数控机床的机械结构概述

1、第十九次课主題：数控机床中的机械传动第七章数控机床的机械结构第一节概述数控机床机械部分如图 7- 1,数控机床是高精度和高生产率的自动 化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能， 差不多上通过数字信息自动操纵的，操作者在加工过程中无法干预，不 能像在一般机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节 进行人为补偿，因此数控机床几乎在任何方面均要求比一般机床设计得 更为完善，制造得更为周密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的 要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了许多完全新颖的结构及元件。与一般机床相比，数控机床机械结构有

2、许多要求：性能要求高 电机过载能力强。要求有较长时刻(1 30min)和较大倍数的过载能力在断续负载下，电机转速波动要小速度响应要快，升降速时刻要短。电机温升低，振动和噪音小可靠性高，寿命长，维护容易IIIIIIIIIII I IIII电源 模康Tft g« 1'ir繼噩1王繩販连谿传朋机构 主远动机构体积小，重量轻，与 机床联接容易。图7 1 数 控机床机械结 构部分第二节数控机床机械结构特点一. 主轴传动系统特点主轴传动链大大缩短，变速范围大大扩大。1. 一般电机一机械变速系统一主轴部件结构如图7 2图7 2 传 统机床主轴箱 结构能够满足各种切削运动转矩输出的要求，但变

3、速范围不大，由因此 有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较复杂，因此 现在仅有少数经济型数控机床采纳该配置，其它已专门少采纳。2. 变频器一交流电机一1 2机械变速一主轴部件如图 7 3图7 3 A变频器加机械变 速主轴箱结构这种配置的结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求，但其调速范围及特性相关于交、直流主轴电机系统而言 要差一些。要紧用于经济型或中低档数控机床上。3. 交、直主轴电机一主轴部件如图7-4这种配置形式同上面一样，但电机是性能更好交直流主轴电机，数 控系统操纵加在电机上的电压，实现变速，测速发电机实现自动升降速，该电机变速范围宽，最高转速可达

4、 8000 r/min，且操纵功能丰富，可满 足中高档数控机床的操纵要求。4.电主轴如图7- 5电主轴又称内装式主轴电机，是最近几年在数控机床领域出现的将 机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具 技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包 括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装 置、内置编码器、换刀装置，即主轴与电机转子合为一体，其优点是主 轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利 于操纵振动和噪声。转速高，目前最高可达 200000 r/min。其缺点是电 机运转产生的振动和热量将直接阻碍到主轴。图7-

5、 5电主轴示意图e畫看5.主轴轴承寿命大大提高滚动轴承，滑动轴承，陶瓷轴承，磁悬浮轴承，寿命大大提高，转 速从 3000 rpm 上升到 10000 rpm , 30000 rpm，到 200000 rpm。二. 对数控机床进给系统要求为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械 传动装置时，提出如下要求。1. 高的传动精度与定位精度数控机床进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起 着关 键性的作用，对采纳步进电动机驱动的开环操纵系统尤其如此。不管对 点位、直线操纵系统，依旧轮廓操纵系统，传动精度和定位精度差不多 上表征数控机床性能的要紧指标。2宽的进给调速范围 伺服进

6、给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有专门宽的调速 范围，以适应各种工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度 范围可达3000 6000mm/mir。为了完成周密定位，伺服系统的低速趋近 速度达0.1mm/min；为了缩短辅助时刻，提高加工效率，快速移动速度 应高达15m/min。在多坐标联动的数控机床上，合成速度维持常数，是 保证表面粗糙度要求的重要条件；为保证较高的轮廓精度，各坐标方向 的运动速度也要配合适当；这是对数控系统和伺服进给系统提出的共同 要求。3. 响应速度要快所谓快速响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态 过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位

7、速度和轮廓切 削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地 跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进 给系统响应速度的大小不仅阻碍机床的加工效率，而且阻碍加工精度。 设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量 尽可能达到最佳值，以提高进给系统的快速响应特性。3. 无间隙传动进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于 整个传动链的各传动副中，直接阻碍数控机床的加工精度；因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采纳消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。4. 稳定性好、寿命长稳定性是伺服进给系统能够正常

8、工作的最差不多的条件，特不是在 低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适当选择各项参 数，并能达到最佳的工作性能，是伺服系统设计的目标。所谓进给系统 的寿命，要紧指其保持数控机床传动精度和定位精度的时刻长短，及各 传动部件保持其原来制造精度的能力。设计中各传动部件应选择合适的 材料及合理的加工工艺与热处理方法，关于滚珠丝杠和传动齿轮，必须 具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式，以延长其寿命。6.使用维护方便数控机床属高精度自动操纵机床，要紧用于单件、中小批量、高精度及复杂件的生产加工，机床的开机率相应就高，因此，进给系统的结 构设计应便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的 利用率。三. 对数控机床进给系统的特点（一）主轴脉冲编码器代替了螺纹传动链，传动链大大缩短，如图7-6（二）采纳专门导轨，摩擦力大大降低尽量采纳低摩擦导轨。导轨按摩擦性质分为：1. 滑动导轨这种导轨副之间的摩擦为滑动摩擦的导轨，按摩擦状态又分为 静压 导轨和动压导轨。静压是区不于动压的，动压是部件在运动时产生的承载油膜，而静 压则不同，是利用外界油压的作用来承载的，需要将高压油用泵打入到 工作部位