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1、数控技术与数控机床（应用型本科）,作者：陈俊龙,责任编辑：王波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-030 课件章数：6,第2章 数控机床的结构与传动,第2章 数控机床的结构与传动,本章学习要点: 1.了解数控机床的机械结构的特点。掌握提高数控机床结构件刚度、精简传动结构、减小机床热变形和改善运动导轨副的基本要求和措施。 2.掌握数控机床主运动系统、进给传动系统和回转工作台的结构形式、工作原理和特点。,第2章 数控机床的结构与传动,2. 1数控机床机械结构的特点和基本要求 2. 2数控机床的主运动系统 2. 3数控机床的进给传动系统 2. 4数控机床的导轨部件 2. 5回转工
2、作台 2. 6数控机床的辅助装置,2.1数控机床机械结构的特点和基本要求,2. 1. 1数控机床机械结构的特点 2. 1. 2数控机床机械结构的基本要求,2. 1. 1数控机床机械结构的特点,(1)支承件的高刚度化 (2)传动机构精简化 (3)传动元件高精化 (4)辅助操作自动化,2. 1. 2数控机床机械结构的基本要求,1.提高数控机床构件的刚度 提高数控机床的刚度措施: (1)采用合理的机床结构布局 (2)优化设计基础件的截面形状和尺寸 (3)合理选择和布置筋板 (4)提高机床各部件的接触刚度 (5)支承件采用钢板焊接结构 (6)补偿有关零部件的静力变形,2.提高机床结构的抗振性 对于增加
3、阻尼的措施，可从以下几个方面人手: (1)基础件内腔充填泥芯和混凝土等阻尼材料 (2)采用新材料制造基础件 (3)表面采用阻尼涂层 (4)充分利用接合面间的阻尼,3.减小机床的热变形 减小机床热变形可从以下几个主要方面人手: (1)减少机床内部热源和发热量 (2)改善散热与隔热条件 (3)合理采用机床的结构和布局,2. 2数控机床的主运动系统,根据机床不同类型和加工工艺特点，数控机床对其主运动系统提出以下特定要求: (1)调速功能 (2)功率要求 (3)精度要求 (4)动态响应性能,2. 2数控机床的主运动系统,2. 2. 1主运动的传动方式 2. 2. 2主轴部件 2. 2. 3主轴的准停装
4、置 2. 2. 4主轴的换刀装置、刀库和机械手,2. 2. 1主运动的传动方式,1.带有变速齿轮的主传动 2.使用带传动的主传动 3.调速电动机直接驱动的主传动,2. 2. 2主轴部件,(1)主轴端部结构 主轴端部一般用于安装刀具或夹持工件的夹具。在结构上，应确保定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够大的扭矩目前，主轴端部结构已经标准化。图2-10所示为几种通用的结构形式。 (2)主轴的支承 数控机床常用的几种滚动轴承的结构形式如图2-11所示。图2-12所示为数控机床主轴轴承的几种主要配置方式。,2. 2. 3主轴的准停装置,1.机械准停装置(2-13) 2.电气准停装置(2-
5、14),2. 2. 4主轴的换刀装置、刀库和机械手,1.自动换刀装置(图2-15) 2.刀库(图2-17) 3.机械手（图2-18）,2. 3数控机床的进给传动系统,2. 3. 1滚珠丝杠螺母副 2. 3. 2静压蜗杆蜗轮条副 2. 3. 3齿轮齿条副 2. 3. 4进给系统齿轮间隙的消除,2. 3. 1滚珠丝杠螺母副,1.滚珠丝杠螺母副的工作原理 2.滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整 (1)垫片调隙法(图2-20) (2)螺纹调隙法(图2-21) (3)齿差调隙法(图2-22) 3.滚珠丝杠的支承,2. 3. 2静压蜗杆蜗轮条副,蜗杆一蜗轮条机构是丝杠螺母机构的一种特殊形式。如图2-24所示 液
6、体静压蜗杆一蜗轮条机构的工作原理如图2-25所示。 静压蜗杆蜗轮条传动既有纯液体摩擦的特点，又有蜗杆蜗轮条结构的特点，因此特别适合用于数控重型机床的进给传动系统中，它具有摩擦阻力小、使用寿命长、抗振性好和轴向刚度高等优点,2. 3. 3齿轮齿条副,轮齿条结构特点是结构简单、效率高、行程长、移速快，但也存在传动不够平稳、传动精度不高和不能自锁等缺点。 在采用齿轮齿条副传动时，应采取措施消除齿侧间隙。 当传动载荷大时，可采用双厚齿轮传动的结构。图2-26所示为这种方法的原理图。,2. 3. 4进给系统齿轮间隙的消除,1.刚性调整法 图2-27所示为最简单的偏心轴套式消除间隙结构 图2-28所示是锥
7、齿轮消除间隙结构图。 2.柔性调整 图2-29所示为双齿轮错齿式消除间隙结构。 图2-30所示是用碟形弹簧消除斜齿轮齿侧间隙的结构。,2. 4数控机床的导轨部件,2. 4. 1塑料滑动导轨 2. 4. 2滚动导轨 2. 4. 3静压导轨,2. 4. 1塑料滑动导轨,导轨上的塑料常用： 1.聚四氟乙烯软带（图2-31） 聚四氟乙烯软带是以聚四氟乙烯为基体，加人青铜粉、二硫化钥和石墨等填充剂混合烧结而成，制成软带状。这种软带具有摩擦特性好、耐磨性好、减振性好和工艺性好的特点。 2.环氧型耐磨导轨涂层（图2-32） 这种塑料涂层具有良好的加工性、耐磨性和摩擦特性。其抗压强度高于聚四氟乙烯软带，固化时
8、收缩小，尺寸稳定，特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合面。,2. 4. 2滚动导轨,滚动导轨具有摩擦系数小(一般在0. 003左右)、动静摩擦系数相差小、启动阻力小、不易受到冲击、低速运动稳定性好、定位精度高、运动平稳、微量移动准确、磨损小和寿命长等优点。 但也有抗振性差、防护要求高、结构复杂和成本高等缺点。 现代数控机床常采用的滚动导轨有滚动导轨块（图2-33）和直线滚动导轨（图2-34）两种。,2. 4. 3静压导轨,静压导轨是使两个相对运动的导轨面之间通过压力油将运动件托起，使导轨面之间处于纯液体摩擦状态，因而静压导轨具有导轨面不产生磨损、精度保持好、摩擦系数小(一般为0. 00
9、5-0. 001)、低速时不易产生爬行、承载能力大、刚性好和抗震性好等优点。但是其结构。 开式静压导轨的工作原理如图2-35所示。,2. 5回转工作台,2. 5. 1分度工作台 2. 5. 2数控回转工作台,2. 5. 1分度工作台,1.定位销式分度工作台(图2-36) (1)松开锁紧机构并拔出定位销 (2)工作台分度 (3)工作台下降并锁紧 2.齿盘定位式分度工作台(图2-37) (1)工作台抬起 (2)回转分度 (3)工作台下降定位锁紧,2. 5. 2数控回转工作台,1.开环数控回转工作台 与开环直线进给机构一样，开环数控回转工作台可以用功率步进电机或电液脉冲马达来驱动。 图2一38所示为
10、开环数控回转工作台的结构。 2.闭环数控回转工作台 闭环数控回转工作台与开环数控回转工作台基本相同，区别在于闭环数控回转工作台由直流或交流伺服电机驱动，且有转动角度测量元件(圆光栅、圆感应同步器、脉冲编码器等) 图2-39所示为闭环数控回转工作台结构。,2. 6数控机床的辅助装置,2. 6. 1液压和气动装置 2. 6. 2排屑装置,2. 6. 1液压和气动装置,数控机床的液压和气动装置应具有结构紧凑、工作可靠、易于控制和调节方便等特点液压传动装置具有出力大、机械结构紧凑、动作平稳可靠、易于调节和噪声较小的特点但须配置油泵、油箱。 气动装置具有气源容易获得、无需配置动力源、装置简单、工作介质不污染环境和动作频率高等特点，但其出力相对不高，适宜完成频繁启动的辅助工作。,2. 6. 2排屑装置,排屑装置是一种具有独立功能的附件，随着数控机床技术的发展，各主要工业国家已经研究和开发了各种类型的排屑装置，它们广泛地应用在各类数控机床和自动机床中。如图2-40所示。,
