第7章 数控机床机械结构

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本次讲授主要内容：,7.1、数控机床的结构特点及要求,7.2、数控机床进给伺服系统的机械传动结构,7.3、数控机床的主传动系统,第7章 数控机床机械结构,1,第7章 数控机床机械结构,2,第7章 数控机床机械结构,为了保证机床具有很大的,工艺适应性能和连续稳定工作,的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的,刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。,3,7.1、数控机床的结构特点及要求,第7章 数控机床机械结构,数控机床机械结构,机床基础件：床身、底座、立柱、横梁、工作台,主运动系统（主轴）,进给传动系统,辅助功能部件：气动、润滑、冷却、排屑、防护等,刀架或自动换刀装置,自动托盘交换装置,特殊功能装置：刀具破损监控、精度检测等。,4,7.1、数控机床的结构特点及要求,第7章 数控机床机械结构,与普通机床相比，在机械传动和结构上有以下一些特点,1采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。,2采用刚度和抗振性较好的机床新结构。如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。,3采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。,5,7.1、数控机床的结构特点及要求,第7章 数控机床机械结构,与普通机床相比，在机械传动和结构上有以下一些特点,4采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件，提高生产率。,5采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。,对数控机床机械结构的具体要求见表7-1。,6,机械传动结构是进给伺服系统的重要组成部分，它包括减,速齿轮、联轴节、滚珠丝杠螺母副、丝杠支承、导轨副、传动数控回转工作台的蜗杆蜗轮,等机械环节。它们的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等，对执行件能否实现每一脉冲的微量移动有重要影响。另外，进给传动系统的驱动力矩很大，负载变化频繁，故对刚度也有特殊的要求。,第7章 数控机床机械结构,7.2、,数控机床进给伺服系统的机械传动结构,7,1导轨的基本类型,（1）按运动轨迹分,直线运动导轨。导轨副的相对运动轨迹为一直线，如卧式车床的床鞍和床身之间的导轨。,圆周运动导轨。导轨副的相对运动轨迹为圆，如立式车床的工作台和底座之间的导轨。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,8,1导轨的基本类型,（2）按摩擦性质分,普通滑动导轨。导轨工作面之间的摩擦性质为滑动摩擦。,滚动导轨。导轨工作面之间为滚动摩擦，它由导轨面间的滚珠、滚柱或滚针等滚动体实现。,静压导轨。导轨面之间为纯液体摩擦，不产生磨损，低速不易产生爬行，承载能力大，刚性好；承载油膜有良好吸振作用，抗振性好。,滑动导轨,滚动导轨,静压导轨,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,9,2对导轨的基本要求,（1）导向精度,导向精度主要是指运动部件沿导轨运动轨迹的直线度(对直线运动导轨)或圆度(对圆周运动导轨)。,（2）耐磨性,耐磨性直接影响机床的精度保持性，是导轨设计制造的关键，也是衡量机床质量好坏的重要标志,。（导轨副中，固定导轨的材料应较硬，运动导轨的材料应较软。）,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,10,2对导轨的基本要求,（3）刚度,导轨受力后变形会影响部件之间的相对位置和导向精度，因此要求导轨有足够高的刚度。,（4）低速运动平稳性,运动部件低速移动时易产生爬行。故要求导轨低速运动平稳。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,11,3滑动导轨,应用于对低速均匀性及定位精度要求不高的机床中,。,（1）滑动导轨的结构,1）直线滑动导轨的截面形状,矩形导轨。,三角形导轨。,燕尾形导轨。,圆柱形导轨。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,12,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,1）直线滑动导轨的截面形状,矩形导轨。,制造简便，刚度和承载能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不影响，因此安装、调整都较方便。M面是保证在垂直面内直线移动精度的导向面，又是承受载荷的主要支承面；N面是保证水平面内直线移动精度的导向面。因N面磨损后不能自动补偿间隙，所以需要有间隙调整装置。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,13,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,1）直线滑动导轨的截面形状,三角形导轨。,山形导轨及V形导轨均称三角形导轨，当其水平布置时，在垂直载荷作用下，导轨磨损后能自动补偿，不会产生间隙，因此导向性好。但压板面仍需要有间隙调整装置。导向性能与顶角有关，顶角越小，导向性越好；角加大，承载能力增加。大型或重型机床，可取=110120精密机床，常取90。支承导轨为凸三角形时，不易积存较大切屑，也不易存润滑油。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,14,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,1）直线滑动导轨的截面形状,燕尾形导轨。,可以看成是三角形导轨的变形。其磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整。两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可调整水平、垂直方向的间隙。导轨制造、检验和修理较复杂，摩擦阻力大。当承受垂直作用力时，它以支承平面为主要工作面，它的刚度与矩形导轨相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为主要工作面，刚度较低。燕尾形导轨一般用于要求高度小的多层移动部件。两个导轨面间的夹角为55。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,15,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,1）直线滑动导轨的截面形状,圆柱形导轨。,制造简单，内孔可珩磨，外圆经过磨削可达到精密配合，但磨损后调整间隙困难。为防止转动，可在圆柱表面上开键槽或加工出平面，但不能承受大的转矩。圆柱形导轨主要用于受轴向载荷的场合，适用于同时作直线运动和转动的场合，如拉床、珩磨机及机械手等。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,16,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,从限制自由度的角度出发，采用一条导轨即可。,用一条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩。,直线运动导轨一般由两条导轨组合。,重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,17,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,双三角形组合。,双矩形组合。,V形一平导轨组合。,三角形一矩形组合。,平平三角形组合。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,18,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,双三角形组合。,这种导轨同时起支承、导向作用，磨损后相对位置不变，能自行补偿垂直方向及水平方向的磨损，导向精度高，但要求四个表面的刮削或磨削后接触，工艺性较差，床身与运动部件热变形不一样时，不易保证四个面同时接触。这种导轨用于龙门刨床与高精度车床。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,19,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,V形一平导轨组合。,不需要用镶条调整间隙，导向精度高，加工装配也较方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移，通常用于磨床、精密镗床上。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,20,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,双矩形组合。,这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力。此外，侧导向面要用镶条调整间隙，接触刚度低，承载能力大，导向性差。双矩形组合导轨制造、调整简单，用于普通精度机床，如升降台铣床、龙门铣床等。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,21,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,三角形一矩形组合。,三角形一矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便等优点，应用最为广泛。常用于车床、磨床、精密镗床、滚齿机等机床上。三角形导轨作主要导向面，导向性比双矩形好。三角形导轨磨损后不能调整，对位置精度有影响。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,22,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,2）直线运动导轨的组合形式,平平三角形组合。,是用于重型龙门刨床工作台导轨的一种形式，三角形导轨主要起导向作用，平导轨主要起承载作用，不需用镶条调整间隙。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,23,3滑动导轨,（1）滑动导轨的结构,3）圆周运动导轨,主要用于圆形工作台、转盘和转塔头架等旋转运动部件。,平面圆环导轨。,锥形圆环导轨。,V形圆环导轨。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,24,3滑动导轨,（2）塑料滑动导轨,塑料滑动导轨具有耐磨性好，具有自润滑功能；摩擦因数小，动、静摩擦因数差小；减振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自润滑作用；加工性好，工艺简单，化学性能好(耐水、耐油)，维修方便，成本低等特点。数控机床采用的塑料滑动导轨,有铸铁一塑料滑动导轨和镶钢一塑料滑动导轨,。塑料滑动导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的金属导轨采用铸铁或钢质材料。塑料滑动导轨分为,注塑导轨和贴塑导轨,，导轨上的塑料常用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,25,3滑动导轨,（2）塑料滑动导轨,注塑导轨,注塑导轨,滑座,胶条,注塑层,注塑的材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固化剂为另一组分的双组分塑料。这种涂料附着力强，具有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,26,3滑动导轨,（2）塑料滑动导轨,贴塑导轨,在导轨滑动面上贴一层抗磨的塑料软带，与之相配的导轨滑动面经淬火和磨削加工。软带以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物制成。塑料软带可切成任意大小和形状，用胶黏剂粘接在导轨基面上。由于这类导轨软带用粘接方法，故称为贴塑导轨。,贴塑导轨,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,27,4滚动导轨,滚动导轨有下列优点：,运动灵敏度高。,定位精度高。,牵引力小，移动轻便。,磨损小，精度保持性好。,润滑系统简单，维修方便。,滚动导轨缺点：,抗振性较差，对防护要求也较高。结构复杂，制造困难，成本较高。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,28,4滚动导轨,滚动导轨按滚动体形式的不同，可分为,滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨,等。,（1）滚动导轨类型,1）滚珠导轨。,其结构特点为点接触，摩擦阻力小，承载能力较差，刚度低，其结构紧凑、制造容易、成本较低。通过合理设计滚道圆弧可大幅度降低接触应力，提高承载能力。滚珠导轨一般适用于运动部件质量小于200kg，切削力矩和颠覆力矩都较小的机床。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,29,4滚动导轨,（1）滚动导轨类型,2）滚柱导轨。,滚动体与导轨之间是线接触，承载能力较同规格滚珠导轨高一个数量级，刚度高。滚柱导轨对导轨面的平面度敏感，制造精度要求比滚珠导轨高适用于载荷较大的机床。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,30,4滚动导轨,（1）滚动导轨类型,3）滚针导轨。,滚针尺寸小，结构紧凑。承载能力大，刚度高。对导轨面的平面度更敏感，对制造精度的要求更高。摩擦因数较大，适用于导轨尺寸受限制的机床。,第7章 数控机床机械结构,7.2.2 数控机床导轨,31,4滚动导轨,（2）滚动导轨的结构形式,2)滚动导轨块,