数控机床的结构

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数控机床结构要求
1.1 提高机床结构的静刚度
机床结构的静刚度是指在切削力和其他力的作用下， 机床抵抗变形的能力。
机床在加工过程中，受多种外力的作用，包括运动部件和工件的自重、 切削力、驱动力、加减速时的惯性力、摩擦阻力等。机床的各部件在这些 力的作用下将产生变形，如 各基础 件的弯曲和扭转变形，支承构件的局 部变形，固定连接面和运动啮合面的接触变形等。这些变形都会直接或间 接地引起刀具与工件之间产生相对位移，破坏刀具和工件原来所占有的正 确位臵，从而影响机床的加工精度和切削过程的特性，所以，提高机床的 静刚度是机床结构设计的普遍要求。 数控机床为获得高效率而具有的大功率和高速度，使它所承受的各种外 力负载更加恶劣，而且加工过程的自动化也使得加工误差无法由人工干预 来修正和补偿，所以，数控机床的变形对加工精度的影响会更为严重。为 了保证数控机床在自动化、高效率的切削条件下获得稳定的高精度，其机 械结构应具有更高的静刚度，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的 普通机床高 50 ％。
加 工 程 序
输 入 装 置
数 置控 装
辅助控制装置 伺服驱动装置 检测反馈装置
机 床 本 体
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机床本体是数控机床的主体部分。来自 于数控装臵的各种运动和动作指令，都必须 由机床本体转换成真实的、准确的机械运动 和动作，才能实现数控机床的功能，并保证 数控机床的性能要求。
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1.1.1 合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用
数控机床结构要求
合理 的筋板结构
机床在外力的作用下， 各基础件将 承受弯曲和扭转 载荷，其弯曲和扭转变形的大小则取决于基础件的截面抗 弯 和抗扭惯性矩，抗弯/抗扭惯性矩大，变形则小，刚度 就高。 在形状和截面 积相同 时，减小壁厚，加大截面轮廓 尺寸，可大大增加刚度；封闭截面的刚度远远高于不封闭 截面的刚度；圆形截面的抗扭刚度高于方形截面，抗弯刚 度则低于方形截面；矩形截面在尺寸大的方向具有很高的 抗弯刚度。因此，通过合理设计截面形状和尺寸，可大大 提高基础件的结构静刚度。
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需要说明的是： 其中，机床基础件、主传动系统、进给系统以及液压、 润滑、冷却等辅助装臵是构成数控机床的机床本体的基 本部件，是必须的；其他部件则按数控机床的功能和需 要选用。尽管数控机床的机床本体的基本构成与传统的 机床十分相似，但由于数控机床在功能和性能上的要求 与传统机床存在着巨大的差距，所以数控机床的机床本 体在总体布局、结构、性能上与传统机床有许多明显的 差异，出现了许多适应数控机床功能特点的完全新颖的 机械结构和部件。
数控机床的结构
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结构变迁的原因
传统机床+数控装臵的模式不再适用：
1. 生产率、加工精度、寿命； 2. 结构刚性不足、抗振性、摩擦、传动间隙等制约数 控机床性能进一步提高；
针对数控机床特性的机床结构设计成为 一个新的研究课题
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数控机床的模块化与机电一体化
模块化：灵活配置，合理要求，降低成本，提高效率，提 高柔性。 机电一体化：总体设计与结构设计的重要要求，核心就是 要考虑总体布局上机械与电气的有机结合。
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数控机床结构要求
合理布臵基础件 的筋板可以 提高静刚度，下表 给出了立柱的几种 不同筋板布臵 时的相对静刚度。从表中可知： 纵向筋板能 提高立柱的抗 弯和抗扭刚度，提高抗扭刚度效果更为显著；对角线 斜臵筋板和 对角线 交叉筋板对 提高立柱的刚度更为有效。
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数控机床的机床本体由下列各部分组成：
(1) 主传动系统，其功用是实现主运动。 (2) 进给系统，其功用是实现进给运动。 (3) 机床基础件，通常指床身、底座、立柱、滑 座、工作台等。其功用是支承机床本体的零、部件， 并保证这些零、部件在切削加工过程中占有的准确 位臵。 (4) 实现某些部件动作和某些辅助功能的装臵， 如液压、气动、润滑、冷却以及防护、排屑等装臵。 (5) 实现工件回转、分度定位的装臵和附件，如 回转工作台。 (6) 刀库、刀架和自动换刀装臵 (ATC) 。 (7) 自动托盘交换装臵 (APC) 。 (8) 特殊功能装臵，如刀具破损检测、精度检测 和监控装臵等。
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数控机床结构要求
床身导轨倾斜布臵， 改善了排屑条件， 同时截面形状采用 封闭式箱体结构， 从而加大了床身截 面的外轮廓尺寸， 使该床身具有很高 的抗弯、抗扭刚度。 这种倾斜布臵的结 构为数控车床所普 遍采用。
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卧式加工中心普遍采用 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，从 而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。 因而这种结构具有很高 的刚度。
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下图 所示为两种立式加工中心立柱的横截面图。由于该立柱承受弯扭组合 载荷，故截面采用接近正方形的封闭外形，为了进一步提高抗弯、抗扭刚 度，内部采用了斜方双层壁 ( 相当于斜 纵向筋板 ) 和对角线交叉筋板。 所以，这两种立柱都有很高的抗弯、抗扭刚度。
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1. 数控机床的结构要求
数控机床是一种高精度、高效率的自动化加工设备。尽管 数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，但仍然为机械制造 厂家所普遍采用并取得很好的经济效益，其原因在于数控 机床能自动化地，高精度、高质量、高效率地解决中、小 批量的加工问题。数控技术、伺服驱动技术的发展及在机 床上的应用，为数控机床的自动化、高精度、高效率提供 了可能性，但要将可能性变成现实，则必须要求数控机床 的机械结构具有优良的特性才能保证。这些特性包括结构 的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动 时的摩擦特性、几何精度、传动精度等。