(jié)合的方式，即所謂分段無級變速。采用機(jī)械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴(kuò)大了調(diào)速范圍。

自動換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種電——機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，常用的有液壓撥叉和電磁離合器。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、主軸部件主軸部件是機(jī)床的一個關(guān)鍵部件，它包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。對于數(shù)控機(jī)床尤其是自動換刀數(shù)控機(jī)床，為了實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸與夾持，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等結(jié)構(gòu)。

1、主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設(shè)計要求上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標(biāo)準(zhǔn)化。(a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機(jī)床主軸端部；(c)外圓磨床砂輪主軸端部；(d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部；(e)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部；(f)組合機(jī)床主軸端部2、主軸部件的支承機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運動，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機(jī)床主軸多采用滾動軸承作為支承，對于精度要求高的主軸則采用動壓或靜壓滑動軸承作為支承。下面著重介紹主軸部件所用的滾動軸承。主軸滾動軸承的配置前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用成對向心推力球軸承。能使主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足機(jī)床強力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床的主軸，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。這種配置的后支承也可用圓柱滾子軸承，進(jìn)一步提高后支承徑向剛度。圖5-14數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式如圖5-14b所示的配置前支承采用多個高精度向心推力球軸承，后支承采用球軸承，沒有如圖5-14a所示的主軸剛度大，但這種配置提高了主軸的轉(zhuǎn)速，適合主軸要求在較高轉(zhuǎn)速下工作的數(shù)控機(jī)床。目前，這種配置形式在立式、臥式加工中心機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，滿足了這類機(jī)床轉(zhuǎn)速范圍大、最高轉(zhuǎn)速高的