数控机床的机械结构要求

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数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施1 将热源置于易散热的位置
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数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施2 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦
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数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施3 对机床热源进行强制冷却
主轴
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冷却风管
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数控机床结构与装调工艺
2）不同布局有不同的运动分配及工艺范围
数控镗铣床的三种布局方案中： （a）主轴立式布置，上下运
动，对工件顶面进行加工； （b）主轴卧式布置，加工工
作台上分度工作台的配 合，可加工工件多个侧面； （c）在（b）基础上再增加一 个数控转台，可完成工件 上更多内容的加工。
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数控机床结构与装调工艺
3）不同布局有不同的机床结构性能
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数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
措施4 增加机床各部件的接触刚度和承载能力
采用刮研的方法增加单位面积上的接触点 在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接
触面积。
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数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
措施5 合理选用构件的材料
床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接 ——增加刚度、减轻重量、提高抗振性
4、提高机床寿命和精度保持性
措施1 采用耐磨性好的 零部件
措施2 机床运动部件 间具有良好的润滑
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数控机床结构与装调工艺 5、自动化的机构、宜人的操作性
便于操作的机床结构
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数控机床结构与装调工艺
6、安全防护和宜人的造型
数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半 封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。
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数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施5 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
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数控机床结构与装调工艺
3、减少机床的热变形
措施6 采用排屑系统
随时将切屑排到机床外
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数控机床结构与装调工艺
3、减少机床的热变形
措施7 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦
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数控机床结构与装调工艺
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数控机床结构与装调工艺
具有较好的热稳定性
机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。 由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机 床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、丝杠、 轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削产生的切 屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普通机床要严 重得多。虽然在先进的数控系统具有热变性补偿功能， 但是它并不能完全消除热变性对于加工精度的影响，在 数控机床上还应采取必要的措施，尽可能减小机床的热 变性。
“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较 高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多。
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数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易
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数控机床结构与装调工艺
1）提高刚度的措施： 措施3 增加导轨与支承件的连接部分的刚度
连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连接刚度。
数控卧式镗铣床中，（a）、（b）为T形床身布局，工 作台支承于床身，刚度好，工作台承载能力强；
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数控机床结构与装调工艺
3）不同布局有不同的机床结构性能
数控卧式镗铣床中， (c)、(d)工作台为十字形布局，（c）主 轴箱悬挂于单立柱一侧，使立柱受偏载，(d)主轴箱装在框式 立柱中间，对称布局，受力后变形小，有利于提高加工精度。
传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽然在数 控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施减小这一影 响，但不能完全消除。特别是对于非均匀间隙，必须机械 消除间隙措施，才能得到较好的解决。
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数控机床结构与装调工艺
具有良好的操作、安全防护性能
方便、舒适的操作性能，是操作者普遍关心的问题。在 大部分数控机床上，刀具和工件的装卸、刀具和夹具的调整、 还需要操作者完成，机床的维修更离不开人，而且由于加工 效率的提高，数控机床的工件装卸可能比普通机床更加频繁， 因此良好的操作性能是数控机床设计时必须的问题。数控机 床是一种高度自动化的加工设备，动作复杂，高速运动部件 较多，对机床动作互锁、安全防护性能的要求也比普通机床 要高很多。同时，数控机床一般都有高压、大流量的冷却系 统，为了防止切屑、冷却液的飞溅，数控机床通常都应采用 封闭和半封闭的防护形式，增加防护性能。
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数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
措施1 支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面 或采用封闭型床身
封闭整 体箱形 结构
立柱结构
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数控机床结构与装调工艺
1）提高刚度的措施：
措施2 合理布置支承件隔板的筋条
隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它 壁板,从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度
“T”形隔板连接，主 要提高水平面抗弯刚 度，对提高垂直面抗 弯刚度和抗扭刚度不 显著，多用在刚度要 求不高的床身上
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数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度， 对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著
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数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
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数控机床结构与装调工艺
2）提高抗振性措施 措施1 采用封砂床身结构
底座内所充填的 混凝土的内摩擦 阻尼较高，再配 以封砂的 床身， 使机床有较高的 抗振性。
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数控机床结构与装调工艺 2）提高抗振性措施
措施2 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩(AG)作支承件的材料
人造大理石床身（混凝土聚合物）
（c）水平床身-倾斜滑板， 具有水平床身工艺性好， 宽度方向的尺寸小，且排 屑方便，是卧式数控车床 的最佳布局形式。
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数控机床结构与装调工艺
2、提高结构件的刚度抗振性能
结构的刚度直接影响机床的精度和动态性能。机床的 刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、固 有频率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措施有： 改善机械部分构件；利用平衡机构补偿部件变性；改善并构 件间的连接形式；缩短传动链，适当加大传动轴，对轴承和 滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。
1）数控机床布局特点
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
数控铣床四种布局方案 适应的工件重量、尺寸 却不同。 （a）适应较轻工件； （b）适应较大尺寸工件； （c）适应较重工件； （d）适应更重更大工件。
工作台完成进给
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数控机床结构与装调工艺
1）数控机床布局特点
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
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高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的振 动，是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振性 的主要措施有：对机床高速转旋转部件，特别是主轴部 件进行动平衡，对传动部件进行消隙处理，减少机床激 振力；提高机械部件的静态刚度和固有频率，避免共振， 在机床结构大件中充填阻尼材料，在大件表面喷涂阻尼 涂层抑制振动等。
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数控机床结构与装调工艺
4）不同布局影响机床操作方便程度
数控车床的不同布局方案， （a）为水平床身-水平滑 板，床身工艺性好，便于 导轨面的加工，下部空间 小，故排屑困难，刀架水 平放置加大了机床宽度方 向的结构尺寸；
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1操作方便程度
（b）为倾斜床身-倾斜滑板， 排屑亦较方便，中小规格 的数控车床其床身的倾斜 度以60°，大型的数控车 床采用75°
数控机床结构与装调工艺
数控机床的机械结构
数控机床对机械结构的基本要求 提高数控机床性能的措施
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数控机床结构与装调工艺
一、数控机床对机械结构的基本要求
具有较高的静、动刚度和良好抗震性
机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力。机床变 形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方法予以彻 底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、高可靠性 以及自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应具有 更高的静刚度。此外，为了充分发挥机床的效率，加大 切削用量，还必须提高机床的抗震性，避免切削时产生 的共振和颤振。而提高机构的动刚度是提高机床抗震性 的基本途径。
铸件: 容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼 系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需 做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷。
焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%， 不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品。
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数控机床结构与装调工艺
2）提高机床抗振性
数控铣床四种布局方案 适应的工件重量、尺寸 却不同。 （a）适应较轻工件； （b）适应较大尺寸工件； （c）适应较重工件； （d）适应更重更大工件。
工作台与铣头完成进给
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数控机床结构与装调工艺
1）数控机床布局特点
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
数控铣床四种布局方案 适应的工件重量、尺寸 却不同。 （a）适应较轻工件； （b）适应较大尺寸工件； （c）适应较重工件； （d）适应更重更大工件。
工作台与铣头完成进给 多刀加工
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数控机床结构与装调工艺
1）数控机床布局特点
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
数控铣床四种布局方案 适应的工件重量、尺寸 却不同。 （a）适应较轻工件； （b）适应较大尺寸工件； （c）适应较重工件；
（d）适应大型、重型
工件。
铣头进给
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数控机床结构与装调工艺
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数控机床结构与装调工艺 2）提高抗振性措施
天然大理石床身
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数控机床结构与装调工艺
3、减少机床的热变形
引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热，摩擦 以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有：采用 伺服电动机和主轴电动机、变量泵等低能耗执行元件，减少 热量的产生；简化传动系统的结构，减少传动齿轮、传动轴， 采用低摩擦系数的导轨和轴承，减少摩擦发热；改善散热条 件、增加隔热措施、对发热部件（如：电柜、丝杆、油箱等） 进行强制冷却，吸收热量，避免温升；采用对称结构设计， 使部件均匀受热；对切削部分采用高压、大流量冷却系统冷 却等等。
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数控机床结构与装调工艺
具有较高的运动精度和良好的低速稳定性
利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的 主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一般只 有0.001mm，甚至更小；最低进给速度，一般只有 1mm/min，甚至更低。这就要求进给系统具有较高的运动 精度，良好的跟踪性能和低速稳定性，才能对数控系统的 位置指令做出准确的响应，从而得到要求的定位精度。
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数控机床结构与装调工艺
二、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 机床的总体布局直接影响到机床的结构和性
能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更 简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改善 机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使机 床满足数控化的要求。
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数控机床结构与装调工艺
3、减少机床的热变形
措施4 采用对称原则设计数控机床结构
这种结构相对热源是对称的。 这样在产生热变形时，可保证工 件或刀具回转中心对称线的位置 不变，从而减小热变形对加工精 度的影响。最典型的实例是许多 卧式加工中心所采用的框式双立 柱结构，主轴箱嵌入框式立柱内 ， 且以立柱左、右导轨两内侧定位， 在热变形时，主轴中心在水平方 向的位置保持不变，从而减小了 热变形的影响。