数控机床的结构设计与总体布局
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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。
机床结构的总体设计
机床结构的总体设计作者：曲成王天东来源：《科学与财富》2017年第03期摘要：随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化、高精度化要求越来越高。
本文通过一系列计算确定了数控立式车床的动力参数，完成其传动机构的设计。
关键词：机床总体布局；传动结构1.确定机床的总体布局车床主运动为电机通过三级齿轮传递扭力带动卡盘旋转，切削运动为刀架自身的升降进给和刀架在横梁上的水平进给。
机床底座和主轴可以保证卡盘在水平面受到5个自由度的约束，因此C轴的旋转运动作为主运动并带动零件的旋转。
机床的这种运动结构可以保证机床的整体刚度，主轴采用实心阶梯圆柱结构，51196轴承和NN3080轴承可以保证卡盘的平面度和同轴度在允许的公差范围内。
同时，机床的进给都是采用精密滚珠丝杠伺服电机带动，这些都可以保证切削的稳定性，从而提高了机床的抗震性能。
采用倾斜的钣金作为隔离方式，使切屑不直接与机床本体接触，而直接落入排屑器中，以防止给机床带来额外的热变形，内部主轴轴承和齿轮产生的热量将采用液压油喷射冷却。
最有效的减少噪声方法是减少齿轮的齿距偏差和一齿切向综合偏差。
本文所设计的机床采用3级齿轮传动，减少了传动链的长度；使齿轮精度和重合度有所提高，并减少噪声。
2.主传动电动机功率的确定主运动为旋转运动的机床，主运动的运动参数为主轴转速。
由于主运动的结构和运动参数尚未确定，而各传动件的结构参数都是根据动力参数设计的。
如果动力参数选取过大，传动件的结构尺寸就大，机床就笨重，除增加制造成本外，机床工作中空载功率增加，造成电力浪费；如果动力参数选取过小，机床传动链及电动机长期超载工作，影响机床的使用寿命。
通常动力参数是在调查研究、统计分析的基础之上，结合计算分析，类比确定。
电动机功率按下式估算：式中：PE为主传动电动机功率，kW；Fz为主切削力，N；η为主传动链的总效率；v为切削速度，m/min；本文设计的机床经计算主传动电机功率不低于37kW。
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。
精密数控磨床的总体结构设计
精密数控磨床的总体结构设计1.1 总体方案拟定磨床总体方案，包括以下三方面的内容：（1）调查分析；（2）工艺分析；（3）磨床总体布局。
1.2调查分析调查分析主要包括：（1）对加工对象的了解；（2）对使用要求与制造条件的了解；（3）对同类及类同设备的了解。
1.3加工对象加工对象是主轴箱上两个同轴轴承孔，2.1.1工件材料：孕育铸铁。
2.1.2 使用要求与制造条件本课题所要解决的关键问题是主轴箱上两个同轴轴承孔的超精密加工。
要求所加工的轴承孔的技术参数能达到：（1）圆柱度：0.002mm；（2）圆度：0.002mm；（3）平直度：0.002mm。
磨床的制造运用数控技术，现代测试手段，微量进给软件补偿技术，从而使精密机械设计达到所要求的精度。
2.1.3 同类及类同设备加工工艺方案工艺方法对磨床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致磨床的运动、传动、布局、结构、经济效果等方面的一系列变化。
常用的内孔加工方法主要有:切入式磨削、单油石磨削、多油石磨削。
切入式磨削切入式磨削: 将磨头沿轴向进入工件被加工孔。
一般数控加工机床是采用轴向加工方式，直接切入工件的表面。
采取切入式磨削方式的加工工艺方案如图所示。
砂轮回转，工件安装在工作台上，在加工时回转。
砂轮的径向进给（Fr）靠工作台沿X方向位移实现，上面的孔及上端面加工好后，砂轮通过在垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。
工件一次安装，以保证精度。
2.2.2 单油石磨削单油石磨削: 将1块油石沿轴向进入工件被加工孔。
数控加工机床是采用轴向加工方式，油石与工件内孔相接触，通过数控系统控制磨削部件内孔表面的质量。
采取单油石磨削的加工工艺方案如图所示。
油石并不回转，而是做往复直线运动，工件安装在工作台上，在加工时随工作台一起回转。
油石的径向进给靠拖板的水平方向位移实现，以此来带动工作台上的工件，上面的孔及上端面加工好后，油石通过垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。
CAK50100
供货方案产品型号：CAK50100 产品名称：数控车床沈一车床厂1、机床用途CAK50100是一款具有经济性、环保性、高效性，能够满足未来社会发展需求的全新的数控车床产品。
机床性能在世界同类产品中具有领先水平。
该机床采用平床身斜床鞍结构，X、Z轴采用直线导轨，在确保进给轴具有高刚性的同时提高了机床的动态性能。
该机床非常适合加工各种盘类及轴类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。
设计中对主轴、床身、床鞍等部件进行了有限元分析，大大提高了整机的刚性，确保了加工时的稳定性，特别适合汽车、摩托车、轴承、电子、航天、军工等行业对回转体类零件进行高效、大批量、高精度的加工要求。
整机采用封闭式全防护结构，排屑性极好，符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。
CAK50系列数控车床实现模块化设计，可根据用户不同的需要进行配置。
机床型号介绍：CAK 50 100CAK：系列代号50：机床主参数，最大切削直径的1/1075：机床主参数，最大加工长度的1/102、机床总体布局机床的总体结构采用平床身、斜床鞍结构，满足加工范围同时减小机床尺寸，提高机床刚度。
床身采用平床身，加工区域下方有排屑孔，排屑效果好，X/Z轴采用直线滚动导轨，使机床具有较高的快移速度，尾台导轨采用独特的高刚性滑动导轨，尾台移动方式采用床鞍拖动，机床采用全防护。
机床主要大件：床身、主轴箱、床鞍、滑板均为高强度铸铁铸造，通过完善的热处理工艺过程来消除残余应力，并布置足够的加强筋板，通过有限元分析获得最佳结构，保证整机具有足够的刚度和热稳定性。
3、床身CAK50100机床采用优质铸铁平床身，经有限元分析优化，筋板布置更加合理，使床身具有良好的刚性，床身加工区域下方有排屑孔，排屑效果好，床身设计有独特的油水分离结构，润滑油可独立回收。
4、主轴该系列机床为单主轴主轴箱,采用进口V带传动,使电机通过皮带轮直接带动主轴转动，减少了机械传递的功率损耗，启动快速、平稳。
数控车间布局图
数控车间布局图数控车间布局图是指在数控车间中，将各种设备、机床、工作台等按照一定的布局规划和要求进行合理的摆放和安排，以提高生产效率和工作流程的顺畅性。
下面是一份关于数控车间布局图的详细描述。
一、总体布局数控车间的总体布局应该考虑生产流程的合理性和人流、物流的便捷性。
普通来说，数控车间的布局可以分为车间入口、原材料区、加工区、装配区、成品区、设备维修区和办公区等几个功能区域。
1. 车间入口：车间入口应设在便于物流和人员流动的位置，方便原材料的进出和成品的出库。
2. 原材料区：原材料区应位于车间入口附近，便于原材料的存放和取用。
原材料应按照种类和规格进行分类存放，并做好标识，以便于工人快速找到所需材料。
3. 加工区：加工区是数控车间的核心区域，应合理布置各种数控机床和辅助设备。
数控机床之间的距离应保持一定的间隔，以便于操作和维护。
同时，加工区应设有合适的工作台和操作空间，以提高工作效率。
4. 装配区：装配区应位于加工区的附近，方便将加工好的零部件进行组装。
装配区应配备适当的工具和设备，以确保装配过程的顺利进行。
5. 成品区：成品区是存放已完成的产品的区域，应设在车间的一侧或者角落，便于出库和运输。
成品区应根据产品的种类和规格进行分类存放，并做好标识，以便于及时发现和取用。
6. 设备维修区：设备维修区应设在车间的一侧或者角落，方便进行设备的维护和修理。
维修区应配备必要的工具和设备，以确保设备的正常运行。
7. 办公区：办公区应设在车间的一侧或者角落，提供员工的办公和歇息场所。
办公区应配备必要的办公设备和家具，并保持整洁和肃静。
二、细节考虑除了总体布局外，数控车间的布局还应考虑以下几个细节问题：1. 照明：数控车间应配备充足的照明设备，以确保工人在操作数控机床时有良好的视野，减少操作错误和事故的发生。
2. 通风：数控车间应有良好的通风系统，以确保空气流通，减少粉尘和有害气体的积聚，保护工人的健康。
3. 安全设施：数控车间应配备必要的安全设施，如灭火器、紧急停机按钮、安全防护网等，以确保工人的安全。
数控机床结构结构图
可编程控制器
数控车床 数控车床的工艺用途 的组成 数控车床的组成
影响车床布局形式的因素
操作面板
输入输出设备 CNC装置
伺服单元、驱动装置和测量装置
PLC、机床I/O电路和装置 机床主机
数控车床 主轴箱和尾座的布局形式 水平床身配置水平滑板
数 的布局 床身和导轨的布局形式
倾斜床身配置倾斜滑板 水平床身配置倾斜滑板
按照技术水平的高低分类 1.数显及打字型 2.带有小型电子计算机
进行数据处理型 3.计算机数字控制型
其他分类方法 大型、中型、小型；精密型、生产型
三
三坐标测量 机的构成
坐
三坐标测量机的主体 三坐标测量机的测量系统 三坐标测量机计算机控制系统和软件
标
三坐标测量机
直接测量方法 程序测量方法
测 的测量方式
床概述 数控冲床的工作原理
数控冲床的
数控冲床的组成
主机
数控装置
冲 组成与结构 数控冲床的结构
床
典型数
ZX数控冲床 性能特点
技术参数
控冲床
伺服复合小型精密钣金加工冲床
主要特点 技术参数
三坐标测 量机概述
三坐标测量机的功能 按照工作方式分类 1.点位测量法 2.连续扫描测量方式 三坐标测量机的类型 按照结构形式分类 1.悬臂式 2.桥式 3.龙门式 4.立柱式 5.坐标镗床式
冷却润滑技术（冷却
轨
数控机床导轨的类型与特点 滚动导轨
静压导轨
数控机床自动排 屑装置
平面链式排屑装置 刮板式排屑装置 螺旋式排屑装置 磁性排屑器
摩擦阻力小
位置检测装置
位置检测装置的要求（4点） 数字式与模拟式
的要求与类型
定梁式数控龙门铣床整体结构设计
科技风2019年1月科技创新DOI ：10.19392/j . cnki . 1671-7341.201902005定梁式数控龙门铣床整体结构设计徐梓童汪秣张普天吉林农业科技学院机械与土木工程学院吉林吉林132101摘要:根据国内与国外对于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合 实际的生产需要。
其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。
其运行是采用伺服电机然后 是滚珠丝杠进行传动。
总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。
并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的 方法对其进行了分析。
关键词：龙门铣床;数控;伺服电机；滚珠丝杠1机床的设计要求数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了 ：(1) 总体布局设计:各个部件的位置、各个部件的运动进行 分析、还有其整体的外观。
(2) 技术参数设计:各个部件的尺寸、刀具的转速和进给 量、电机的功率和所能承载的力。
(3) 结构优化设计:整个机床的刚度、运动特性、受热性 能等。
此机床符合国家的标准，其参数为:工作台的整体尺寸为: 3000x 1200mm ，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有 高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂 的零件。
2设计方案我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙 门铣床。
这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了(1)成本低，生产较为简单。
这种龙门铣床的整体的长度必须 比工作台行程的长度多两倍。
而移动式的龙门铣床的整体的 长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。
（2)这种机床 的动态响应好。
这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当 工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工 零件的精度和动态响应性。
我所采用的为西门子425的数控系统，因为这个数控系 统具有龙门轴的同步功能。
这一项功能能够让龙门框架的进 给轴（X 1，X 2)达到无机械偏差的位移的目的。
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
7 机床数控技术-第7章 进给系统的机械传动结构-JIN
7.2 齿轮传动副
1.圆柱齿轮传动消除间隙
图示为另一种双片齿轮周 向弹簧错齿消隙结构，两 片薄齿轮1和2套装一起， 每片齿轮各开有两条周向 通槽，在齿轮的端面上装 有短柱3，用来安装弹簧4。 装配时使弹簧4具有足够的 拉力，使两个薄齿轮的左 右面分别与宽齿轮的左右 面贴紧，以消除齿侧间隙。 适合读数装置，不适合驱 动装置。
6.滚珠丝杆副的支承方式 2）一端装止推轴承，另一端装向心深沟球轴承（双推－支承 式）
图7-16（ b）一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
此种方式可用于丝杠较长的情况。为了减少丝杠热变形的影 响，热源应远离推力轴承一端。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
6.滚珠丝杆副的支承方式 3）两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）
结构简单，工艺性好，承载 能力较高，但径向尺寸较大。应 用最为广泛，也可用于重载传动 系统。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
7.3.1
2）内循环反向器式
靠螺母上安装的反 向器接通相邻滚道， 使滚珠成单圈循环， 反向器２的数目与滚 珠圈数相等。
丝杠螺母尺寸较小、 结构紧凑，刚度好，滚 珠流通性好，摩擦损失 小，但制造较困难。适 用于高灵敏、高精度的 进给系统，不宜用于重 载传动中。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 1）双螺母垫片式消隙
调整垫片1的厚度，可使 两螺母2产生相对位移，以 达到消除间隙、产生预紧拉 力之目的。其特点是结构简 单刚度高、预紧可靠，但使 用中调整不方便。
（b）端部加垫片 （a）中间加垫片
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 2）双螺母螺纹式消隙
7.1 概述 7.2 齿轮传动副 7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承 7.4 数控机床导轨
定梁式数控龙门铣床整体结构设计
定梁式数控龙门铣床整体结构设计摘要：根据国内与国外對于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合实际的生产需要。
其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。
其运行是采用伺服电机然后是滚珠丝杠进行传动。
总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。
并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的方法对其进行了分析。
龙门铣床；数控；伺服电机；滚珠丝杠1 机床的设计要求数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了：（1）总体布局设计：各个部件的位置、各个部件的运动进行分析、还有其整体的外观。
（2）技术参数设计：各个部件的尺寸、刀具的转速和进给量、电机的功率和所能承载的力。
（3）结构优化设计：整个机床的刚度、运动特性、受热性能等。
此机床符合国家的标准，其参数为：工作台的整体尺寸为：3000×1200mm，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂的零件。
2 设计方案我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙门铣床。
这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了（1）成本低，生产较为简单。
这种龙门铣床的整体的长度必须比工作台行程的长度多两倍。
而移动式的龙门铣床的整体的长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。
（2）这种机床的动态响应好。
这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工零件的精度和动态响应性。
我所采用的为西门子 4-05的数控系统，因为这个数控系统具有龙门轴的同步功能。
这一项功能能够让龙门框架的进给轴（X1，X2）达到无机械偏差的位移的目的。
可以对运动的值进行比对，能够检测出很小的偏差并且及时的更正，增大了其精度。
铣床的整体装配图如下图所示：3 主轴箱的设计要求（1）使其所调节的速度范围能够达到其最大值而且能够进行无极变速。
（2）提高主轴箱的刚性与稳定性，以及它的精度。
CK6132型数控车床的设计
数控机床是采用了数控数字形式信息控制的机床,或者说是装备了数控系统的机床,是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,是现代化工业生产中一门新型的,发展十分迅速的高新技术,它是集计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等高新技术于一身的自动化机床,具有高精度、高效率、灵活性、柔性自动化等特点。
本文根据市场对经济型数控机床的需求,研制了CK 6132型数控车床,确定了该型号数控车床的总体设计方案,并对主传动系统、数控机床主轴组件、进给伺服系统等关键部件的设计方案进行了详细论证。
该款数控车床目前已上市销售,产品性能获得用户良好评价。
1 数控机床的组成、分类及工作原理数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。
数控机床按照工艺用途金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、数控特种加工及其他类型的数控机床。
按照运动方式可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。
按伺服系统类型可分为开环控制数控机床、闭环控制系统数控机床、半闭环控制数控机床。
当今世界上数控技术及其装备呈现高速、高精密化、高可靠性能、设计C A D 化、功能多样化、智能化、网络化、柔性化、工序复合化、功能复合化的发展趋势。
2 CK6132型数控车床的设计2.1数控机床的总体设计数控机床的结构设计要求主要有:具有大的切削功率,高的静、动态刚度和良好额度抗振性能;具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性;具有实现辅助操作自动化的结构部件。
机床总体方案设计的目的,在于从整体上保证设计的优化。
机床总体方案设计三部分组成:技术参数设计、总体布局设计、结构优化设计。
CK6132型数控车床总体布局设计如图1所示。
2.2数控机床主传动系统设计机床的主传动系统有动力参数和运动参数。
动力参数是指主运动驱动电机的功率,运动参数是指主运动的变速范围。
机床的主传动的功率利用切屑功率Pc与主远动传动链η确定。
数控机床加工范围一般比较大,切屑功率PC 可根据有代表性的加工情况,按公式PC=FZυ/60000确定,其中:FZ为主切屑力的切身分力(N);υ为切屑速度(m/min);M为切屑扭矩(N ·cm);N为主轴转速(r/min)。
数控立式铣床机械结构设计--结构设计
数控立式铣床机械结构设计数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用。
近年来，我国在中高档数控机床关键技术上有了较大突破，创造出一批具有自主知识产权的研究成果。
目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孑L或铣削平面时，加工精度不高。
如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。
根据这种情况，我们设计了一种小型数控立式铣床。
该铣床造价大大低于传统数控机床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。
下文就对它的机械结构设计作一介绍。
1 机床的总体布局本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床，机床床身尺寸(长×宽×高)为600 mm×8OO mm×1 4051Tim，主要由(如图1机床的结构简图所示)机床底座，横向溜板，X、y、Z方向进给步进电动机，工作台，机床床身，三相异步电动机，主轴箱以及相关的电气系统等部分组成。
机床的加工过程为：被加工零件固定于工作台4上，能够实现横向、纵向的进给运动；铣刀装夹在主轴箱8上，能够沿立柱的上下移动，进行铣削加工。
整个加工过程由PC进行控制，实现工件的自动加工。
该数控铣床的主要技术参数为：最大钻孔直径：28 mm；最大铣削能力：平面2．6×10 mm。
；主轴箱上下移动最大行程：345 mm；工作台工作面积：730 n'ln3×350 n3n3；工作台最大纵向行程：450 mm；工作台最大横向行程：250 n3m；机床底座面积：400 ITlm×680 n3n3；主轴变速范围：8O～ 1 650 r／min2 机床主传动系统及主轴组件设计2．1 机床主传动系统数控铣床主传动系统由主轴电动机、传动系统和主轴部件等部分组成，它与普通机床主传动系统相比结构较简单，这是由于变速功能主要由无级变速电动机来承担。
数控机床结构结构图
冷却润滑技术（冷却
轨
数控机床导轨的类型与特点 滚动导轨
静压导轨
数控机床自动排 屑装置
平面链式排屑装置 刮板式排屑装置 螺旋式排屑装置 磁性排屑器
摩擦阻力小
位置检测装置
位置检测装置的要求（4点） 数字式与模拟式
的要求与类型
位置检测装置的分类（）
增量式与绝对式
数控机床
直接测量与间接测量
数 控 机
位置检测 装置
概述
加工中心特点
加工精度高
适应性强 生产效率高 经济效益好 劳动强度低，工作条件好
1.基础部件
有利于生产管理的现代化 2.主轴组件
加工中心的 基本构成
3.控制系统
4.伺服系统
5.自动换刀装置 6.自动托盘更换系统
7.辅助系统
加 工 中
加工中心 的分类
按加工范围分类
车削、钻削、镗铣、磨削、电火花
按加工中心的布局方式分类
极间介质的消电离 绝缘作用
电火花加
数 工概述
工作液介 质的作用
压缩放电通道的作用 高压作用
冷却作用 消电离作用
控
脉冲电源
数控电切削加 间隙自动调整装置
电
工设备组成
机床本体 工作液及其循环系统
加
数控系统
数控电火花成型机床
工 机 床
数控电火花 成型机床
数控电切削加工设备类型 数控线切割机床
机床的结构形式
数控工
机床热变形控制与补偿
机床的主要构成
1.床身 2.砂轮架座 3.砂轮主轴部件 4.纵向工作台 5.操纵台 6.液压系统 7.冷却和吸雾系统 8.机床密封罩
具磨床
主要技术参数 机床的运动及机床坐标系的建立
数控机床的结构概述
4.3.2主传动机械结构
数控机床机械结构要求：高抗振性 1）强迫振动 使机床产生强迫振动的内部振源有高速转动零部件的动态不平衡力、 往复运动件的换向冲击力、周期变化的切削力等。 2）自激振动 这里是指切削自激振动，也称颤振。如图所示。 3）提高机床抗振性的措施 (1) 减少机床的内部振源 (2) 提高静刚度 (3) 增加构件或结构的阻尼
4.3.2主传动机械结构
主轴部件结构： 数控机床的主轴部件，既要满足精加工时精度较高的要求， 又要具备粗加工时高效切削的能力，因此应有更高的动、静刚度 和抵抗变形的能力。主轴部件主要包括主轴、轴承、传动件和密 封件，对于具有自动换刀能力的数控机床，主轴部件还应有刀具 自动装卸装置、主轴准停装置和吹屑装置等。
当换刀时，在主轴上端油缸的上腔A通入压力 油，活塞12的端部推动拉杆7向下移动，同时压 缩蝶形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣卡爪5的下 端移出套筒14时，在弹簧6的作用下，卡爪张开， 喷气头13将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔除。
待机械手将新刀装入后，油缸10的下腔通入 压力油，活塞12向上移，蝶形弹簧伸长将拉杆7 和双瓣卡爪5拉着向上，双瓣卡爪5重新进入套筒 14，将刀柄拉紧。
4.3.2主传动机械结构
数控机床机械结构要求：热变形对加工精度的影响小 数控机床的热变形，是影响加工精度的重要因素。引起机床热变形的 热源主要是机床的内部热源，如主电动机、进给电动机发热，摩擦热以及切 削热等。 减少机床热变形及其影响的措施是： 1）减少机床内部热源和发热量； 2）改善散热和隔热条件； 3）均热； 4）合理设计机床的结构布局，减小热变形对精度的影响； 5）采取热变形补偿措施。
4.2 数控机床的整体布局形式
（1）
图具有可编程尾架座双刀架数控车床。
数控机床的总体布局与自动换刀装置(ppt 87页)
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2.1.3提高数控机床性能的措施
提高结构件的刚度
结构的刚度直接影响机床的精度和动态性能。机床 的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、 固有频率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措 施有：改善机械部分构件；利用平衡机构补偿部件变性； 改善并构件间的连接形式；缩短传动链，适当加大传动轴， 对轴承和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。
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2.1.3提高数控机床性能的措施
提高机床抗振性
高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的振动， 是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振性的主要措施 有：对机床高速转旋转部件，特别是主轴部件进行动平衡，对 传动部件进行消隙处理，减少机床激振力；提高机械部件的静 态刚度和固有频率，避免共振，在机床结构大件中充填阻尼材 料，在大件表面喷涂阻尼涂层抑制振动等。
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2.2.1数控车床的常用布局形式
常用布局形式
斜床身布局的数控车床（导轨倾斜角度通常选择45º、 60º或75º），不仅可以在同等条件下，改善受力情况，而 且还可通过整体封闭式截面设计，提高床身的刚度，特别 是自动换刀装置的布置较方便。而平床身、立式床身布局 的机床受结构的局限，布置比较困难，限制了机床性能。 因此，斜床身布局的数控车床应用比较广泛。
这三种布局方式各有特点，一般经济型、普及型数控车 床以及数控化改造的车床，大都采用平床身；性能要求较高 的中、小规格数控车床采用斜床身（有的机床是用平床身斜 滑板）；大型数控车床或精密数控车床采用立式床身。
图2-1 数控车床的三种常用布局 (a)平床身布局(b)斜床身布局(c)立式床身布局
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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
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
➢工作台与铣头完成进给 较重或较高工件
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
➢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 6.2.2 运动分配与部件的布局
➢数控镗铣床 五轴联动
28
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
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。
10
11
➢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
12
➢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
13
➢合理选择构件的结构形式
箱的重复定位精度将影响
加工台肩轴孔的同轴度。
30
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。
31
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
和热稳定性； ➢具有实现辅助操作自动化的结构部件。
8
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。
9
➢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
数控机床的结构 设计与总体布局
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。
6
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
7
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，
➢工作台与铣头完成进给 工件较重，多刀加工
23
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
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
➢数控镗铣床 四轴联动
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
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
➢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
➢ 便于同时操作与观察 ➢刀具、工件装卸、夹紧方便 ➢排屑和冷却
32
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
33
Thank you
感谢聆听
15
➢构件变形补偿
16
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
17
➢ 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
14
➢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
隔振） 2. 提高静态刚度； 3. 增加构件或结构的阻尼。
18
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）
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； 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。