数控技术及应用清华版4数控机床的机械结构

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1、第4章数控机床的机械结构数控机床的机械结构与普通机床相比有相似之处，但其工艺特点对数控机床的机械结构提出了更高的要求。本章对数控机床机械机构的特点进行较为全面的阐述。重点对数控机床的主传动系统、导轨及进给传动系统进行详细介绍。14.1数控机床机械结构的主要特点4.1.1数控机床的主要工艺特点(1)自动化程度高、柔性好：数控机床可以自动控制各运动部件的动作顺序，自动变速，以及实现多坐标联动加工，因而还能完成一般机床难以完成的复杂型面加工。当改变加工工件时，只需要改变加工程序，因此能实现单件、小批生产的加工自动化。(2)加工精度高、质量稳定：数控机床是根据数控加工程序自动进行加工的，因而可以避免人

2、为的误差，自动保证稳定的加工精度。此外，在计算机控制的数控机床上，还可以利用软件进行精度校正和工件误差补偿，进一步提高加工精度。(3)生产效率高：数控机床采用了高转速、大进给量，有大的切削功率，可同时实现粗、精加工，加之无需工序间的检验与测量，因而生产效率可大大提高。在采用自动换刀的数控机床(加工中心)上，工序可以高度集中，工件在一次装夹后可以完成工件各面的钻、铣、镗、攻螺纹等的加工，因而适合于加工表面多，相互位置精度要求高的工件，生产效率可显著提高，生产周期也可大大缩短。24.1.2对数控机床机械结构提出的要求数控机床的上述特点，对其机械结构提出了更高的要求，主要有以下几个方面。1.高刚度2

3、.高抗振性3.减少机床的热变形4.提高进给运动的动态性能和定位精度34.2数控机床的主要组成部分及其结构简介4.2.1数控机床的主要组成部分数控机床的主要组成部分与普通机床相类似，包括以下几个组成部分：主传动系统及主轴部件——使刀具(或工件)产生主切削运动。进给传动系统——使工件(或刀具)产生进给运动并实现定位。基础件——床身、立柱、滑座、工作台等。其他辅助装置——如液压、气动、润滑、切削液等系统及装置。图4.1为一台小型立式加工中心的外形图。44.2.2主传动系统及主轴部件机床的主传动系统将电动机的扭矩或功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主切削运动。主传动系统和主轴部件一般都

4、设计成一个主轴箱。1.主轴箱的机械结构加工中心的主轴箱由于要沿z轴方向运动，因此要求主传动系统的传动件尽量少、结构紧凑、运动轻便。一般采用了无级调速电动机直接带动主轴回转，或经1~2级变速传动主轴，图4.2为某加工中心主轴箱的机械结构图。2.主轴准停装置某加工中心主轴准停装置的工作原理如图4.3所示。54.2.3进给传动系统数控机床的进给传动系统与一般的机床有着本质上的差别，它是进给伺服系统的一个重要组成部分。由数控系统发出的速度和位移指令信号经过伺服驱动装置和进给传动系统，可以使工作台或刀架实现要求的进给运动和精确的定位，自动完成切削过程。大部分数控机床带有2~3个直线进给运动，有的还带有圆

5、周进给运动。典型的直线进给运动的进给系统机械结构的示意图如图4.4所示。64.2.4自动换刀装置1.简介(1)自动换刀装置应满足的要求：自动换刀装置的功能就是储备一定数量的刀具，并完成在加工过程中的自动更换刀具。自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、有足够的刀具储存量、刀库体积小以及安全可靠等基本要求。(2)自动换刀装置的主要形式：各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式、工艺范围以及刀具的种类和数量等。2.刀库刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。(1)刀库的存储量(2)刀库的形式(3)选刀方法74.3数控机床的导轨4

6、.3.1对导轨的基本要求导轨应满足以下基本要求。(1)导向精度：是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性。无论在空载时还是在切削加工时，导轨都应有足够的导向精度。影响导向精度的主要因素包括导轨的结构形式、导轨的制造精度和装配质量，以及导轨和基础件的刚度等。(2)精度保持性：是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力。导轨的耐磨性是保持精度的决定性因素，它与导轨的摩擦性质、导轨的材料等有关。除了力求减少磨损量外，还应使导轨面在磨损后能自动补偿和便于调整。(3)低速运动平稳性：运动部件在导轨上低速运动或微量移动时，运动应平稳，无爬行现象。这一要求对数控机床尤为重要。它与

7、导轨的结构类型、材料、润滑条件等有关。要求导轨的摩擦系数要小，以减小摩擦阻力。而且动、静摩擦系数应尽量接近，同时还应有良好的阻尼特性。(4)结构简单、工艺性好：要便于加工、装配、调整和维修。84.3.2导轨的分类和特点机床上常用的导轨，按其接触面间的摩擦性质的不同，可分为以下三大类。1.滑动导轨滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性强等优点，因此在一般的机床上应用最为广泛。常用的导轨截面形