第六章数控机床的机械结构.pps
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第六章数控机床的机械结构提提要要本章讨论了数控机床机械结构的要求,介绍了提高机床刚度,减少机床的热变形,减少运动副的摩擦,提高传动精度,提高机床寿命和精度保持性的措施,介绍数控机床主运动系统和进给运动系统以及典型机械结构。
学时:
4学时第六章数控机床的机械结构目标了解数控机床的机械结构特点;掌握提高机床刚度,减少机床的热变形,减少运动副的摩擦的措施;了解数控机床的主运动系统和进给运动系统以及典型机械结构及其工作原理了解提高传动精度,提高机床寿命和精度保持性的措施;第六章数控机床的机械结构建建议议了解数控机床对机械结构的要求,掌握提高机床刚度,减少机床的热变形,减少运动副的摩擦,提高传动精度,提高机床寿命和精度保持性的措施,了解数控机床的主运动系统和进给运动系统以及典型机械结构。
第六章数控机床的机械结构第一节概述数控机床的机械结构要求1、高精度2、高速度3、高自动化要求数控机床必须具有很高的强度、刚度和抗振性因此,数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的差异。
数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面:
1、具有大切削功率,高的静、动刚度和良好的抗振性能;2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性;3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。
控机床具有更高的、度数应静动刚提高度的原因:
刚在重荷的作用下,机床的各部件、件受载构会力形,引起刀具和工件的相位置的化变对变机床度差影机床抗振性刚响度刚:
是指支承件在恒定荷载或交荷变载作用下抵抗形的能力变(静刚度)(动刚度)第二提高度的措施节刚合理选择支承件的结构形式措施1支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身封整体箱形闭结构左图为卧式加工中心的框式立柱结构。
从正面看,立柱截面成封闭框形轮廓尺寸大,保证以高扭转刚度承受切削扭矩产生的扭转载荷。
从俯视截面看,两个立柱截面形状为矩形,矩形尺寸大的方向正是因切削力作用产生大的弯曲载荷的方向。
这种结构具有很高的刚度。
措施2合理布置支承件隔板的筋条隔板的作用是作用于支承板的局部荷其壁板将载传递给它,而使整支承件承受荷,提高支承件的自身度。
从个载刚“T”形隔板接,主连要提高水平面抗弯刚度,提高垂直面抗对度和抗度不弯刚扭刚著,多用在度要显刚求不高的床身上。
“W”形隔板,能大地较提高水平面上的抗抗弯度,中心距超扭刚对过1500mm的床身,效长果最著为显第二提高度的措施节刚“”形隔板,在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比高,造性能较铸好,在大中型床上车应用多较斜向拉筋,床身度最高,排屑容易刚第二提高度的措施节刚措施3增加导轨与支承件的连接部分的刚度接度连刚:
支承件在接抵抗形的能力连处变。
措施4增加机床各部件的接触刚度和承载能力采用刮的方法增加位面上的研单积接点触在合面之施加足大的加结间够预载荷,增加接面触积合理的结构布局合理的结构布局采用补偿变形的措施出受力点的测相形的大对变小和方向,或者知件的预构形律,就变规可采取补偿变形的方法消除受力形的影变响合理选用构件的材料措施1床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接增加刚度、减轻重量、提高抗振性。
铸件:
容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼系数大,振动的衰减性能好,成本低。
铸件的周期较长,需做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷。
焊接件:
钢材的强度比铸铁高,质量可比铸件减轻20%-50%,不需要木模和浇注,生产周期短,不易出现废品。
措施2采用封砂床身结构在件中不除铸清砂心,在接件焊中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力人造大理石床身(混凝土聚合物)措施3采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料天然大理石床身第三节少机床的形减热变
(1)生形的原因产热变:
外源的影内热响不能人工修正形差热变误
(2)少形的措施:
减热变少源主机中分离出去减发热将热从措施1主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速少和量减传动轴传动齿轮数少主箱的量减传动内发热行形进热变补偿措施2采用低摩擦系数的导轨和轴承采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承控制升温措施通过散热和冷却方法改善机床结构措施1采用原控机床对称则设计数结构措施2使机床主的形生在刀具切入的垂直方向轴热变发上措施3采用排屑系统主轴冷却管风对机床热源进行强制冷却第三节少机床的形减热变主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却第三节少机床的形减热变立柱对称结构措施1采用对称原则设计数控机床结构措施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上机床排屑系统措施3采用排屑系统斜床身倾措施4将热源置于易散热的位置主箱和主机放在机床的外面将传动电动第四节减少运动副的摩擦,提高传动精度措施1采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦措施2采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动减小摩擦珠杠螺母副滚丝+副滚动导轨第五节提高机床寿命和精度保持性措施1采用耐磨性好的零部件措施2机床运动部件间具有良好的润滑第六节对主传动系统和进给系统的的要求2、对主传动的要求1、主传动的作用:
产生主切削力足够的转速范围足够的功率和扭矩各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性噪声低、运行平稳3、主传动的配置方式主轴电动机直接驱动(一体化主轴,电主轴)特点:
有效提高主轴部件刚度,但主轴输出扭矩小主电轴主轴电动机、电动机经同步齿形带传动主轴、电动机经齿轮变速传动主轴主轴电动机4、主轴部件5、对进给传动系统的要求
(1)、系作用进给传动统接受控系出的脉冲,放大和后数统发进给经转换行元件期的。
驱动执实现预运动
(2)、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别系:
传统进给传动统多采用一机,行件之采用大量个电执间的,以外的各比要求。
故齿轮传动实现内传动链种传动传动很,相链长结构当复杂控伺服系:
数进给统每一都由的伺服机,个运动单独电驱动大大短,件大大少,有利于少差,传动链缩传动减减传动误提高精度传动(3)、对进给传动系统的要求少件的摩擦阻力减运动提高机床系的快速进给统性能响应和精度运动,少减爬行象现性能:
是伺服系性能的指,响应进给统动态标反映了系的跟踪精度统精度:
是机床的主要零、部件在以工作运动状态的速度的精度运动时爬行象:
低速不平衡的象爬行象现时运动现称为现机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主传动件1作匀速运动时,工作台3往往会出现明显的速度不均匀,产生跳跃式的时停时走的运动状态,或时快时慢现象。
提高精度和度传动刚措施1保部件加工精度证措施2在中加入速小脉冲量,提传动链减齿轮减当高精度传动措施3支撑杠的承消除、件预紧丝轴齿轮蜗轮传动隙间措施4消除珠杠螺母副的向隙预紧滚丝轴传动间减小各运动零部件的惯量稳定性好,寿命长稳定性好:
保证低速时不产生爬行,外负载变化时不发生振动寿命:
是指数控机床保持传动精度和定位精度时间的长短,即保持原制造精度的能力第六节对主传动系统和进给系统的的要求6、滚珠丝杠螺母副珠杠螺母副滚丝
(1)、滚珠丝杠螺母副的结构丝杠滚珠螺母作用:
将回转运动转换成直线运动
(2)、滚珠丝杠螺母副的特点优点:
传动效率高摩擦阻力小传动精度高有可逆性使用寿命长缺点:
制造工艺复杂不能实现自锁(3)、滚珠丝杠螺母副的循环方式外循环:
滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环内循环:
滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的成为内循环第六节对主传动系统和进给系统的的要求(4)、滚珠丝杠螺母副的预紧预紧的目的:
减小轴向间隙轴向间隙:
指丝杠和螺母间无相对转动时,二者之间的最大轴向窜动量预紧的方法双螺母垫片式双螺母螺纹式双螺母齿差式双螺母垫片式第六节对主传动系统和进给系统的的要求双螺母螺纹式第六节对主传动系统和进给系统的的要求双螺母齿差式第六节对主传动系统和进给系统的的要求(5)、滚珠丝杠螺母副的安装特点:
其承载能力小,轴向刚度低,仅适用于短丝杠一端装止推轴承(固定自由式)一端装止推轴承,另一端装深沟球轴承(固定支承式)特点:
轴向刚度较小,丝杠有伸缩余地,结构复杂,仅适用于长丝杠第六节对主传动系统和进给系统的的要求两端装止推轴承特点:
将装止推轴承装在滚珠丝杠两端,并施加预紧拉力,有助于提高传动刚度,但对热伸长较敏感第六节对主传动系统和进给系统的的要求两端装双重止推轴承及深沟球轴承(固定固定式)特点:
传动刚度高,结构和安装工艺复杂,适用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠第六节对主传动系统和进给系统的的要求(6)、滚珠丝杠螺母副的润滑与防护润滑的作用:
减少摩擦,降低温升,并与密封装置一起保护丝杠不受外物的损伤与腐蚀润滑油:
机油、90180号透平油、140号主轴油润滑脂:
锂基油脂或高压润滑脂防护:
防止尘埃、切屑等硬质颗粒进入密封圈:
采用毛毡圈(耐油橡胶、尼龙)防护罩:
采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套筒或皮革、人造革制成的数控机床导轨
(2)、对导轨的基本要求
(1)、导轨的功能:
支承和导向导向精度:
是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性精度保持性:
是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力低速运动平稳性:
结构简单、工艺性好:
(3)、导轨的分类和特点按运动轨迹按工作性质按接触面的摩擦性质直线运动导轨:
相对运动轨迹为直线圆周运动导轨:
相对运动轨迹为圆主运动导轨:
动导轨作主运动,导轨副间相对运动速度高进给运动导轨:
动导轨作进给运动,导轨副间相对运动速度低调整导轨:
实现部件之间的相对位置调整,在机床工作时无相对运动滑动导轨滚动导轨静压导轨滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优点,在数控机床上应用广泛,目前多数使用金属对塑料形式,称为贴塑导轨或注塑导轨滑动导轨注塑导轨:
环氧树脂为基体,加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉等混合而成贴塑导轨:
聚四氟乙烯为基体,加入青铜粉、二硫化钼、石墨及铅粉等混合而成滚动导轨特点:
摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高静压导轨优点:
1、纯液体摩擦,工作时摩擦系数极低(f=0.0005);2、导轨的运动不受负载和速度的限制,且低速时移动均匀,无爬行现象;3、由于液体具有吸振作用,因而导轨的抗振性好;4、承载能力大、刚性好;5、摩擦发热小,导轨温升小。
缺点:
1、液体静压导轨的结构复杂,多了一套液压系统;2、成本高;3、油膜厚度难以保持恒定不变。
使用范围:
液体静压导轨主要用于大型、重型数控机床上。
第七节数控机床典型机械结构一、主轴准停装置机械式主轴准停第七节数控机床典型机械结构二、自动换刀装置自动换刀装置刀库机械手(ATC)作用交换主轴与刀库中的刀(工)具对自动换刀装置的基本要求换刀时间短刀具重复定位精度高有足够的刀具贮存量刀库占地面积小及安全可靠自动换刀装置的形式回转刀架换刀更换主轴头换刀更换主轴箱换刀带刀库的自动换刀系统二、自动换刀装置1、回转刀架换刀1)回转刀架结构要求:
良好的强度和刚性2)回转刀架的换刀动作刀架抬起刀架转位刀架压紧2、更换主轴换刀优点:
换刀时间短,换刀的可靠性强。
缺点:
主轴系统的刚度较差。
适用场合:
适应于工序较少、精度要求不太高的机床第七节数控机床典型机械结构回转刀架换刀3、更换主轴箱换刀适用场合:
适用于箱体类零件的加工第七节数控机床典型机械结构4、带刀库的自动换刀系统组成刀库选刀系统刀具交换机构刀具自动装卸机构特点:
结构较复杂,换刀过程动作多,换刀时间长。
适用场合:
多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。
第七节数控机床典型机械结构三、刀库2、刀库的种类1、刀库的功能功能:
储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。
直线式特点:
结构简单,刀库容量小,一般可容纳8-12把刀具,故少用。
鼓轮式(圆盘式)1)鼓式单轮刀具、鼓平行轮轴线刀具、鼓垂直轮轴线第七节数控机床典型机械结构式刀盘库刀具、鼓轮轴线成锐角特点
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- 第六 数控机床 机械 结构