1、2021年12月21日3時44分1 第一節(jié) 數(shù)控機床對結(jié)構(gòu)的要求 第二節(jié) 數(shù)控機床的布局特點 第三節(jié) 數(shù)控機床的主運動部件 第四節(jié) 數(shù)控機床的進給運動系統(tǒng) 第五節(jié) 數(shù)控機床的自動換刀裝置2021年12月21日3時44分2第一節(jié) 數(shù)控機床對結(jié)構(gòu)的要求一、數(shù)控機床及其加工過程的特點1. 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)組成 2021年12月21日3時44分32.數(shù)控機床及加工特點：（1）自動化程度高 數(shù)控機床在加工過程中，能按數(shù)控系統(tǒng)的指令自動進行加工、變速及完成其它輔助功能，不必像傳統(tǒng)機床那樣由操作者進行手動調(diào)整和改變切削用量。（2）高的加工精度及切削效率 粗精加工同機減少裝卸時間 刀具材料高速切削、強力切削

2、、因而減少切削時間 利用誤差反饋、補償技術(shù)提高精度，數(shù)控機床的定位精 度和重復(fù)定位精度相當(dāng)高。（3）多工序和多功能集成 在數(shù)控機床上，特別是加工中心，工件一次裝夾后，能完成銑、鏜、鉆、攻螺紋等多道工序的 2021年12月21日3時44分4加工，甚至能完成除安裝面以外的各個加工表面的加工。車削中心除能加工外圓、內(nèi)孔和端面外，還能在外圓和端面上進行銑、鉆甚至曲面等加工。 另一方面，隨著數(shù)控機床向柔性制造系統(tǒng)方向的發(fā)展，功能集成化不僅體現(xiàn)在ATC和APC上，且還體現(xiàn)在工件自動定位、機內(nèi)對刀、刀具破損監(jiān)控、精度檢測和補償上。（4）高的可靠性和精度保持性 數(shù)控機床特別是在FMS中的數(shù)控機床，常在高負(fù)荷下

3、長時間地連續(xù)工作，故數(shù)控機床通常都具有較高的可靠性和精度保持性。 二、數(shù)控機床對結(jié)構(gòu)的要求 1、高的靜、動剛度及良好的抗振性能 數(shù)控機床價格昂貴，生產(chǎn)費用比傳統(tǒng)機床的要高得多，要獲得較好的經(jīng)濟效益，必須采取措施大幅度地壓縮單件加工時間，包括兩個方面：2021年12月21日3時44分5新型刀具材料的發(fā)展，使切削速度成倍提高，縮短切削時間采用各種自動輔助裝置，大大減少了輔助時間，大幅度提高了生產(chǎn)率，然而同時也明顯地增加了機床的負(fù)載及運轉(zhuǎn)時間。 此外，由機床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等部件的幾何精度及其變形所產(chǎn)生的誤差取決于它們的結(jié)構(gòu)剛度，所有這些都要求數(shù)控機床要有比傳統(tǒng)機床更高的靜剛度。 切

4、削過程中的振動不僅影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，而且會降低刀具壽命，影響生產(chǎn)率。數(shù)控機床具有高效率的特點，應(yīng)充分發(fā)揮其加工能力，在加工過程中不允許進行如改變幾何角度等類似的人工調(diào)整。因此，對數(shù)控機床的動態(tài)特性提出了更高的要求，也就是說還要提高其動剛度。 合理地設(shè)計數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，改善受力情況，以便減少受力變形。(1)提高機床靜剛度和固有頻率的有利措施如下：機床的基礎(chǔ)大件采用封閉箱形結(jié)構(gòu)（圖a），提高自身剛度。2021年12月21日3時44分62021年12月21日3時44分7加強構(gòu)件之間的接觸剛度。(2)提高機床動剛度的重要措施 改善機床結(jié)構(gòu)的阻尼特性，如在機床大件內(nèi)腔填充阻尼材料(圖c)，表

5、面噴涂阻尼涂層，充分利用結(jié)合面間的摩擦阻尼，耗散振動能量，抑制振動。2021年12月21日3時44分8措施：(1)對熱源采取液冷或風(fēng)冷等方法來控制溫升。(2)均熱2、良好的熱穩(wěn)定性 熱變形的大小,受熱不均勻?qū)C床精度、壽命等都有影響引起熱變形的熱源主要是內(nèi)部熱源：主電機、進給電機發(fā)熱，摩擦熱及切削熱等。 熱變形影響加工精度的原因，主要是構(gòu)件受熱變形以及熱源分布不均，各處零件的質(zhì)量不均勻，形成各部位的溫升不一樣，從而導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻的溫度場和熱膨脹變形，影響刀具和工件正確的相對位置 車床床身的均熱 平面磨床工作臺的均熱平面磨床立柱的均熱2021年12月21日3時44分92021年12月21日3時4

6、4分10(3)合理布局，改善機床結(jié)構(gòu)2021年12月21日3時44分11(4)熱變形補償措施 (5)其它恒溫車間預(yù)熱熱平衡 3、高的運動精度和低速運動平穩(wěn)性2021年12月21日3時44分12(1)高的運動精度 由于加工的需要，數(shù)控機床各坐標(biāo)軸的運動都是雙向的，傳動元件之間的間隙無疑會影響機床的定位精度及重復(fù)定位精度。因此，要求數(shù)控機床進給系統(tǒng)無間隙傳動。必須采取措施消除進給傳動系統(tǒng)中的間隙，如齒輪副、絲杠螺母副的間隙。（1）齒輪副 齒輪本身的制造誤差如齒形誤差、運動偏心、周節(jié)誤差等，還與安裝軸的偏心和齒輪孔、軸的安裝偏差、間隙等有關(guān)。0/i常數(shù) 2021年12月21日3時44分132021年

7、12月21日3時44分14（2）滾珠絲杠螺母副的傳動誤差 傳動誤差主要由本身的制造誤差：螺距累積誤差、螺紋滾道型面誤差、直徑尺寸誤差、熱伸長，裝配誤差等2021年12月21日3時44分15(2)低速運動平穩(wěn)性精加工低速時易爬行2021年12月21日3時44分16避免爬行的措施：改善摩擦特性，使導(dǎo)軌靜摩擦力盡量接近動摩擦力滾動摩擦：f=0.005、f 液體摩擦：f=0.0005、f低摩擦副材料：塑料鑄鐵（塑料軟帶、塑料導(dǎo)軌板）高性能潤滑油：極性添加劑增大油膜強度4、充分滿足人性化要求由于數(shù)控機床是一種高速度、高效率機床，在一個零件的加工時間中，輔助時間也就是非切削時間占有較大比重，因此，壓縮輔助

8、時間可大大提高生產(chǎn)率。目前已有許多數(shù)控機床采用多主軸、多刀架及自動換刀等裝置，特別是加工中心，可在一次裝夾下完成多工序的加工，節(jié)省大量裝夾換刀時間。像這種自動化程度很高的加工設(shè)備，與傳統(tǒng)機床的手工操作不同，其操作性能有新的含義。由于切削加工不需人工操作，故可采用封閉與半封閉式加2021年12月21日3時44分17工。要有明快、干凈、協(xié)調(diào)的人機界面，要盡可能改善操作者的觀察，要注意提高機虜；各部分的互鎖能力，并設(shè)有緊急停車按鈕，要留有最有利于工件裝夾的位置。將所有操作都集中在一個操作面板上，操作面板要一目了然，不要有太多的按鈕和指示燈，以減少誤操作。 2021年12月21日3時44分18第二節(jié)

9、數(shù)控機床的布局特點一、數(shù)控車床的布局結(jié)構(gòu)特點（一）便于操作觀察人機關(guān)系 中小型：數(shù)控裝置 大型：吊掛按鈕站、移動工作臺 （二）排屑與冷卻 數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌有多種形式，主要有水平床身、傾斜床身以及水平床身斜滑板等 2021年12月21日3時44分19 床身導(dǎo)軌常采用寬支撐V-平型導(dǎo)軌，絲杠位于兩導(dǎo)軌之間。二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點1臥式加工中心 2021年12月21日3時44分202立式加工中心 2021年12月21日3時44分213五面加工中心與多坐標(biāo)加工中心 2021年12月21日3時44分22第三節(jié) 數(shù)控機床的主運動部件一、主傳動變速(主傳動鏈)1帶有二級齒輪變速 主軸電動機經(jīng)過二

10、級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列，多用于大中型數(shù)控機床。滑移齒輪常用液壓撥叉或電磁離合器改變其位置。2021年12月21日3時44分232帶有定比傳動 主軸電動機經(jīng)定比傳動傳遞給主軸，定比傳動采用齒輪傳動或帶傳動。帶傳動主要用于小型數(shù)控機床上，可避免齒輪傳動的噪音和振動。3由主軸電動機直接驅(qū)動 電動機軸與主軸用聯(lián)軸器同軸聯(lián)接。該方式大大簡化了主軸結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸剛度。但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動機的發(fā)熱對主軸精度影響大。 近年來出現(xiàn)另外一種內(nèi)裝電動機主軸，即主軸與電動機轉(zhuǎn)子合二為一。優(yōu)點是主軸部件結(jié)構(gòu)更緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停止的響應(yīng)特性；缺點同樣是熱變形問題。二、主軸(

11、部件)結(jié)構(gòu) 2021年12月21日3時44分241、主軸的支承 圖a綜合剛度高，可滿足強力切削要求。 圖b具有良好的高速性能，但承載能力較小，適用于高速輕載和精密數(shù)控機床。 圖c徑向和軸向剛度很高，能承受重載荷。但限制了主軸最高轉(zhuǎn)速，適用于中等精度低速重載數(shù)控機床。2、主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機構(gòu) 3、主軸準(zhǔn)停裝置 2021年12月21日3時44分25第四節(jié) 數(shù)控機床的進給運動系統(tǒng)一、對進給系統(tǒng)的要求進給運動是以保證刀具與工件相對位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。 進給運動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進給運動

12、的末端加上位置檢測系統(tǒng)，并將測量的實際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運動更準(zhǔn)確。因此，進給運動的機械結(jié)構(gòu)必須具備以下幾個特點：1、運動件間的摩擦阻力小 問題：摩擦 爬行、不平穩(wěn)、快速響應(yīng) 措施：采用滾珠絲杠副、靜壓絲杠副 2、消除傳動系統(tǒng)中的間隙2021年12月21日3時44分263、傳動系統(tǒng)的精度和剛度高 問題：間隙 反向死區(qū)，精度，剛度 措施: 采用消隙機構(gòu) 問題：剛度爬行、反向死區(qū) 措施：傳動鏈、合理選擇尺寸、 預(yù)緊：絲杠螺母、支承4、減小運動慣量，具有適當(dāng)?shù)淖枘?問題：慣量 動態(tài)響應(yīng)、起動負(fù)荷 措施：運動件重量 旋轉(zhuǎn)件直徑 阻尼能降低伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故系統(tǒng)要有適

13、當(dāng)?shù)淖枘帷６鲃育X輪副1、設(shè)計傳動齒輪副應(yīng)考慮的問題2021年12月21日3時44分27使絲杠、工作臺的慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重使高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服驅(qū)動裝置的輸出變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩在開環(huán)系統(tǒng)中可歸算所需的脈沖當(dāng)量。速比分配及傳動級數(shù)對傳動的轉(zhuǎn)動慣量和執(zhí)行件的失動的影響。2、消除傳動齒輪間隙的措施齒側(cè)間隙 造成開環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)的反向失動量 使閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性消隙措施 剛性調(diào)整法 柔性調(diào)整法具體可參閱相關(guān)書籍。2021年12月21日3時44分28三、絲杠螺母副1滾珠絲杠螺母副 數(shù)控機床的進給運動鏈中，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的方法很多，本節(jié)只介紹滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。（一） 工作原理和

14、特點1.原理: 絲杠和螺母上都有圓弧形面的螺旋槽, 在工作過程中 ,滾珠既自轉(zhuǎn)又循環(huán)滾動, 絲杠和螺母間為滾動摩擦。摩擦損失小，傳動效率高，可達0.900.96預(yù)緊后，可完全消除間隙，提高傳動剛度和精度摩擦阻力小， 平穩(wěn)、無爬行 磨損、精度保持好、壽命 發(fā)熱適應(yīng)高速2021年12月21日3時44分29具有運動的可逆性: 螺母、絲杠均可作主動件或從動件。故不能自鎖、絲杠立式使用需增加制動裝置2021年12月21日3時44分30（二） 結(jié)構(gòu)類型 按滾珠循環(huán)方式可分為以下兩種：1. 外循環(huán): 滾珠通過螺母外表面返回 優(yōu)點: 簡單、工藝性 缺點: 滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡

15、珠現(xiàn)象，噪聲較大。2021年12月21日3時44分312. 內(nèi)循環(huán): 滾珠通過螺母內(nèi)表面返回 優(yōu)點: 緊湊、滾珠流通性好、摩擦損失小 缺點: 反相器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝性、承載能力（三） 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方法: 雙螺母軸向位移，滾珠與絲杠滾道左右兩側(cè)接觸，消除間隙和加預(yù)緊力方式: 1. 墊片式 2. 螺紋式 3. 齒差式（四）滾珠絲杠常用支承方式方式： 一端裝推力軸承，另一端自由 (圖7-17a) 2021年12月21日3時44分32 一端裝推力軸承，（簡支) (圖7-17b) 兩端裝推力軸承 ，(簡支) (圖7-17c) 兩端裝雙向推力軸承，(簡支) (圖7-17d) 2021年12月21日3

16、時44分332靜壓絲杠螺母副（一）工作原理和特點 1.工作原理: 2021年12月21日3時44分342.特點：摩擦系數(shù)很小，傳動靈敏，避免了爬行；油膜層吸振，提高運動的平穩(wěn)性、油液不斷流動，有利于散熱，減少熱變形，提高機床的加工精度和表面質(zhì)量；油膜層有一定剛度，大大減小了反向間隙，油膜層介于螺母和絲杠之間，對絲杠誤差有“均化”作用，即絲杠的傳動誤差比絲杠本身的制造誤差還小；承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。供油系統(tǒng)復(fù)雜，對油的清潔度要求高（二）結(jié)構(gòu) 絲杠:與一般的滑動絲杠基本相同螺母:有油腔、節(jié)流器、油孔（三）類型2021年12月21日3時44分35按節(jié)流控制方式分：（1) 集中阻尼節(jié)流

17、結(jié)構(gòu): 每側(cè)油腔同一個節(jié)流器控制適用: 徑向載荷小且均勻、傾覆力矩很小（2) 分散阻尼節(jié)流結(jié)構(gòu): 每側(cè)多個油腔、各用一個節(jié)流器控制適用: 徑向載荷、傾覆力矩較大 缺點: 節(jié)流器多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜（3) 分散集中阻尼節(jié)流結(jié)構(gòu):同側(cè)同方位油腔用一個節(jié)流器控制適用:介于1、2之間2021年12月21日3時44分362021年12月21日3時44分37四、機床導(dǎo)軌1對導(dǎo)軌的要求：功用：支承、導(dǎo)向要求：1)導(dǎo)向精度高 無論空載或切削加工時，導(dǎo)軌均應(yīng)有足夠的精度 影響因素：結(jié)構(gòu)，制造、裝配誤差及導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形2)耐磨性能好 導(dǎo)軌在長期使用過程中保持較高的導(dǎo)向精度 影響因素：導(dǎo)軌的磨損、結(jié)構(gòu)（采用滾

18、動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌）3)足夠的剛度2021年12月21日3時44分38 導(dǎo)軌受力變形會影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對位置，要求導(dǎo)軌有足夠的剛度。 為減輕或平衡外力的影響，數(shù)控機床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法來提高剛度。4)低速運動平穩(wěn)性 要使導(dǎo)軌的摩擦阻力小，運動輕便，低速運動時無爬行現(xiàn)象。5)結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 導(dǎo)軌的制造和維修要方便，在使用時便于調(diào)整和維護。2導(dǎo)軌的種類和特點 分類： 軌跡：直線運動導(dǎo)軌、圓運動導(dǎo)軌2021年12月21日3時44分39 工作性質(zhì)：主運動導(dǎo)軌、進給運動導(dǎo)軌、調(diào)整導(dǎo)軌 摩擦：普通滑動、滾動、靜壓導(dǎo)軌 (1)滑動導(dǎo)軌優(yōu)點：滑結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗

19、振性高、缺點：靜摩擦因數(shù)大在低速(160mmmin)時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象導(dǎo)軌材料搭配：2021年12月21日3時44分40聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶 基體：聚四氟乙烯 填充劑：青銅粉、二硫化鉬和石墨等 聯(lián)結(jié)：用粘結(jié)劑粘結(jié)，加壓固化后進行加工 優(yōu)點：摩擦特性好， 耐磨、減振、消聲的性能環(huán)氧型耐磨涂料 基體: 環(huán)氧樹脂 其它: 二硫化鉬，石墨，鐵粉 聯(lián)結(jié): 涂刮導(dǎo)軌表面涂塑導(dǎo)軌 注入導(dǎo)軌型腔注塑導(dǎo)軌 優(yōu)點:f=0.10.12，無潤滑時仍有較好的潤滑和防爬行。 2021年12月21日3時44分41 塑料層薄抗壓強度高；工藝簡單 適用: 大型、重型數(shù)控機床和導(dǎo)軌的維修(2)滾動導(dǎo)軌定義:導(dǎo)軌面間放滾動體，使導(dǎo)軌面間成為滾動摩擦。 優(yōu)點：靈敏度高、摩