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1、数控机床结构设计与数控机床结构设计与总体布局总体布局 第一节第一节 数控机床的结构设计要求数控机床的结构设计要求n n数控机床的主体结构包括 n n主运动部件主运动部件 n n进给运动部件，即工作台、拖板等进给运动的进给运动部件，即工作台、拖板等进给运动的执行部件；滚珠丝杠螺母副等传动部件以及床执行部件；滚珠丝杠螺母副等传动部件以及床身、立柱等支承部件身、立柱等支承部件 n n冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置n n对于加工中心类的数控机床，还有刀库、自动对于加工中心类的数控机床，还有刀库、自动换刀装置等附加装置换刀装置等附加装置 n n在进行数控机床结构设计时要
2、满足以下几项要求：n n机床的结构刚度机床的结构刚度机床的结构刚度机床的结构刚度n n提高机床的抗振性提高机床的抗振性提高机床的抗振性提高机床的抗振性 n n提高低速进给运动的平稳性和运动精度提高低速进给运动的平稳性和运动精度提高低速进给运动的平稳性和运动精度提高低速进给运动的平稳性和运动精度n n机床的结构刚度机床的结构刚度 n n机床的刚度是指在切削力和其他力的作用下，机床的刚度是指在切削力和其他力的作用下，抵抗变形的能力抵抗变形的能力 n n由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴等）的几何精度与变形产生的定位刀架和主轴等）的几何精度与变
3、形产生的定位误差在，加工过程中不能人为地调整与补偿，误差在，加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。度与表面质量。n n为合理地提高机床的结构刚度，通常遵循以下原则和措施 n n合理地选择构件的结构形式合理地选择构件的结构形式合理地选择构件的结构形式合理地选择构件的结构形式 n n正确选择截面的形状和尺寸正确选择截面的形状和尺寸正确选择截面的形状和尺寸正确选择截面的形状和尺寸 n n合理选择及布置隔板和肋条合理选择及布置隔板和肋条
4、合理选择及布置隔板和肋条合理选择及布置隔板和肋条 n n提高构件的局部刚度提高构件的局部刚度提高构件的局部刚度提高构件的局部刚度 n n选用焊接结构的构件选用焊接结构的构件选用焊接结构的构件选用焊接结构的构件 n n合理的结构布局可以提高刚度合理的结构布局可以提高刚度合理的结构布局可以提高刚度合理的结构布局可以提高刚度 n n采取补偿构件变形的结构措施采取补偿构件变形的结构措施采取补偿构件变形的结构措施采取补偿构件变形的结构措施(c)(d)图5采用辅助导轨结构n n提高机床的抗振性提高机床的抗振性 n n机床在切削加工时可能产生两种形态的振动：机床在切削加工时可能产生两种形态的振动：强迫振动和
5、自激振动强迫振动和自激振动(或称颤振或称颤振)。机床的抗振。机床的抗振性是指机床抵抗这两种振动的能力性是指机床抵抗这两种振动的能力 n n机床强迫振动的根源是：高速旋转零部件的动机床强迫振动的根源是：高速旋转零部件的动态不平衡力、往复运动件的换向冲击力、周期态不平衡力、往复运动件的换向冲击力、周期变化的切削力等变化的切削力等 n n自激振动：自激振动：n n提高机床抗振性的措施提高机床抗振性的措施提高机床抗振性的措施提高机床抗振性的措施 n n减少机床的内部振源减少机床的内部振源减少机床的内部振源减少机床的内部振源 n n提高静态刚度提高静态刚度提高静态刚度提高静态刚度 n n增加构件或结构的
6、阻尼增加构件或结构的阻尼增加构件或结构的阻尼增加构件或结构的阻尼 n n提高低速进给运动的平稳性和运动精度提高低速进给运动的平稳性和运动精度 n n减少动、静摩擦系数之差减少动、静摩擦系数之差减少动、静摩擦系数之差减少动、静摩擦系数之差 n n提高传动系统的传动刚度提高传动系统的传动刚度提高传动系统的传动刚度提高传动系统的传动刚度 n n减小机床的热变形减小机床的热变形 n n减少机床内部热源和发热源减少机床内部热源和发热源减少机床内部热源和发热源减少机床内部热源和发热源 n n改善散热和隔热条件改善散热和隔热条件改善散热和隔热条件改善散热和隔热条件 n n合理设计机床的结构及布局合理设计机床
7、的结构及布局合理设计机床的结构及布局合理设计机床的结构及布局 n n进行热变形补偿进行热变形补偿进行热变形补偿进行热变形补偿 第二节第二节 数控机床的主传动与主轴部件数控机床的主传动与主轴部件 n n数控机床主传动的特点数控机床主传动的特点 n n采用调速电机驱动采用调速电机驱动采用调速电机驱动采用调速电机驱动 n n传动路线短传动路线短传动路线短传动路线短 n n转速高、功率大转速高、功率大转速高、功率大转速高、功率大 n n变速范围大变速范围大变速范围大变速范围大 n n变速迅速可靠变速迅速可靠变速迅速可靠变速迅速可靠 n n数控机床主轴的变速方式数控机床主轴的变速方式 n n无级变速无级
8、变速无级变速无级变速 n n分段无级变速分段无级变速分段无级变速分段无级变速 n n内置电动机的主轴变速内置电动机的主轴变速内置电动机的主轴变速内置电动机的主轴变速 n n主轴部件主轴部件 n n数控机床对主轴部件的要求数控机床对主轴部件的要求数控机床对主轴部件的要求数控机床对主轴部件的要求 n n足够高的刚度足够高的刚度足够高的刚度足够高的刚度 n n较高的回转精度较高的回转精度较高的回转精度较高的回转精度 n n较好的抗振性较好的抗振性较好的抗振性较好的抗振性 n n热稳定性强热稳定性强热稳定性强热稳定性强 n n精度保持性长精度保持性长精度保持性长精度保持性长 n n定位可靠准确定位可靠准确定位可靠准确定位可靠准确 n n其它要求其它要求其它要求其它要求 n n主轴组件的组成和轴承选型主轴组件的组成和轴承选型主轴组件的组成和轴承选型主轴组件的组成和轴承选型 n n主轴组件包括主轴、轴承、传动件和相应的紧固件。主轴组件包括主轴、轴承、传动件和相应的紧固件。主轴的端部是标准的，传动件如齿轮、带轮等与一主轴的端部是标准的，传动件如齿轮、带轮等与一般机械零件相同。因此，研究主轴组件，主要是研般机械零件相同。因此，研究主轴组件，主要是研究主轴的支承形式和轴承的选型。究主轴的支承形式和轴承的选型。