第七章 數控機床的機械結構與裝置

主要內容數控機床機械結構的主要特點和一般要求數控機床布局數控機床的主傳動系統進給傳動系統導軌的結構其它輔助裝置第七章數控機床的機械結構與裝置CNC主要內容主傳動系統進給傳動系統自動換刀裝置自動托盤交換裝置機床基礎件第七章數控機床的機械結構與裝置CNC第七章數控機床的機械結構與裝置CNC數控機床的機械結構包括：機床的床身、立柱、導軌、主軸部件、進給系統、工作臺、刀架和刀庫、自動換刀裝置及其他輔助裝置。機械結構的主要特點:1)結構簡單、操作方便、自動化程度高2)廣泛采用高效、無間隙傳動裝置

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述3)具有適應無人化、柔性化加工的特殊部件4)對機械結構、零部件要求高（剛度、功率、精度等）對機械結構的基本要求:較高的靜、動剛度和良好的抗振性良好的熱穩定性（熱變形補償)較高的運動精度和低速穩定性良好的操作、安全防護措施第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述1.數控機床應具有更高的靜、動剛度

（1）提高靜剛度的措施

1）基礎大件采用封閉整體箱形結構

2）合理布置加強筋

3）提高部件之間的接觸剛度。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述封閉整體箱形結構第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述縱向隔板——主要提高抗彎剛度橫向隔板——主要提高抗扭剛度斜向隔板——兼有提高抗彎剛度、抗扭剛度的效果第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述（2）提高動剛度的措施

1）改善機床的阻尼特性（如填充阻尼材料）

2）床身表面噴涂阻尼涂層

3）充分利用結合面的摩擦阻尼

4）采用新材料，提高抗震性

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述人造大理石床身（混凝土聚合物）第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述實心混凝土底座內封泥沙增加阻尼提高抗振性第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述

2.數控機床應有更小的熱變形

控制熱變形的措施：

對機床熱源進行強制冷卻，采用熱對稱結構。

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述主軸冷卻風管對機床熱源進行強制冷卻第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述采用熱變形補償裝置減小熱變形第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述

3.數控機床運動件之間的摩擦要小，要消除傳動系統的間隙，達到低速時無爬行，高速時快速響應。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述4.數控機床應有更好的宜人性便于操作的機床結構第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.1概述數控機床大都采用機、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉防護，機械結構大大簡化，易于操作及實現自動化。

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局1.數控車床的布局和結構特點水平床身第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局傾斜床身第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2

數控機床總體布局立式數控車床第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局立式數控銑床2.數控銑床的布局和結構特點第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局臥式數控銑床第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局龍門數控銑床第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局3.加工中心的布局和結構特點

固定立柱立式加工中心第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局滑枕立式加工中心第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局O形整體床身立式加工中心第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局移動立柱臥式加工中心第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局移動立柱臥式加工中心第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.2數控機床總體布局產生主切削力1.主傳動系統作用1)足夠的轉速范圍

2)足夠的功率和扭矩

3)各零部件應具有足夠的精度、強度、剛度和抗振性

4)噪聲低、運行平穩2.對主傳動系統的要求第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統3.主傳動的變速方式

1)采用變速齒輪傳動

2)采用同步齒形帶傳動

3)采用主軸電機直接驅動（一體化主軸，電主軸）

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統1）采用變速齒輪傳動通過少數幾對齒輪降速，使之成為分段無級變速。滑移齒輪的移位采用液壓撥叉或電磁離合器控制。應用：大中型數控機床

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統例：TND360型數控車床兩級齒輪變速液壓拔叉實現齒輪滑移作用：慢速對刀和手動調整機床第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統主軸脈沖編碼器同步齒形帶主軸電機主軸2）采用帶傳動主要應用在小型數控機床，可避免齒輪傳動引起的振動和噪聲，但它只適用于低扭矩特性要求的主軸。常用帶：多楔帶、同步帶

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統3）電主軸：主軸與電機制成一體，使主軸驅動機構簡化。電主軸組成：空心軸轉子、帶繞組的定子、速度檢測元件。空心軸轉子，既是電機的轉子，也是主軸。主軸電機直接驅動定子轉子第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統電主軸第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統適合小孔鉆削電主軸，主軸單元若電主軸內應用較先進的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）可使主軸部件結構緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止響應特性，利于控制振動和噪聲。目前最高可達200000r/min。大大簡化了主運動系統結構，實現了所謂“零傳動”，使傳動精度大大提高，在高速數控機床大量采用。缺點:電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主軸電機的關鍵問題。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統車削加工中心能夠完成回轉類零件上各種表面的加工，它的主軸不但要象普通數控車床那樣能夠實現轉速的控制，在加工端面或柱面上的其它表面時，主軸還要能繞Z軸旋轉作插補運動或分度運動，車削中心的這種功能稱為C軸功能。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統主軸準停功能每次機械手自動裝取刀具時，必須保證刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵為滿足主軸這一功能而設計的裝置稱為主軸準停裝置或稱主軸定向裝置在加工精密的坐標孔時，由于每次都能在主軸的固定圓周位置換刀，故能保證刀尖與主軸相對位置的一致性，從而減少被加工孔的尺寸分散度第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.3數控機床的主傳動系統

1.進給傳動系統作用進給傳動系統是將伺服電機的旋轉運動轉變為執行部件的直線運動或回轉運動。

進給系統組成:伺服電機及檢測元件、傳動機構、運動變換機構、導向機構、執行件

常用的傳動機構:一到兩級傳動齒輪和同步帶；

運動變換機構:絲杠螺母副、蝸桿蝸輪副、齒輪齒條副等；

導向機構:滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌、軸承等

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統

2.對進給傳動系統的要求

1)有較高的工作精度

2)響應速度快

3)調速范圍寬

4)穩定性好

5)可靠性高第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統滾珠絲杠螺母副+滑動導軌第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統按絲杠與螺母的摩擦性質分：滑動絲杠螺母副：主要用于舊機床的數控化改造、經濟型數控機床等；滾珠絲杠螺母副：廣泛用于中、高檔數控機床；靜壓絲杠螺母副：主要用于高精度數控機床、重型機床。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統絲杠（螺母）旋轉，滾珠在封閉滾道內沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現將旋轉運動變換成直線運動。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統滾珠循環方式常用的有兩種：外循環：滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統內循環：始終與絲杠保持接觸。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統常用的雙螺母消除軸向間隙的結構形式：墊片預緊方式螺紋預緊方式齒差預緊方式

第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統調整墊片厚度，使螺母產生軸向位移，該形式結構簡單，調整方便，應用廣，但僅適用于一般精度機構。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統通過圓螺母調整，消除間隙并產生預緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結構緊湊，調整方便。但調整精度較差，且易于松動。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統數控機床對于導軌有著更高的要求：如高速進給時不振動低速進給時不爬行有高的靈敏度能在重載下長期連續工作耐磨性好，精度保持性好第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統導軌分類：滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌塑料滑動導軌--塑料與金屬相摩擦，導軌的滑動性好，在數控機床上廣泛采用靜壓導軌通常在兩個相對運動的導軌面間通人壓力油，使運動件浮起。油壓能隨外加負載的變化自動調節，保證導軌面間始終處于純液體摩擦狀態。摩擦系數極小，功率消耗少，磨損少、精度保持性好，壽命長。制造成本較高。目前靜壓導軌一般應用在大型、重型數控機床上。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統分度工作臺分度過程：工作臺上升→工作臺旋轉分度→分度到位工作臺下降→分度完成第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統工作臺上升活塞上升，上、下端齒盤脫開大小齒輪嚙合分度

電機→蝸桿蝸輪→齒輪副→工作臺旋轉工作臺下降

活塞下降,上、下端齒盤嚙，定位夾緊大小齒輪脫開數控分度指令(M指令)油缸下腔進油伺服電機旋轉油缸上腔進油分度完成分度流程分度工作臺——分度流程行程開關發分度信號發下降信號行程開關發分度結束信號第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統數控回轉工作臺為消除累積誤差，數控回轉工作臺設有零點數控回轉工作臺可作任意角度的回轉和分度，因此能夠達到較高的分度精度。第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.4數控機床進給傳動系統分類:回轉刀架式、轉塔式

回轉刀架換刀裝置，常用于數控車床。可設計成四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，并相應地安裝四把、六把或更多的刀具。回轉刀架外觀第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5數控機床的自動換刀裝置加工中心自動換刀裝置盤式刀庫鏈式刀庫第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5數控機床的自動換刀裝置刀庫類型斗笠式刀庫結構汽缸刀盤電機機架（固定在機床立柱上）刀夾刀盤移動導軌分度輪自動換刀裝置第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5數控機床的自動換刀裝置鏈式刀庫結構鏈輪鏈條兼刀套張緊輪導輪第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5數控機床的自動換刀裝置第七章數控機床的機械結構與裝置CNC鏈式刀庫結構——刀套刀柄刀套鏈條支撐板自動換刀裝置8.5數控機床的自動換刀裝置第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5.2刀庫刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換；刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式；刀庫的形式和容量要根據機床的工藝范圍來確定。1)盤式刀庫第七章數控機床的機械結構與裝置CNC刀庫:1）盤式刀庫盤式刀庫優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心。圖/盤式刀庫第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5.2刀庫1）盤式刀庫圖/盤式刀庫第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5.2刀庫1）盤式刀庫2)鏈式刀庫第七章數控機床的機械結構與裝置CNC8.5.2刀庫2）鏈式刀庫鏈式刀庫是在環形鏈條上裝有許多刀座，其結構有較大的靈活性，存放刀具的數量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪數目，使鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般刀具數量在30