数控机床的机械结构

数控铣床分为立式和卧式两种。数控铣床一般由机床基础件、数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统及辅助装置等几大部分组成。

数控机床的机械结构

• 7.1 概 述
  • 数控机床机械结构的组成
    • （1）机床基础件（又称为机床大件），通常指床身、底座、立柱、滑座、导轨等，它们 是整台机床的基础和框架，其功用是支撑机床本体的其他零部件，并保证这些零部件在工 作时固定在基础件上。
    • （2）主传动系统，包括动力源、传动部件及主运动执行件，如电动机、传动装置和主 轴等。其功能是实现机床的主运动，将主电动机的原动力变为主轴上刀具的切削加工的切 削力矩和切削速度，承受主切削力。
    • （3）进给传动系统，包括动力源、传动部件及主运动执行件，如工作台、刀架等。其 功能是实现进给运动，主要承担数控机床各坐标轴的定位和切削进给。
    • （4）辅助装置如回转工作台、液压、气动、润滑、冷却、防护和排屑机构等装置，用 来实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置。
    • （5）自动换刀装置如刀库、刀架和换刀机械手等。用来完成对多工序加工而设置的刀 具存储和更换功能，减少换刀时间，提高生产效率。
    • （6）特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测、检温和监控等装置，以实现某些特 殊功能。
  • 7.1.2 数控机床机械结构的特点
    • 1．高刚度和高抗振性
    • 2．结构简单、传递精度高、速度快
    • 3．操作方便、可实现无级变速、自动化程度高
    • 4．高灵敏度、高可靠性
    • 5．高的精度保持性、良好的热稳定性
    • 6．工艺复合化和功能集成化
  • 7.1.3 数控机床对机械结构的要求
    • 1．高的静、动刚度及良好的抗振性能
    • 2．良好的热稳定性
    • 3．高的运动精度和低速运动的平稳性
    • 4．具有良好的操作、安全防护性能
• 7.2 数控机床整体布局
  • 7.2.1 数控车床的布局
    • 1．床身和导轨的布局
      • （1）水平床身。
      • （2）斜床身
      • （3）平床身斜滑板
      • （4）立式床身结构。
    • 2．刀架的布局
      • 刀架作为数控车床的重要部件，其结构形式很多，主要可分为转塔式和排刀式刀架两 大类。
  • 7.2.2 数控铣床的布局
    • 数控铣床分为立式和卧式两种。数 控铣床一般由机床基础件、数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统及辅助装置等几大部分组成。
  • 7.2.3 加工中心的布局
    • 1．卧式加工中心的布局
    • 2．立式加工中心
    • 3．龙门式加工中心
    • 5．虚轴加工中心
• 7.3 数控机床的主传动系统
  • 7.3.1 数控机床对主传动系统的要求
    • （1）主轴高转速、宽调速范围和无级调速
    • （2）较高的精度与刚度、传动平稳、低噪声
    • （3）高的抗振性和良好的热稳定性
    • （4）能实现刀具的快速和自动装卸
  • 7.3.2 数控机床主传动系统的类型
    • 1）带有变速齿轮的主传动
    • 2）经过一级变速的主传动
    • 3）电动机与主轴直联的主传动
    • 4）电主轴
  • 7.3.3 主轴部件
    • 1．主轴轴承
      • （1）滚动轴承
      • （2）滑动轴承
    • 2．主轴
      • 1）结构形式 主轴端部用于安装刀具或夹持工件，在设计上应能 保证定位准确、安装可靠、装卸方便等要求，并具有足 够的强度和刚度，能传递足够的扭矩
      • 2）数控车床主轴
      • 3）数控加工中心主轴
      • 4）主轴内切屑清除装置
    • 3．主轴准停装置
      • 电气式控制式准停装置
  • 7.3.4 主轴润滑与密封
    • 1．主轴的润滑
      • 1）喷注润滑方式
      • 2）油气润滑方式
      • 3）油雾润滑方式
    • 2．主轴密封
      • （1）接触式密封
      • （2）非接触式密封
• 7.4 数控机床的进给传动系统
  • 7.4.1 数控机床进给传动系统的要求
    • 1．传动系统的精度和刚度高
    • 2．减小运动惯量，具有适当的阻尼
    • 3．消除传动间隙，减小低摩擦阻力
  • 7.4.2 数控机床进给传动系统的形式
    • 1．齿轮齿条传动副
    • 2．丝杠螺母副
    • 3．采用直线电动机驱动
  • • 7.4.3 滚珠丝杠螺母副
      • 1．滚珠丝杠螺母副的特点
        • （1）具有传动效率高，摩擦损失小
        • （2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙
        • （3）定位精度高，有可逆性
        • （4）制造工艺复杂，成本高
        • （5）不能自锁。特别是对于竖直放置的丝杠
      • 2．滚珠丝杠螺母副的循环方式
        • 1）外循环
        • 2）内循环
      • 3．螺旋滚道型面
      • 4．滚珠丝杠螺母副的消隙方法
        • （1）垫片调隙式
        • （2）螺纹调隙法
        • （3）齿差调隙法
      • 5．滚珠丝杠螺母副的安全使用
        • 1）滚珠丝杠螺母副的支撑方式
          • （1）一端装推力轴承（固定-自由式）
          • （2）一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承
          • （3）两端装推力轴承
          • （4）两端装推力轴承及深沟球轴承（固定-固定式）
        • 2）滚珠丝杠螺母副的制动方式
        • 3）滚珠丝杠的预拉伸
  • 7.5 数控机床的导轨
    • 7.5.1 数控机床对导轨的要求
      • 1）导向精度高
      • 2）低速运动平稳性
      • 3）足够的刚度，良好的抗振性
      • 4）耐磨性好，良好的热稳定性
      • 5）其他要求
    • 7.5.2 数控机床导轨形状和组合形式
      • 1．直线导轨
        • （1）矩形导轨
        • （2）三角形导轨
        • （3）燕尾槽导轨
        • （4）圆柱形导轨。
      • 2．圆周运动导轨
    • 7.5.3 数控机床常用导轨
      • 1．数控机床常用导轨的介绍
        • 1）塑料滑动导轨
          • （1）塑料滑动导轨的分类
          • 塑料导轨的特点
            • ① 摩擦因数低而稳定
            • ② 动、静摩擦因数相近
            • ③ 吸振性好
            • ④ 耐磨性好
            • ⑤ 化学稳定性好
            • ⑥ 维护修理方便
            • ⑦ 经济性好
        • 2）滚动导轨
        • 3）静压导轨
    • 7.5.4 机床导轨的使用及防护
      • 1．机床导轨的选择原则
        • （1）要求导轨有较大的刚度和承载能力时，用矩形导轨，中小型机床导轨采用三角形和矩形组合，而重型机床则采用双矩形导轨。
        • （2）导向精度要求高的机床采用三角形导轨
        • （3）矩形、圆形导轨工艺性好，制造、检验都方便
        • （4）要求结构紧凑、高度小及调整方便的机床，用燕尾形导轨
      • 2．机床导轨的间隙的调整、润滑与防护
        • 1）压板调整法
        • 2）镶条调整法
        • 3）压板镶条调整法
      • 3．导轨的润滑
        • 1）润滑的方式
          • 人工定期加油
          • 采用液压泵
      • 4．导轨的防护
  • 7.5.5 齿轮间隙的调整
    • 1．刚性调整法
      • 1）偏心套调整法
      • 2）垫片调整法
      • 3）轴向垫片调整法
    • 2．柔性调整法
      • 1）双片薄齿轮错齿调整法
      • 2）轴向压簧调整法
      • 3）周向弹簧调整法
• 7.6 数控机床回转工作台
  • 7.6.1 数控回转工作台
    • 1．开环数控回转工作台
    • 2．闭环数控回转工作台
    • 3．双蜗杆回转工作台
  • 7.6.2 分度工作台
    • 1．鼠牙盘分度工作台
    • 2．插销式分度工作台
• 7.7 数控机床的自动换刀系统
  • 7.7.1 数控车床的自动换刀装置
    • 1．回转刀架换刀装置
    • 2．车削中心刀架
  • 7.7.2 数控加工中心自动换刀装置
    • 1．刀库
      • （1）盘式刀库
      • （2）链式刀库
      • （3）格子式刀库
    • 2．换刀机械手
      • 1）机械手的种类
        • （1）单臂单爪回转式机械手
        • （2）单臂双爪摆动式机械手
        • （3）单臂双爪回转式机械手
        • （4）双机械手
        • （5）双臂往复交叉式机械手
        • （6）双臂端面夹紧机械手
      • 2）机械手的结构和工作原理
    • 3．换刀方式
      • 1）无机械手换刀
        • 转塔式自动换刀
        • 二轴转动式换刀
      • 2）有机械手换刀
  • 7.7.3 刀具选择方式
    • 1．顺序选刀
    • 2．任选刀具
    • 3．刀具的编码识别方式
• 7.8 数控机床液压与气动装置
  • 7.8.1 数控机床液压及气压传动特点
    • 在同等功率的情况下，液压装置的体积小、重量小、结构紧凑
    • （2）数控机床厂液压装置工作平稳、惯性小、反应快
    • （3）数控机床厂液压传动能在运行过程中进行无级调速
    • （4）数控机床厂液压元件能自行润滑，使用寿命长
    • （5）因为液压元件已实现标准化、系列化和通用化
    • （6）液压装置与机械装置相比更易实现直线运动。
  • 7.8.2 数控机床液压及气压传动的历史
  • 7.8.3 数控机床液压及气压执行装置
    • 1）数控机床液压缸
    • 2）数控机床液压马达
  • 7.8.4 液压与气压传动系统在数控机床上的应用
    • 1．MJ-50 数控车床液压系统
    • 2．CK3225 数控车床的液压系统
    • 3．TH6350 卧式加工中心液压系统
    • 4．H400 型卧式加工中心气动系统