数控机床的机械结构PPT课件

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第2章 数控机床的机械结构
2.1概述 2.2数控机床的总体布局 2.3数控机床的主传动系统 2.4数控机床的进给系统 2.5数控机床的导轨 2.6数控机床的自动换刀装置 2.7数控机床的回转工作台 本章要点
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2.1 概述
从本质上说，数控机床和普通机床一样，也是一种经过切削将金属材 料加工成各种不同形状零件的设备。早期的数控机床，包括目前部分改造、 改装的数控机床，大都是在普通机床的基础上，通过对进给系统的革新、 改造而成的。因此，在许多场合，普通机床的构成模式、零部件的设计计 算方法仍然适用于数控机床。但是，随着数控技术（包括伺服驱动、主轴 驱动）的迅速发展，为了适应现代制造业对生产效率、加工精度、安全环 保等方面越来越高的要求，现代数控机床的机械结构已经从初期对普通机 床的局部改造，逐步发展形成了自己独特的结构。特别是随着电主轴、直 线电动机等新技术、新产品在数控机床上的推广应用，部分机械结构日趋 简化，新的结构、功能部件不断涌现，数控机床的机械机构正在发生重大 的变化，虚拟轴机床的出现和实用化，使传统的机床结构面临着更严峻的 挑战。
此外，为了提高加工效率，充分发挥机床性能，数控机 床通常都能够同时进行粗细加工。这就要求机床技能满足大切 削量的粗加工对机床的刚度、强度和抗震性的要求，而且也能 达到精密加工机床对机床精度的要求。因此，数控机床的主轴 电机的功率一般比同规格的普通机床大，主要部件和基础件的 加工精度通常比普通机床高，对组成机床各部件的动、静态性 能以及热稳定性的精度保持性也提出了更高的要求。
数控机床机械结构的主要特点
数控机床对机械结构的基本要求
提高数控机床性能的措施
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2.1.1数控机床机械结构的主要特点
结构简单、操作方便、自动化程度高
数控机床需要根据数控系统的指令，自动完成对进给速度、主 轴转速、道具运动轨迹以及其他机床辅助技能（如自动换刀，自动 冷却）的控制。它必须利用伺服进给系统代替普通机床的进给系统， 并可以通过主轴调速系统实现主轴自动变速。因此，在机械结构上， 数控机床的主轴箱、进给变速箱结构一般非常简单；齿轮、轴类零 件、轴承的数量大为减少；电动机可以直接连接主轴和滚珠丝杠， 不用齿轮；在使用直线电动机，电主轴的场合，甚至可以不用丝杠、 主轴箱。在操作上，它不像普通机床那样，需要操作者通过手柄进 行调整和变速，操作机构比普通机床要简单多，许多机床甚至没有 手动机械操作系统。此外，由于数控机床的大部分辅助动作都可以 通过数控系统的辅助技能（M技能）进行控制，因此，常用的操作按 钮也较普通机床少。
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2.1.2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。
具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
“工艺复合化”和“功能集成化”是无人化、柔性加工的基 本要求，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。因此，自 动换刀装置（ATC）、动力刀架、自动换屑装置、自动润滑装置等特 殊机械部件是必不可少，有的机床还带有自动工作台交换装置 （APC）。
“功能集成化”是当前数控机床的另一重要发展方向。在现 代数控机床上，自动换刀装置、自动工作台交换装置等已经成为基 本装置。随着数控机床向无人化、柔性化加工发展，功能集成化更 多体现在：工件的自动装卸、自动定位，刀具的自动对刀、破损检 测、寿命管理，工件的自动测量和自动补偿功能上，因此，国外还 新近开发了集中突破传统机床界限，集钻、铣、镗、车、磨等加工 于一体的所谓“万能加工机床”，大大提高了附加值，并随之不断 出现新的机械部件。
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2.1.2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 的精刚度。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。
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2.1.1数控机床机械结构的主要特点
对机械结构、零部件的要求高
高速、高效、高精度的加工要求，无人化管理以及工艺复 合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生产率，同时，也 必然会使机床的开机时间，工作负载随之增加，机床必须在高 负荷下，长时间可靠工作。因此，对组成机床的各种零部件和 控制系统的可靠性要求很高。
结构简单、 操作更方便，更简单
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2.1.1数控机床机械结构的主要特点
广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品
数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构的 同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高效、无 间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。如：滚珠 丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨等高效执行部 件，不仅可以减少进给系统的摩擦阻力，提高传动效率；而且还 可以使运动平稳和获得较高的定位精度。
特别是随着新材料，新工艺的普及、应用，高速加工已经 成为目前数控机床的发展方向之一，快进速度达到了每分钟数十 米，甚至上百米，主轴转速达到了每分钟上万转、甚至十几万转， 采用电主轴、支线电动机、直线滚动导轨等新产品、新技术已势 在必行。
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