第5章数控机床的机械结构.ppt
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1、数 控 机 床,1,第5章 数控机床的机械结构,数 控 机 床,2,上一章详细讨论进给伺服系统的软件硬件结构;进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。,数 控 机 床,3,内容提要 本章将讨论数控机床的主运动系统、进给系统机械结构、运动传动机构以及典型部件等的功能、实现方法和安装调试方法。,数 控 机 床,4,5.1 数控机床的主运动结构 5.2 进给系统的机械传动结构 5.3 数控机床的刀具交换装置 5.4 数控机床的布局,数 控 机 床,5,5.1 数控机床的主运动结构,数 控 机 床,6,1、定义、功用、组成 定义: 主运动系统:指驱动主轴运动的系统。 主轴:指带动刀具和工件旋转,产生切削
2、运 动且消耗功率最大的运动轴。,5.1.1 概述,数 控 机 床,7,功用: 传递动力:传递切削加工所需要的动力 传递运动:传递切削加工所需要的运动 运动控制:控制主运动的大小方向开停 组成: 动力源:电机 传动系统:定比传动机构、变速装置 运动控制装置:离合器、制动器等 执行件:主轴,数 控 机 床,8,动力功率高 由于日益增长的对高效率要求,加之刀具材料和技术的进步,大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。 一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw250kw之间。,2、 对主传动系统要求,数 控 机 床,9,调速范围宽 调速范围:有恒扭矩、恒功率调速范围之分。现在,数控机床的主
3、轴的调速范围一般在: 10010000,且能无级调速。 要求恒功率调速范围尽可能大,以便在尽可能低的速度下,利用其全功率。 变速范围负载波动时,速度应稳定。,数 控 机 床,10,控制功能的多样化 同步控制功能:NC车床车螺纹用; 主轴准停功能:加工中心自动换刀、 NC车床车 螺纹用; 恒线速切削功能:NC车床和NC磨床在进行端面加工时,为了保证端面加工的粗糙度要求,要求接触点处的线速度为恒值; C轴控制功能:车削中心。,数 控 机 床,11,性能要求高 电机过载能力强。要求有较长时间(130min)和较大倍数的过载能力 在断续负载下,电机转速波动要小。 速度响应要快,升降速时间要短。 电机温
4、升低,振动和噪音小。 可靠性高,寿命长,维护容易。 体积小,重量轻,与机床联接容易。,数 控 机 床,12,3、主运动变速系统的参数 运动参数:主运动速度有关的参数:变速范围、转速等。 动力参数:电机功率、扭矩。,动力参数 主运动的功率 N=Nc/ (kw),数 控 机 床,13,主运动的调速范围 主轴的调速范围是指主轴变速能力:,通常数控机床的都较普通机床要高,R n:10010000,数 控 机 床,14,1.普通电机机械变速系统主轴部件,特点:能够满足各种切削运动转矩输出的要求,但变速范围不大,由于是有级变速使切削速度的选择受到限制,而且该配置的结构较复杂,所以现在仅有少数经济型数控机床
5、采用该配置,其它已很少采用。,5.1.2 主运动的配置形式和驱动电机,数 控 机 床,15,2. 变频器交流电机12机械变速主轴部件,这种配置的结构简单、安装调试方便,且在传动上能满足转速与转矩的输出要求,但其调速范围及特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。 主要用于经济型或中低档数控机床上。,数 控 机 床,16,3. 交、直主轴电机 主轴部件,这种配置形式同上面一样,但电机是性能更好交直流主轴电机,其变速范围宽,最高转速可达8000 r/min,且控制功能丰富,可满足中高档数控机床的控制要求,数 控 机 床,17,4. 电主轴 电主轴又称内装式主轴电机,即主轴与电机转子合为一体,其优
6、点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小,可提高启动、停止的响应特性,利于控制振动和噪声。转速高,目前最高可达200000 r/min。其缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴,因此,主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式电机主轴的关键问题,数 控 机 床,18,车床用电主轴,铣床用电主轴,数 控 机 床,19,5.1.3 主轴部件,1、概述 功用: 夹持工件或刀具实现切削运动; 传递运动及切削加工所需要的动力。 组成: 主轴、支承、传动零件、装夹刀具或工件的附件及辅助零部件。,数 控 机 床,20,要求: 主轴的精度要高。包括运动精度(回转精度、轴向串动)、和安装刀具或夹持工件的夹具
7、的定位精度(轴向、径向)。 部件的结构刚度和抗振性好。 较低的运转温升以及较好的热稳定性。 部件的耐磨性和精度保持性好。 自动可靠的装夹刀具或工件,数 控 机 床,21,对数控机床除上述要求外,还应有:(在机械结构方面) 刀具的自动夹紧装置 主轴的准停装置 主轴孔的清理装置等,数 控 机 床,22,主轴部件的结构 主轴端部的结构形式 端部用于安装刀具或夹持工件的夹具,因此,要保证刀具或夹具定位(轴向、定心)准确,装夹可靠、牢固,而且装卸方便。 目前,主轴的端部形状已标准化。,数 控 机 床,23,数 控 机 床,24,5.2 进给系统的机械传动结构,数 控 机 床,25,1、进给系统的功用 协
8、助完成加工表面的成形运动,传递所需的运动及动力。,5.2.1 进给系统机械传动结构概述,数 控 机 床,26,2、进给系统机械部分的组成 传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件(工作台) 传动机构: 齿轮传动、同步带传动 运动变换:丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等 导向机构:导轨(滑动导轨、滚动导轨、静压导轨),数 控 机 床,27,数 控 机 床,28,3、主要要求 (1)减小摩擦力 采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨. (2)提高传动精度和刚度 消除传动间隙,增加传动系统刚度. (3)减小运动惯量 快速响应.减小运动部件质量.,数 控 机 床,29,5.2.2 回转工作台,
9、1、定义与分类 定义:实现周向进给和分度运动工作台 分类: 分度工作台: 实现工作台的定角度回转运动,即分度、转位和定位工作。 数控回转工作台: 除了分度和转位的功能之外,还能实现数控圆周进给运动。,数 控 机 床,30,分类:按定位元件分 插销定位; 反靠定位; 齿盘定位; 钢球定位。,2、分度工作台,工作原理: 按照控制系统的指令自动地进行,每次转位回转一定的角度,如( 1、5、10、15、30、45、90、180)。,数 控 机 床,31,3、数控回转工作台,(1)工作原理: 实现圆周进给运动的工作台-数控回转工作台(数控转台) (2)功能: 除了可以实现圆周进给运动之外,还可以完成分度
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- 数控机床 机械 结构
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