数控机床的结构经典ppt课件.ppt
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1、数控机床的结构经典课数控机床的结构经典课件件2023/2/3数控机床的结构经典课件4-1对机械结构的要求一、数控机床的机械结构要求1、高精度2、高速度3、高自动化要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性 因此,数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面:1、具有大切削功率,高的静、动刚度和良好的抗振性能;2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性;3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。数控机床的结构经典课件1、数控机床应具有更高的静、动刚度一、数控机床的机械结构要求(1)提高刚度的原因在重载荷的作用下,机床的各部件、构件会受力
2、变形,引起刀具和工件的相对位置的变化机床刚度差影响机床抗振性刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力(静刚度静刚度)(动刚度动刚度)数控机床的结构经典课件(2)提高刚度的措施合理选择支承件的结构形式措施1 支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面 或采用封闭型床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构数控机床的结构经典课件(2)提高刚度的措施措施2 合理布置支承件隔板的筋条 隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它壁板,从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度“T”形隔板连接,主要提高水平面抗弯刚度,对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不显著,多用在刚度要求不高的床身上
3、数控机床的结构经典课件(2)提高刚度的措施“W”形隔板,能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度,对中心距超过1500mm的长床身,效果最为显著数控机床的结构经典课件(2)提高刚度的措施“”形隔板,在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高,铸造性能好,在大中型车床上应用较多数控机床的结构经典课件(2)提高刚度的措施斜向拉筋,床身刚度最高,排屑容易数控机床的结构经典课件措施3 增加导轨与支承件的连接部分的刚度(2)提高刚度的措施连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连 接刚度.数控机床的结构经典课件措施4 增加机床各部件的接触刚度和承载能力(2)提高刚度的措施u采用刮研的方法增加单位面积上的
4、接触点u在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接触面积数控机床的结构经典课件合理的结构布局(2)提高刚度的措施数控机床的结构经典课件合理的结构布局(2)提高刚度的措施数控机床的结构经典课件采用补偿变形的措施(2)提高刚度的措施测出受力点的相对变形的大小和方向,或者预知构件的变形规律,就可采取补偿变形的方法消除受力变形的影响数控机床的结构经典课件合理选用构件的材料措施1 床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接 增加刚度、减轻重量、提高抗振性(2)提高刚度的措施铸件:容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼 系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需 做木型模,易产生缩孔、气泡等缺
5、陷焊接件:钢材的强度比铸铁高,质量可比铸件减轻20%-50%,不需要木模和浇注,生产周期短,不易出现废品数控机床的结构经典课件措施2 采用封砂床身结构(2)提高刚度的措施在铸件中不清除砂心,在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力数控机床的结构经典课件人造大理石床身(混凝土聚合物)措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料(2)提高刚度的措施数控机床的结构经典课件天然大理石床身(2)提高刚度的措施数控机床的结构经典课件一、数控机床的机械结构要求2、减少机床的热变形(1)产生热变形的原因:内外热源的影响不能人工修正热变形误差(2)减少热变形的措施:减少发热将热源从主机中分离出去措施1
6、主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速 减少传动轴和传动齿轮数量 减少主传动箱内的发热量数控机床的结构经典课件进行热变形补偿措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承(2)减少热变形的措施:控制温升措施 通过散热和冷却方法改善机床结构措施1 采用对称原则设计数控机床结构措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上措施3 采用排屑系统数控机床的结构经典课件主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却数控机床的结构经典课件主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却数控机床的结构经典课件对称结构立柱措施1 采用对称原则设计数控机床结构数控机床的结构经典课件措施2 使机床主轴的热变
7、形发生在刀具切入的垂直方向上数控机床的结构经典课件机床排屑系统措施3 采用排屑系统数控机床的结构经典课件倾斜床身措施3 采用排屑系统数控机床的结构经典课件措施4 将热源置于易散热的位置将主传动箱和主电动机放在机床的外面数控机床的结构经典课件3、减少运动副的摩擦,提高传动精度4、提高机床寿命和精度保持性一、数控机床的机械结构要求措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动减小摩擦措施1 采用耐磨性好的零部件措施2 机床运动部件间具有良好的润滑数控机床的结构经典课件滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副数控机床的结构经典课件5、自动化的机构、宜人的操作性一、数控机床
8、的机械结构要求便于操作的机床结构数控机床的结构经典课件一、数控机床的机械结构要求6、安全防护和宜人的造型 数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局,全封闭或半封闭防护,机械结构大大简化,易于操作及实现自动化。数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件二、对主传动的要求2、对主传动的要求1、主传动的作用:产生主切削力足够的转速范围足够的功率和扭矩各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性噪声低、运行平稳数控机床的结构经典课件3、主传动的配置方式 主轴电动机直接驱动(一体化主轴,电主轴)特点:有效提高主轴部件刚度,但主轴输出扭矩小数控机床的结构经典课件电主轴数控机床的结构经典课件主轴电动机2、
9、电动机经同步齿形带传动主轴数控机床的结构经典课件3、电动机经齿轮变速传动主轴主轴电动机数控机床的结构经典课件4、主轴部件动画数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件三、对进给传动系统的要求1、进给传动系统作用 接受数控系统发出的进给脉冲,经放大和转换后驱动执行元件实现预期的运动。2、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别传统进给传动系统:多采用一个电机,执行件之间采用大量的齿轮传动,以实现内外传动链的各种传动比要求。故传动链很长,结构相当复杂数控伺服进给系统:每一个运动都由单独的伺服电机驱动,传动链大大缩短,传动件大大减少,有利于减少传动误差,提高传动精度数控机床的结构经典课件3、对进给
10、传动系统的要求减少运动件的摩擦阻力提高机床进给系统的快速响应性能和运动精度,减少爬行现象响应性能:是进给伺服系统动态性能的指标,反映了系统的跟踪精度运动精度:是机床的主要零、部件在以工作状态 的速度运动时的精度爬行现象:低速时运动不平衡的现象称为爬行现象数控机床的结构经典课件机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主动件1作匀速运动时,被动件3往往会出现明显的速度不均匀,产生跳跃式的时停时走的运动状态,或时快时慢现象数控机床的结构经典课件3、对进给传动系统的要求提高传动精度和刚度措施1 保证部件加工精度措施2 在传动链中加入减速齿轮减小脉冲当量,提高传动精度措施3 预紧支撑丝杠的轴承
11、消除齿轮、蜗轮传动件间隙措施4 预紧消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙数控机床的结构经典课件3、对进给传动系统的要求减小各运动零部件的惯量稳定性好,寿命长稳定性好:保证低速时不产生爬行,外负载变化时不发生振动寿命:是指数控机床保持传动精度和定位精度时间的长短,即保持原制造精度的能力数控机床的结构经典课件4-2数控机床典型机械结构一、主轴准停装置机械式主轴准停数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件二、自动换刀装置自动换刀装置刀库机械手(ATC)作用交换主轴与刀库中的刀(工)具数控机床的结构经典课件对自动换刀装置的 基本要求v换刀时间短v刀具重复定位精度高v有足够的刀具贮存量v刀库占地面积小及
12、安全可靠自动换刀装置的形式回转刀架换刀更换主轴头换刀更换主轴箱换刀带刀库的自动换刀系统二、自动换刀装置数控机床的结构经典课件1、回转刀架换刀1)回转刀架结构要求:良好的强度和刚性2)回转刀架的换刀动作刀架抬起刀架转位刀架压紧二、自动换刀装置2、更换主轴换刀优点:换刀时间短,换刀的可靠性强。缺点:主轴系统的刚度较差。适用场合:适应于工序较少、精度要求不太高的机床 数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件回转刀架换刀数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件3、更换主轴箱换刀适用场合:适用于箱体类零件的加工二、自动换刀装置数控
13、机床的结构经典课件4、带刀库的自动换刀系统组成刀库选刀系统刀具交换机构刀具自动装卸机构特点:结构较复杂,换刀过程动作多,换刀时间长。适用场合:多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。二、自动换刀装置数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件三、刀库2、刀库的种类1、刀库的功能功能:储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。直线式特点:结构简单,刀库容量小,一般可容纳 8-12把刀具,故少用。数控机床的结构经典课件三、刀库鼓轮式(圆盘式)1)单鼓轮式刀具、鼓轮轴线平行刀具、鼓轮轴线垂直数控机床的结构经典课件盘式刀库数控机床的结构经典课件数控机床的结构经典课件三
14、、刀库刀具、鼓轮轴线成锐角特点:结构简单紧凑,应用较多,但刀具单 环排列,空间利用率低,适用于刀库 容量较小的场合,一般不多于50-60把刀。数控机床的结构经典课件三、刀库鼓轮端面上双环排列特点:刀库空间利用率较高,但装刀、取 刀机构复杂,仅适用于机床空间有 限制而刀库容量较大的场合。数控机床的结构经典课件三、刀库鼓轮端面上多环排列鼓轮弹仓式2)多鼓轮式双鼓轮式主轴数控机床的结构经典课件三、刀库三鼓轮式 行星鼓轮式特点:不同类型的刀具及轻重型刀具可分别放置,空间利用率高,但传动机构和运动控制装置 复杂,适用于刀库容量大的场合。数控机床的结构经典课件三、刀库链式单环链式特点:结构紧凑,刀库容量大
15、,可充分利用空间,通常为轴向取刀,位置精度较低,适用于刀库容量大的场合。数控机床的结构经典课件龙门加工中心数控机床的结构经典课件三、刀库多环链式数控机床的结构经典课件三、刀库加长链式数控机床的结构经典课件格子箱式单面网格式特点:刀库结构紧凑,空间利用率高,但换刀时间 较长,小直径刀具为轴向取刀,大直径刀具 为径向取刀,布局不灵活,通常刀库安置在 工作台上,应用较少。三、刀库数控机床的结构经典课件三、刀库多面网格式特点:刀库容量大,辅助装置较复杂,用于需刀库 容量大的机床上。数控机床的结构经典课件三、刀库三、刀库3 3、刀库的容量、刀库的容量铣削加工车削加工刀具数可加工件的比率102040305
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