数控机床的机械结构分析
数控机床的典型机械结构
高传动件的制造精度与刚度。 • ３. 具有良好的抗振性和热稳定性 • 数控机床一般既要进行粗加工, 又要进行精加工。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 加工时由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过 程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰, 使主轴产生振 动, 影响加工精度和表面粗糙度, 严重时甚至会破坏刀具或工件, 使加 工无法进行。 主轴系统的发热可能导致所有零部件产生热变形, 降低 传动效率, 破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度而造成加工误 差。 因此, 要求主轴组件要有较高的固有频率、较好的动平衡、保持 合适的配合间隙并进行循环润滑等。
• 数控机床的机械结构仍然继承了普通机床的构成模式, 其零部件的设 计方法也同样类似于普通机床。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 但近年来, 随着进给驱动、主轴驱动和ＣＮＣ 的发展, 为适应高生产 效率的需要, 现今的数控机床有着独特的机械结构, 除机床基础件外, 主要由以下各部分组成。
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第6章 数组
• 6.1 一维数组 • 6.2 二维数组 • 6.3 字符数组 • 6.4 数组程序举例
6.1 一维数组
• 6.1.1一维数组的定义方式 • 一维数组的定义方式为: • 类型说明符数组名[常量表达式]; • 其中: • 类型说明符可以是任何一种基本数据类型或构造数据类型。 • 数组名是用户定义的数组标识符。 • 方括号中的常量表达式须为整型，其值表小数组元素的个数，也称为
来表示。 • (5)允许在同一个类型说明中说明多个数组和多个变量。
数控机床的机械结构概述ppt(52张)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
数控机床结构与装调工艺
具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
数控机床结构与装调工艺
广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品
数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构 的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高 效、无间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。 如：滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨 等高效执行部件，不仅可以减少进给系统的摩擦阻力，提高 传动效率；而且还可以使运动平稳和获得较高的定位精度。
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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数控机床结构与装调工艺
对机械结构、零部件的要求高
高速、高效、高精度的加工要求，无人化管理以及工艺复 合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生产率，同时，也 必然会使机床的开机时间，工作负载随之增加，机床必须在高 负荷下，长时间可靠工作。因此，对组成机床的各种零部件和 控制系统的可靠性要求很高。
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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数控机床结构与装调工艺
三、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。
数控机床机械结构设计与制造技术分析
数控机床机械结构设计与制造技术分析数控机床是一种集机电一体、工作自动化的高科技机械设备，其应用领域日益扩大。
在现代制造领域，数控机床已经成为不可缺少的工具，具有工作高效、精度稳定、自动化程度高等优势。
因此，数控机床的机械结构设计和制造技术的分析对于提高机床的性能和质量意义重大。
本文将从数控机床机械结构设计和制造技术两个方面进行探讨。
数控机床机械结构设计是数控技术的重要组成部分，其主要目的是实现工件的高精度加工。
机械结构设计的核心是构建合理的机械结构，它必须实现切削力的传递，确保传动精度和稳定性，并满足机床高速、高精度加工的需要。
1.数控机床结构布局设计数控机床的结构设计以其性能和稳定性为基础，应该尽可能减少结构的复杂度和重量，提高加工精度和效率。
必须综合考虑机床结构与传动系统，并结合数控系统决定结构的布局设计。
2.数控机床动力传动系统数控机床的动力传动系统是保证机床高速、高精度运动的重要组成部分。
传动系统的设计要求高传动精度、高刚性、低噪声、低能耗等。
在设计中，应当选择合适的传动方式和传动件，合理布置传动方式和传动件，保证传动精度和稳定性。
3.数控机床加工台面数控机床加工台面的设计与制造是实现高精度加工关键，加工台面的设计包括机床工作台的结构和运动方式等，制造应当满足加工、表面平整度和精度等要求。
加工时台面应确保精度修整及完整性，保证工件与工具成定心运动，达到加工工件的精度要求。
数控机床的制造技术包括各种机床部件的加工装配工艺和制造工具。
制造过程中应严格遵守工艺规程，保证机床实现高精度加工的要求。
同时，应该使用高品质的材料和制造工具。
数控机床结构部件加工的精度要求高，包括螺旋齿轮的加工、齿轮啮合的匹配、齿轮的零件标记、联轴器的面精度等。
因此，必须采用高精度的加工设备和工具，采用精细的加工工艺。
2.数控机床结构部件的装配数控机床结构部件的装配是保证机床高精度、高效率的关键。
在装配过程中，应根据机床的设计规格，对各个零部件进行精密配合或插配，确保机床的高稳定性和高度精度。
数控机床的组成及基本工作原理
数控机床的组成及基本工作原理数控机床是一种利用数字编程控制工作的机床。
它由三个基本部分组成：机械系统、传动系统和控制系统。
下面将详细介绍数控机床的组成和基本工作原理。
一、机械系统机械系统是数控机床的基础，它由床身、主轴箱、伺服系统等组成。
1.床身：床身是数控机床的基础，主要承载着机床其他部件。
床身通常由铸铁或钢板焊接而成，具有较高的强度和刚性，以保证机床的稳定性。
2.主轴箱：主轴箱包含了主轴系统和进给系统，主轴通过驱动系统将切削工具与工件连接，实现切削加工。
进给系统控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，使切削工具能沿指定路线精确地切削工件。
3.伺服系统：伺服系统负责控制切削工具和工件的相对运动。
它由伺服电机、伺服控制系统、逆变器和编码器等组成。
伺服电机通过接受数控系统发送的控制信号，精确控制机床的位置和速度，从而实现精确的切削加工。
二、传动系统传动系统负责传递电能和运动，将数控机床的控制信号传递给各个运动部件。
主要由电源、变频器、伺服电机、传感器等组成。
1.电源：电源为数控机床提供所需的电能。
通常使用三相交流电源。
2.变频器：变频器将交流电源转换为直流电源，以满足数控机床的要求。
3.伺服电机：伺服电机是数控机床的关键部件，它负责实现机床的精准运动。
伺服电机通常由电动机、编码器和速度控制器组成。
4.传感器：传感器用于检测机床各个部件的状态，将检测到的信号转换为电信号，反馈给数控系统。
三、控制系统控制系统是数控机床的大脑，它由数控装置、软件系统、输入输出设备等组成。
1.数控装置：数控装置是数控机床的核心，主要负责数控程序的编写和生成。
它接收操作员输入的加工参数和控制命令，经过处理之后发送给伺服系统。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与数控装置进行交互。
常用的输入设备有键盘、鼠标和触摸屏；输出设备有显示器、打印机和数控机床本身。
基本工作原理：1.数控编程：操作员使用数控装置进行编程，编写出所需的加工程序。
数控机床的机械结构与传动
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的选用
滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。
根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。
主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.2 主轴部件的结构
主轴部件的支撑与润滑
机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。
常用卡盘结构
数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。
第四节 数控机床的进给传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
4.2 数控机床进给传动系统的基本形式
实现直线进给运动主要有三种形式： 1）通过丝杠螺母副，将伺服电动机的旋 转运动变成直线运动。 2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的 旋转运动变成直线运动。 3）直接采用直线电动机进行驱动。
减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹
紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.1 主传动的基本要求和变速方式
第6章 数控机床的机械结构
1．滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四 部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分 内循环方式和外循环方式两大类。 内循环方式指在循环过程中滚珠始终保持和丝杠 接触，如图6.16所示。
图6.16 滚珠丝杠内循环方式 1-丝杠；2-反向器；3-滚珠；4-螺母
2）减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有 影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。 3）减少运动件的摩擦阻力 机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副 和导轨。 4）响应速度快 快速响应是伺服系统的动态性能，反映了系统的 跟踪精度。它是工件在加工过程中，工作台在规定的 速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，且不出现丢步现 象。
1-主轴 2-同步齿形带 3-主轴电机 4-永久磁铁 5-磁传感器 图6.11 加工中心主轴准停装置
4．主轴部件的结构
（1）数控车床主轴部件的结构 数控车床的主传动系
统一般采用交流无级调速电动机，通过皮带传动，带 动主轴旋转。 图 6.12为数控车床主轴外观图。图 6.13 为数控车床主轴部件的典型结构图。主轴电动机通过 带轮15把运动传给主轴7。
1. 齿轮变速的主传动方式
如图6.6（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速， 使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级 变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的 要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2. 带传动主传动方式
如图6.6（b）所示，主轴电机经带传动传递给主轴， 带传动主要采用 V型带或齿形带传动，可以避免齿轮 传动时引起的振动与噪声，且其结构简单、安装调试 方便，应用广泛。
1．主轴部件的支承与润滑 根据主轴部件的工作精度、刚度、温升和结构的
简述数控车床结构
简述数控车床结构数控车床是一种高精度、高效率的机床，它的结构设计和工作原理都非常复杂。
本文主要介绍数控车床的结构和组成部分，以及每个部分的功能和作用。
一、数控车床的结构数控车床的整体结构可以分为床身、主轴箱、进给箱、刀架、工作台等几个部分。
下面分别介绍每个部分的结构和作用。
1.床身床身是数控车床最基本的部分，它承载整个机床的重量和力量。
床身通常由铸铁或钢板制成，具有高强度和稳定性。
床身上安装了主轴箱、进给箱、刀架和工作台等组件。
2.主轴箱主轴箱是数控车床的核心部分，它包括主轴、主轴马达、主轴箱壳体、主轴前轴承和后轴承等组件。
主轴箱的主要作用是驱动工件旋转，完成车削加工。
3.进给箱进给箱是数控车床的另一个重要部分，它包括进给马达、进给螺杆、进给箱壳体、进给前轴承和后轴承等组件。
进给箱的主要作用是控制工件的进给速度和方向，完成车削加工。
4.刀架刀架是数控车床的切削部分，它包括主轴箱和进给箱中的伺服电机、刀架壳体、刀架座、刀杆、刀片等组件。
刀架的主要作用是控制刀具的位置和方向，完成车削加工。
5.工作台工作台是数控车床的工件支撑部分，它包括工作台床身、工件卡盘、工件支撑、工作台传动等组件。
工作台的主要作用是固定工件，并控制工件的旋转和进给。
二、数控车床的组成部分数控车床的组成部分主要包括数控系统、伺服系统、机械传动系统和液压系统等。
1.数控系统数控系统是数控车床的核心部分，它控制着整个机床的运动和加工过程。
数控系统包括硬件和软件两部分，硬件包括主板、数控器、显示屏等组件，软件包括编程软件、操作软件等组件。
数控系统可以实现自动化加工，提高生产效率和产品质量。
2.伺服系统伺服系统是数控车床的关键部分，它控制着刀架和进给箱的运动和位置。
伺服系统包括伺服电机、伺服驱动器、编码器等组件，它们通过信号传递和反馈控制实现精确的位置控制。
3.机械传动系统机械传动系统是数控车床的重要部分，它负责将电能转换成机械能，驱动主轴和进给箱的运动。
数控机床机械结构的特点
数控机床机械结构的特点
数控机床是一种高精度、高效率的加工设备，它的核心部件是机械结构。
数控机床机械结构的主要特点包括以下几点：
一、高刚度
数控机床机械结构要求高刚度，能够有效地防止加工过程中的振动和变形。
这是因为振动和变形会对加工精度产生严重的影响，甚至会导致加工品质下降。
因此，数控机床机械结构采用大截面的钢材和铸件进行制造，使其具有足够的刚性和稳定性。
二、高精度
数控机床机械结构需要具有高精度，以保证加工品质。
机械结构的精度受到了加工精度、材料性能、装配精度等多种因素的影响。
因此，在制造数控机床的机械结构时，需要采用精密的加工工艺和精度高的检测方法，以确保其达到高精度的要求。
同时，还需要对机械结构进行调试和校验，以保证其达到最佳工作状态。
三、多功能性
数控机床机械结构需要具有多种功能，以适应不同的加工要求。
常见
的数控机床有铣床、车床、钻床等，每种机床都需要具有相应的机械
结构来实现不同的加工方式。
因此，在设计和制造数控机床的机械结
构时，需要充分考虑其多功能性，满足不同加工要求。
四、高效率
数控机床机械结构的设计和制造不仅需要高精度，还需要高效率。
数
控机床的主要特点之一是自动化程度高，加工效率也相应较高。
因此，在设计和制造数控机床的机械结构时，需要充分考虑其设计效率和制
造效率，以提高生产效率和减少生产成本。
总之，数控机床机械结构的特点包括高刚度、高精度、多功能性和高
效率等多个方面。
这些特点的实现需要充分考虑不同因素的影响，并
运用先进的加工技术和检测手段，以确保机械结构的质量和性能。
数控机床机械结构设计分析
传动结构大为简化 ，传动链也大 大缩短 。② 为适 应连续 ・
的 自动化加工 和提高加工生产率 ，数控机 床机械结 构具 有较 高 的静 、动 态刚 度 和阻 尼精 度 ，以及较 高 的耐 磨 性 ，而且热变形小 。③为减小摩擦 、消除传动 间隙和获 得更 高的加工精度 ，更多地采用 了高效传动部 件 ，如滚
小 限度 内，以保证所要求的加工精度与表面质量 。 为了提高数控机床主轴的刚度 ，不但 经常采 用三支
珠丝杠副 、 滚动导轨和消隙齿轮传 动副等 。④为 了改善
７个 ，铣刀主偏 角为 ４ 。 ５ ，经过计算 （ 算过程略 ） 计 ，切 削时作用在工件表 面的总 压力约 １０ ０ ０ Ｎ，由 ｌ 支撑 ０个 点 （ 主支撑点 ３个和辅 助支撑点 ７个 ）承担 ，若按 每点 受到的力最大 ２０ ０ Ｎ计算 ，支撑组柱件受到 的力通过 ｌ 。 ０
４ ．应用情况
本夹具投入使用后 ，粗铣整体平面度 偏差 由此前 的
０５～ ． ｍｍ，减小到 ０ １ｒｍ以内。原来精铣 出现的 由 ． ０８ ．５ ａ
于粗铣变形问题造成余 量不均 ，出现 加工黑皮 ，以及精 加工后仍 然变形大等问题得 到解决 ，并保证 了在镗孔 加 工时 ，几乎不存在应 力变形 ，孑 的形状 精度 、孔对 面的 Ｌ
结构提 出以下要求 。
生产率 、加工精度和使用寿命提 出了更高的要 求。 数控机床 的主体机构有 以下特 点 ：① 由于采 用 了高 性能的无 级变速主轴及伺服传动 系统 ，数控机床 的机械
数控机床机械结构的特点
数控机床机械结构的特点为了达到数控机床高的运动精度、定位精度和高的自动化性能，其机械结构的特点主要表现在如下几个方面。
1．高刚度数控机床要在高速和重负荷条件下工作，因此，机床的床身、立柱、主轴、工作台、刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，以减少工作中的变形和振动。
例如，有的床身采用双结构，并配置有斜向肋板及加强肋，使其具有较高的抗弯刚度和抗扭刚度；为提高主轴部件的刚度，除主轴部件在结构上采取必要的措施以外，加工中心还要采用高刚度的轴承，并适当预紧；增加刀架底座尺寸，减少刀具的悬伸，以适应稳定的重切削等。
2．高灵敏度数控机床的运动部件应具有较高的灵敏度。
导轨部件通常用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，使其在低速运动时无爬行现象。
工作台、刀架等部件的移动，由交流或直流伺服电动机驱动，经滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需要的驱动扭矩，提高了定位精度和运动平稳性。
3．高抗振性数控机床的一些运动部件，除应具有高刚度、高灵敏度外，还应具有高抗振性，即在高速重切削情况下减少振动，以保证加工零件的高精度和高的表面质量。
特别要注意的是避免切削时的谐振，因此对数控机床的动态特性提出了更高的要求。
4．热变形小机床的主轴、工作台、刀架等运动部件在运动中会产生热量，加工中心从而产生相应的热变形。
而工艺过程的自动化和精密加工的发展，对机床的加工精度和精度稳定性提出了越来越高的要求。
为保证部件的运动精度，要求各运动部件的发热量要少，以防产生过大的热变形。
为此，机床结构根据热对称的原则设计，并改善主轴轴承、丝杠螺母副、高速运动导轨副的摩擦特性。
如MJ—50CNC数控车床主轴箱壳体按照热对称原则设计，并在壳体外缘上铸有密集的散热片结构，主轴轴承采用高性能油脂润滑，并严格控制注入量，使主轴温升很低。
加工中心对于产生大量切屑的数控机床，一般都带有良好的自动排屑装置等。
5．高精度保持性为了加快数控机床投资的回收，必须使机床保持很高的开动比(比普通机床高2～3倍)，因此必须提高机床的寿命和精度保持性，在保证尽可能地减少电气和机械故障的同时，要求数控机床在长期使用过程中不丧失精度。
数控机床的机械结构
两级齿轮变速 液压拔叉实现齿轮滑移
22
CNC
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.2 主轴的联接型式
➢ 定传动比的联结型式 主电动机和主轴一般采用定传动比的联结型
式，或是主电动机和主轴直接联结的型式，在使 用定传动比传动时，通常采用三角皮带或同步皮 带传动
电动机和主轴直接联结的型式，可以大大简 化主轴传动系统的结构，有效地提高主轴刚度和 可靠性。
4.4.2 数控机床进给传动系统的基本型式
➢ 数控机床的进给运动有两大类
– 直线进给运动:机床的基本坐标轴(X、Y、Z轴)以及和基本坐标轴平行的坐标轴(U 、V、W等)的运动
– 圆周进给运动:指绕基本坐标轴X、Y、Z回转的坐标轴运动。
➢ 实现直线进给运动主要有三种型式
▪ 通过丝杠(通常为滚珠丝杠或静压丝杠)螺母副，将伺服电动机的旋转运动变成直 线运动。
4.4.1数控机床对进给传动系统的要求
主要内容
（4）摩擦阻力要小
在进给系统中要尽量减少传动件之间的摩擦阻力， 尤其是减少丝杠传动和工作台运动导轨之间的摩擦， 以消除低速进给爬行现象，从而提高整个伺服进给系 统的稳定性。广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料 导轨和静压导轨。
42
CNC
4.4 数控机床的进给传动系统
19
CNC
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.2 主轴的联接型式
➢ 用辅助机械变速机构联接 在使用无级变速传动的基础上，再增加两级或
三级辅助机械变速机构作为补充。通过分段变速方 式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范围， 满足机床重切削时对扭矩的要求
辅助机械变速机构 ：通过电磁离合器、液压 或气动带动滑移齿轮等方式实现
4.3.1主传动的基本要求和变速方式
数控机床的机械结构
数控机床的机械结构在数控机床进展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架与工作台自动转位与手柄操作等方面作些改变。
随着数控技术的进展，考虑到它的操纵方式与使用特点，才对机床的生产率、加工精度与寿命提出了更高的要求。
数控机床的主体机构有下列特点：1）由于使用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为习惯连续的自动化加工与提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度与阻尼精度，与较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙与获得更高的加工精度，更多地使用了高效传动部件，如滚珠丝杠副与滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，使用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。
根据数控机床的适用场合与机构特点，对数控机床结构因提出下列要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或者手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。
由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架与主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，务必把各处机械结构部件产生的弹性变形操纵在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。
为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常使用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承与角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向与轴向变形。
为了提高机床大件的刚度，使用封闭界面的床身，并使用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。
为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，使用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。
这些措施都能有效地提高接触刚度。
为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还务必提高动态刚度。
数控机床的机械结构
2、广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品 3、具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
4、对机械结构、零部件的要求高
1.3 数控机床对机械结构的基本要求
1、提高机床结构的静刚度
刚度：结构在特定的激扰下抵抗变形的能力。 静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度，动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度， 即引起单位振幅所需要的动态力。 静刚度一般用结构的在静载荷作用下的变形多少来衡量，动刚度则是用结构的 固有频率来衡量；
间并联机构为基础，利用
计算机数字控制的方法， 以软件取代部分硬件，以 电气装置和电子器件取代 部分机械传动。
井冈山大学机电工程学院
23
数控机床的机械结构
3 数控机床的导轨
3.1 数控机床对导轨的基本要求 机床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等上 的导轨进行运动的,导轨的作用概括地说是对运动部件起导向和 支承作用,导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重 要作用的影响。基本要求主要有: 导向精度高; 精度保持性好; 足够的刚度; 良好的摩擦特性; 此外,导轨结构工艺性要好,便于制造和装配,便于检验、 调整和维修,而且有合理的 导轨防护和润滑措施等。
井冈山大学机电工程学院
数控机床的机械结构
3.2数控机床导轨的种类与特点
滑动导轨
井冈山大学机电工程学院
数控机床的机械结构
3.2数控机床导轨的种类与特点
滚动导轨 滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚动体,
使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦。滚动导轨与滑动导
轨相比的优点是: ①灵敏度高,且其动摩擦与静摩擦系数相差甚微,因而运动 平稳,低速移动时,不易出现爬行现象。 ②定位精度高,重复定位精度可达0.2μm。
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左图为卧式加工中 心的框式立柱结构。 从正面看，立柱截 面成封闭框形．轮 廓尺寸大，保证以 高扭转刚度承受切 削扭矩产生的扭转 载荷。
从俯视截面看，两 个立柱截面形状为 矩形，矩形尺寸大 的方向正是因切削 力作用产生大的弯 曲载荷的方向。这 种结构具有很高的 刚度。
措施2 合理布置支承件隔板的筋条
第四节 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
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
第五节 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
第六节 对主传动系统和进给系统的的要求
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。
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
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。
第二节 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
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）
天然大理石床身
第三节 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
“”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
第二节 提高刚度的措施
斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易
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。
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
第三节 减少机床的热变形
冷却风管 主轴
对机床热源进行强制冷却
第三节 减少机床的热变形
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
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
目
掌握提高机床刚度，减少机床的热变形，减
少运动副的摩擦的措施；
了解提高传动精度，提高机床寿命和精度保
标
持性的措施；
了解数控机床的主运动系统和进给运动系统以及典
型机械结构及其工作原理
第六章 数控机床的机械结构
了解数控机床对机械结构的要求，掌握提高
建
机床刚度，减少机床的热变形，减少运动副
的摩擦，提高传动精度，提高机床寿命和精
在结合面之间施加足够大的预加载 荷,增加接触面积
② 合理的结构布局
② 合理的结构布局
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
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。
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
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
5、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
第六章 数控机床的机械结构
第六章 数控机床的机械结构
提
本章讨论了数控机床机械结构的要求，介绍 了提高机床刚度，减少机床的热变形，减少
运动副的摩擦，提高传动精度，控机床主运
动系统和进给运动系统以及典型机械结构。
学时：4学时
第六章 数控机床的机械结构
了解数控机床的机械结构特点；
议
度保持性的措施，了解数控机床的主运动系
统和进给运动系统以及典型机械结构。
第一节 概述
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。
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)
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
第二节 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 的圆截面或采用封闭型床身
——减少传动轴和传动齿轮数量 ——减少主传动箱内的发热量
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