《数控技术主轴》ppt课件

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1、第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设计 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件,对数控机床结构的要求 1. 提高机床的静、动刚度 机床的整体刚度包括三部分：自身刚度、接触刚度和局部刚度，机床整体刚度取决于其中最薄弱的环节。 2. 减少机床的热变形 热变形：因发热而造成的温差，使机床各部件在形状和位置上产生的(不同程度的)畸变。 3. 减少运动件的摩擦和消除传动间隙,4. 提高机床的寿命和精度保持性(耐磨性) 精度保持性：机床长期保持原始制造精度的能力。

2、5. 减少辅助时间，改善操作性,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设计 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,3-1 数控机床的总体布局,总体布局：确定机床各主要部件之间的相对位置关系以及它们之间所需的相对运动关系。 布局的目的是按照简单、合理、经济的原则，寻求一种可能实现加工要求的最优方案，它与工件的加工工艺过程有着密切的关系。 首先要确定加工对象和加工方法，而后考虑机床必须具备的几种运动和相应部件的布局与安排，部件之间的相互联系。,一、影响数控机床总体布局的工艺因素 (一) 表面形成方法

3、对总体布局的影响 加工不同形状的工件，需要不同的加工方法，从而设计不同型式的机床来完成。,轴流式水轮机叶片的形状，是一个空间任意曲面，且无数学模型，轮廓曲线常用坐标点表示。,1. 加工方法的选择： 若采用车削，则主运动速度很高。其它几个坐标的进给速度要与车削速度维持一定联系，进给驱动伺服系统的跟踪速度就要很快，目前不易解决。 若采用磨削，磨削面积很大，砂轮磨损无一定规律，补偿较复杂；另外频繁地更换砂轮对生产也不利。,铣削加工方式 设想铣刀为针状，则只需给定三个直线坐标运动，即可描绘出空间曲面。一般用球头铣刀加工。 需要补偿调整，使程序编制趋于复杂； 生产率较低，表面粗糙度高； 刀具制造和刃磨均

4、不方便。,在加工面积较大的情况下，这种方案也不采用。,若用端铣刀加工，生产率较高，表面粗糙度也较低； 需增加两个摆角坐标，以保证铣刀轴线处处与被加工表面的法线重合，故机床必须具备五个坐标运动。 在切削凹面过程中，铣刀刀尖旋转平面不得超出被加工平面曲率半径的二倍，以免发生干涉。,2. 主进给和工件安装位置的选择 主进给运动，应是获得轮廓线型的主要运动 有两种可能性： 1) 采用回转运动S为主进给运动 与叶片图纸标注方法一致(采用圆柱坐标)，不用坐标换算，程序编制较方便。,进给较均匀，加工精度好和表面粗糙度较低，生产率也较高；,2) 直线运动X、Y为主进给运动，由两个直角坐标运动合成圆弧 要做繁琐

5、的坐标换算； 进给速度的控制较复杂。,空间任意曲面在机床上安装位置，应与图纸标注位置一致，否则，曲面上所有点的坐标均应换算。 (二) 工序集中 尽可能使运动分散些，以便于扩大工艺可能性。,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 一、影响数控机床总体布局的工艺因素 二、运动的分配与相应的部件布置 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设计 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,二、运动的分配与相应的部件布置 运动分配决定了部件的布置。与下列因素有关： 运动数目：决定于工件表面的形成运动 运动性质 被加工表面的部位 结构因素 使用要求,工

6、艺因素对运动分配的影响： 定位面已定，一次安装完成全部加工。,只加工顶面,加工侧面,加工顶面和侧面,加工水轮机叶片，在采用端铣刀加工情况下，机床必须具备五个同时可控的坐标运动。 在布局时遵循的原则是： 获得较好的加工精度，较低的表面粗糙度和较高的生产率； 转动坐标的摆动中心到刀具端面的距离不要过大，最好是能布局成摆动时只改变刀具轴线向量的方位，而不改变切削点的坐标位置； 工件尺寸与重量较大时，摆角进给运动由装有刀具的部件来完成，反之由装有工件的部件来完成；,两个摆角坐标合成的矢量应能在半个空间范围的任意方位变动； 由于摆动坐标带着工件和刀具摆动的结果，将使加工工件的尺寸范围有所减少，这一点也是

7、在总体布局时需要考虑的问题。 若确定主进给为回转运动形式，这五个运动是二个直线运动、三个回转运动。,(一) 工件系统一个回转运动，刀具系统两个直线和两个回转运动 1. 双柱圆台式布局,优点： 双柱框架和工件系统刚性较好且稳定； 工件装卸方便； 工作台作圆周进给，粗糙度较易保证；,易于实现工件设计基准和安装基准重合； 扩大工艺可能性好； 占地面积小。 缺点：刀具系统结构复杂，刚性较差。,2. 端面车床式布局,特点： 机床较稳定； 能实现设计基准和安装基准重合； 一次安装下能加工工件的正反面。 工件系统刚度差； 占地面积大； 工件装卸不方便； 而且机床扩大工艺可能性差。,(二) 工件系统一个直线和

8、一个回转运动，刀具系统一个直线两个回转运动 单柱卧式镗床式布局：,缺点： 刀具系统刚度差； 立柱要加高，坐标的跟踪速度要增大； 加工、装配、调试等都比较困难。,优点： 工件系统刚性好，比较稳固； 可以实现工件设计基准与安装基准重合。,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 一、影响数控机床总体布局的工艺因素 二、运动的分配与相应的部件布置 三、数控机床总体布局应注意的问题 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设计 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,三、数控机床总体布局应注意的问题 (一) 保证机床具有高精度、静刚度、抗振性和热稳

9、定性 机床的精度指的是机床在未受外载荷的条件下的原始精度。包括： 几何精度机床在不运动或低速运动时的精度 传动精度内联传动链两末端件之间的相对运动精度。 运动精度机床在以工作状态的速度运动时的精度。 定位精度机床的执行件在运动终点所达到的实际位置精度。,(二) 数控机床的布局应保证高效率，便于操作，调整和维修 1. 高生产率：提高切削效率，减少辅助时间。 2. 便于操作、调整和维修,便于装卸较重工件,(三) 数控机床的布局要注意提高综合技术经济效果和适应工艺发展 1. 提高综合技术经济效果 制造厂的经济效益主要反映在机床成本上，要降低成本就应合理选择零件的材料，尽量使机床金属消耗量少，机床结构

10、工艺性好，零件数少，研制、管理费用低。 机床使用厂的经济效益反映为机床的加工效率、可靠性。应注意减少能源消耗，提高机床的机械效率(摩损小)。,2. 适应工艺发展 纳入自动生产线或柔性制造系统中，因此，在布局上要考虑这一因素(工件输送、排屑)。,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 一、影响数控机床总体布局的工艺因素 二、运动的分配与相应的部件布置 三、数控机床总体布局应注意的问题 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设计 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,3-2 对主传动系统的要求,一、对主传动系统的要求： 1. 要求主轴驱动

11、在尽可能大的调速范围内保持恒功率输出。即要求输出大的功率，又要求主轴结构简单。 2. 调速范围宽，且能无级调速。 3. 要求在主轴的两个转向中在任一个方向都可进行传动和减速。 4. 要求主轴与进给驱动实行同步控制，在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度停位控制；有的数控机床还要求主轴具有角度分度控制的功能。 5. 高精度与刚度。 6. 良好的抗振性和热稳定性。,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 一、影响数控机床总体布局的工艺因素 二、运动的分配与相应的部件布置 三、数控机床总体布局应注意的问题 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设

12、计 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,3-3 主运动有级变速系统的设计,一般机床主轴转速应在某一范围(nminnmax)内变化，如果能够连续变换，即为无级变速；如果在最低转速与最高转速之间只能获得有限的若干级转速，则称为有级变速。 一、转速数列 主轴转速通常采用等比数列，即nj+1=nj 等比数列任意两级转速的相对差值相等,对生产率的影响在转速范围内相同；,更重要的是变速系统在结构上易于实现，而且经济合理。 设主轴共有Z级转速，n1= nmin，nZ=nmax，公比为，则： n1= nmin n2= n1= nmin n3= n2= n12 nZ=n1Z-1 调速范围,公比的

13、选择原则为： 12,相对转速损失,设计时应尽量采用标准公比。当调速范围一定时，公比越小，转速级数越多。,第三章 数控机床的总体布局与主运动部件 3-1 数控机床的总体布局 3-2 对主传动系统的要求 3-3 主运动有级变速系统的设计 一、转速数列 二、有级变速系统的基本规律 3-4 主运动无级变速系统的设计 3-5 主轴组件,二、有级变速系统的基本规律 设计变速系统就是要合理地选择和排列轴和齿轮，使其得到所需的转速。 转速图由一些(横、竖、斜)线条组成的图，用来表示变速系统的传动(传动路线、传动付间关系)和运动(转速)情况。,竖线：代表传动系统中各轴,在转速图中竖线间距离相等，并不表示各轴中心

14、距相同，目的在于使图面清晰。,横线：代表各级转速，转速数列是等比数列时，纵坐标取成对数坐标,lgnj+1-lgnj=lg 各水平线间距离相等为lg，表示相差一格的两个转速相差倍。,斜线：代表传动付 斜线的倾斜方向、程度，代表此传动付的传动比大小 两轴间互相平行的连线代表同一传动付。,横、竖、斜线的交点：代表各轴的转速。,转速图可表示： 1) 传动轴的数量及各轴传递运动的先后顺序； 2) 使主轴获得所需转速的变速组数目及每个变速组中传动付数目；,3) 各传动付的传动比； 4) 各轴的转速及转速级数； 5) 主轴各级转速的传动路线；,6) 传动组的级比及级比指数；,级比同一变速组中(由同一点出发)

15、相邻两传动付传动比之比。用公比的指数x表示。 级比指数级比用x表示，x就是级比指数，它表示转速图中相邻两传动付与被动轴交点间相距的格数。,7) 各变速组的变速范围(最大最小传动比的比值)及主轴的转速范围；,8) 传动顺序和扩大顺序。 传动顺序由电机到主轴传动的先后排列顺序 扩大顺序变速组按级比指数x值，由小到大的排列顺序,各变速组的传动比与主轴转速为连续而不重复的等比数列之间存在的内在联系。 已知：变速系统的Z=12，=1.41，n电=1440 r.p.m,第一变速组(a)，有三对齿轮付，其传动比分别为：,变速组a是实现主轴转速为等比数列必不可少的变速组，称为基本组。要使主轴得到连续的等比数列

16、，基本组的级比指数x0必须为1。,x0=1,这个变速组在基本组的基础上起了第一次扩大的作用，称第一扩大组。 第一扩大组级比指数应等于基本组的传动付数 x1=p0(一扩传动比的内在规律),x1=3,第二变速组(b)：有两对齿轮传动付，其传动比为：,第三变速组(c)：有两对齿轮传动付，其传动比为：,x2=6,这个变速组在基本组和第一扩大组的基础上，进一步扩大转速范围，称第二扩大组。 二扩的级比指数等于基本组与一扩的传动付数的相乘积(3*2=6)。即x2=p0p1，这是第二扩大组中传动比的内在规律。,结论：若使主轴转速为连续的等比数列，则任意变速组中，各传动比之间的比例应为： u1:u2:u3:up=1:x: 2x:(p-1)x 级比指数与传动付之间应存在下列关系： x0=1 x1=p0 x2=p0p1 xj=p0p1p2pj-1 如果一个传动系统符合x0=1 x1=p0 x2=p0p1 xj=p0p1p2pj-