数控机床的结构设计与总体布局(2h36).pptx
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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
6.1.2 提高机床结构刚度
➢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
● 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
第六章 数控机床的结构设计
（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
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。
➢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
15
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
6.1.3 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）
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
第六章 数控机床的结构设计 ２
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
目的：
了解数控机床的结构形式与其性能的关系 1
第六章 数控机床的结构设计
6.1 概述
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
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
Hale Waihona Puke Baidu
工件较轻时
21
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
6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局
➢加工中心
盘式刀库安装在立柱的后侧 采用了前后两个换刀机械手。 后机械手将刀具由刀库中取出， 先是装入一个运刀装置中，随 运刀装置移到固定的位置，再 由前换刀机械手在主袖与运刀 装置之间进行刀具交换。
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
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
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。
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6.2 数控机床的总体布局
2
第六章 数控机床的结构设计
6.1 概述 6.1.1 对数控机床机械机构的要求
1.机床的性能要求; 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
第六章 数控机床的结构设计
6.1 概述 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
➢数控镗铣床 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
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
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢合理选择构件的结构形式
➢合理选择构件的结构形式； ➢合理的结构布局； ➢构件变形补偿。
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6.1.2 提高机床结构刚度
➢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
● 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。
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第六章 数控机床的结构设计
（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
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2.满足机床刚度和抗振性的要求 ● 具有抵抗外载荷的能力； ● 抵抗受迫和自激振动的能力； ● 改善机床机构。
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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
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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。
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6.1.2 提高机床结构刚度
提高静态刚度； 增加构件或结构的阻尼。
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6.1.4 提高低速进给运动的平稳性和运动精度
➢ 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）
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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。
➢工作台与铣头完成进给 工件较重，多刀加工
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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
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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
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6.2 数控机床的总体布局 6.2.2 运动分配与部件的布局
15
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
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6.1.3 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）
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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
第六章 数控机床的结构设计 ２
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
目的：
了解数控机床的结构形式与其性能的关系 1
第六章 数控机床的结构设计
6.1 概述
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
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
Hale Waihona Puke Baidu
工件较轻时
21
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
6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局
➢加工中心
盘式刀库安装在立柱的后侧 采用了前后两个换刀机械手。 后机械手将刀具由刀库中取出， 先是装入一个运刀装置中，随 运刀装置移到固定的位置，再 由前换刀机械手在主袖与运刀 装置之间进行刀具交换。
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
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
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。
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6.2 数控机床的总体布局
2
第六章 数控机床的结构设计
6.1 概述 6.1.1 对数控机床机械机构的要求
1.机床的性能要求; 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。
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第六章 数控机床的结构设计
6.1 概述 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
➢数控镗铣床 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
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。
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6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
6.1.2 提高机床结构刚度 ➢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
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6.1.2 提高机床结构刚度 ➢合理选择构件的结构形式