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1、数控机床的机械结构 Chapter 2 MechanicalStructure of NC Machine Tool,1,3,2,5,4,数控机床的机械结构组成部分,主运动系统,对机械结构的一般要求,进给传动系统,其它辅助功能部件,6,本章小结,1 数控机床机械结构组成Components,床身部件（基础件、支承部件）底座、立柱、横梁、工作台 主轴（spindle）部件 进给（feeding）传动部件 辅助功能部件 气动、润滑、冷却、排屑、防护等 特殊功能装置,刀架或自动换刀装置（ATC） 自动托盘交换装置（APC、AWC） 刀具破损监控、精度检测等,1 数控机床机械结构组成Component
2、s,1 数控机床机械结构组成Components,1 数控机床机械结构组成Components,1 数控机床机械结构组成Components,2 对机械结构的一般要求General Requirements,安全防护和人性化的造型,合理选择支承件的结构形式,合理选用构件的材料,合理的结构布局,采用补偿变形的措施,足够的结构刚度,尽量少的热变形,减少机内发热,改善散热和隔热条件,合理设计机床的结构与布局,进行热变形补偿,3 主运动系统Cutting Motion System,主运动系统 指驱动主轴运动的系统。 主轴 带动刀具和工件旋转，产生切削运动且消耗功率最大的运动轴。,传递切削加工所需要的
3、动力和的主运动 控制主运动的速度大小、方向、启停等运动状态,Spindle,3 主运动系统Cutting Motion System,A 组成,动力源 电机 传动系统 定比传动机构、变速装置 运动控制装置 离合器、制动器等 执行件 主轴,B 对主运动系统的要求,动力功率高 高速强力切削 可达250kw,调速范围宽 调速范围 10010000 无级调速；恒功率恒扭矩的调速范围；速度稳定性。,控制功能的多样化 C轴控制功能；同步控制功能；主轴准停功能；恒线速切削功能,性能要求高 电机过载能力；电机转速波动要小；速度响应要快，升降速时间要短；电机温升低，振动和噪音小；可靠性高，寿命长，维护容易；体积
4、小，重量轻，与机床联接容易。,3 主运动系统Cutting Motion System,3 主运动系统Cutting Motion System,C 配置形式,普通电机机械变速主轴部件 变频器交流电机机械变速主轴部件 交、直流主轴电机同步齿形带主轴部件 电主轴（一体化主轴、内装式主轴电机）,D 主轴部件,端部结构 刀具的装夹 支承部件 轴承组；滚动轴承；滑动轴承；静压轴承；磁力轴承；etc 准停装置,3 主运动系统Cutting Motion System,4 进给系统Feeding System,A 组成,进给系统协助完成加工表面的成形运动，传递所需运动及动力。,传动机构+运动变换机构+导向
5、机构+执行件（工作台）,传动机构：齿轮传动、同步带传动 运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等 导向机构：导轨（滑动导轨、滚动导轨、静压导轨）,4 进给系统Feeding System,B 对进给系统的要求,摩擦力小 采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨。,传动精度和刚度高 消除传动间隙，增加传动系统刚度。,运动惯量小 减小运动部件质量，响应快速。,4 进给系统Feeding System,C 齿轮传动系统,功用特点： 扭矩匹配；惯量匹配；脉冲当量匹配；降速 重点注意传动间隙的消除： 消除反向间隙，提高传动精度 使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状态 偏心轴调整、轴向垫片调整（刚性
6、） 轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）,4 进给系统Feeding System,D 丝杆螺母副,滑动丝杠螺母副 （旧机床数控化改造、经济型）,滚珠丝杠螺母副 （广泛采用、普及型、高档型）,静压丝杠螺母副 （用于高精度数控机床）,功用：将旋转运动变换成直线运动,4 进给系统Feeding System,D 滚珠丝杆,工作原理：丝杆旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母轴向移动。,ball screw,4 进给系统Feeding System,D 滚珠丝杆,滚珠循环方式 1：外循环 在循环过程中回珠时与丝杠脱离接触的结构；采用弧形铜管形成滚珠返回通道，由弯管的端部引导滚珠。,4 进给系统Fe
7、eding System,滚珠循环方式 2 : 内循环 滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的结构。采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器嵌入螺母内部。,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,内循环与外循环的比较 外循环方式制造工艺简单、应用广泛，但螺母径向尺寸较大，因用弯管端部作挡珠器，易磨损，噪音较大。 内循环螺母结构紧凑，定位可靠，刚性好，不易磨损，反回滚道短，不易发生滚珠堵塞，摩擦损失小。缺点是结构复杂、制造较困难。,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,滚珠丝杠螺母副的选用,机床精度选用滚珠丝杠精度 机床载荷选定丝杠尺寸参数 校核验算：扭转刚度、压曲
8、刚度 临界转速、工作寿命,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,校核计算的模型,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,常见的支承形式,一端装止推轴承 另一端自由,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,常见的支承形式,一端装止推轴承 另一端装向心球轴承,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,常见的支承形式,两端装双止推轴承,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,常见的支承形式,两端装单止推轴承,D 滚珠丝杆,4 进给系统Feeding System,预紧以及 间隙调整,垫片法 螺纹法 齿差法,D 滚珠丝杆,
9、4 进给系统Feeding System,E 回转工作台,能实现周向进给和分度运动的工作台 分度工作台 实现工作台的定角度回转运动，即分度、转位和定位工作。 数控回转工作台 除了分度和转位的功能之外，还能实现数控圆周进给运动。,rotary table,4 进给系统Feeding System,E 回转工作台,工作过程：定位夹紧机构松开工作台抬起工作台进行分度回转运动接近目标位置时电机减速、停机实现粗定位工作台下降，上、下齿盘重新啮合，实现精定位完成定位夹紧。,4 进给系统Feeding System,F 数控机床导轨,导向：直线运动直线导轨；圆运动轴承 支承、承载 塑料导轨：滑动摩擦 滚动导
10、轨：滚动摩擦 静压导轨：液体摩擦,guide，rail，track,4 进给系统Feeding System,F 数控机床导轨,对导轨的基本要求,一定的导向精度,良好的摩擦特性 摩擦系数小(灵敏度)，动静摩擦系数之差小(低速平稳性),阻尼特性好 高速时不振动,足够的刚度和强度,良好的精度保持性,4 进给系统Feeding System,F 数控机床导轨,塑料导轨,贴塑 涂塑,4 进给系统Feeding System,F 数控机床导轨,滚动导轨,rolling guide,4 进给系统Feeding System,F 数控机床导轨,4 进给系统Feeding System,5 其它机械结构Other Components,辅助功能部件 气动、润滑、冷却、排屑、防护等,特殊功能装置,刀架或自动换刀装置（ATC）,自动托盘交换装置（APC、AWC）,刀具破损监控、精度检测,etc,Automatic Tool Changer,Summary,数控机床的组成部分,对数控机床部件的一般要求,主运动系统,进给运动系统,辅助结构,Important！,Any questions？,
