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第二章数控机床机械结构

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第二章 数控机床机械结构 n第一节 数控机床机械结构特点 n数控机床机械结构的组成 n(1)机床基础部件,如床身、立柱、工作台等; n(2)主传动系统; n(3)进给传动系统; n(4)实现某些辅助动作和辅助功能的系统和装置如液压 、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架 、自动换刀装置; n(5)工件实现回转、定位的装置及附件,如数控回转工 作台; n(6)特殊功能装置,如监控装置、加工过程图形显示、 精度检测等。 第一节 数控机床机械结构特点 n数控机床的结构应具有以下特点: n1.高刚度和高抗振性 n数控机床经常在高速和连续重载切削条件 下工作 n工作中应无变形和振动 第一节 数控机床机械结构特点 n2.高灵敏度 n导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨、 静压导轨等,以减少摩擦力,在低速运动 时无爬行现象 n由电动机驱动,经滚珠丝杠或静压丝杠带 动数控机床的工作台、刀架等部件的移动 n主轴既要在高刚度、高速下回转,又要有 高灵敏度,因而多数采用滚动轴承和静压 轴承 第一节 数控机床机械结构特 点 n3.热变形小 n机床的主轴、工作台、刀架等运动部件的发热 量要小,以防止产生热变形 n立柱一般采取双壁框式结构,在提高刚度的同 时使零件结构对称,防止因热变形而产生倾斜 偏移 n通常采用恒温冷却装置,减少主轴轴承在运转 中产生的热量。为减少电动机运转发热的影响 ,在电动机上安装有散热装置和热管消热装置 第一节 数控机床机械结构特 点 n4.高精度保持性 n防止使用中的变形和快速磨损外 n还要求采取一些工艺性措施,如淬火、 磨削导轨、粘贴抗磨塑料导轨等,以提 高运动部件的耐磨性 n5.高可靠性 n6.工艺复合化和功能集成化 第二节 数控机床主传动系统 n一、数控机床主传动系统的特点 n主轴部件的刚度、精度、抗振性和热 变形直接影响加工零件的精度和表面 质量。 n主运动的转速高低及范围、传递功率 大小和动力特性,决定了数控机床的 切削加工效率和加工工艺能力 第二节 数控机床主传动系统 n1.主轴转速高、调速范围宽并实现无 级调速 n能使数控机床进行大功率切削和高速 切削,实现高效率加工 n比同类型普通机床主轴最高转速高出 两倍左右 第二节 数控机床主传动系统 n2.主轴部件具有较大的刚度和较高的 精度 n一次装夹要完成全部或绝大部分切削 加工,包括粗加工和精加工 n为提高效率的强力切削 n在加工过程中机床是在程序控制下自 动运行的,更需要主轴部件刚度和精 度有较大裕量,从而保证数控机床使 用过程中的可靠性 第二节 数控机床主传动系统 n3.良好的抗振性和热稳定性 n主轴部件要有较高的固有频 率,较好的动平衡,且要保 持合适的配合间隙,并要进 行循环润滑 第二节 数控机床主传动系统 n4.为实现刀具的快速或自 动装卸,数控机床主轴具有 特有的刀具安装结构 n主轴上设计有刀具自动装卸 、主轴定向停止和主轴孔内 的切屑清除装置。 第二节 数控机床主传动系统 n二、数控机床主轴的传动方式 n1.齿轮传动方式 n大、中型数控机床多采用此方式。它通 过几对齿轮降速,确保低速时的扭矩, 以满足主轴输出扭矩特性的要求。 n有一部分小型数控机床也采用这种传动 方式,以获得强力切削时所需要的扭矩 。 第二节 数控机床主传动系统 n2。带传动方式 n带传动主要应用在小型数控机床上,可克 服齿轮传动时引起振动和噪声的缺点,但 它只能适用于低扭矩特性要求 n数控机床上应用的多楔带又称复合三角带 能够满足主传动要求的高速、大转矩和不 打滑的要求。多楔带安装时需较大的张紧 力,使得主轴和电动机承受较大的径向负 载,这是多楔带的一大缺点 第二节 数控机床主传动系统 n同步齿形带传动。它是综合了带、链传动优点 的新型传动方式 n (1)传动效率高,可达98%以上。 n (2)无滑动,传动比准确。 n (3)传动平稳,噪声小。 n (4)使用范围较广,速度可达50m/s,速比可 达10左右,传递功率由几瓦至数千瓦。 n (5)维修保养方便,不需要润滑。 n (6)安装时中心距要求严格,带与带轮制造工 艺较复杂,成本高 第二节 数控机床主传动系统 n 3.调速电动机直接驱动主轴传动 方式 n电动机直接带动主轴运动,简化了 主轴箱体与主轴的结构,有效地提 高了主轴部件的刚度,但主轴输出 扭矩小,电动机发热对主轴的精度 影响较大 第一节 数控机床机械结构特点 第二节 数控机床主传动系统 n内装电动机主轴,即主轴与电动机转 子合为一体 n其优点是主轴部件结构紧凑、惯性小 、重量轻,可提高启动、停止的响应 特性,有利于控制振动和噪声; n缺点是电动机运转产生的热量使主轴 产生热变形 第二节 数控机床主传动系统 n三、主轴组件 n主轴 n主轴支承 n装在主轴上的传动件 n密封件等 第二节 数控机床主传动系统 n(一)数控机床的主轴支承 n1。主轴轴承类型 n (1)滚动轴承 n摩擦系数小,能够预紧,润滑维护简单 ,并且在一定的转速范围和载荷变动范 围内能稳定地工作等特点 n它噪声大,滚动体数目有限,刚度变化 大,抗振性差,并且限制转速 第二节 数控机床主传动系统 n一般数控机床的主轴轴承 可以使用滚动轴承,特别 是立式主轴和装在套筒内 能作轴向移动的主轴 n为了适应主轴高速发展的 要求,滚动轴承的滚珠可 采用陶瓷滚珠 第二节 数控机床主传动系统 n(2)滑动轴承 n静压滑动轴承的油膜压强由液压缸从外 界供给,与主轴转速的高低无关,承载 能力不随转速而变化,而且无磨损,启 动和运转时摩擦力矩相同。所以静压轴 承的回转精度高,刚度大。 n但静压轴承需要一套液压装置,成本较 高,污染大 第二节 数控机床主传动系统 n2.主轴轴承的配置 n(1)图2—6a所示的结构配置形式是现代 数控机床主轴结构中刚性最好的一种。 它使主轴的综合刚度得到大幅度提高, 可以满足强力切削的要求,所以目前各 类数控机床的主轴普遍采用这种配置形 式 第二节 数控机床主传动系统 n (2)前支承采用3个超精密级角接触 球轴承组合方式,具有较好的高速 性能 n后支承结构有采用2个角接触球轴 承支承的,见图2—6b, n也有用一个圆柱滚子轴承支承的, 吸收热膨胀量的能力,适用于高速 、轻载和精密的数控机床主轴 第二节 数控机床主传动系统 n (3)圆锥滚子轴承,见图2—6c。这种轴 承径向和轴向刚度高,能承受重载荷, 尤其能承受较大的动载荷,安装与调整 性能好 n但是这种轴承配置方式限制了主轴的最 高转速和精度 n所以仅适用于中等精度、低速与重载的 数控机床主轴 第二节 数控机床主传动系统 n3.主轴轴承的装配 n采用选配定向法进行装配可提高主轴组件 的精度 n尽可能使主轴支承孔与主轴轴颈的偏心量 和轴承内圈与滚道的偏心量接近,并使其 方向相反 n在维修机床拆装主轴轴承时,因原生产厂 家已调整好轴承的偏心位置,所以要在拆 卸前做好周向位置记号 第二节 数控机床主传动系统 n4.滚动轴承的间隙与预紧 n将滚动轴承进行适当预紧,使滚动体 与内外圈滚道在接触处产生预变形, 使受载后承载的滚动体数量增多,受 力趋向均匀,从而提高承载能力和刚 度,有利于减少主轴回转轴线的漂移 ,提高旋转精度 第二节 数控机床主传动系统 n若过盈量太大,轴承磨 损加剧,承载能力将显 著下降 n主轴组件必须具备轴承 间隙的调整结构。 第二节 数控机床主传动系统 n(二)主轴准停功能 n每次机械手自动装取刀具时,必须保证刀柄上 的键槽对准主轴的端面键 n为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准 停装置或称主轴定向装置 n在加工精密的坐标孔时,由于每次都能在主轴 的固定圆周位置换刀,故能保证刀尖与主轴相 对位置的一致性,从而减少被加工孔的尺寸分 散度 第二节 数控机床主传动系统 n传统的做法是采用机械挡块等来定向。 而现代的数控机床一般都采用电气式主 轴定向 第二节 数控机床主传动系统 n (三)主轴上刀具自动夹紧和切屑清除 第三节 数控机床主传动系统 应用 n1.主传动系统 n伺服电动机驱动,经1:1的带传动带动 主轴旋转,使主轴在24—2 400 r/min 的转速范围内实现无级调速 n改变电动机旋转方向,可以得到相应的 主轴正、反转,主轴停车由电动机制动 实现 n螺纹切削和主轴 n每转进给量通过主轴脉冲编码器来实现 第三节 数控机床主传动系统 应用 n2.主轴结构 n主轴有前后两个支承:前支承采 n用预加负荷的超精密级角接触球 轴承组成,三个一组 n其中两个轴承用来承受向后的推 力,另一个用于承受向前的推力 第三节 数控机床主传动系统 应用 n主轴的后支承采用圆柱滚子轴承,用来 承受较大的径向载荷。 n前支承形式为前端定位,主轴受热膨胀 向后伸长。 n前后支承所用轴承的支承刚性好,前支 承中的角接触球轴承能承受较大的轴向 载荷,且允许的极限转速高。 n主轴所采用的支承结构适宜高速重载的 需要 第三节 数控机床主传动系统 应用 n二、JCS—018A加工中心主传动系统 及主轴箱结构 n1.主运动传动系统 n主轴电动机在45-4 500r/min转速范 围通过一对1:2同步带轮将运动传给 主轴 第三节 数控机床主传动系统 应用 n2.主轴箱结构 n (1)主轴结构 n主轴的前支承4配置了三个高精度的角接触球轴承 ,用以承受径向载荷和轴向载荷。 n前两个轴承大口朝下,后面一个轴承大口朝上。 n前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母5来调整。 n后支承6为一对小口相对应的角接触球轴承,它们 只承受径向载荷,因此轴承外圈不需要定位。 第三节 数控机床主传动系统 应用 n(2)刀具的自动 夹紧机构 n(3)主轴准停装 置 第四节 数控机床进给传动系统 n一、数控机床对进给传动系统的要 求 n进给传动系统承担了数控机床各直 线坐标轴、回转坐标轴的定位和切 削进给 n进给系统的传动精度、灵敏度和稳 定性直接影响被加工件的最后轮廓 精度和加工精度 第四节 数控机床进给传动系统 n进给系统中的传动装置和元件要求: n长寿命 n高刚度. n无传动间隙 n高灵敏度 n低摩擦阻力 第四节 数控机床进给传动系统 n采用滚动导轨、静压导轨 n广泛应用滚珠丝杠螺母副 n各种机械部件首先保证它们的加工精 度,其次采用合理的预紧来消除轴向 传动间隙 n在进给系统反向运动时仍然由数控装 置发出脉冲指令进行自动补偿 第四节 数控机床进给传动系统 n数控机床进给传动系统的主要机电部件有 n伺服电动机 n检测元件 n联轴节 n减速机构(齿轮副和带轮) n滚珠丝杠螺母副(或齿轮齿条副) n丝杠轴承 n运动部件(工作台、导轨、主轴箱、滑座、横梁 和立柱)等 第四节 数控机床进给传动系统 第四节 数控机床进给传动系统 n二、导轨 n数控机床对于导轨有着更高的要求: n如高速进给时不振动 n低速进给时不爬行 n有高的灵敏度 n能在重载下长期连续工作 n耐磨性好,精度保持性好 第四节 数控机床进给传动系统 n与支承件连成一体固定不动 的导轨称为支承导轨 n与运动部件连成一体的导轨 称为动导轨 第四节 数控机床进给传动系统 n(一)导轨的类型和要求 n1.导轨的类型 n按运动部件的运动轨迹分: n直线运动导轨和圆周运动导轨 n按导轨接合面的摩擦性分: n滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。 第四节 数控机床进给传动系统 n滑动导轨分: n普通滑动导轨---金属与金属相摩擦,摩 擦系数大,一般在普通机床上 n塑料滑动导轨--塑料与金属相摩擦,导 轨的滑动性好,在数控机床上广泛采用 n静压导轨根据介质的不同又可分为液压 导轨和气压导轨 第四节 数控机床进给传动系统 n2.导轨的要求 n(1)高的导向精度 n(2)良好的耐磨性 n(3)足够的刚度 n(4)具有低速运动的平稳性--运动部件在 导轨上低速移动时,不应发生“爬行” 的现象 第四节 数控机床进给传动系统 n(二)滑动导轨 n1.滑动导轨的结构 n矩形导轨承载能力大,制 造简单,水平方向和垂直 方向上的位置精度互不相 关。侧面间隙不能自动补 偿,必须设置间隙调整机 构 第四节 数控机床进给传动系统 n三角形导轨的三角 形截面有两个导向 面,同时控制垂直 方向和水平方向的 导向精度。这种导 轨在载荷的作用下 能自行补偿而消除 间隙,导向精度较 其他导轨高 第四节 数控机床进给传动系统 n燕尾槽导轨的 高度值最小, 能承受颠覆力 矩,摩擦阻力 也较大 第四节 数控机床进给传动系统 n圆柱形导轨 制造容易, 磨损后调整 间隙较困难 第四节 数控机床进给传动系统 n导轨的截面形状有凸形(上图)和凹形(下 图)两类。 n凹形导轨容易存油,但也容易积存切屑 和尘粒,因此适用于防护良好的环境。 n凸形导轨需要良好的润滑条件 第四节 数控机床进给传动系统 n数控机床上滑动导轨的形 状主要为: n三角形一矩形式 n矩形一矩形式 第四节 数控机床进给传动系统 n2.滑动导轨的材料 n导轨材料主要有: n铸铁、钢、塑料以及有色金属 n目前常采用的一种导轨 n材料为金属和塑料的滑动导轨,称为塑 料导轨(贴塑导轨)其形式主要有塑料导轨 板和塑料导轨软带两种 第四节 数控机床进给传动系统 n塑料导轨(贴塑导轨) 特点: n刚度好 n动、静摩擦系数差值小 n耐磨性好,使用寿命为普通铸铁导轨的8— 10倍 n无爬行 n减振性好 第四节 数控机床进给传动系统 n (三)滚动导轨 n 滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动 件,使两导轨面之间形成滚动摩擦 n低速运动平稳性好,移动精度和定位精 度高。 n滚动导轨的抗振性比滑动导轨差,结构 复杂,对脏物也较为敏感,需要良好的 防护 第四节 数控机床进给传动系统 n 1.直线滚动导轨 n直线滚动导轨又称单元直线滚动导 轨,它主要由导轨体、滑块、滚珠 、保持架、端盖等组成 n导轨体固定在不动部件上,滑块固 定在运动部件上 第四节 数控机床进给传动系统 n直线滚动导轨除导向外还能承受颠 覆力矩,它具有制造精度高,可高 速运行,并能长时间保持高精度的 优点。 n另外,通过预加负载可提高其刚性 ,且具有自调的能力,安装基面的 许用误差大 第四节 数控机床进给传动系统 n2.滚动导轨块 n用滚动体进行循环运动,滚动体 为滚珠或滚柱,承载能力和刚度 都比直线滚动导轨高,但摩擦系 数略大。 n它多用于中等载荷的导轨 第四节 数控机床进给传动系统 n(四)液体静压导轨 n液体静压导轨(简称静压导轨)是机床上经 常使用的一种液压导轨。静压导轨通常 在两个相对运动的导轨面间通人压力油 ,使运动件浮起。 第四节 数控机床进给传动系统 n在工作过程中,导轨面上油腔中的 油压能随外加负载的变化自动调节 ,保证导轨面间始终处于纯液体摩 擦状态 n摩擦系数极小,功率消耗少。这种 导轨不会磨损,因而导轨的精度保 持性好,寿命长 n制造成本较高。目前静压导轨一般 应用在大型、重型数控机床上 第四节 数控机床进给传动系统 n静压导轨分类: n1.按导轨的形式可分为开式和闭 式两种,数控机床上常采用闭式 静压导轨。 n2.按供油方式又可分为恒压(即 定压)供油和恒流(即定量)供油两 种。 第四节 数控机床进给传动系统 n(五)导轨的润滑与防护 n 导轨润滑的目的: n减少摩擦阻力和摩擦磨损, 避免低速爬行,降低高速时 的温升 第四节 数控机床进给传动系统 n一般常用压力循环润滑和定时定量 润滑两种方式 n数控机床上滑动导轨的润滑主要采 用压力润滑。 第四节 数控机床进给传动系统 n导轨的防护是防止或减少导轨副磨 损,延长导轨寿命的重要方法之一 。 n防护装置有刮板式、卷帘式和伸缩 式等 n数控机床上大多采用伸缩式防护罩 。 n三、滚珠丝杠螺母副 n(一)滚珠丝杠螺母副的特点 n1.摩擦损失小,传动效率高 n2.传动灵敏,运动平稳,低速时无 爬行 n3.使用寿命长 n4.轴向刚度高 n5.具有传动的可逆性 n6.不能实现自锁 n7.制造工艺复杂,成本高 第四节 数控机床进给传动系统 n钢珠每一个循环闭路称为列。 n每个滚珠循环闭路内所含导程数称 为圈数。 n内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列 、3列、4列、5列等几种,每列只有 一圈。 n外循环每列有1。5圈,2.5圈,3. 5圈等几种,剩下的半圈作回珠用。 n工作原理是: 第四节 数控机床进给传动系统 n (二)滚珠丝杠螺母副间隙的调整 n轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相 对转动时,丝杠和螺母之间的最大 轴向窜动量。 n除了结构本身所有的游隙之外,还 包括施加轴向载荷后产生弹性变形 所造成的轴向窜动量 第四节 数控机床进给传动系统 n预紧是指它在过盈的条件下工作, 把弹性变形量控制在最小限度 n用双螺母加预紧力消除轴向间隙时 ,必须注意: n1预紧力也不宜过大 、过小 n2要特别减小丝杠安装部分和驱动部 分的间隙。 第四节 数控机床进给传动系统 n常用的双螺母消除轴向间隙的结构 形式: n垫片预紧方式 n螺纹预紧方式 n齿差预紧方式等。 第四节 数控机床进给传动系统 n通过调整垫片的厚度 使左、右螺母产生轴 向位移,就可达到消 除间隙和产生预紧力 的作用 n简单、刚性好、装卸 方便、可靠 n调整困难 ,调整精 度不高 第四节 数控机床进给传动系统 n用键限制螺母在螺母 座内的转动。调整时 ,拧动圆螺母将螺母 沿轴向移动一定距离 ,在消除间隙之后用 圆螺母将其锁紧。 n简单紧凑,调整方便 ,但调整精度较差, 且易于松动 第四节 数控机床进给传动系统 n螺母1和2的凸缘上各制 有一个圆柱外齿轮,两 个齿轮的齿数相差一个 齿,两个内齿圈3和4与 外齿轮齿数分别相同, 并用预紧螺钉和销钉固 定在螺母座的两端。调 整时先将内齿圈取下, 根据间隙的大小调整两 个螺母1、2分别向相同 的方向转过一个或多个 齿,使两个螺母在轴向 移近了相应的距离达到 调整间隙和预紧的目地 。 第四节 数控机床进给传动系统 n(三)滚珠丝杠螺母副的结构形式 n 按螺旋滚道法向截面形状分单圆弧型和 双圆弧型; n按滚珠循环方式分内循环式和外循环式; n按消除轴向间隙和调整预紧方式的不同分 为垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预 紧方式三种; n按用途分为定位滚珠丝杠副(P类)、传动滚 珠丝杠副(T类)两类。 n数控机床进给运动采用P类。 第四节 数控机床进给传动系统 n 1.单圆弧型 n滚道半径R稍大于滚珠半径rb ,接触角β随初 始间隙和轴向载荷大小而变化。当β增大后 ,轴向刚度、传动效率随之增大。为保证β =45˚,必须严格控制径向间隙 n为消除轴向间隙和调整预紧,必须采用双 螺母结构 第四节 数控机床进给传动系统 n 2.双圆弧型 n滚道由半径R稍大于滚珠半径rb的对称双 圆弧组成。理论上轴向和径向间隙为零 ,接触角β=45˚是恒定的。 n消除轴向间隙和调整预紧,不仅可以采 用双螺母结构,也可以采用增大滚珠直 径的单螺母结构 第四节 数控机床进给传动系统 n(四)滚珠丝杠螺母副的主要参数及代号 n1。滚珠丝杠螺母副的主要参数 n (1)公称直径dm n即滚珠丝杠的名义直径。滚珠与螺纹滚道在理 论接触角状态时,包络滚珠球心的圆柱直径是 滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。 n名义直径与承载能力有直接关系,dm越大,承 载能力和刚度越大 第四节 数控机床进给传动系统 n(2)公称导程 n公称导程是丝杠相对于螺母旋转一圈 时,螺母上基准点的轴向位移 n导程的大小是根据机床的加工精度要 求确定的。 n导程过小势必使滚珠直径变小,滚珠 丝杠螺母副的承载能力亦随之减小 第四节 数控机床进给传动系统 n2.精度等级 n滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要 求分为7个精度等级 n1级精度最高,其余依次逐级递减 n数控机床和精密机械可选用2、3级 精度 第四节 数控机床进给传动系统 n3.滚珠丝杠螺母副代号的 标注 n采用汉语拼音字母、数字 及汉字结合标注法 第四节 数控机床进给传动系统 n例如CDM6012—3.5—P4 nC表示外循环插管式, nD表示垫片预紧 nM表示回珠管埋入式 n公称直径为60 mm,导程为12mm,螺 纹旋向为右旋,负荷钢球圈数为3.5圈 ,定位滚珠丝杠,精度等级为4级。 第四节 数控机床进给传动系统 n (五)滚珠丝杠螺母副的支 承 n 滚珠丝杠主要承受轴向载 荷,它的径向载荷主要是 卧式丝杠的自重 第四节 数控机床进给传动系统 n图a所示是一端固定一端自由的支承 形式。其特点是结构简单,轴向刚 度低,适用于短丝杠及垂直布置丝 杠 n一般用于数控机床的调整环节和升 降台式数控铣床的垂直坐标轴 n图b所示是一端固定一端浮动的支承形式, 丝杠轴向刚度与图a形式相同,丝杠受热后 有膨胀伸长的余地,需保证螺母与两支承 同轴。这种形式的配置结构较复杂,工艺较 困难,适用于较长丝杠或卧式丝杠 n图c所示是两端固定的支承形式,丝杠的 轴向刚度约为一端固定形式的4倍,可预 拉伸,这样既可对滚珠丝杠施加预紧力 ,又可使丝杠受热变形得到补偿,保持 恒定预紧力,但结构工艺都较复杂 n适用于长丝杠。 第四节 数控机床进给传动系统 n(六)滚珠丝杠螺母副的密封与润滑 n1.密封 n通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防 护套密封 n密封圈有接触式和非接触式两种,装 在滚珠螺母的两端。 n防护套可防止尘土及杂质进入滚珠丝 杠 ,一端连接在滚珠螺母的端面,另 一端固定在滚珠丝杠的支承座上 第四节 数控机床进给传动系统 n2.润滑 n常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两 类。 n润滑脂一般在安装过程中放进滚珠 螺母的滚道内,定期润滑。 n使用润滑油时应注意要经常通过注 油孔注油。 第四节数控机床进给传动系统 (七)滚珠丝杠螺母副的选择方法 n1.滚珠丝杠螺母副结构的选择 n允许间隙存在(如垂直运动)时,可选用具 有单圆弧型螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副 ; n如果必须有预紧,并在使用过程中因磨损 而需要定期调整时,应采用双螺母螺纹预 紧或齿差预紧式结构; n当具备良好的防尘条件,只需在装配时调 整间隙及预紧力时,可采用结构简单的双 螺母垫片调整预紧式结构 第四节数控机床进给传动系统 (七)滚珠丝杠螺母副的选择方法 n2.滚珠丝杠螺母副结构尺寸的选择 n公称直径应根据轴向最大工作载荷 ,按滚珠丝杠副的尺寸系列选择。 n在允许的情况下螺纹长度要尽量短 。 n导程(或螺距)应按承载能力、传动精 度及传动速度选取。 第四节数控机床进给传动系统 (七)滚珠丝杠螺母副的选择方法 n3.滚珠丝杠螺母副的选择步骤 n(1)最大的工作载荷。 n(2)最大动载荷。对于静态或低速运转 的滚珠丝杠,还需考虑最大静载荷是 否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷 。 n(3)刚度的验算。 n(4)压杆稳定性核算。 第四节数控机床进给传动系统 (七)滚珠丝杠螺母副的选择方法 n四、传动齿轮间隙消除机 构 n(一)直齿圆柱齿轮传动间 隙的调整 n1.偏心套调整 n只能补偿齿厚误差与中心 距误差引起的齿侧间隙, n不能补偿偏心误差引起的 齿侧间隙。 第四节 数控机床进给传动系统 n2.垫片调整 n调整两齿轮在 轴向的相对位 置即可达到消 除齿侧间隙的 目的 第四节 数控机床进给传动系统 n上述两种方法的特点尽管 结构比较简单,传动刚度 好,能传递较大的动力, 但齿轮磨损后齿侧间隙不 能自动补偿 第四节 数控机床进给传动系统 n3.双齿轮错齿调整 n这种调整法结构较 复杂,传动刚度低 ,不宜传递大扭矩 ,对齿轮的齿厚和 齿距要求较低,可 始终保持啮合无间 隙,尤其适用于检 测装置 第四节 数控机床进给传动系统 n(二)斜齿圆柱齿 轮传动间隙的消 除 n1.轴向垫片调整 第四节 数控机床进给传动系统 n2.轴向压簧调整 n这种结构具有轴向 尺寸过大,结构不 紧凑,但可以自动 补偿间隙的特点, 多用于负载小,要 求自动补偿间隙的 场合 n三)锥齿轮 传动间隙 的消除 n1,周向压 簧调整 n2.轴向压簧 调整 n锥齿轮在弹 力作用下沿 轴向移动, 从而达到消 除齿侧间隙 的目的 第四节 数控机床进给传动系统 n五、回转进给系统 n分度工作台只是将工件分度转位 ,实现分别加工工件的各个表面 的目的 n数控回转工作台除了分度和转位 的功能之外,还能实现圆周进给 运动 第四节 数控机床进给传动系统 n 1.分度工作台 n分度工作台是按照数控系统的指令, 在需要分度时工作台连同工件按规定 的角度回转,有时也可采用手动分度 n只能够完成分度运动而不能实现圆周 运动 n只能完成一定的回转度数 第四节 数控机床进给传动系统 n鼠齿盘式分度工作台具有刚性好 、承载能力强、重复定位精度高 、分度精度高、能自动定心、结 构简单等特点。 n鼠齿盘制造精度要求高,它分度 的度数只能是鼠齿盘齿数的整数 倍。 第四节 数控机床进给传动系统 n2.数控回转工作台 n为消除累积误差,数控回转工作台 设有零点 n数控回转工作台可作任意角度的回 转和分度,因此能够达到较高的分 度精度。 第五节 数控机床进给传动系统应 用 n一、MJ-50数控车床进给传动系统 n(一)特点 n数控车床的进给运动是把伺服电动 机的旋转运动转化为刀架和滑板x、 z轴的直线x运动,而且对移动精度 要求很高 n刀架或滑板的快速移动和进给运动 均为同一传动路线。 第五节 数控机床进给传动系统应 用 n(二)X轴进给系统传动装置 二、JCS-018A加工中心机床进给传动系统 及传动装置 n调速直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠旋转 第六节自动换刀装置 n为完成对工件的多工序加工而设置的存 储及更换刀具的装置称为自动换刀装置 (Automatictoolchanger,ATC) n自动换刀装置应当满足的基本要求为: n (1)刀具换刀时间短且换刀可靠 n (2)刀具重复定位精度高; n (3)足够的刀具储存量; n (4)刀库占地面积小。 第六节自动换刀装置 n一、自动换刀装置的形式 n根据其组成结构可分为 n回转刀架式 n转塔式、 n带刀库式 第六节自动换刀装置 n(一)回转刀架自动换刀装置 n刀架可设计为四方形、六角形或其 他形式 n回转刀架在结构上必须有良好的强 度和刚性,以及合理的定位结构, 以保证回转刀架在每一次转位之后 具有尽可能高的重复定位精度。 第六节自动换刀装置 nCK7815型数控车床采用BA200L 刀架 n其工作循环是:刀架接收数控装 置的指令一松开一转到指令要求 的位置一夹紧一发出转位结束的 信号 第六节自动换刀装置 n(二)转塔式自动换刀装置 n主轴头通常有卧式和立式两 种 n常用转塔的转位来更换主轴 头以实现自动换刀。 第六节自动换刀装置 n转塔式换刀装置的主要优点是省去 了自动松夹、卸刀装刀、夹紧以及 刀具搬运等一系列复杂的操作,减 少了换刀时间,提高了换刀的可靠 性。 n主轴部件的刚性差且主轴的数目不 可能太多 第六节自动换刀装置 n(三)带刀库的自动换刀装置 n带刀库的自动换刀装置的数控机 床主轴箱和转塔主轴头相比较, 主轴部件有足够刚度,因而能够 满足各种精密加工的要求。 第六节自动换刀装置 n刀具的交换方式通常分为两种 : n机械手交换刀具 n由刀库与机床主轴的相对运动 实现刀具交换即无机械手交换 刀具 第六节自动换刀装置 n 1.无机械手交换刀具方式 n结构简单,成本低,换刀的 可靠性较高 n刀库因结构所限容量不多。 这种换刀系统多为中、小型 加工中心采用 第六节自动换刀装置 n2.带机械手交换刀具方式 n机械手是当主轴上的刀具完成一个 工步后,把这一工步的刀具送回刀 库,并把下一工步所需要的刀具从 刀库中取出来装入主轴继续进行加 工的功能部件 第六节自动换刀装置 n二、刀库 n 1.刀库的类型 n 按刀库的结构形式可分为: n圆盘式刀库 n链式刀库 n箱型式刀库---箱型和线型 第六节自动换刀装置 n按设置部位的不同,刀库可以分 为顶置式、侧置式、悬挂式和落 地式等多种类型。 n按交换刀具还是交换主轴,刀库 可分为普通刀库(简称刀库)和主轴 箱刀库。 第六节自动换刀装置 n2.刀库的容量 n4把铣刀可完成工件95%左右的铣削 工艺 n10把孔加工刀具可完成70%的钻削 工艺 n因此14把刀的容量就可完成70%以 上工件的钻铣工艺 第六节自动换刀装置 n配有14—40把刀具的刀 库就能够满足70%-95 %工件的加工需要。 第六节自动换刀装置 n3.刀库的选刀方式 n加工中心刀库使用的选刀方式: n顺序选刀 n任意选刀 第六节自动换刀装置 n顺序选刀是在加工之前,将加工零 件所需刀具按照工艺要求依次插入 刀库的刀套中,顺序不能有差错。 加工时按顺序调刀。 n适合加工批量较大、工件品种数量 较少的中、小型自动换刀装置。 第六节自动换刀装置 n任选刀具的换刀方式有: n刀套编码 n刀具编码 n记忆等方式。 第六节自动换刀装置 n刀具编码或刀套编码都需要在刀具 或刀套安装用于识别的编码条 第六节自动换刀装置 n刀库选刀方式一般采用就近移动原 则,即无论采取哪种选刀方式,在 根据程序指令把下工序要用的刀具 移到换刀位置时,都要向距离换刀 最近的方向移动,以节省选刀时间 。 第六节自动换刀装置 nJCS—018A加工中心的自动换刀装置。 n 1.自动换刀工作过程 第六节自动换刀装置 n2.机械手传动过程 n它的手臂的回转动作通过活塞带 动齿条齿轮传动来实现,并且活 塞的可调行程来保证机械手臂的 不同回转角度。 n3 . 刀 库 结 构 第七节辅组装置 n一、数控机床的液压和气动系统 n1.数控机床中液压和气动装置的功能 n(1)自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和 摆动以及刀具的松开和拉紧动作。 n (2)主轴的自动松开、夹紧。 n (3)机床运动部件的制动和离合器的控制,齿轮的拨 叉挂挡等。 n (4)机床的润滑、冷却,防护罩、门的自动开关。 n (5)工作台的松开夹紧,交换工作台的自动交换动作 等。 n (6)机床运动部件的平衡。如机床主轴箱的重力平衡 、刀库机械手的平衡等。 第七节辅组装置 n2 . 数 控 机 床 中 的 液 压 装 置 第七节辅组装置 n二、排屑装置 n1.排屑装置在数控机床中的作用 n排屑装置的主要作用是将切屑从加 工区域排出到数控机床之外。 n切屑中往往混合着切削液,排屑装 置必须将切屑从其中分离出来,送 人切屑收集箱或小车里,而将切削 液回收到冷却液箱。 第七节辅组装置 n2.排屑装置的种类 n(1)平板链式排屑装置 n(2)刮板式排屑装置 n(3)螺旋式排屑装置
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