第7章数控技术教案

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1、第七章数控机床的机械结构第一节概述数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。在

2、主传动系统方面，具有下列特点：(1)目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。(2)转速高，功率大。它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。(3)变速范围大。数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn＞100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。(4)主轴速度的变换迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电机的调速

3、系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。在进给传动系统方面，具有下列特点：（1）尽量采用低摩擦的传动副。如采用静压导轨、滚动导滚和滚珠丝杠等，以减小摩擦力。（2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能大地加速以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。（3）缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度。如采用大扭矩宽调速的直流电机与丝杠直接相连应用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副，丝杠支承设计成两端轴向固定的、并可预拉伸的结构等办法来提高传动

4、系统的刚度。（4）尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。如采用消除间隙的联轴节（如用加锥销固定的联轴套、用键加顶丝紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等），采用有消除间隙措施的传动副等。第二节数控机床的主传动系统一、对主传动系统的要求1．具有更大的调速范围，并能实现无级调速。数控机床为了保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床，为了适应各种工序和各种加工材料的需要，主运动的调速范围还应进一步扩大。2．有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。数控

5、机床加工精度的提高，与主传动系统具有较高的精度密切相关。为此，要提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面应高频感应加热淬火以增加耐磨性；最后一级采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用精度高的轴承及合理的支承跨距等，以提高主轴组件的刚性。3．良好的抗振性和热稳定性。数控机床在加工时，可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时可能破坏刀具或主传动系统中的零件，使其无法工作。主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，降低传动效率，

6、破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度，造成加工误差。为此，主轴组件要有较高的固有频率，实现动平衡，保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。二、主传动的变速方式1．具有变速齿轮的主传动这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮降速，增大输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，见图7-1所示。一部分小型数控机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。图7-1XK5040型数控立式铣床主传动系统图在带有齿轮变速的主传动系统中，液压拨叉和电磁离合器是两种常用的变速操纵方法。(1)图7-2是三位液压拨叉的作用原理

7、图。通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮获得三个不同的变速位置。这套机构除了液压缸和活塞杆之外，还增加了套筒4。当液压缸1通压力油而液压缸5排油卸压时（图7-2a），活塞杆2带动拨叉3使三联齿轮移到左端。当液压缸5通压力油而液压缸1排油卸压时（图7-2b），活塞杆2和套筒4一起向右移动，在套筒4碰到液压缸5的端部之后，活塞杆2继续右移到极限位置，此时三联齿轮被拨叉3移到右端。当压力油同时进入左右两缸时（图7-2c），由于活塞杆2的两端直径不同，使活塞杆向左移动。在设计活塞杆2和套筒4的截面面积时，应使油压作用在套筒4的圆环

8、上向右的推力大于活塞杆2向左的推力，因而套筒4仍然压在液压缸5的右端，使活塞杆2紧靠在套筒4的右端，此时，拨叉和三联齿轮被限制在中间位置。图7-2三位液压拨叉作用原理图1、5-液压缸2-活塞杆3-拨叉4-套筒液压拨叉变速必须在主轴停车之后才能进行，但停车时拨动滑移齿轮啮合又可能出现“顶齿”现象。在XK5