数控机床机械结构设计学习教案.pptx
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1、会计学1数控机床数控机床(sh kn j chun)机械结构设机械结构设计计第一页,共159页。nn 主要内容主要内容nn一一.数控机床的构成与分类数控机床的构成与分类nn二二.数控机床的机械结构数控机床的机械结构nn三三.数控车床介绍数控车床介绍nn四四.数控加工中心数控加工中心(zhngxn)(zhngxn)和数控铣床介绍和数控铣床介绍nn五五.数控机床的辅助装置数控机床的辅助装置第1页/共159页第二页,共159页。一一一一.数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)(sh kn j chun)(sh kn j chun)的构成与分类的构成与
2、分类的构成与分类的构成与分类n n(一)(一)(一)(一).数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)(sh kn j chun)(sh kn j chun)的构成的构成的构成的构成n n 数控机床一般由下列几个数控机床一般由下列几个(j)(j)部分组成部分组成n n1.1.主机主机 是数控机床的主体,包括床身、立柱、工作台、主轴、进给机构等机械是数控机床的主体,包括床身、立柱、工作台、主轴、进给机构等机械部件。部件。n n2.CNC2.CNC装置装置 (控制装置)(控制装置)是数控机床的核心,包括硬件和相应的软件等部分。是数控机床的核心,包括硬件
3、和相应的软件等部分。n n3.3.驱动装置驱动装置 是数控机床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给驱动单是数控机床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机、进给电机等等。元、主轴电机、进给电机等等。n n4.4.数控机床的辅助装置数控机床的辅助装置 指数控机床的一些必须的配套部件,用以保证数控机床指数控机床的一些必须的配套部件,用以保证数控机床的正常运行。如液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和分度头,的正常运行。如液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和分度头,还包括刀具及监控检测装置等还包括刀具及监控检测装置等第2页/共159页第三页,共159页
4、。立式(l sh)加工中心主机床身拖板(床鞍)工作台 立 柱主轴(zhzhu)主轴(zhzhu)箱刀库第3页/共159页第四页,共159页。卧式加工(ji gng)中心主机第4页/共159页第五页,共159页。全功能数控车床主机全功能数控车床主机(zhj)第5页/共159页第六页,共159页。床身部件(bjin)进给丝杠直线导轨组件(z jin)润滑(rnhu)系统第6页/共159页第七页,共159页。第7页/共159页第八页,共159页。第8页/共159页第九页,共159页。(二)(二).数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的分类的分类 目前,为了研究数控
5、机床,可从不同的角度对数控机床进行(jnxng)分类1.按控制系统的特点分类 1)点位控制数控 2)直线控制数控机床 3)轮廓控制的数控机床第9页/共159页第十页,共159页。n n2.2.按照可联动(同时控制)轴数分按照可联动(同时控制)轴数分n n 按照可联动(同时控制)且相互按照可联动(同时控制)且相互(xingh)(xingh)轴数,可以分为轴数,可以分为2 2轴控制、轴控制、2.52.5轴控轴控制、制、3 3轴控制、轴控制、4 4轴控制、轴控制、5 5轴控制等。轴控制等。n n3.3.按执行机构的伺服系统类型分类按执行机构的伺服系统类型分类n n 1 1)开环伺服系统数控机床)开环
6、伺服系统数控机床n n 2 2)半闭环伺服系统数控机床)半闭环伺服系统数控机床n n 3 3)闭环伺服系统数控机床)闭环伺服系统数控机床第10页/共159页第十一页,共159页。开环数控系统开环数控系统开环数控系统开环数控系统没有位置测量装置没有位置测量装置(zhungzh)(zhungzh),信号流是单向的(数控装置,信号流是单向的(数控装置(zhungzh)(zhungzh)进给系统),故系进给系统),故系统稳定性好。统稳定性好。电机电机机械执行部件机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换
7、功率功率放大放大第11页/共159页第十二页,共159页。半闭环数控系统半闭环数控系统半闭环数控系统半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动装置装置装置装置(常用伺服电机常用伺服电机常用伺服电机常用伺服电机)或丝杠引出,采样旋转或丝杠引出,采样旋转或丝杠引出,采样旋转或丝杠引出,采样旋转(xunzhu(xunzhu n)n)角度进行检测,不是直接检测运动部件的角度进行检测,不是直接检测运动部件的角度进行检测,不是直接检测运动部件的角度进行检测,
8、不是直接检测运动部件的实际位置。实际位置。实际位置。实际位置。位置位置(wi zhi)控控制调节器制调节器速度控制速度控制调节调节(tioji)与驱动与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插插补补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速度实际速度反馈反馈第12页/共159页第十三页,共159页。全闭环数控系统全闭环数控系统全闭环数控系统全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线(xxin)(xx
9、in)所示,直接对运动部件的实际位置进所示,直接对运动部件的实际位置进所示,直接对运动部件的实际位置进所示,直接对运动部件的实际位置进行检测。行检测。行检测。行检测。位置控制调节位置控制调节器器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈第13页/共159页第十四页,共159页。二二二二.数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)(sh kn j chun)(sh kn j c
10、hun)的机械结构的机械结构的机械结构的机械结构()数控机床机械结构的主要)数控机床机械结构的主要)数控机床机械结构的主要)数控机床机械结构的主要(zhyo)(zhyo)(zhyo)(zhyo)组成组成组成组成数控机床的机械结构,除机床基础件外,由下列数控机床的机械结构,除机床基础件外,由下列数控机床的机械结构,除机床基础件外,由下列数控机床的机械结构,除机床基础件外,由下列(xili)(xili)(xili)(xili)各部分组成:各部分组成:各部分组成:各部分组成:1.1.1.1.主传动系统;主传动系统;主传动系统;主传动系统;2.2.2.2.进给系统;进给系统;进给系统;进给系统;3.3
11、.3.3.实现工件回转、定位的装置和附件;实现工件回转、定位的装置和附件;实现工件回转、定位的装置和附件;实现工件回转、定位的装置和附件;4.4.4.4.实实实实现现现现某某某某些些些些部部部部件件件件动动动动作作作作和和和和辅辅辅辅助助助助功功功功能能能能的的的的系系系系统统统统和和和和装装装装置置置置如如如如液液液液压压压压、气气气气动动动动、润润润润滑滑滑滑;冷却等系统和排屑、防护等装置;冷却等系统和排屑、防护等装置;冷却等系统和排屑、防护等装置;冷却等系统和排屑、防护等装置;5.5.5.5.刀架或自动换刀装置刀架或自动换刀装置刀架或自动换刀装置刀架或自动换刀装置(ATC)(ATC)(A
12、TC)(ATC);6.6.6.6.自动托盘交换装置自动托盘交换装置自动托盘交换装置自动托盘交换装置(APC)(APC)(APC)(APC);7.7.7.7.特殊功能装置特殊功能装置特殊功能装置特殊功能装置 如刀具破损监控、精度检测和监控装置等;如刀具破损监控、精度检测和监控装置等;如刀具破损监控、精度检测和监控装置等;如刀具破损监控、精度检测和监控装置等;8.8.8.8.为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。第14页/共159页第十五页,共159页。
13、机机机机床床床床基基基基础础础础件件件件或或或或称称称称机机机机床床床床大大大大件件件件,通通通通常常常常是是是是指指指指床床床床身身身身、底底底底座座座座、立立立立柱柱柱柱、横横横横梁梁梁梁、滑滑滑滑座座座座、工工工工作作作作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)台台台台等等等等。它它它它是是是是整整整整台台台台机机机机床床床床的的的的基基基基础础础础和和和和框框框框架架架架。机机机机床床床床的的的的其其其其他他他他零零零零、部部部部件件件件,或或或或者者者者固固固固定定定定在在在在基基基基础础础础件件件件上上上上,或或或或者者者者工工工工作作作作(gngzu)(gngzu
14、)(gngzu)(gngzu)时在它的导轨上运动。时在它的导轨上运动。时在它的导轨上运动。时在它的导轨上运动。其其其其他他他他机机机机械械械械结结结结构构构构组组组组成成成成则则则则按按按按机机机机床床床床的的的的功功功功能能能能需需需需要要要要选选选选用用用用。如如如如一一一一般般般般的的的的数数数数控控控控机机机机床床床床除除除除基基基基础础础础件件件件外外外外,还还还还有有有有主主主主传传传传动动动动系系系系统统统统,进进进进给给给给系系系系统统统统以以以以及及及及液液液液压压压压、润润润润滑滑滑滑、冷冷冷冷却却却却等等等等其其其其他他他他辅辅辅辅助助助助装装装装置置置置,这这这这是是是
15、是数数数数控控控控机机机机床床床床机机机机械械械械结结结结构构构构的的的的基基基基本本本本构构构构成成成成。加加加加工工工工中中中中心心心心则则则则至至至至少少少少还还还还应应应应有有有有ATCATCATCATC,有有有有的的的的还还还还有有有有双双双双工工工工位位位位APCAPCAPCAPC等等等等。柔柔柔柔性性性性制制制制造造造造单单单单元元元元(FMC)(FMC)(FMC)(FMC)除除除除ATCATCATCATC外外外外还还还还带带带带有有有有工工工工位位位位数数数数较较较较多多多多的的的的APCAPCAPCAPC,有有有有的的的的甚甚甚甚至至至至还还还还配配配配有有有有用用用用于上下
16、料的工业机器人。于上下料的工业机器人。于上下料的工业机器人。于上下料的工业机器人。第15页/共159页第十六页,共159页。(二)(二)(二)(二).数控机床机械数控机床机械数控机床机械数控机床机械(jxi)(jxi)(jxi)(jxi)结构的特结构的特结构的特结构的特点点点点1 1 1 1)机床刚度的基本概念)机床刚度的基本概念)机床刚度的基本概念)机床刚度的基本概念 机机机机床床床床的的的的刚刚刚刚度度度度是是是是机机机机床床床床的的的的技技技技术术术术性性性性能能能能之之之之一一一一,它它它它反反反反映映映映了了了了机机机机床床床床结结结结构构构构抵抵抵抵抗抗抗抗(dkng)(dkng)
17、(dkng)(dkng)变变变变形形形形的的的的能能能能力力力力。根根根根据据据据机机机机床床床床所所所所受受受受载载载载荷荷荷荷性性性性质质质质的的的的不不不不同同同同,机机机机床床床床在在在在静静静静态态态态力力力力作作作作用用用用下下下下所所所所表表表表现现现现的的的的刚刚刚刚度度度度称称称称为为为为机机机机床床床床的的的的静静静静刚刚刚刚度度度度;机机机机床床床床在在在在动动动动态态态态力力力力作作作作用用用用下下下下所所所所表表表表现现现现的的的的刚刚刚刚度称为机床的动刚度。度称为机床的动刚度。度称为机床的动刚度。度称为机床的动刚度。2 2 2 2)提高数控机床结构刚度的常用措施)提
18、高数控机床结构刚度的常用措施)提高数控机床结构刚度的常用措施)提高数控机床结构刚度的常用措施 (1 1 1 1)提高机床构件的静刚度和固有频率。提高机床构件的静刚度和固有频率。提高机床构件的静刚度和固有频率。提高机床构件的静刚度和固有频率。常常常常用用用用方方方方法法法法有有有有合合合合理理理理布布布布置置置置的的的的筋筋筋筋板板板板结结结结构构构构 ;设设设设置置置置卸卸卸卸荷荷荷荷装装装装置置置置来来来来平平平平衡衡衡衡载载载载荷荷荷荷以以以以补补补补偿偿偿偿有有有有关关关关零零零零、部部部部件件件件的的的的静静静静力力力力变变变变形形形形 ;改改改改善善善善构构构构件件件件间间间间的的的
19、的接接接接触触触触刚刚刚刚度度度度或或或或构构构构件件件件与与与与地地地地基基基基联联联联结处的刚度等。结处的刚度等。结处的刚度等。结处的刚度等。(2 2 2 2)改善机床结构的阻尼特性。)改善机床结构的阻尼特性。)改善机床结构的阻尼特性。)改善机床结构的阻尼特性。常常常常用用用用方方方方法法法法有有有有大大大大件件件件内内内内腔腔腔腔充充充充填填填填泥泥泥泥芯芯芯芯和和和和混混混混凝凝凝凝土土土土等等等等阻阻阻阻尼尼尼尼材材材材料料料料,在在在在振振振振动动动动时时时时利利利利用用用用相相相相对对对对摩摩摩摩擦擦擦擦来来来来耗耗耗耗散散散散振振振振动动动动能能能能量量量量;在在在在大大大大件
20、件件件表表表表面面面面采采采采用用用用阻阻阻阻尼尼尼尼涂涂涂涂层层层层 ;充充充充分分分分利利利利用用用用接接接接合合合合面间的摩擦阻尼;采用新材料和钢板焊接结构等。面间的摩擦阻尼;采用新材料和钢板焊接结构等。面间的摩擦阻尼;采用新材料和钢板焊接结构等。面间的摩擦阻尼;采用新材料和钢板焊接结构等。1.1.高刚度高刚度(n d)(n d)和和高抗振性高抗振性第16页/共159页第十七页,共159页。2.2.2.2.减少减少减少减少(jinsho)(jinsho)(jinsho)(jinsho)机床热机床热机床热机床热变形的影响变形的影响变形的影响变形的影响 机机床床的的热热学学特特性性是是影影响
21、响加加工工精精 度度的的重重要要因因素素之之一一。由由于于数数控控机机床床主主轴轴转转速速、进进给给速速度度远远高高于于普普通通机机床床,而而大大切切削削(qixio)(qixio)用用量量产产生生的的炽炽热热切切削削(qixio)(qixio)对对工工件件和和机机床床部部件件的的热热传传导导影影响响远远较较普普通通机机床床严严重重,而而热热变变形形对对加加工工精精度度的的影影响响往往往往难难以以由由操操作作者者修修正正。因因此此,减减少少数数控控机机床床热热变变形形影影响响的的措措施施应予特别重视。常用的措施有下列几种:应予特别重视。常用的措施有下列几种:1 1)改进机床布局和绪构设计)改进
22、机床布局和绪构设计 。如如对对热热源源来来说说比比较较对对称称的的采采用用热热对对称称结结构构 ;数数控控车车床床采采用用采采用用倾倾斜斜床床身身、平平床床身身和和斜斜滑滑板板结结构构 ;某某些些重重型型数数控控机机床床由由于结构限制采用热平衡措施。于结构限制采用热平衡措施。第17页/共159页第十八页,共159页。2 2 2 2)控制温升。)控制温升。)控制温升。)控制温升。对机床发热部分(如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、对机床发热部分(如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、对机床发热部分(如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、对机床发热部分(如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、风冷
23、和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量,是在各类风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量,是在各类风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量,是在各类风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量,是在各类数控机床上使用较多的一种减少热变形影响的对策。数控机床上使用较多的一种减少热变形影响的对策。数控机床上使用较多的一种减少热变形影响的对策。数控机床上使用较多的一种减少热变形影响的对策。3 3 3 3)对切削部位采取强冷措施。)对切削部位采取强冷措施。)对切削部位采取强冷措施。)对切削部位采取强冷措施。在大切削量切削时,落在工作台、床身等部件上的炽热切屑量在大切削量切削时,落在工
24、作台、床身等部件上的炽热切屑量在大切削量切削时,落在工作台、床身等部件上的炽热切屑量在大切削量切削时,落在工作台、床身等部件上的炽热切屑量一个重要的热源。现代数控机床,特别是加工中心和数控车床普一个重要的热源。现代数控机床,特别是加工中心和数控车床普一个重要的热源。现代数控机床,特别是加工中心和数控车床普一个重要的热源。现代数控机床,特别是加工中心和数控车床普遍采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排除这些炽热的切屑,并遍采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排除这些炽热的切屑,并遍采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排除这些炽热的切屑,并遍采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排除这些炽热的切屑,并对冷却液用大容
25、量循环对冷却液用大容量循环对冷却液用大容量循环对冷却液用大容量循环(xnhun)(xnhun)(xnhun)(xnhun)散热或用冷却装置致冷以控制温散热或用冷却装置致冷以控制温散热或用冷却装置致冷以控制温散热或用冷却装置致冷以控制温升。升。升。升。4 4 4 4)热位移补偿。)热位移补偿。)热位移补偿。)热位移补偿。预测热变形规律,建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。预测热变形规律,建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。预测热变形规律,建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。预测热变形规律,建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。热变形附加修正装置已在国外产品上作商品供货。热变形附加修正装置已
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