數(shù)控_2(結(jié)構(gòu)1)

1、第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)控機床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、數(shù)控機床總體設(shè)計要求一、數(shù)控機床總體設(shè)計要求 （一）機床性能要求（一）機床性能要求 （1）機床工藝范圍）機床工藝范圍 指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。包括：機床可完成工序種指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。包括：機床可完成工序種 類；加工零件類型、材料和尺寸范圍；毛坯種類等。類；加工零件類型、材料和尺寸范圍；毛坯種類等。 數(shù)控機床可在一次裝卡下完成大量程序，重調(diào)又方便，故適用于中小批生產(chǎn)。近數(shù)控機床可在一次裝卡下完成大量程序，重調(diào)又方便，故適用于中小批生產(chǎn)。近 年來，已開始用于汽車制造等行業(yè)的大批大量生產(chǎn)。從單件到大批量都可充分發(fā)年來，已開

2、始用于汽車制造等行業(yè)的大批大量生產(chǎn)。從單件到大批量都可充分發(fā) 揮數(shù)控機床高生產(chǎn)率，低廢品率，減少半成品儲備，縮短生產(chǎn)周期，便于調(diào)整等揮數(shù)控機床高生產(chǎn)率，低廢品率，減少半成品儲備，縮短生產(chǎn)周期，便于調(diào)整等 優(yōu)點。優(yōu)點。 數(shù)控機床已經(jīng)從簡單的數(shù)控車床，數(shù)控銑床等向工序更廣泛、更為集中的數(shù)控車數(shù)控機床已經(jīng)從簡單的數(shù)控車床，數(shù)控銑床等向工序更廣泛、更為集中的數(shù)控車 削加工中心、數(shù)控鏜銑加工中心等進一步發(fā)展。在很多情況下工序內(nèi)容包括銑、削加工中心、數(shù)控鏜銑加工中心等進一步發(fā)展。在很多情況下工序內(nèi)容包括銑、 鉆、鏜、攻螺紋、鉸、擠壓、裝配、檢查。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機床品種會越來越鉆、鏜、攻螺紋、鉸、擠壓、裝

3、配、檢查。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機床品種會越來越 多，工藝范圍會更廣。多，工藝范圍會更廣。 第七章數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (2)加工精度加工精度 機床加工精度是指尺寸、形狀和位置精度。數(shù)控機床本身的精度機床加工精度是指尺寸、形狀和位置精度。數(shù)控機床本身的精度 主要是幾何精度、運動精度和定位精度。主要是幾何精度、運動精度和定位精度。幾何精度幾何精度是指機床在不運動是指機床在不運動 或運動速度較低時的精度，它是由機床各主要部件的幾何精度和它們或運動速度較低時的精度，它是由機床各主要部件的幾何精度和它們 之間的相對位置與相對運動軌跡的精度決定的；之間的相對位置與相對運動軌跡的精度決定的；運動精度運動精度是指機

4、床的是指機床的 主要部件以工作狀態(tài)的速度運動時的精度；主要部件以工作狀態(tài)的速度運動時的精度；定位精度定位精度是指機床主要部是指機床主要部 件在運動終點所達到的實際位置的精度。數(shù)控機床各坐標軸的進給運件在運動終點所達到的實際位置的精度。數(shù)控機床各坐標軸的進給運 動精度主要是運動精度和定位精度，開環(huán)系統(tǒng)的進給精度主要取決于動精度主要是運動精度和定位精度，開環(huán)系統(tǒng)的進給精度主要取決于 傳動件的精度，伺服系統(tǒng)的分辨率，導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度等。在閉環(huán)和半傳動件的精度，伺服系統(tǒng)的分辨率，導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度等。在閉環(huán)和半 閉環(huán)系統(tǒng)中由于檢測元件的反饋作用，使進給運動的定位精度和運動閉環(huán)系統(tǒng)中由于檢測元件的反饋作用，使

5、進給運動的定位精度和運動 精度大幅度提高。低檔數(shù)控系統(tǒng)的分辨率為精度大幅度提高。低檔數(shù)控系統(tǒng)的分辨率為10 10 m m ，中檔為，中檔為1 1 m m ， 高檔為高檔為0.1 0.1 m m ，所謂分辨率是最小輸入單元，在理想的情況下定位，所謂分辨率是最小輸入單元，在理想的情況下定位 精度應(yīng)等于分辨率。但由于存在進給傳動誤差加減速慣性、熱變形、精度應(yīng)等于分辨率。但由于存在進給傳動誤差加減速慣性、熱變形、 剛度、振動、摩擦等因素的影響，使定位精度低于分辨率。剛度、振動、摩擦等因素的影響，使定位精度低于分辨率。 低速運動的平穩(wěn)性也是影響精度的重要因素，由于數(shù)低速運動的平穩(wěn)性也是影響精度的重要因素

6、，由于數(shù) 控機床的定位精度要求高，有時需要單步微量運動，控機床的定位精度要求高，有時需要單步微量運動， 因而坐標軸運動部件不能產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。爬行是指由因而坐標軸運動部件不能產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。爬行是指由 于潤滑不好，而使機床工作臺移動時摩擦阻力增大。于潤滑不好，而使機床工作臺移動時摩擦阻力增大。 當(dāng)電機驅(qū)動時，工作臺不向前運動，使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生當(dāng)電機驅(qū)動時，工作臺不向前運動，使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生 彈性變形，把電機的能量貯存在變形上。電動機繼續(xù)彈性變形，把電機的能量貯存在變形上。電動機繼續(xù) 驅(qū)動，貯存的能量所產(chǎn)的彈性力大于靜摩擦力時，機驅(qū)動，貯存的能量所產(chǎn)的彈性力大于靜摩擦力時，機 床工作臺向前蠕動，周而復(fù)始

7、地這樣運動，而產(chǎn)生了床工作臺向前蠕動，周而復(fù)始地這樣運動，而產(chǎn)生了 爬行的現(xiàn)象。為減少爬行，數(shù)控機床常采用動靜摩擦爬行的現(xiàn)象。為減少爬行，數(shù)控機床常采用動靜摩擦 系數(shù)近乎相等的貼塑導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、系數(shù)近乎相等的貼塑導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、 氣浮導(dǎo)軌和氣壓卸荷導(dǎo)軌。氣浮導(dǎo)軌和氣壓卸荷導(dǎo)軌。 ( (二二) )滿足機床剛度和抗振性的要求滿足機床剛度和抗振性的要求 機床在切削加工中，其零、部件應(yīng)具有一定的抵抗外 載荷的能力，以保證在受力條件下，各主要零、部件 之間保持正確的相對位置。這就要求機床具有一定的 剛度。機床的抗振性包括兩個方面：抵抗受迫振動的 能力和抵抗自激振動的能力。如

8、果振源的頻率與機床 某主要部件(例如主軸組件、床身)的某一振型(如彎曲 振動、扭轉(zhuǎn)振動)的固有頻率重合時，將發(fā)生共振。振 幅大增，加工表面祖極度將會大大增加。切削自激振 動，產(chǎn)生于切削過程之中。如果切削不穩(wěn)定，則切過 的表面，其波紋度將越來越大，振動越來越劇烈，將 嚴重影響加工表面的質(zhì)量。 (三三)減少熱變形要求減少熱變形要求 機床由于受到內(nèi)、外熱源的影響，以及各部件間的熱量不均衡， 會產(chǎn)生熱變形，破壞機床的原始精度，造成工件與刀具之間的相 對運動關(guān)系失常，從而影響零件的加工精度，為此應(yīng)采取如下措 施。 (1)減少熱源的發(fā)熱 盡可能將熱源從主機中分離出去。目前 多數(shù)數(shù)控機床的電動機、主軸箱、液

9、壓系統(tǒng)、油箱等都已外置。 此外為減少發(fā)熱，應(yīng)減少摩擦損耗，提高運動件的精度。 (2)采取必要的散熱措施 對高速、快進給的機床采用強制的 冷卻措施；對刀具切削熱采用大流量冷卻液沖洗切削部位進行冷 卻；對高速主軸及軸承發(fā)熱，采用主軸帶有冷卻套筒結(jié)構(gòu)進行循 環(huán)冷卻；對軸承進行油氣潤滑、噴注潤滑以及突入滾道潤滑等， 使之減少發(fā)熱；對進給系統(tǒng)中的滾珠絲杠采用中空的絲杠通入恒 溫油使之不產(chǎn)生溫升。 (3)采取均熱措施 使有關(guān)部件間熱量均衡，以抵消變形、設(shè) 計對稱式結(jié)構(gòu)使兩部分所產(chǎn)生的變形相抵消，例如雙立柱加工中 心就是其中一例。 (四四)機床可靠性要求機床可靠性要求 機床工作的可靠性是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指

10、標。數(shù)控機床是機電 一體化設(shè)備。包含計算機、電子器件、液壓元件、機械構(gòu)件。在 自動加工中不允許出現(xiàn)任何差錯。尤其是在加工系統(tǒng)中，例如柔 性制造系統(tǒng)、無人的自動化工廠等，對機床可靠性要求相當(dāng)高， 因為一臺機床的故障會造成全線停產(chǎn)，其損失是巨大的、不允許 的。 (五五)速度要求速度要求 機床的速度包括主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、換刀時間等，速度是效率 指標。為縮短制造周期提高效率，適應(yīng)高速切削的要求，數(shù)控機 床的速度越來越高，有些機床主軸轉(zhuǎn)速的Dmn值(前軸承中徑和轉(zhuǎn) 速的乘積)已達到1xl061.5xl06m/min。進給速度達100m/min以 上。換刀時間縮短為0.5s。高速要求促進了新技術(shù)的發(fā)展，

11、高性 能主軸組件、大導(dǎo)程高速滾珠絲杠，直線導(dǎo)軌等都是適應(yīng)高速要 求而發(fā)展起來的。 ( (六六) )經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益 在保證實現(xiàn)機床性能要求的同時，還必須使機床具有很高的經(jīng)濟 效益。不僅要考慮機床設(shè)計和生產(chǎn)的經(jīng)濟效益更主要的是從用 戶出發(fā)，提高機床使用廠的經(jīng)濟效益。機床成本要低，生產(chǎn)效率 要高，用于大批量生產(chǎn)的數(shù)控機床，由于工序集中，不要求很高 的萬能性，因而刀庫可小些，坐標軸數(shù)也可小些。由于刀具數(shù)量 少，可采用不用機械手直接換刀方式，這樣不但能大幅度降低成 本，并可提高生產(chǎn)率。當(dāng)要求萬能性較大時，可在一臺設(shè)備上完 成不同類型零件的加工，可把鏜、銑、鉆、車甚至更多工序在同 一臺機床上實現(xiàn)，雖然單

12、臺機床價格高，但因其生產(chǎn)效益高，總 的經(jīng)濟效益還是高的。有些零件，普通機床無法完成設(shè)計要求(例 如螺旋槳)而數(shù)控機床則能很好地滿足要求，促使這方面的技術(shù)有 明顯的進步，能夠帶來明顯的效益。 ( (七七) )人機關(guān)系要求人機關(guān)系要求 機床應(yīng)操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)生操作錯誤和故障。 這樣不僅能減少工人的疲勞、保證工人和機床的安全，還能提高 機床的生產(chǎn)率。防止機床對周圍環(huán)境的污染，是對機床設(shè)計和制 造提出的一項主要要求。噪聲要低，不僅噪聲聲級要達到規(guī)定值 以下，而且不能對人耳有強烈的不適感。滲、漏油必須避免。如 果采用油霧潤滑，必須保證油霧不得逸散到周圍環(huán)境中去，以防 對人體的危害。 一、

13、數(shù)控車床的常用布局形式 圖-數(shù)控車床的三種常用布局 a)平床身布局b)斜床身布局c)立式床身布局 第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機床的總體布局數(shù)控機床的總體布局 常有布局形式有平床身、斜床身、立式床身。 特點：1、平床身一般應(yīng)用于經(jīng)濟型、普及型數(shù)控車 床以及數(shù)控化改造 的車床。 2、斜床身應(yīng)用于性能要求較高的中小規(guī)格數(shù) 控車床。 3、立式床身應(yīng)用于大型數(shù)控車床或精密數(shù)控 車床。 斜床身布局的數(shù)控車床（導(dǎo)軌傾斜角度通常選擇45、60或 75），不僅可以在同等條件下，改善受力情況，還可以通過整 體的封閉式界面設(shè)計，提高床身的剛度，特別是自動換刀裝置的 布置較方便。因此，斜床身布局的數(shù)控車床應(yīng)用較廣泛。 （1）

14、熱穩(wěn)定性 當(dāng)主軸發(fā)熱時使主軸軸線產(chǎn)生變形時，斜床身的 影響最小，斜床身、立式因排屑性能好，受切屑產(chǎn)生的熱量影響 也小。 （2）運動精度 平床身布局由于刀架水平放置，不受刀架、滑板 的自重影響，容易提高精度；立式床身受自重影響大，有時需要 加平衡機構(gòu)消除。 （3）加工精度 平床身的加工工藝較好，部件精度較容易保證。 平床身的加工工件重量產(chǎn)生的變形方向豎直向下，它和刀具運動 方向垂直，對加工精度影響較??；立式產(chǎn)生的變形方向正好沿著 運動方向，對精度影響最大。 （4）操作、防護、排屑性能 斜床身的觀察角度最好、工件的調(diào) 整比較方便，平床身有刀架的影響，觀察調(diào)整較困難。但是，在 大型工件和刀具的裝卸方

15、面，平床身因其敞開面寬，裝卸方便。 二、臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的常用布局形式 圖-臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)常見的布局形式 臥式數(shù)控鏜銑床的常用布局形式種類較多，其主要區(qū)別在于立柱 的機構(gòu)形式和X、Z軸的移動方式上。常用的立柱有單立柱和框架 結(jié)構(gòu)雙立柱兩種形式；Z軸的移動方式有工作臺移動和立柱移動。 框架結(jié)構(gòu)雙立柱采用了對稱結(jié)構(gòu)，主軸箱在兩立柱中間上、下運 動，與傳統(tǒng)的主軸箱側(cè)掛式相比大大提高了剛度。另外，主軸箱 是從左、右兩導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)進行定位，熱變形影響小。 T形床身布局是工作臺只在X向移動，全程范圍，工作臺和工件完 全支承在長身上，因此機床剛性好，工作臺承載能力強，加工精 度容

16、易保證。而這種結(jié)構(gòu)可以方便的增加X軸的行程。 三、立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）常用布局 四、數(shù)控機床交換工作臺的布局 為了提高數(shù)控機床的加工效率，在加工中心上經(jīng)常采用雙 交換工作臺，進行工件的交換，以進一步縮短輔助時間， 提高機床效率。 五、高速加工數(shù)控機床的特殊布局 近年來，高速加工機床已成為機床制造業(yè)的主要發(fā)展方向，高 速加工機床的性能，已成為衡量制造廠家性能水平的主要標志 之一 圖-6高速加工機床布局 1X軸導(dǎo)軌2內(nèi)框3主軸箱4Y軸導(dǎo)軌 圖2-6a中的立式數(shù)控機床采用了固定門式立柱的布局形式，她已 經(jīng)脫離了傳統(tǒng)的門式結(jié)構(gòu)僅僅為了滿足大行程或重型加工需要的 理念，目的是為了提高機床的整體

17、剛性和快速性以滿足高速加工 的要求。它通過在上面架設(shè)X軸導(dǎo)軌，利用滑座實現(xiàn)X軸移動，從 而降低了運動部件的重量，而且，運動部件的質(zhì)量和加工工件的 質(zhì)量無關(guān)。機床的Y軸采用上置式結(jié)構(gòu)，雖然滑座仍為兩層，但 與傳統(tǒng)的立柱移動式布局相比，移動部件中已經(jīng)去除了立柱本身 的重量，從而達到了減重的目的。 圖2-6b的臥式布局高速數(shù)控機床，采用了“內(nèi)外雙框架”即“箱 中箱”結(jié)構(gòu)。外框架固定，上設(shè)X軸導(dǎo)軌，通過內(nèi)框的移動實現(xiàn)X 軸的運動；Z軸的運動通過安裝在主軸箱內(nèi)的滑枕實現(xiàn)。與傳統(tǒng) 的立柱移動式布局比較，這兩軸在移動部件中都去除了立柱本身 的重量，重量不到原來的1/3。而且X軸上、下均有導(dǎo)軌支撐，徹 底改變了傳統(tǒng)立柱受懸臂式彎曲的狀況，提高了整體的剛度。 六、虛擬軸機床 虛擬軸機床是最近出現(xiàn)的一種全新 概念的機床，它和傳統(tǒng)的機床相比， 在機床結(jié)構(gòu)和本質(zhì)上有了