数控机床的机械结构与传动.

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1、数控机床的进给传动系统 数控机床的主传动系统 数控机床的典型机械结构 概述 第二章 数控机床的机械结构与传动 第二章 数控机床的机械结构与传动 为了简化机械传动结构、缩短传动链，数控机床多 采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统 为了适应连续的自动化加工和提高生产效率，数控机 床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以 及较高的耐磨性，而且热变形小 第一节 概述 1.1 数控机床机械结构的特点 为了改善劳动条件、改善操作性能、提高劳动生产 率，数控机床采用多主轴、多刀架结构，刀具与工 件的自动夹紧装置，自动换刀装置，自动排屑装置 及自动润滑冷却装置等 为了保证机床精度的稳定性、获得可靠的加

2、工质量 ，数控机床多采取减小热变形的措施 为了减小摩擦、消除传动间隙和获得高加工精度， 数控机床更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠螺 母副、塑料导轨、滚动导轨、静压导轨等 第一节 概述 1.2 数控机床对机械结构的基本要求 第二章 数控机床的机械结构与传动 1）较高的机床静、动刚度及良好的抗振性 ； 2）减小机床的热变形 ； 3）减少运动件间的摩擦和消除传动间隙 ； 4）提高机床的寿命和精度保持性 ； 5）操作方便安全可靠 。 第二节 数控机床的典型机械结构 2.1 滚珠丝杠螺母结构 滚珠丝杠螺母副是机床上常用的将旋转运动转换为直线运 动的传动机构。 1螺母； 2滚珠； 3丝杠； a滚珠出口；

3、 b滚珠回路通道； c滚珠入口 图2-1 滚珠丝杠螺母副的结构原理 滚珠丝杠螺母副的工作原理 第二章 数控机床的机械结构与传动 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠在循环过 程中有时与丝 杠脱离接触的 称为外循环 按滚珠在滚道 内的循环方式分 滚珠在循环过 程中始终与丝 杠保持接触的 称为内循环 滚珠丝杠螺母副的循环方式 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的循环方式 外循环外循环 这种结构是在螺母体上轴向相隔数个导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作 为滚珠的进口与出口，再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外在 螺母内进口、

4、出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封 闭的循环滚道。 图2-2 外循环方式示意图 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的循环方式 内循环内循环 内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种形式。图2-3（a）所 示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。 反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键1定位，以保证对准螺纹滚道方向。图2 -3（b）所示为扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入 螺母的切槽中，其端部开有反向槽3，用镶块的外廓定位 。 图2-3 两种形式的内循环方式示意图

5、 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的选用 滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。 根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠的支撑形式 为了提高螺母支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴

6、承及 其支撑方式是十分重要的。常用的支撑方式有下列几种， 如图2-4所示。 图2-4 常用的几种支撑方式 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠的制动 滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自 锁，用在垂直传动或水平放置的高速大惯量 传动中，必须装有制动装置。常用的制动方 法有超越离合器、电磁摩擦离合器或使用具 有制动装置的伺服驱动电动机。 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 滚珠丝杠副对轴向间隙有严格的要求，以保证反向时的运动 精度。所谓轴向间

7、隙是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺 母之间的最大轴向窜动。它除了结构本身的游隙之外，还包括 在施加轴向载荷之后弹性变形所造成的窜动。因此要把轴向间 隙完全消除比较困难，通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变 形控制在允许的范围内。 1）用锁紧螺母预紧； 2）修磨垫片调间隙 ； 3）齿差式调整 第二章 数控机床的机械结构与传动 2.1 滚珠丝杠螺母结构 第二节 数控机床的典型机械结构 2.2 齿轮传动间隙消除结构 刚性调整法是 调整后齿侧间 隙不能自动补 偿的调整法 消除间隙 的方法 柔性调整法是 调整之后齿侧 间隙仍可自动 补偿的调整法 第二章 数控机床的机械结构与传动 第二节 数控机床的典型

8、机械结构 2.3 机床导轨 第二章 数控机床的机械结构与传动 对导轨的基本要求 导轨质量对机床的刚度、加工精度和使用寿命具有很大的 影响，作为机床进给系统的重要环节，数控机床的导轨比普 通机床的导轨要求更高。 1）导向精度高 ； 2）足够的刚度； 3）良好的耐磨性； 4）摩擦特性好； 5）抗振性与结构工艺性好。 第二节 数控机床的典型机械结构 2.3 机床导轨 第二章 数控机床的机械结构与传动 塑料滑动导轨 塑料滑动导轨具有摩擦系数低，且动、静摩擦系数差值小；减 振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自润滑作用，结构简 单，维修方便，成本低等特点。 贴塑导轨 按照成形方法分 注塑导轨 第二节

9、数控机床的典型机械结构 2.3 机床导轨 第二章 数控机床的机械结构与传动 滚动导轨 动摩擦导轨具有摩擦系数小，动静摩擦系数差别小，启动阻 力小，能微量准确移动，低速运动平稳，不宜发生爬行的特点， 运动灵活，定位精度高，通过预紧可以提高刚度和抗振性，承受 较大的冲击和振动载荷，寿命长，是适合数控机床进给系统应用 ，比较理想的导轨元件，常用的滚动导轨有：滚动导轨块和直线 滚动导轨两种。 第二节 数控机床的典型机械结构 2.3 机床导轨 第二章 数控机床的机械结构与传动 静压导轨 液体静压导轨是将具有一定压力的油液，经节流器输送到导轨 面上的油腔中，形成承载油膜，将相互接触的导轨表面隔开，实 现液

10、体摩擦。 开式静压导 轨 按承载方式的不同 闭式静压导 轨 第二节 数控机床的典型机械结构 2.4 刀库与自动换刀装置 第二章 数控机床的机械结构与传动 类类 型特 点适 用 范 围围 转转 塔 刀 架 回转转刀架 多为顺为顺序换换刀，换换刀时间时间短，结结 构简单紧简单紧 凑，容纳纳刀具少 各种数控车车床，车车削中心机床 转转塔头头 顺顺序换换刀，换换刀时间时间短，刀具主轴轴 都集中在转转塔头头上，结结构紧紧凑，但 刚刚性较较差，刀具主轴轴数受限 数控钻钻床、镗镗床、铣铣床 刀 库库 式 刀库库与主轴轴 之间间直接换换 刀 换换刀运动动集中，运动动部件少。但刀 库库运动动多。布局不灵活，适应

11、应性差 各种自动换动换刀数控机床，尤其是 对对使用回转类转类刀具的数控镗铣镗铣， 钻镗类钻镗类 立式、卧式加工中心机床 ，要根据工艺艺范围围和机床特点， 确定刀库库容量和自动换动换刀装置类类 型，用于加工工艺艺范围围广的立、 卧式车车削中心机床 用机械手配合 刀库进库进行换换 刀 刀库库只有选选刀运动动，机械手进进行换换 刀运动动，比刀库库做换换刀运动惯动惯性小 ，速度快 用机械手、运 输输装置配合刀 库换库换刀 换换刀运动动分散，由多个部件实现实现， 运动动部件多，但布局灵活，适应应性 好 有刀库库的转转塔头头 换换刀装置 弥补转补转塔换换刀刀具数量不足的缺点 ，换换刀时间时间短 扩扩大工艺

12、艺范围围的各类转类转塔式数控 机床 表2-1 自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 第二节 数控机床的典型机械结构 2.4 刀库与自动换刀装置 第二章 数控机床的机械结构与传动 刀库的种类 刀库的作用是储备一定数量的刀具，通过机械手实现与主轴上刀具的交 换。根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同的形式。 刀具在刀库中直 线排列、结构简 单 直线刀库 刀库的种类 圆盘刀库 存刀量少则6至 8把，多则50至 60把，有多种 形式 链式刀库 刀座固定在链节 上 ，常用的有 单排链式刀库， 多排链刀库等 其他刀库 例如格子箱式刀 库，刀库容量较 大，可以使整箱 刀库与机外交换 第二节 数

13、控机床的典型机械结构 第二章 数控机床的机械结构与传动 换刀方式 数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的 装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式和具体结构对机床的生产效率、 工作可靠性，有着直接的影响。刀具的交换方式一般可分为两大类。 无机械手换 刀 换刀方式 机械手换刀 2.4 刀库与自动换刀装置 第二节 数控机床的典型机械结构 第二章 数控机床的机械结构与传动 刀具的选择方式 根据换刀指令，刀具交换装置从刀库中挑选各工序所需刀具的操作称为 自动选刀。 顺序选刀 任意选刀 刀具编码选择刀座编码选择记忆式选择 常用选刀方式 2.4 刀库与自动换刀装置 第二节 数控机床的

14、典型机械结构 2.5 回转工作台与分度工作台 第二章 数控机床的机械结构与传动 为了扩大机床的工艺范围，数控机床除了具有直线进给功能外，还应 具有绕X、Y、Z轴圆周进给或分度的功能。通常，数控机床的圆周进给 运动由回转工作台来完成。 常用的回转工作台有分度工作台和数控回转 工作台。 分度工作台的功能是将工件转位换面，完成分度运动，和自动换刀装 置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多种工序。 数控回转工作台除了用来进行各种圆弧加工或与直线进给联动进行曲 面加工外，还可实现精确的自动分度工作。 第三节 数控机床的主传动系统 3.1 主传动的基本要求和变速方式 第二章 数控机床的机械结构与传动

15、 1）为能达到最佳的切削效果，主轴一般都要求能实现无级变速。 2）机床主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率，以适应 高速、高效加工。 3）为了降低噪声、减少发热、减轻振动，主传动系统应简化结构， 减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹 紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。 数控机床主传动系统的基本要求 第二章 数控机床的机械结构与传动 数控机床主传动系统的变速方式主要有：有级变速（机械变速）、无 级变速、分段无级变速、电主轴变速几种形式。

16、 有级变速仅用于 经济型数控机床 有级变速 （机械变速） 主轴调速方法 第三节 数控机床的主传动系统 数控机床主轴的调速方法 无级变速 分段无级变速 主传动采用无级变 速，不仅能在一定 的速度范围内选择 到合理的切削速度 ，而且还能在运动 中自动换速。 主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。 3.1 主传动的基本要求和变速方式 第二章 数控机床的机械结构与传动 机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。 第三节 数控机床的主传动系统 主轴部件的支撑与润滑 3.2 主轴部件的结构 常用卡盘结构 数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。 主轴准停装置 数控镗床、数控铣床的自动换刀，镗削加工退刀和一些特殊工艺要求都 要求主轴上必须设有准停装置 。主轴准停装置主要分为机械式和电气式 。 主轴内刀具自动装卸及吹屑装置 第三节 数控机床的主传动系统 3.3 电主轴与高速主轴系统 第二章 数控机床的机械结构与传动 电主轴将机床主轴与电动机轴融为一体，这种变速方式大大