數(shù)控機床的機械結構

1、 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室任務三 數(shù)控機床的機械結構數(shù)控機床機械結構的組成數(shù)控機床機械結構的主要特點數(shù)控機床對機械結構的基本要求提高數(shù)控機床性能的措施共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室熟悉數(shù)控車床的機械結構 概述共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室加工程序輸入裝置數(shù)控裝置輔助控制裝置伺服驅

2、動裝置檢測反饋裝置機床本體數(shù)控機床的組成框圖共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室 機床本體是數(shù)控機床的主體部分。是完成各種切削加工的機械結構，來自于數(shù)控裝置的各種運動和動作指令，都必須由機床本體轉換成真實的、準確的機械運動和動作，才能實現(xiàn)數(shù)控機床的功能，并保證數(shù)控機床的性能要求。 立式數(shù)控銑床共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室1. 主轉動系統(tǒng)包括動力源、傳動件及主運動執(zhí)行件主軸等。主轉動系統(tǒng)的作用是將驅動裝置的運動及動力傳給執(zhí)行件，實現(xiàn)主切削運動。2. 進給轉動系統(tǒng)

3、包括動力源、傳動件及進給運動執(zhí)行件工作臺、刀架等。進給轉動系統(tǒng)的作用是將伺服驅動裝置的運動和動力傳給執(zhí)行件，實現(xiàn)進給運動。一、數(shù)控機床的機械結構的組成：共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室3. 基礎支承件包括床身、立柱、導軌、工作臺等?；A支承件的作用是支承機床的各主要部件，并使它們在靜止或運動中保持相對正確的位置。4. 輔助裝置包括自動換刀裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑冷卻裝置等。1-主軸頭 2-刀庫 3-立柱 4-立柱底座 5-工作臺 6-工作臺底座小型立式加工中心的外形圖共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控

4、技術(sh kn j sh)系機制教研室5.實現(xiàn)工件回轉、分度定位的裝置和附件， 如回轉工作臺。 6.刀庫、刀架和自動換刀裝置 (ATC) 。 7.自動托盤交換裝置 (APC) 。 8.特殊功能裝置，如刀具破損檢測、精度檢 測和監(jiān)控裝置等。 共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室需要說明的是： 其中，機床基礎件、主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)以及液壓、潤滑、冷卻等輔助裝置是構成數(shù)控機床的機床本體的基本部件，是必須的；其他部件則按數(shù)控機床的功能和需要選用。盡管數(shù)控機床的機床本體的基本構成與傳統(tǒng)的機床十分相似，但由于數(shù)控機床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機床

5、存在著巨大的差距，所以數(shù)控機床的機床本體在總體布局、結構、性能上與傳統(tǒng)機床有許多明顯的差異，出現(xiàn)了許多適應數(shù)控機床功能特點的完全新穎的機械結構和部件。 共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室二、數(shù)控機床機械結構的主要特點結構簡單、操作方便、自動化程度高 數(shù)控機床需要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令，自動完成對進給速度、主軸轉速、刀具運動軌跡以及其他機床輔助技能（如自動換刀，自動冷卻）的控制。它必須利用伺服進給系統(tǒng)代替普通機床的進給系統(tǒng)，并可以通過主軸調速系統(tǒng)實現(xiàn)主軸自動變速。因此，在操作上，它不像普通機床那樣，需要操作者通過手柄進行調整和變速，操作機構比

6、普通機床要簡單多，許多機床甚至沒有手動機械操作系統(tǒng)。 數(shù)控機床的主軸箱、進給變速箱結構一般非常簡單；齒輪、軸類零件、軸承的數(shù)量大為減少；電動機可以直接連接主軸和滾珠絲杠，不用齒輪；在使用直線電動機，電主軸的場合，甚至可以不用絲杠、主軸箱。 數(shù)控機床的大部分輔助動作都可以通過數(shù)控系統(tǒng)的輔助技能（M技能）進行控制，因此，常用的操作按鈕也較普通機床少。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室廣泛采用高效、無間隙傳動裝置和新技術、新產(chǎn)品 數(shù)控機床進行的是高速、高精度加工，再簡化機械結構的同時，對于機械傳動裝置和元件也提出了更高的要求。高效、無間隙傳動

7、裝置和元件在數(shù)控機床上去得了廣泛的應用。如：滾珠絲杠副、塑料滑動導軌、靜壓導軌、直線滾動導軌等高效執(zhí)行部件，不僅可以減少進給系統(tǒng)的摩擦阻力，提高傳動效率；而且還可以使運動平穩(wěn)和獲得較高的定位精度。 特別是隨著新材料，新工藝的普及、應用，高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控機床的發(fā)展方向之一，快進速度達到了每分鐘數(shù)十米，甚至上百米，主軸轉速達到了每分鐘上萬轉、甚至十幾萬轉，采用電主軸、支線電動機、直線滾動導軌等新產(chǎn)品、新技術已勢在必行。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室具有適應無人化、柔性化加工的特殊部件 “工藝復合化”和“功能集成化

8、”是無人化、柔性加工的基本要求，也是數(shù)控機床最顯著的特點和當前的發(fā)展方向。因此，自動換刀裝置（ATC）、動力刀架、自動換屑裝置、自動潤滑裝置等特殊機械部件是必不可少，有的機床還帶有自動工作臺交換裝置（APC）。 “功能集成化”是當前數(shù)控機床的另一重要發(fā)展方向。在現(xiàn)代數(shù)控機床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已經(jīng)成為基本裝置。隨著數(shù)控機床向無人化、柔性化加工發(fā)展，功能集成化更多體現(xiàn)在：工件的自動裝卸、自動定位，刀具的自動對刀、破損檢測、壽命管理，工件的自動測量和自動補償功能上，因此，國外還新近開發(fā)了集中突破傳統(tǒng)機床界限，集鉆、銑、鏜、車、磨等加工于一體的所謂“萬能加工機床”，大大提高了附加值

9、，并隨之不斷出現(xiàn)新的機械部件。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室對機械結構、零部件的要求高 高速、高效、高精度的加工要求，無人化管理以及工藝復合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生產(chǎn)率，同時，也必然會使機床的開機時間，工作負載隨之增加，機床必須在高負荷下，長時間可靠工作。因此，對組成機床的各種零部件和控制系統(tǒng)的可靠性要求很高。 此外，為了提高加工效率，充分發(fā)揮機床性能，數(shù)控機床通常都能夠同時進行粗細加工。這就要求機床技能滿足大切削量的粗加工對機床的剛度、強度和抗震性的要求，而且也能達到精密加工機床對機床精度的要求。因此

10、，數(shù)控機床的主軸電機的功率一般比同規(guī)格的普通機床大，主要部件和基礎件的加工精度通常比普通機床高，對組成機床各部件的動、靜態(tài)性能以及熱穩(wěn)定性的精度保持性也提出了更高的要求。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室具有較高的靜、動剛度和良好抗震性 機床的剛度反映了機床機構抵抗變形的能力。機床變形產(chǎn)生的誤差，通常很難通過調整和補償?shù)姆椒ㄓ枰詮氐椎慕鉀Q。為了滿足數(shù)控機床高效、高精度、高可靠性以及自動化的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應具有更高的靜剛度。此外，為了充分發(fā)揮機床的效率，加大切削用量，還必須提高機床的抗震性，避免切削時產(chǎn)生的共振和顫振。而提

11、高機構的動剛度是提高機床抗震性的基本途徑。三、數(shù)控機床對機械結構的基本要求共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室具有較好的熱穩(wěn)定性 機床的熱變性是影響機床加工精度的主要因素之一。由于數(shù)控機床的主軸轉速、快速進給都遠遠超過普通機床，機床又長時間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動機、絲杠、軸承、導軌的發(fā)熱都比較嚴重，加上高速切削產(chǎn)生的切屑的影響，使得數(shù)控機床的熱變性影響比普通機床要嚴重得多。雖然在先進的數(shù)控系統(tǒng)具有熱變性補償功能，但是它并不能完全消除熱變性對于加工精度的影響，在數(shù)控機床上還應采取必要的措施，盡可能減小機床的熱變性。共五十三頁 數(shù)控機床(sh

12、 kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室具有較高的運動精度和良好的低速穩(wěn)定性 利用伺服系統(tǒng)代替普通機床的進給系統(tǒng)是數(shù)控機床的主要特點。伺服系統(tǒng)最小的移動量（脈沖當量），一般只有0.001mm，甚至更?。蛔畹瓦M給速度，一般只有1mm/min，甚至更低。這就要求進給系統(tǒng)具有較高的運動精度，良好的跟蹤性能和低速穩(wěn)定性，才能對數(shù)控系統(tǒng)的位置指令做出準確的響應，從而得到要求的定位精度。 傳動裝置的間隙直接影響著機床的定位精度，雖然在數(shù)控系統(tǒng)中可以通過間隙補償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除。特別是對于非均勻間隙，必須機械消除間隙措施，才能得到較好的解

13、決。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室具有良好的操作、安全防護性能 方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關心的問題。在大部分數(shù)控機床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調整、還需要操作者完成，機床的維修更離不開人，而且由于加工效率的提高，數(shù)控機床的工件裝卸可能比普通機床更加頻繁，因此良好的操作性能是數(shù)控機床設計時必須的問題。數(shù)控機床是一種高度自動化的加工設備，動作復雜，高速運動部件較多，對機床動作互鎖、安全防護性能的要求也比普通機床要高很多。同時，數(shù)控機床一般都有高壓、大流量的冷卻系統(tǒng)，為了防止切屑、冷卻液的飛濺，數(shù)控機床通

14、常都應采用封閉和半封閉的防護形式，增加防護性能。 共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室四、提高數(shù)控機床性能的措施1、合理選擇數(shù)控機床的總體布局 機床的總體布局直接影響到機床的結構和性能。合理選擇機床布局，不但可以使機械結構更簡單、合理、經(jīng)濟，而且能提高機床剛度、改善機床受力情況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，使機床滿足數(shù)控化的要求。共五十三頁工作臺完成(wn chng)進給 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術系機制教研室 數(shù)控銑床四種布局方案適應的工件重量、尺寸卻不同。（a）適應較輕工件；（b）適應較大尺寸工件；（c）適應較重工件；（

15、d）適應更重更大工件。 1）數(shù)控機床布局特點（1）不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量 共五十三頁工作臺與銑頭完成(wn chng)進給 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術系機制教研室 數(shù)控銑床四種布局方案適應的工件重量、尺寸卻不同。（a）適應較輕工件；（b）適應較大尺寸工件；（c）適應較重工件；（d）適應更重更大工件。 1）數(shù)控機床布局特點（1）不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量 共五十三頁工作臺與銑頭完成(wn chng)進給多刀加工 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術系機制教研室 數(shù)控銑床四種布局方案適應的工件重量、尺寸卻不同。（

16、a）適應較輕工件；（b）適應較大尺寸工件；（c）適應較重工件；（d）適應更重更大工件。 1）數(shù)控機床布局特點（1）不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量 共五十三頁銑頭進給 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室 數(shù)控銑床四種布局方案適應的工件重量、尺寸卻不同。（a）適應較輕工件；（b）適應較大尺寸工件；（c）適應較重工件；（d）適應大型、重型 工件。 1）數(shù)控機床布局特點（1）不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量 共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室2）不同布局有不同的運動分配及工藝范圍 數(shù)控

17、鏜銑床的三種布局方案中：（a）主軸立式布置，上下運 動，對工件頂面進行加工；（b）主軸臥式布置，加工工 作臺上分度工作臺的配 合，可加工工件多個側面； （c）在（b）基礎上再增加一 個數(shù)控轉臺，可完成工件 上更多內容的加工。 共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室3）不同布局有不同的機床結構性能 數(shù)控臥式鏜銑床中，（a）、（b）為T形床身布局，工作臺支承于床身，剛度好，工作臺承載能力強；共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室3）不同布局有不同的機床結構性能

18、 數(shù)控臥式鏜銑床中， (c)、(d)工作臺為十字形布局，（c）主軸箱懸掛于單立柱一側，使立柱受偏載，(d)主軸箱裝在框式立柱中間，對稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室4）不同布局影響機床操作方便程度 數(shù)控車床的不同布局方案，（a）為水平床身-水平滑板，床身工藝性好，便于導軌面的加工，下部空間小，故排屑困難，刀架水平放置加大了機床寬度方向的結構尺寸；共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室4）不同布局影響機床操作方便程度（b）為傾

19、斜床身-傾斜滑板，排屑亦較方便，中小規(guī)格的數(shù)控車床其床身的傾斜度以60，大型的數(shù)控車床采用75（c）水平床身-傾斜滑板，具有水平床身工藝性好，寬度方向的尺寸小，且排屑方便，是臥式數(shù)控車床的最佳布局形式。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室2、提高結構件的剛度抗振性能 結構的剛度直接影響機床的精度和動態(tài)性能。機床的剛度主要決定于組成機械系統(tǒng)的部件質量、剛度、阻尼、固有頻率以及負載激振頻率等。提高機床結構剛度主要措施有：改善機械部分構件；利用平衡機構補償部件變性；改善并構件間的連接形式；縮短傳動鏈，適當加大傳動軸，對軸承和滾珠

20、絲杠等傳動部件進行預緊等等。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室1）提高剛度的措施：立柱結構措施1 支承件截面形狀盡量選用抗彎的方截面和抗扭的圓截面 或采用封閉型床身封閉整體箱形結構共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室措施2 合理布置支承件隔板的筋條 隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳遞給其它壁板,從而使整個支承件承受載荷,提高支承件的自身剛度“T”形隔板連接，主要提高水平面抗彎剛度，對提高垂直面抗彎剛度和抗扭剛度不顯著，多用在剛度要求不高的床身上1）提高剛度的措施：共五十三頁

21、數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室“W”形隔板，能較大地提高水平面上的抗彎抗扭剛度，對中心距超過1500mm的長床身，效果最為顯著1）提高剛度的措施：共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室1）提高剛度的措施：“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車床上應用較多。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室1）提高剛度的措施：斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun

22、)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室1）提高剛度的措施：措施3 增加導軌與支承件的連接部分的剛度連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力,稱為支承件的連接剛度。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室措施4 增加機床各部件的接觸剛度和承載能力采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點在結合面之間施加足夠大的預加載荷,增加接觸面積。1）提高剛度的措施：共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室1）提高剛度的措施：措施5 合理選用構件的材料 床身、立柱等支承件采用

23、鋼板或型鋼焊接 增加剛度、減輕重量、提高抗振性鑄件: 容易獲得復雜結構的支承件,鑄鐵的內摩擦力大,阻尼 系數(shù)大,振動的衰減性能好,成本低.鑄件的周期較長,需 做木型模,易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷。焊接件:鋼材的強度比鑄鐵高，質量可比鑄件減輕20%-50%， 不需要木模和澆注，生產(chǎn)周期短，不易出現(xiàn)廢品。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室2）提高機床抗振性 高速轉動零部件的動態(tài)不平衡力與切削產(chǎn)生的振動，是引起機床振動的主要原因。提高數(shù)控機床抗振性的主要措施有：對機床高速轉旋轉部件，特別是主軸部件進行動平衡，對傳動部件進行消隙處理，減少機床激振力

24、；提高機械部件的靜態(tài)剛度和固有頻率，避免共振，在機床結構大件中充填阻尼材料，在大件表面噴涂阻尼涂層抑制振動等。共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室2）提高抗振性措施措施1 采用封砂床身結構底座內所充填的混凝土的內摩擦阻尼較高，再配 以封砂的 床身，使機床有較高的抗振性。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室措施2 采用混凝土、樹脂混凝土或人造花崗巖(AG)作支承件的材料人造大理石床身（混凝土聚合物）2）提高抗振性措施共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與

25、裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室天然大理石床身2）提高抗振性措施共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室3、減少機床的熱變形 引起機床熱變形的主要原因是機床內部熱源發(fā)熱，摩擦以及切削產(chǎn)生的發(fā)熱。減少機床熱變形的措施主要有：采用伺服電動機和主軸電動機、變量泵等低能耗執(zhí)行元件，減少熱量的產(chǎn)生；簡化傳動系統(tǒng)的結構，減少傳動齒輪、傳動軸，采用低摩擦系數(shù)的導軌和軸承，減少摩擦發(fā)熱；改善散熱條件、增加隔熱措施、對發(fā)熱部件（如：電柜、絲桿、油箱等）進行強制冷卻，吸收熱量，避免溫升；采用對稱結構設計，使部件均勻受熱；對切

26、削部分采用高壓、大流量冷卻系統(tǒng)冷卻等等。共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室措施1 將熱源置于易散熱的位置3、減少機床的熱變形共五十三頁 數(shù)控機床(sh kn j chun)結構與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室措施2 采用滾動導軌或靜壓導軌來減少摩擦副之間的摩擦3、減少機床的熱變形共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室主軸措施3 對機床熱源進行強制冷卻冷卻風管3、減少機床的熱變形共五十三頁 數(shù)控機床結構(jigu)與裝調工藝 數(shù)控技術(sh kn j sh)系機制教研室 這種結構相對熱源是對稱的。這樣在產(chǎn)生熱變形時，可保證工件或刀具回轉中心對稱線的位置不變，從而減小熱變形對加工精度的影響。最典型的實例是許多臥式加工中心所采用的框式雙立柱結構，主軸箱嵌入框式立柱內 ，且以立柱左、右導軌兩內側定位，在熱變形時，主軸中心在水平方向的位置保持不變，從而減小了熱變形的影響。措施4 采用對稱原則設計數(shù)控機床結構3、減少機床的熱變形共五十三頁 數(shù)