数控技术及应用第4章数控机床的机械结构.

1、第四章数控机床的机械结构复习:数控机床的组成数控机床的主要组成部分 （1）主传动系统及主轴部分（使刀具或工件产生主切削 运动）；（2）进给传动系统（使工件或刀具产生进给运动并实现 定位）； （3）基础件（床身、立柱、滑座、工作台等）； （4）其他辅助装置（液压、气动.润滑、切削液等系统 及装置）此外加工中心类数控机床还带有自动换刀系统；高级机 床还有破损监测装置等.数控机床工作过程加准备阶段与一般机床相比，数控机床主要工艺特点如下: (1)自动化程度搞、柔性好。 (2)加工精度高、质量稳定。 (3)生产效率高§ 41对机械结构的要求一、数控机床的机械结构要求h高精度2、高速度 3、高

2、自动化要求数控机床必须具有很高的强度、刚度和抗振性因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的 差异.数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面：1、具有大切削功率，高的赫、动刚度和良好的抗振性能;2、具肓较高的儿何精度、侍动精度、定位精度和热稳定性;3、具有实现辅助操作自动化的结构部件.一、数控机床的机械结构要求1、数控机床应具有更高的静、动刚度刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力(静刚度)(动刚度)(1)提高刚度的原因 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形， 引起刀具和工件的相对位莊的变化 机床刚度差一影响机床抗振性(2)提高刚度的措施合理选择支承件的

3、结构形式措施I支承件截面形状尽量选用抗弯的方战面和抗扭的圆截面或釆用封闭型床身封闭整体箱形结构(2)提高刚度的措施措施2合理布遢支承件隔板的筋条隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它 壁板从而使整个支承件承受载荷提高支承件的自身刚度形隔板连接，主 要提高水平面抗弯刚 度，对提高垂直而抗 弯刚度和抗扭刚度不 显著，多用在刚度要 求不高的床身上(2)提高刚度的措施“w“形隔板，能较大地提高水平而上的抗弯抗扭刚度, 对中心距超过1500mm的长床身，效杲最为显著斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易扌皆施3增加导轨与支承件的连接部分的刚度连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力，称为支承件的连接刚度

4、.图彳I 林与支鹿(1的联接(2)提高刚度的措施培施4増加机床各部件的接触刚度和承栽能力釆用刮研的方法增加单位面积上的接触点在结合而之间施加足够大的预加载荷增加接触面积(2)提高刚度的措施合理的结构布局(2)提高刚度的措施合理的结构布局(2)提高刚度的措施采用补偿变形的措施测出受力点的相对变 形的大小和方向，或 者预知构件的变形规 律，就可采取补偿变 形的方法消除受力变 形的影响(2)提高刚度的措施合理选用构件的材料措施1床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接增加刚度、减轻重量、提高抗振性铸件：容易获得复杂结构的支承件铸铁的内摩擦力大，阻尼 系数大.振动的衰减性能好成本低.铸件的周期较长，需 做

5、木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%, 不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品措施2釆用封砂床身结构在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂 增加摩擦阻力(2)提高刚度的措施措施3釆用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料人造大理石床身(混凝土聚合物)（2）提高刚度的措施高抗振性提高抗振性可以从动刚度和静刚度之间的关系体现:kd = £j（l 一才）2+4”才式中k 靜刚度（N/“” ）动刚度（N/“ ）D阻尼比A频率比CD 激振力的振动频率（Hz ）C0 机床结构系统的固有频率（Hz）紡=kj（l 一才）2+4

6、63;>2才(1) 当 尢1,此时动刚度最小(kd=2Dk) , >1=1附近成 为共振区，绝对应该避免。(2) NU,即。5此时动刚度接近静刚度(3) >ry0 此时动刚度随>1增大而增大.因此，为了提高机床的动刚度，应使机床主要构件的 固有频率远离激振力频率.一.数控机床的机械结构要求2,减少机床的热变形(1 )产生热变形的原因： 内外热源的影响 不能人工修正热变形误差(2)减少热变形的措施：减少发热一将热源从主机中分离出去扌皆施1主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速减少传动轴和传动齿轮数量减少主传动箱内的发热量(2)减少热变形的措施:措施2采用彳氐摩擦系数的

7、导轨和轴承釆用滚动导轨、靜压导轨或滚动轴承 控制温升措施通过散热和冷却方法 改善机床结构措施釆用对称原则设计数控机床结构措施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上措施3采用排屑系统 进行热变形补偿冷却风管对机床热源进行强制冷却主轴冷却风管对*几床热源进行强制冷却措施1采用对称原则设计数控机床结枸扌吿施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂立方向上机床排屑系统措施3釆用排屑系统倾斜床身措施4将热源査于易散热的位置b)图4.10-4移賈热源的坐标锂床布局示虑图1溜民2工作台；3主抽；4主电动机;51传於傅；6立柱；7联廉;8皮带将主传动箱和主电动机放在机床的外而数扌空机床的机械结构要求3、

8、减少运动副的摩擦，提高传动精度措施1釆用滚动导仇或舒压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 扌吿施2采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动一减小摩擦4、提高机床寿命和精度保持性扌吿施1釆用耐磨性好的冬部件措施2机床运动部件间具有良好的润滑滚珠丝杠螺母副滾动导轨副便于操作的机床结构数控机床的机械结构要求6、安全防护和宜人的造型数控机床大都釆用机、电、液、气一体化布局，全封 闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自 动化。一、数控机床的机械结构要求5、自动化的机构、宜人的操作性1、主传动的作用：产生主切削力将电动机的扭矩或功率传递给主轴部件，使安 装在主轴内的工件或刀具实现主切削运动.2、对主传动的要求 足

9、够的转速范国 足够的功率和扭矩 各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性 噪声低、运行平稳3.主传动的配置方式 主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴）电主轴2,电动机经同步齿形带（或变速带轮）传动主轴带轮传动比I 主轴电动机3、电动机经齿轮变速传动主轴图16主轴如倚我跨I一爼毎2箱体3连接座I歼貧5 KtJ 6液压fcf支婆7-活讓B-耶片三.对进给传动系统的要求1、进给传动系统作用接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱动执 行元件实现预期的运动。进给伺服系统的重要组成部分。2、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别 （传统进给传动系统：多釆用一个电机，执行件之间釆用大量的齿轮传

10、动，以实现内外传动链的各种传动比要求。故传动 链很长，结构相当复杂数控伺服进给系统：每一个运动都由单独的伺服电机驱动， 传动链大大缩短，传动件大大减少，有利于减少传动误差， 、提高传动精度3、对进给传动系统的要求 减少运动件的摩擦阻力提高机床进给系统的快速响应性能和运动拓度，减少爬行现象,响应性能：是进给伺服系统动态性能的指标，反映了系统的跟踪精度运动精度：是机床的主要家、部件在以工作状态 的速度运动时的精度爬行现象：低速时运动不平衡的现象称为爬行现象ffl4.IO 8工作台的氏行理縱1一1伶勺件;2T今动帆詢；* 7能*讥4-“轨机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主动件1作匀速运动时，被动件3往往会出现明显的速度 不均匀，产生跳跃式的时停时走的运动状态，或时快时慢 现象3.对进给传动系统的要求 提高传动精度和刚度措施1保证部件加工精度扌皆施2在传动链中加入减速齿轮 减小脉冲当量，提高传动精度措施3预紧支撑丝杠的轴承一消除齿轮、蜗纶传动件间隙扌吿施4预紧消徐滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙3.对进给传动系统的要求 减小各运动零部件