第五章：数控机床机械机构课件

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1、第5章数控机床机械机构本章内容：5.1概述5.2数控机床的主传动系统5.3数控机床的进给传动系统5.4自动换刀装置5.5数控机床的主要辅助装置5.6数控机床其它进给传动设计5.7小结5.8思考题与习题本章教学要求：本章主要让学生了解数控机床对主传动系统、进给传动系统的要求；了解主轴的调速方法；熟悉主轴部件、滚珠丝杠螺母副、直线电动机、数控机床的导轨、自动换刀装置；认识数控回转工作台、分度工作台等主要辅助装置。为学生初步具有设计机床传动系统的能力打下基础。5.1概述数控机床主体结构具有的特点1.数控机床多数采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统；2.数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼

2、精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；3.数控机床更多地采用了高效传动部件，如：滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副、塑料导轨、滚动导轨、静压导轨等；4.数控机床采用了多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置、自动排屑装置及自动润滑冷却装置等。5.为了保证机床精度的稳定性、获得可靠的加工质量，数控机床多采取减小热变性的措施。对机床的机械结构设计应保证以下要求1）提高机床的静、动刚度2）减少机床的热变形3）减少运动间的摩擦和消除传动间隙4）提高机床的寿命和精度保持性5）减少辅助时间和改善操作性能6）安全防护和宜人的造型数控机床主传动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和

3、工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上单轴功率消耗最大的运动轴。与普通机床一样数控机床也必须通过变速，才能使主轴获得不同的转速，以适应不同的加工要求。在变速的同时，还要求传递一定的功率和足够的转矩，满足切削的需要。5.2数控机床的主传动系统为了能达到最佳的切削效果，一般都应在最佳的切削条件下工作，因此，主轴一般都要求能实现无级变速。要求机床主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率，以适应高速、高效的加工需求。为了降低噪声、减轻发热、减少振动，主传动系统应简化结构，减少传动件。在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库

4、、机械手的正确啮合。为了扩大机床功能，实现对C轴位置(主轴回转角度)的控制，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制。5.2.1数控机床主传动系统要求数控机床主传动系统的变速方式主要有：有级变速（机械变速）无级变速分段无级变速内置电动机主轴变速（电主轴）等形式5.2.2数控机床主轴的调速方法1．有级变速（机械变速）有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。图5-1所示：电机不具备变速功能，通过拨叉控制滑移齿轮啮合位置实现主轴变速。图5-1有级变速系统2．无级变速如图5-2所示，电机经同步齿形带传动主轴，电机是性能更好的交、直流主轴电机，其优点是变速范

5、围宽，最高转速可达8000r/min，在传动上能基本能满足目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的控制功能、其结构简单、安装调试方便，可满足现在中高档数控机床的控制要求。但对于越来越高的速度需求，该配置方式已难以满足。图5-2无级变速传动结构主传动采用无级变速，不仅能在一定的速度范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运动中自动换速。3．分段无级变速数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。为了保证数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控系统在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段

6、无级变速，如图5-3图5-3分段无级变速在小型数控机床上，或主传动系统要求振动小、噪声低的数控机床，也可采用平带、V带、齿形带以及多楔带等带传动形式形成分段无级变速系统。在带有齿轮变速的分段无级变速系统中，有级变速机构的变速通常采用液压拨叉和电磁离合器两种变速形式。1）液压拨叉变速机构：液压变速机构的原理和形式可以用图5-4来说明。图5.4三位液压拨叉变速机构的原理和形式1、5—液压缸2—活塞杆3—拨叉4—套筒2）电磁离合器变速电磁离合器能简化变速机构，便于实现自动化操作，它是通过安装在传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴变速的。图5-5是啮合式电磁离合器（也称

7、牙嵌式电磁离合器）的结构图。4．内置电动机主轴变速（电主轴）图5-6电主轴电主轴的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”，它具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动和噪声，在超高速切削机床上得到了广泛的应用。数控机床的主轴部件是数控机床的重要组成部分之一，包括主轴的支承和安装在主轴上的传动零件等。它的回转精度影响工件的加工精度，它的功率大小与回转