主题2单元1(2)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。三、数控机床对机械结构的基本要求具有较好的热稳定性

机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、丝杠、轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削产生的切屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普通机床要严重得多。虽然在先进的数控系统具有热变性补偿功能，但是它并不能完全消除热变性对于加工精度的影响，在数控机床上还应采取必要的措施，尽可能减小机床的热变性。具有较高的运动精度和良好的低速稳定性

利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一般只有0.001mm，甚至更小；最低进给速度，一般只有1mm/min，甚至更低。这就要求进给系统具有较高的运动精度，良好的跟踪性能和低速稳定性，才能对数控系统的位置指令做出准确的响应，从而得到要求的定位精度。传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽然在数控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施减小这一影响，但不能完全消除。特别是对于非均匀间隙，必须机械消除间隙措施，才能得到较好的解决。具有良好的操作、安全防护性能方便、舒适的操作性能，是操作者普遍关心的问题。在大部分数控机床上，刀具和工件的装卸、刀具和夹具的调整、还需要操作者完成，机床的维修更离不开人，而且由于加工效率的提高，数控机床的工件装卸可能比普通机床更加频繁，因此良好的操作性能是数控机床设计时必须的问题。数控机床是一种高度自动化的加工设备，动作复杂，高速运动部件较多，对机床动作互锁、安全防护性能的要求也比普通机床要高很多。同时，数控机床一般都有高压、大流量的冷却系统，为了防止切屑、冷却液的飞溅，数控机床通常都应采用封闭和半封闭的防护形式，增加防护性能。

四、提高数控机床性能的措施1、合理选择数控机床的总体布局

机床的总体布局直接影响到机床的结构和性能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改善机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使机床满足数控化的要求。工作台与铣头完成进给多刀加工

数控铣床四种布局方案适应的工件重量、尺寸却不同。（a）适应较轻工件；（b）适应较大尺寸工件；（c）适应较重工件；（d）适应更重更大工件。

1）数控机床布局特点（1）不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量2）不同布局有不同的运动分配及工艺范围

数控镗铣床的三种布局方案中：（a）主轴立式布置，上下运

动，对工件顶面进行加工；（b）主轴卧式布置，加工工

作台上分度工作台的配

合，可加工工件多个侧面；

（c）在（b）基础上再增加一

个数控转台，可完成工件

上更多内容的加工。

3）不同布局有不同的机床结构性能数控卧式镗铣床中，（a）、（b）为T形床身布局，工作台支承于床身，刚度好，工作台承载能力强；4）不同布局影响机床操作方便程度（b）为倾斜床身-倾斜滑板，排屑亦较方便，中小规格的数控车床其床身的倾斜度以60°，大型的数控车床采用75°（c）水平床身-倾斜滑板，具有水平床身工艺性好，宽度方向的尺寸小，且排屑方便，是卧式数控车床的最佳布局形式。2、提高结构件的刚度抗振性能

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。1）提高刚度的措施：立柱结构措施1支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身封闭整体箱形结构措施2合理布置支承件隔板的筋条

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“T”形隔板连接，主要提高水平面抗弯刚度，对提高垂直面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1）提高刚度的措施：“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著1）提高刚度的措施：1）提高刚度的措施：“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多。1）提高刚度的措施：斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易1）提高刚度的措施：措施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。措施4增加机床各部件的接触刚度和承载能力采用刮研的方法增加单位面积上的接触点在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接触面积。1）提高刚度的措施：1）提高刚度的措施：措施5合理选用构件的材料床身、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。2）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。2）提高抗振性措施措施1采用封砂床身结构底座内所充填的混凝土的内摩擦阻尼较高，再配以封砂的床身，使机床有较高的抗振性。措施2采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩(AG)作支承件的材料人造大理石床身（混凝土聚合物）2）提高抗振性措施天然大理石床身2）提高抗振性措施3、减少机床的热变形

引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热，摩擦以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有：采用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等低能耗执行元件，减少热量的产生；简化传动系统的结构，减少传动齿轮、传动轴，采用低摩擦系数的导轨和轴承，减少摩擦发热；改善散热条件、增加隔热措施、对发热部件（如：电柜、丝杆、油箱等）进行强制冷却，吸收热量，避免温升；采用对称结构设计，使部件均匀受热；对切削部分采用高压、大流量冷却系统冷却等等。措施1将热源置于易散热的位置3、减少机床的热变形措施2采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦3、减少机床的热变形主轴措施3对机床热源进行强制冷却冷却风管3、减少机床的热变形

这种结构相对热源是对称的。这样在产生热变形时，可保证工件或刀具回转中心对称线的位置不变，从而减小热变形对加工精度的影响。最典型的实例是许多卧式加工中心所采用的框式双立柱结构，主轴箱嵌入框式立柱内，且以立柱左、右导轨两内侧定位，在热变形时，主轴中心在水平方向的位置保持不变，从而减小了热变形的影响。措施4采用对称原则设计数控机床结构3、减少机床的热变形措施5使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上3、减少机床的热变形措施6采用排屑系统随时将切屑排到机床外3、减少机床的热变形措施7