第5章 数控机床的机械结构
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1、数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院第第5章章数控机床的机械结构数控机床的机械结构1 1 数控机床对机械结构的要求数控机床对机械结构的要求2 2 数控机床典型机械结构数控机床典型机械结构数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院内容回顾：内容回顾：数控机床的组成数控机床的组成输入输出输入输出设备设备 机床机床检测反馈装置检测反馈装置数控装置数控装置伺服系统伺服系统数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院数控机床的机械结构数控机床的机械结构11对机械结构的要求对机械结构的要求数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院数控机床的机械结
2、构数控机床的机械结构11对机械结构的要求对机械结构的要求1、高精度、高精度2、高速度、高速度3、高自动化、高自动化要求数控机床必须具有很高的要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性强度、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：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，高的静、动刚度和良好的抗振性能；、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能； 2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性；、具有较高的几何精度、传动精度
3、、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。、具有实现辅助操作自动化的结构部件。数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院1 1、数控机床应具有更高的静、动刚度、数控机床应具有更高的静、动刚度（1 1）提高刚度的原因）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，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置的变化引起刀具和工件的相对位置的变化 机床刚度差机床刚度差影响机床抗振性影响机床抗振性刚度刚度:是指支承件在是指支承件在恒定载荷恒定载荷或或交变载荷交变载荷作用下抵抗变形的能力作用下抵抗变形的能力(静刚度静刚度)(动
4、刚度动刚度)数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施合理选择支承件的结构形式合理选择支承件的结构形式措施措施1 支承件截面形状支承件截面形状尽量选用抗弯的尽量选用抗弯的方截面方截面和抗扭和抗扭的的圆截面圆截面或采用或采用封闭型床身封闭型床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院措施措施2 合理布置支承件隔板的合理布置支承件隔板的筋条筋条 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壁板,从而使整个支承件承受载荷从而使整个支承件承受载荷,提
5、高支承件的自身刚度提高支承件的自身刚度“T”形隔板连接，主形隔板连接，主要提高水平面抗弯刚要提高水平面抗弯刚度，对提高垂直面抗度，对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不弯刚度和抗扭刚度不显著，多用在刚度要显著，多用在刚度要求不高的床身上求不高的床身上（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，对中心距超过对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著的长床身，效果最为显著（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学
6、院紫金学院“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都形隔板，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比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院措施措施3 增加增加导轨与支承件导轨与支承件的的连接部分的刚度连接部分的刚度连接刚度连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连称为
7、支承件的连 接刚度接刚度.（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院措施措施4 增加机床各部件的增加机床各部件的接触刚度接触刚度和和承载能力承载能力u 采用采用刮研刮研的方法增加单位面积上的接触点的方法增加单位面积上的接触点u 在结合面之间施加足够大的在结合面之间施加足够大的预加载荷预加载荷,增加接触面积增加接触面积（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院合理的结构布局合理的结构布局（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院合理选用
8、构件的材料合理选用构件的材料措施措施1 床身、立柱等支承件采用床身、立柱等支承件采用钢板或型钢钢板或型钢焊接焊接 增加刚度、减轻重量、提高抗振性增加刚度、减轻重量、提高抗振性铸件铸件: 容易获得复杂结构的支承件容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大铸铁的内摩擦力大,阻尼阻尼 系数大系数大,振动的衰减性能好振动的衰减性能好,成本低成本低.铸件的周期较长铸件的周期较长, 需做木型模需做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷易产生缩孔、气泡等缺陷焊接件焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻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，不易出现废品不需要木模
9、和浇注，生产周期短，不易出现废品（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院措施措施2 采用采用封砂床身封砂床身结构结构在铸件中不清除砂心，在焊接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件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力，提高抗振性。阻力，提高抗振性。（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院人造大理石床身（混凝土聚合物）人造大理石床身（混凝土聚合物）措施措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料（2 2）提高刚度的措施
10、）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院天然大理石床身天然大理石床身（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院2 2、减少机床的热变形、减少机床的热变形（1）减少热变形的措施：）减少热变形的措施：减少发热减少发热将热源从主机中将热源从主机中分离分离出去出去措施措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速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传动轴和传动齿轮数量 减少主传动箱内的发热量减少主传动箱内的发热量数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院 进行热变
11、形补偿进行热变形补偿措施措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承采用低摩擦系数的导轨和轴承 采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承 控制温升控制温升措施措施 通过散热和冷却方法通过散热和冷却方法 改善机床结构改善机床结构措施措施1 采用对称原则设计数控机床结构采用对称原则设计数控机床结构措施措施2 采用排屑系统采用排屑系统（2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施：数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院主轴主轴冷却风管冷却风管对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却数控技术数控技术南京理工大学南京理工大学紫金学院紫金学院主轴主轴冷却风管冷却风管对机床热
