数控机床的结构设计与总体布局

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,*,第六章 数控机床的结构设计和总体布局,主要内容,,一、数控机床的结构设计,,,,对数控机床机械机构的要求,,提高机床的机构刚度,,,提高机床的抗震性,,,提高机床的低速运动平稳性和精度,,二、数控机床的总体布局,,1,,6.1,数控机床的结构设计,,,,6.1.1 对数控机床机械机构的要求,,6.1.2 提高机床结构刚度,,6.1.3 提高机床的抗振性,,6.1.4 提高低速进给运动的平稳性和运动精度,,2,,6.1.1 对数控机床机械机构的要求,,,1.机床的性能要

2、求;,,2.满足机床刚度和抗振性的要求;,,3.减少热变形要求; 4.机床可靠性要求; 5.人机要求。,,3,,6.1.1 对数控机床机械机构的要求,,1.机床的性能要求,,（1）机床的工艺范围,,●,机床可完成加工工序种类；,,●,加工零件类型；,,●,材料和尺寸范围，毛坯种类。,,,,4,,（2）加工精度,,●,尺寸、形状和位置精度。,,●,机床精度： 几何精度、运动精度和定位精度。,,●,注意低速运动的平稳性。,,●,导轨的材料和结构,,,5,,2.满足机床刚度和抗振性的要求,,●,具有抵抗外载荷的能力；,●,抵抗

3、受迫和自激振动的能力；,●,改善机床机构。,6,,3.减少热变形要求,,●,,减少发热,●,控制温升,●,改善机床结构,,数控机床受热变形与切入方向,7,,,4. 机床可靠性要求5. 人机要求,,,结论：,,,,具有大切削功率，高的静动刚度和良好的抗振性；,,具有较高的几何精度、传动精度、定位精度， 和热稳定性；,,具有实现辅助操作自动化的结构部件。,8,,6.1.2 提高机床结构刚度,,具体措施：,合理选择构件的结构形式；,,合理的结构布局；,,构件变形补偿。,,,9,,,,合理选择构件的结构形式,,正确选择截面的形状和尺寸,,形状相同的断面，当保持相同的截

4、面积时，应减小壁厚，加大截面的轮廓尺寸；,,圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小；,,封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；,,壁上开,ZL,将使刚度下降，在孔周加上凸绿可使抗弯刚度得到恢复。,,10,,11,,合理选择构件的结构形式,合理选择及布置隔板,,,,(e)交叉筋板的作用最好,12,,合理选择构件的结构形式,合理选择及布置筋条,(f)蜂窝状加强筋较好,13,,合理选择构件的结构形式,提高构件局部刚度,图示为导轨和床身联结的几种形式。如果导轨的尺寸较宽时，应用双壁联结型式如图(d)、(e)、(f)。导轨较窄时可用单壁或加厚的单壁联结，或者在单壁上增加垂直筋条

5、以提高局部刚度。,,选用焊接结构的构件,,,主要用于机床的,床身、立柱,14,,合理的结构布局,(a) (b) (c)主轴箱单面悬挂在立柱,侧面,，,自重,、,切削力,影响,15,,构件变形补偿,16,,6.1.3 提高机床的抗振性,,,振动类型,,强迫振动,,,振源 ：,,高速转动零部件的动态不平衡力；,,往复运动件的换向冲击力期变化的切削力,,机床外部的振动,,自激振动,,切削颤振,,临界切削宽度,,,17,,,提高机床的抗振性措施,,,,减少机床内部振源；（,动平衡、消除配合间隙、隔振,）,,提高静态刚度；,,增加构件或结构的阻尼。,,18,,6.1.4 提高低速进给运动的平稳性

6、和运动精度,,,进给系统的低速爬行现象,,,,措施,,降低执行部件的质量,,减少动静摩擦系数之差,,提高传动系统的传动刚度,,（扭转、拉压刚度）,,,,19,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关系；,,6.2.2 运动分配与部件的布局；,,6.2.3 总布局与机床的结构性能；,,6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局；,,6.2.5 机床的使用要求与总布局；,,6.2.6 数控机床总布局的其它趋势。,,,20,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关系,,工作台完成进给,,,,,工件较轻时,21,,

7、6.2 数控机床的总体布局,6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关系,,工作台与铣头完成进给,,,较重或较高工件,,,,,22,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关系,,工作台与铣头完成进给,,工件较重，多刀加工,,,,,23,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关系,,铣头进给,,,,,,,,,,大型、重型工件,,24,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.2 运动分配与部件的布局,,数控镗铣床 四轴联动,,,,,,,25,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.2 运动分配与部件的布局,,数控

8、镗铣床,,五轴联动,,,,,,,26,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.2 运动分配与部件的布局,,数控镗铣床,,五轴联动,,,,,,,27,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.2 运动分配与部件的布局,,数控镗铣床,,五轴联动,,,,,,,28,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.3 总布局与机床的结构性能,,应能兼顾精度、刚度、,,抗振性和热稳定性,,29,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局,,,JCS—013,型自动换刀数控卧式镗铣床的布局,,四排链式刀库，双爪式的机械手在立柱上移动，取刀后机械手回转180。,,刀库容量可以选

9、得较大，安装调整较费功夫；,,机械手的换刀动作也较多， 可靠性较难保证； 整机占地面积较大 ；,,只能固定位置换刀；主轴箱的重复定位精度将影响加工台肩轴孔的同轴度。,,30,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局,,加工中心,链式刀库 主机的正前方,,对主机的操作有妨碍,,换刀机械手装在主轴箱上 ，可以实现任意位置换刀,,换刀动作少,,立柱的,z,向退刀动作就是回到换刀位置的动作。,31,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.5 机床的使用要求与总布局,,,,便于同时操作与观察,,刀具、工件装卸、夹紧方便,,排屑和冷却,32,,6.2 数控机床的总体布局,6.2.6 数控机床总布局的其它趋势,,机电一体化结构,,,控制计算机、按键、开关、显示器等集中在吊挂按钮站,,,,,全封闭结构,,,,,,,33,,,本章结束,34,,