数控机床的结构设计与总体布局共35页
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6.1 数控机床的结构设计
6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4
对数控机床机械机构的要求 提高机床结构刚度 提高机床的抗振性 提高低速进给运动的平稳性和运动精度
1
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。
箱的重复定位精度将影响
加工台肩轴孔的同轴度。
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
➢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。
30
6.2 数控机床的总体布局 6.2.5 机床的使用要求与总布局
2
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
● 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。
3Hale Waihona Puke Baidu
（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
和热稳定性； ➢具有实现辅助操作自动化的结构部件。
7
6.1.2 提高机床结构刚度
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。
8
➢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
➢工作台与铣头完成进给 工件较重，多刀加工
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
➢铣头进给
大型、重型工件
23
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
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
➢ 便于同时操作与观察 ➢刀具、工件装卸、夹紧方便 ➢排屑和冷却
31
6.2 数控机床的总体布局 6.2.6 数控机床总布局的其它趋势
➢机电一体化结构 控制计算机、按键、开关、显示器等集中在吊
挂按钮站
➢全封闭结构
32
本章结束
33
谢谢！
34
35
隔振） 2. 提高静态刚度； 3. 增加构件或结构的阻尼。
17
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）
18
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。
14
➢构件变形补偿
15
6.1.3 提高机床的抗振性
➢ 振动类型
强迫振动 振源 ： 1. 高速转动零部件的动态不平衡力； 2. 往复运动件的换向冲击力期变化的切削力 3. 机床外部的振动 4. 自激振动 5. 切削颤振 6. 临界切削宽度
16
➢ 提高机床的抗振性措施 1. 减少机床内部振源；（动平衡、消除配合间隙、
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
13
➢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
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
➢工作台完成进给
工件较轻时
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
➢工作台与铣头完成进给 较重或较高工件
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
28
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
➢数控镗铣床 五轴联动
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
➢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 6.2.3 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
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
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。
9
10
➢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
11
➢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
12
➢合理选择构件的结构形式
4
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。
5
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
6
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，
6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4
对数控机床机械机构的要求 提高机床结构刚度 提高机床的抗振性 提高低速进给运动的平稳性和运动精度
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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。
箱的重复定位精度将影响
加工台肩轴孔的同轴度。
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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
➢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 6.2.5 机床的使用要求与总布局
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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
● 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。
3Hale Waihona Puke Baidu
（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
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
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。
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➢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
➢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
➢ 便于同时操作与观察 ➢刀具、工件装卸、夹紧方便 ➢排屑和冷却
31
6.2 数控机床的总体布局 6.2.6 数控机床总布局的其它趋势
➢机电一体化结构 控制计算机、按键、开关、显示器等集中在吊
挂按钮站
➢全封闭结构
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谢谢！
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隔振） 2. 提高静态刚度； 3. 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。
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➢构件变形补偿
15
6.1.3 提高机床的抗振性
➢ 振动类型
强迫振动 振源 ： 1. 高速转动零部件的动态不平衡力； 2. 往复运动件的换向冲击力期变化的切削力 3. 机床外部的振动 4. 自激振动 5. 切削颤振 6. 临界切削宽度
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➢ 提高机床的抗振性措施 1. 减少机床内部振源；（动平衡、消除配合间隙、
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
13
➢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
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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
➢工作台完成进给
工件较轻时
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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
➢工作台与铣头完成进给 较重或较高工件
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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
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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
➢数控镗铣床 五轴联动
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
➢数控镗铣床 五轴联动
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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
➢数控镗铣床 五轴联动
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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
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
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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10
➢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
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➢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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➢合理选择构件的结构形式
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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，