第五章数控机床的机械结构

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1、第五章数控机床的机械结构一、数控机床对结构的要求1、数控机床自身特点对其结构的影响（1）高自动化程度（2）高速大功率和高精度（3）多工序和多功能集成（4）高的可靠性和精度保持性2、数控机床对结构的要求（1）数控机床应具备更高的静动刚度（2）数控机床应有更小的热变形（3）数控机床运动件之间的摩擦要小，传动系统的间隙要消除（4）数控机床应有更好的宜人性3、提高数控机床性能的措施（1）合理选择数控机床的总体布局（2）提高结构件的刚度（3）提高机床抗震性（4）改善机床的热变形（5）保证运动的精度和稳定性二、数控机床的布局特点1、数控车床的布局结构特点数控车床的床身结构和

2、导轨主要有平床身、斜床身以及立式床身三种等。一般中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构。因为这种布局结构具有机床外形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流，便于操作者操作与观察，易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。倾斜床身还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。床身导轨倾斜角度多为45、60和70度，但倾斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。水平床身加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。2、加工中心的布局结构特点（1）卧式加工中心卧式加工中心通常采用移动式立柱，工作台不升

3、降，T形床身。卧式加工中心的立柱普遍采用双立柱框架结构形式，主轴箱在两立柱之间，沿导轨上下移动。这种结构刚性大，热对称性好，稳定性高。小型卧式加工中心多数采用固定立柱式结构，其床身不大，且都是整体结构。卧式加工中心各个坐标的运动可由工作台移动或由主轴移动来完成，也就是说某一方向的运动可以由刀具固定，工件移动来完成，或者是由工件固定，刀具移动来完成。（2）立式加工中心立式加工中心与卧式加工中心相比，结构简单，占地面积小，价格也便宜。中小型立式加工中心一般都采用固定立柱式，因为主轴箱吊在立柱一侧，通常采用方形截面框架结构、米字形或井字形筋板，以增强抗扭刚度，而且立柱

4、是中空的，以放置主轴箱的平衡重。立式加工中心通常也有三个直线运动坐标，由溜板和工作台来实现平面上X、Y两个坐标轴的移动。三、数控机床的主传动系统1、主传动变速（主传动链）现代数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，用交流调速电机或直流调速电机驱动，它们能方便地实现无级变速，且传动链短，传动件少，提高了变速的可靠性，其制造精度则要求很高。其主传动主要有以下三种形式：（1）带有二级齿轮变速如图所示，主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求。滑移齿轮常用液压拨叉和电磁离合器来改变其位置。主

5、轴电机（2）带有定比传动如图所示，主轴电机经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。带传动主要应用于小型数控机床上，可以避免齿轮传动的噪声与振动。主轴电机（3）由主轴电机直接驱动如图所示，电机轴与主轴用联轴器同轴联接。这种方式大大简化主轴结构，有效地提高主轴刚度。但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响大。主轴电机2、主轴（部件）结构机床主轴对加工质量有直接的影响，数控机床主轴部件应有更高的动静刚度和抵抗热变形的能力。（1）主轴的支承目前数控机床主轴轴承配置有三种主要形式。（a）为数控机床前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，

6、后支承采用成对向心推力球轴承。此种结构普遍应用于各种数控机床，其综合刚度高，可以满足强力切削要求。（b）为前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用于高速轻载和精密数控机床。（C）为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承，其经向和轴向刚度很高，能承受重载荷。但这种结构限制了主轴最高转速，因此适用于中等精度低速重载数控机床。（2）主轴内部刀具自动夹紧机构主轴内部刀具自动夹紧机构是数控机床特别是加工中心的特有机构。（3）主轴准停装置主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上，由于有机械手自动换刀，要求刀柄

7、上的键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定准确的位置上，以利于机械手换刀。（4）其他机构数控车床能够加工各种螺纹，这就需要安装与主轴同步运转的脉冲编码器，以便发出检测脉冲信号使主轴的旋转与进给运动相协调。数控车削中心增加了主轴的C轴功能，能在数控系统的控制下实现圆周进给，以便与Z轴、X轴联动插补。四、数控机床进给传动系统1、进给运动进给运动是以保证刀具与工件相对位置关系为目的，被加工工件的轮廓精度和位置精度都要受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的直接影响。不论是点位控制还是连续控制，其进给运动是数字控制系统的直接控制对象。进给运动的机械结构有以

8、下几个特点：（1）运动件