数控机床的典型机械结构

５. １ 数控机床的机械结构概述
• 机床基础件通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等, 它 们是整台机床的基础和框架。机床的其他零部件固定在基础件上, 或 工作时在其导轨上运动。
• ５. １. ２ 数控机床机械结构的特点
• 为了保证高精度、高效率的加工, 数控机床的结构应具有以下特点并 达到以下要求。
• １. 高刚度 • 因为数控机床要在高速、重切削条件下工作, 因此数控机床的床身、
工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件, 均需有很高的刚度, 工作中应 无变形和振动。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• ２. 高灵敏度 • 数控机床在自动状态下工作, 精度要求比普通机床高, 因而运动部件应
工精度, 要求数控机床具有较高的精度保持性, 故要正确选择有关零件 的材料, 防止使用中的变形和快速磨损。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 另外还要采取一些工艺性措施, 如淬火、磨削导轨、粘贴抗磨塑料导 轨等, 以提高运动部件的耐磨性。
• ６. 高可靠性 • 数控机床在连续工作条件下要有较高的可靠性。 数控机床要最大限
第 ５ 章 数控机床的典型机械结构
• ５. １ 数控机床的机械结构概述 • ５. ２ 数控机床主轴系统 • ５. ３ 数控机床进给传动系统 • ５. ４ 导轨 • ５. ５ 机床支承件
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• ５. １. １ 数控机床机械结构的主要组成
• 数控机床是按照预先编好的程序进行加工的, 在加工过程中不需要人 工干预, 故要求数控机床的结构精密、完善且能长时间稳定可靠的工 作, 以满足重复加工过程。 随着数控机床的发展, 对数控机床的生产 率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求。 传统机床的某些基本 结构限制着数控机床技术性能的发挥, 因此, 现代数控机床在机械结构 上有许多地方与普通机床存在着显著不同。
• ５. ２. ２ 主轴的传动方式
• 数控机床的主轴传动要求有较大的调速范围, 以保证加工时能选用合 理的切削用量, 从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 数控机床的变速是按照控制指令自动进行的,因此变速机构必须适应 自动操作的要求。 大多数数控机床采用无级变速系统, 其主轴传动系 统主要有以下几种传动方式。
度地预防运动部件、频繁动作的刀库和换刀机构等部件的故障, 以便 使数控机床能长期而可靠地工作。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• ５. ２. １ 数控机床对主轴系统的性能要求
• 数控机床主轴系统是数控机床的主运动传动系统, 它是数控机床的重 要组成部分之一。数控机床主轴运动是机床成形运动之一, 它的运动 精度、转速范围、传递功率和动力特性,决定了数控机床的加工精度 、加工效率和加工工艺能力。 数控机床的主轴系统除应满足普通机 床主传动要求外, 还必须满足以下性能要求。
• １. 调速电动机直接驱动主轴传动方式 • 这种传动方式的结构简图如图５ －１ (ａ) 所示, 主轴传动由电动机直
• (１) 主传动系统。 • (２) 进给传动系统。 • (３) 实现某些部件动作与辅助功能的系统和装置, 如液压、气动、润
滑、冷却等系统,排屑、防护等装置, 刀架和自动换刀装置, 自动托盘 交换装置。 • (４) 特殊功能装置, 如刀具破损监控装置, 对刀仪、精度检测和监控装 置等。
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• ２. 具有较高的精度与刚度, 传动平稳, 噪声低 • 数控机床加工精度的提高, 与主轴系统的精度密切相关。 为此, 应提
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。
具有高灵敏度。导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨和静压导轨等 , 以减少摩擦力, 在低速运动时无爬行现象。 数控机床的工作台、刀 架等部件的移动, 由步进、直流或交流伺服电动机驱动, 经滚珠丝杠传 动。 主轴既要在高刚度、高速下回转, 又要有高灵敏度, 因而多数采 用滚动轴承和静压轴承。 • ３. 高抗振性 • 数控机床的一些运动部件, 除了应具有高刚度、高灵敏度外, 还应具有 高抗振性。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 在高速、重切削情况下应无振动, 以保证加工工件的高精度和低表面 粗糙度。 另外, 特别要避免切削时的谐振。
• ４. 热变形小 • 为保证部件的运动精度, 要求数控机床的主轴、工作台、刀架等运动
部件的发热量小,以防止产生热变形。 • ５. 高精度保持性 • 在高速、强力切削下满载工作时, 为保证数控机床长期具有稳定的加
• １. 具有更大的调速范围, 并实现无级调速 • 为了保证在加工时能选用合理的切削用量, 充分发挥刀具的性能, 要求
数控机床主轴系统有更高的转速和更大的调速范围。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 对于可自动换刀的数控机床, 工件一次装夹要完成多个工序的加工, 所 以为了适应各种工序和各种加工材质的要求, 主传动的调速范围还应 进一步扩大。