数控机床的机械结构讲义课件.pptx
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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
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
② 合理的结构布局
（2）提来自百度文库刚度的措施
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
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
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
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
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
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
——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 措施 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
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
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
数控机床的机械结构
导入：
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
§8-1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。
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
（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
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
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
② 合理的结构布局
（2）提来自百度文库刚度的措施
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
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
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
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
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
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
——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 措施 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
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
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
数控机床的机械结构
导入：
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
§8-1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。
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
（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