数控机床的机械传动结构
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① 减少运动件的摩擦阻力 提高机床进给系统的快速响应性能和运动精度，减少爬行现象
响应性能：是进给伺服系统动态性能的指标， 反映了系统的跟踪精度
或采用封闭型床身
封闭整体箱形结构
（2）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
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.
（2）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
（2）提高刚度的措施
② 合理的结构布局
（2）提高刚度的措施
一、数控机床的机械结构要求
1、数控机床应具有更高的静、动刚度
刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力 (静刚度) (动刚度)
（1）提高刚度的原因
① 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形， 引起刀具和工件的相对位置的变化
② 机床刚度差—影响机床抗振性
（2）提高刚度的措施
① 合理选择支承件的结构形式 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
一、数控机床的机械结构要求
3、减少运动副的摩擦，提高传动精度
措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦
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
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
一、数控机床的机械结构要求
5、自动化的机构、宜人的操作性
便于操作的机床结构
一、数控机床的机械结构要求
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。
二、对主传动的要求
1、主传动的作用：产生主切削力
2、对主传动的要求
① 足够的转速范围 ② 足够的功率和扭矩 ③ 各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性 ④ 噪声低、运行平稳
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
（2）提高刚度的措施
措施2 采用封砂床身结构 在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂 增加摩擦阻力
（2）提高刚度的措施
3、主传动的配置方式
① 主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴）
特点： 有效提高主轴部件刚度，但主轴输出扭矩小
电主轴
2、电动机经同步齿形带传动主轴 主轴电动机
3、电动机经齿轮变速传动主轴 主轴电动机
4、主轴部件 动画
三、对进给传动系统的要求
1、进给传动系统作用
接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱 动执行元件实现预期的运动。
2、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别
传统进给传动系统：多采用一个电机，执行件之间采用大量 的齿轮传动，以实现内外传动链的各种传动比要求。故传动 链很长，结构相当复杂
数控伺服进给系统：每一个运动都由单独的伺服电机驱动， 传动链大大缩短，传动件大大减少，有利于减少传动误差， 提高传动精度
3、对进给传动系统的要求
措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料
人造大理石床身（混凝土聚合物）
（2）提高刚度的措施
天然大理石床身
一、数控机床的机械结构要求
2、减少机床的热变形 （1）产生热变形的原因：
① 内外热源的影响 ② 不能人工修正热变形误差
（2）减少热变形的措施：
① 减少发热—将热源从主机中分离出去 措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速
（2）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
（2）提高刚度的措施
“”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
（2）提高刚度的措施
斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易
（2）提高刚度的措施
第四章 数控机床的机械结构
复习：
数控机床的组成
输
入 装 置
计 算 机
数
控
输
装
出
置
装
置
主轴控制单元 PLC
速度控制单元
伺服电机
位置检测反馈装置
主轴
机床
工 作 台
§4-1对机械结构的要求
一、数控机床的机械结构要求
1、高精度 2、高速度 3、高自动化
要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性
因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的 差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面： 1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能； 2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性； 3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。
冷却风管 对机床热源进行强制冷却
主轴
主轴
冷却风管
对机床热源进行强制冷却
措施1 采用对称原则设计数控机床结构 对称结构立柱
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统 机床排屑系统
措施3 采用排屑系统 倾斜床身
措施4 将热源置于易散热的位置 将主传动箱和主电动机放在机床的外面
——减少传动轴和传动齿轮数量 ——减少主传动箱内的发热量
（2）减少热变形的措施：
措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 ——采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承
② 控制温升 Байду номын сангаас施 通过散热和冷却方法
③ 改善机床结构 措施1 采用对称原则设计数控机床结构
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统 ④ 进行热变形补偿
② 合理的结构布局
（2）提高刚度的措施
③ 采用补偿变形的措施
测出受力点的相对变 形的大小和方向，或 者预知构件的变形规 律，就可采取补偿变 形的方法消除受力变 形的影响
（2）提高刚度的措施
④ 合理选用构件的材料 措施1 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 铸件: 容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼
响应性能：是进给伺服系统动态性能的指标， 反映了系统的跟踪精度
或采用封闭型床身
封闭整体箱形结构
（2）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
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.
（2）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
（2）提高刚度的措施
② 合理的结构布局
（2）提高刚度的措施
一、数控机床的机械结构要求
1、数控机床应具有更高的静、动刚度
刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力 (静刚度) (动刚度)
（1）提高刚度的原因
① 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形， 引起刀具和工件的相对位置的变化
② 机床刚度差—影响机床抗振性
（2）提高刚度的措施
① 合理选择支承件的结构形式 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
一、数控机床的机械结构要求
3、减少运动副的摩擦，提高传动精度
措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦
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
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
一、数控机床的机械结构要求
5、自动化的机构、宜人的操作性
便于操作的机床结构
一、数控机床的机械结构要求
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。
二、对主传动的要求
1、主传动的作用：产生主切削力
2、对主传动的要求
① 足够的转速范围 ② 足够的功率和扭矩 ③ 各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性 ④ 噪声低、运行平稳
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
（2）提高刚度的措施
措施2 采用封砂床身结构 在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂 增加摩擦阻力
（2）提高刚度的措施
3、主传动的配置方式
① 主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴）
特点： 有效提高主轴部件刚度，但主轴输出扭矩小
电主轴
2、电动机经同步齿形带传动主轴 主轴电动机
3、电动机经齿轮变速传动主轴 主轴电动机
4、主轴部件 动画
三、对进给传动系统的要求
1、进给传动系统作用
接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱 动执行元件实现预期的运动。
2、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别
传统进给传动系统：多采用一个电机，执行件之间采用大量 的齿轮传动，以实现内外传动链的各种传动比要求。故传动 链很长，结构相当复杂
数控伺服进给系统：每一个运动都由单独的伺服电机驱动， 传动链大大缩短，传动件大大减少，有利于减少传动误差， 提高传动精度
3、对进给传动系统的要求
措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料
人造大理石床身（混凝土聚合物）
（2）提高刚度的措施
天然大理石床身
一、数控机床的机械结构要求
2、减少机床的热变形 （1）产生热变形的原因：
① 内外热源的影响 ② 不能人工修正热变形误差
（2）减少热变形的措施：
① 减少发热—将热源从主机中分离出去 措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速
（2）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
（2）提高刚度的措施
“”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
（2）提高刚度的措施
斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易
（2）提高刚度的措施
第四章 数控机床的机械结构
复习：
数控机床的组成
输
入 装 置
计 算 机
数
控
输
装
出
置
装
置
主轴控制单元 PLC
速度控制单元
伺服电机
位置检测反馈装置
主轴
机床
工 作 台
§4-1对机械结构的要求
一、数控机床的机械结构要求
1、高精度 2、高速度 3、高自动化
要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性
因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的 差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面： 1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能； 2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性； 3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。
冷却风管 对机床热源进行强制冷却
主轴
主轴
冷却风管
对机床热源进行强制冷却
措施1 采用对称原则设计数控机床结构 对称结构立柱
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统 机床排屑系统
措施3 采用排屑系统 倾斜床身
措施4 将热源置于易散热的位置 将主传动箱和主电动机放在机床的外面
——减少传动轴和传动齿轮数量 ——减少主传动箱内的发热量
（2）减少热变形的措施：
措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 ——采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承
② 控制温升 Байду номын сангаас施 通过散热和冷却方法
③ 改善机床结构 措施1 采用对称原则设计数控机床结构
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统 ④ 进行热变形补偿
② 合理的结构布局
（2）提高刚度的措施
③ 采用补偿变形的措施
测出受力点的相对变 形的大小和方向，或 者预知构件的变形规 律，就可采取补偿变 形的方法消除受力变 形的影响
（2）提高刚度的措施
④ 合理选用构件的材料 措施1 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 铸件: 容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼