数控机床机械结构设计分析

普通车床数控化改造中机械结构的设计

普通车床数控化改造中机械结构的设计发表时间：2019-05-13T10:35:33.893Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：曾玉成唐良军 [导读] 车床在机械加工中是重要的基础设备，车床的性能是影响生产的关键。广东科达洁能股份有限公司广东省佛山市 528313 摘要：车床在机械加工中是重要的基础设备，车床的性能是影响生产的关键。随着社会的发展，新型的数控车床具有精度高、效率高等特点，可以实现自动化控制，普通的车床无法满足当前企业的生产现状，因此对一些普通车床进行数控改造，既达到了使用要求，还为企业节约了成本。关键词：数控；机械；车床；改造随着数控机床的普及，各加工企业都在更改机械加工工艺，将原来普通车床加工的流程都尽可能地安排到数控机床上来进行。普通车床具有操作简单、精度保持性好、故障率低等特点，在机械加工企业中一般都大量使用。通过改造可以使普通车床达到数据化生产的要求，提高企业的生产效能。 1普通车床改造总体方案设计普通车床的数控化改造是一项技术性很强的工作，首先根据车床的规格与技术性能指标，设计基于该车床的整体改造方案，并给出详细的改造流程；然后进行任务分解，确定各部分的实施方案。普通车床数据化改造一般按如下步骤进行。 1.1对被加工对象进行工艺分析普通车床主要用于回转类（轴类、盘类）以及螺纹零件加工，这些零件具有不同形状、不同技术要求，因而加工方法也不同，对车床改造后的要求也不相同。故应在工艺分析的基础上计算切削力及切削功率，计算进给系统和主轴所需的参数。 1.2被改造车床的现状分析一定要掌握原始数据。车床改造时，一些零部件被拆掉同时还要增添一些新的机构，这就必须要确定相关的尺寸和连接方式。了解被改造车床当前的主要缺陷，如外圆车削产生锥度、端面车削平面度超差等，通过分析，在改造中采取措施予以解决。充分估计实际载荷，保证整机及各组成件的刚度，才能使数控改造后的车床加工精度和工作性能满足要求。 1.3制定总体设计方案在充分进行技术分析并确定改造后，首先需要确定车床的现状及参数；根据机床现有的规格参数，再确定改造所需的硬件的型号和数量，机械部分主要有丝杠、丝母、轴承、轴承座、刀架等，电气部分主要有伺服驱动电机、变频器、强电元器件等。以普通车床数控改造为例，在查阅其主要技术参数及对现状分析后，对滚珠丝杠副、步进电动机的选用进行梳理，给出较为实用的设计计算及应用方案。 2车床数控改造传动部件滚珠丝杠副的设计 2.1切削力的计算总切削力沿X、Y、Z方向分解为互相垂直的Fc、Ff和Fp三个分力。主切削力Fc用于计算机床主运动机构及刀具强度，是选择切削用量的主要依据，是消耗功率最多的；进给力Ff是校验进给机构强度和确定进给功率的主要依据；背向力Fp是使工件在切削过程中产生振动的力，用来计算工艺系统刚度。切削力可按下列经验公式计算： Fc=0.67D1.5max.（1） Ff=（0.1~0.6）Fc.（2） Fp=（0.15~0.7）Fc.（3）其中：Dmax为车床床身的最大加工直径，mm。横切端面时主切削力可取纵切时Fc的1/2。为简便起见，也可按照以下比例分别计算出另外两个切削分力。 Fc∶Ff∶Fp=1∶0.25∶0.4.（4） 2.2滚珠丝杠螺母副的计算与选型滚珠丝杠螺母副已经标准化，其主要作用是将旋转运动转换为直线运动，从而使机床能够加工出所需零件。滚珠丝杠螺母副的型号可通过导程、动负载、螺纹底径等参数确定。 2.2.1滚珠丝杠上的牵引力计算作用在滚珠丝杠上的牵引力Fm是根据切削分力和运动部件的重力引起的进给抗力来计算的，其数值大小与导轨形状有关。对于矩形导轨： Fm=kFf+f′（Fc+Fp+G）.（5）对于燕尾形导轨： Fm=kFp+f′（Fc+Ff+G）.（6）对于三角形或综合导轨： Fm=kFf+f′（Fc+G）.（7）其中：G为移动部件的重量，N；f′为导轨上的摩擦因数；k为考虑颠覆力矩影响的试验系数。正常情况下，矩形导轨k=1.1，f′=0.15；燕尾形导轨k=1.4，f′=0.2；三角形或综合导轨k=1.15，f′=0.15~0.18。 2.2.2计算滚珠丝杠副的动负载、静负载动负载C即滚珠丝杠承受的轴向负载的最大值，通过牵引力和要求的寿命值进行如下计算：其中：fh为硬度系数，硬度为60HRC时，取fh=1，小于60HRC时，fh>1；fw为运转系数，一般情况下fw取1.2~1.5，有冲击时fw取

第六章数控机床的机械结构答辩

第六章数控机床的机械结构

提要本章讨论了数控机床机械结构的要求，介绍了提高机床刚度，减少机床的热变形，减少运动副的摩擦，提高传动精度，提高机床寿命和精度保持性的措施，介绍数控机床主运动系统和进给运动系统以及典型机械结构。学时：4学时第六章数控机床的机械结构

目标了解数控机床的机械结构特点；掌握提高机床刚度，减少机床的热变形，减少运动副的摩擦的措施；了解数控机床的主运动系统和进给运动系统以及典型机械结构及其工作原理了解提高传动精度，提高机床寿命和精度保持性的措施；第六章数控机床的机械结构

建议了解数控机床对机械结构的要求，掌握提高机床刚度，减少机床的热变形，减少运动副的摩擦，提高传动精度，提高机床寿命和精度保持性的措施，了解数控机床的主运动系统和进给运动系统以及典型机械结构。第六章数控机床的机械结构

第一节概述数控机床的机械结构要求 1、高精度 2、高速度 3、高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； 3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。

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) 提高刚度的原因： ①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 ②机床刚度差—影响机床抗振性

数控机床的组成

1.1数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图2 - 1。图1-1 数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。二、数控装置

数控装置是数控机床的核心。其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成。数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。它具备的主要功能如下： 1）多轴联动控制。 2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。 3）输入、编辑和修改数控程序功能。 4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。 5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。 7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。三、伺服系统机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，它相当于手工操作人员的手，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的

数控机床的机械结构汇总

第一节机械结构的主要特点与基本要求一、数控机床对机械结构的基本要求从数控技术的特点看，由于数控机床采用了伺服电动机，应用数字技术实现了对机床执行部件动作顺序和运动位移的直接控制，传统机床的变速箱结构被取消了，因而机械结构也大大简化了。数字控制还要求机械系统有较高的传动刚度且没有传动间隙，以确保控制指令的执行和控制品质的实现。同时由于计算机水平和控制能力的不断提高，同一台机床上允许更多功能部件同时执行所需要的各种辅助功能已成为可能，因而数控机床的机械结构比传统机床具有更高的集成化功能要求。从制造技术发展的要求看，随着新材料和新工艺的出现以及市场竞争对低成本的要求，金属切削加工正朝着切削精度和速度越来越高、生产效率越来越高和系统越来越可靠的方向发展。这就要求在传统机床基础上发展起来的数控机床精度更高、驱动功率更大，机械结构动、静、热态刚度更好，工作更可靠，能实现长时间连续运行和有尽可能少的停机时间。综合上述原因，数控机床对其基本要求可归纳为要有更高的精度，更好动、静态刚度，以适应高速运动的耐用度和工作可靠性。二、数控机床机械结构构成典型数控机床的机械结构主要由基础件、主传动系统、进给传动系统、回转工作台、自动换刀装置及其他机械功能部件等几部分组成。数控机床的基础件通常是指床身、立柱(或横梁)、工作台、底座等结构件，由于其尺寸较大，俗称“大件”，构成了机床的基本框架。其他部件附着在基础件上，有的部件还需要沿着基础件运动。由于基础件起着支承和导向的作用，因而对基础件的基本要求是刚度好。此外，由于基础件通常固有频率较低，在设计时，还希望它的固有频率能高一些，阻尼能大一些。和传统机床一样，数控机床的主传动系统将动力传递给主轴，保证系统具有切削所需要的转矩和速度。但由于数控机床具有比传统机床更高的切削性能要求，因而要求数控机床的主轴部件具有更高的回转精度、更好的结构刚度和抗振性能。由于数控机床的主传动常采用大功率的变速电动机，因而主传动链较传统机床短，不需要复杂的变速机构。由于自动换刀的需要，具有自动换刀功能的数控机床主轴在内孔中需要有刀具自动送开和夹紧装置。数控机床的进给驱动机械结构是直接接受计算机发出的控制指令，实现直线或旋转运动的进给和定位，对机床的运行精度和质量影响最明显。因此，对数控机床传动系统的主要要求是精度、稳定性和快速响应的能力，即要它能尽快地根据控制指令要求，稳定地达到需要的加工速度和位置精度，并尽量小地出现振荡和超调现象。根据工作要求回转工作台分成两种类型，即数控转台和分度转台。数控转台在加工过程中参与切削，相当于进给运动坐标轴，因而对它的要求和进给传动系统的要求是一样的。分度转台只完成分度运动，主要要求分度精度指标和在切削力作用下保持位置不变的能力。转塔刀架在原理和结构上都和分度转台类似。

数控车床结构设计

学号：毕业设计说明书 G RADUATE D ESIGN 设计题目：数控车床结构设计学生姓名专业班级：学院：指导教师：

2007年6 月20 日目录摘要 ..................................................................................................................... １Abstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。 1 绪论 (3) 1.1 前言 (3) 1.2 问题的提出 (4) 1.3 文献综述 (4) 1.3.1 国内外数控技术的发展概况 (4) 1.3.2 我国数控技术的发展趋势 (6) 1.4 本课题研究的目的及意义 (8) 2 数控车床的总体设计方案 ................................................... 错误！未定义书签。 2.1 数控车床的组成、布局和特点 .................................. 错误！未定义书签。 2.1.1 数控车床的结构组成 ....................................... 错误！未定义书签。 2.1.2 数控车床的布局 ............................................... 错误！未定义书签。 2.1.3 数控车床的特点 ............................................... 错误！未定义书签。 2.2 数控车床的设计方法和特点 ...................................... 错误！未定义书签。 2.2.1 数控车床的设计方法 ....................................... 错误！未定义书签。 2.2.2 设计方法的特点 ............................................... 错误！未定义书签。 2.2 数控车床的设计步骤 .................................................. 错误！未定义书签。 2.3.1 主要技术指标设计 ........................................... 错误！未定义书签。 2.3.2 总体方案设计 ................................................... 错误！未定义书签。 3 数控车床的具体设计 ........................................................... 错误！未定义书签。 3.1 床身的设计 .................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.1床身的肋板布置和结构形状 .............................. 错误！未定义书签。 3.1.2床身的支撑 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3床身的材料 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.2 工作台的设计 .............................................................. 错误！未定义书签。

数控车床机械部分分析

数控机床的结构分析：数控机床是一种高精度、高效率的自动化加工设备。尽管数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，但仍然为机械制造厂家所普遍采用并取得很好的经济效益，其原因在于数控机床能自动化地，高精度、高质量、高效率地解决中、小批量的加工问题。数控技术、伺服驱动技术的发展及在机床上的应用，为数控机床的自动化、高精度、高效率提供了可能性，但要将可能性变成现实，则必须要求数控机床的机械结构具有优良的特性才能保证。这些特性包括结构的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等。一、提高机床结构的静刚度机床结构的静刚度是指在切削力和其他力的作用下，机床抵抗变形的能力。机床在加工过程中，受多种外力的作用，包括运动部件和工件的自重、切削力、驱动力、加减速时的惯性力、摩擦阻力等。机床的各部件在这些力的作用下将产生变形，如各基础件的弯曲和扭转变形，支承构件的局部变形，固定连接面和运动啮合面的接触变形等。这些变形都会直接或间接地引起刀具与工件之间产生相对位移，破坏刀具和工件原来所占有的正确位置，从而影响机床的加工精度和切削过程的特性，所以，提高机床的静刚度是机床结构设计的普遍要求。数控机床为获得高效率而具有的大功率和高速度，使它所承受的各种外力负载更加恶劣，而且加工过程的自动化也使得加工误差无法由人工干预来修正和补偿，所以，数控机床的变形对加工精度的影响会更为严重。为了保证数控机床在自动化、高效率的切削条件下获得稳定的高精度，其机械结构应具有更高的静刚度，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50 ％。 1 ．合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板结构

数控机床的机械结构

数控机床的机械结构在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点：1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有较好的效果。二、减少机床的热变形在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因为全部加工过程是计算

机床结构设计

数控机床的结构设计摘要数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。关于其结构设计，主要从机械结构的要求、机构刚度、机床运动的抗震性、机床低速运动的平稳性与精度几个方面来展开研究。关键词：结构、刚度、平稳性、精度 Abstract Nc machine tool is digital control machine tools (Computer numerical control machine tools) for short, is a kind of a program control system of automatic machine tools. On its structural design, mainly from the requirements of the mechanical structure, institutional rigidity, machine tool movement, machine tool at low speed vibration resistance movement stability and precision of the several aspects to study. Keywords: structure, stiffness, stability and accuracy 一、数控机床机械结构的要求数控机床在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面与通用机床不同，随着生产力的增长，对数控机床的要求也逐步提高。对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求：1)由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2)为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；3)为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4)为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求： 1.较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械结构(如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等)的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。

卧式数控车床刀架结构与驱动系统设计(doc 10页)

卧式数控车床刀架结构与驱动系统设计（doc 10页）

南京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告题目卧式数控车床刀架结构及驱动系统设计系部机电工程系专业机械工程及自动化学生姓名崔美学号2007011102 指导教师杨雪职称助教毕设地点南京航空航天大学

填写要求 1．开题报告只需填写“文献综述”、“研究或解决的问题和拟采用的方法”两部分内容，其他信息由系统自动生成，不需要手工填写。 2．为了与网上任务书兼容及最终打印格式一致，开题报告采用固定格式，如有不适请调整内容以适应表格大小并保持整体美观，切勿轻易改变格式。 3．任务书须用A4纸，小4号字，黑色宋体，行距1.5倍。 4．使用此开题报告模板填写完毕，可直接粘接复制相应的内容到毕业设计网络系统。

1.结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述：

数控机床是多品种小批量生产的高效自动化的技术群体, 它是把多工序加工、切削处理、刀具磨损和测量等各种功能集为一体的自动化机床。随着科学技术的迅猛发展, 数控机床已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。其中数控回转刀架是数控车床的重要部件之一, 刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。目前，国内外都在不断地提高数控回转刀架的重复定位精度和转位速度, 以适应高质量、高效率生产的要求。 1.1 自动回转刀架的发展和应用目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种，主要用于简易数控车床。卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动回转刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动回转刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高，尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床配备了易于控制的电动回转刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活、方便地完成各种几何形状的加工。 1.2自动回转刀架的现实意义数控机床以其高效率在工业发展上发挥了重要的作用，数控回转刀架是数控车床重要部件之一, 刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。它在一定程度上标志着数控车床的技术水平, 并且与加工精度和生产效率密切相关。因此, 国内外都在不断地提高数控回转刀架的重复定位精度和换刀速度, 以适应高质量、高效率生产的要求。目前具有世界先进水平的数控车床, 其换刀速度已达到1s 以内, 重复定位精度可保证小于0.002mm。 1.3数控回转刀架的展望随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。德国Sauter（肖特）公司的产品的性能指标较高,代表数控车床用转塔刀架的发展前沿,具体表现在: （1）刀架转位时间最短,且转位准确。数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接

数控机床的机械结构

第七章数控机床的机械结构第一节概述数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。在主传动系统方面，具有下列特点： (1)目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。 (2)转速高，功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。 (3)变速范围大。数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn＞100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 (4)主轴速度的变换迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。在进给传动系统方面，具有下列特点：（1）尽量采用低摩擦的传动副。如采用静压导轨、滚动导滚和滚珠丝杠等，以减小摩擦力。（2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能大地加速以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。（3）缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度。如采用大扭矩宽调速的直流电机与丝杠直接相连应用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副，丝杠支承设计成两端轴向固定的、并可预拉伸的结构等办法来提高传动系统的刚度。（4）尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。如采用消除间隙的联轴节（如用加锥销固定的联轴套、用键加顶丝紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等），采用有消除间隙措施的传动副等。第二节数控机床的主传动系统一、对主传动系统的要求

数控机床的典型结构与部件

第2章数控机床的典型结构与部件 2.1 数控机床的结构特点及要求 2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。 2.1.2数控机床的结构要求及措施 1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。 1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。

2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度 1 1 1 1.24 1.17 1.38 1.34 1.21 8.86 1.63 1.32 17.7 3）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。图2-1重快平衡结构示意图 4）在数控车床中，为了提高刀架的刚度，要合理设计转台的大小和刀具的数目，并且尽可能地减少a/b，（如图2-2所示，a为支点到切削力的距离，b为支点到夹紧力的距离）。此外，在刀具外伸量一定的情况下，增大刀架底座的尺寸是提高刚度的有效途径。

数控车床主轴设计

数控车床主轴系统分析报告学院：机械工程学院班级：09创新一班姓名：学号：0910100xxx

MJ-50数控车床主轴结构下图为MJ-50数控车床主轴结构。交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。 1、主传动系统的传动方式：机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有一下三种传动方式： 1.1由电机直接驱动：主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动，如下图a所示。采用直接驱动大大简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。 1.2采用定比传动：主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。定比传动可采用带传动或齿轮传动，带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上。采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求，但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。

数控机床电气设计

论文——数控机床电气设计姓名：专业：指导老师：年级（春、秋）层次：学习中心、函授站：二00七年十一月十五日

数控机床电气设计摘要数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。FBs系列PLC的NC定位功能较其它PLC更精准，且程序的设计和调试相当方便。本文提出的是如何应用PLC的NC定位控制实现机床数控系统控制功能的方法来满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可供工矿企业的相关数控机床设计改造借鉴。关键词：数控机床、电气控制系统、控制软件总体结构设计、机电一体化、机电传动、电子技术、传感器技术、数控加工、CAD/CAM技术、电力电子技术、机械设计原理、电气控制系统、单片机、PLC;

目录第一章绪论 ............................................................ (3) 1.1课题的来源 (3) 1.2目的和意义..................................................... (3) 1.3机电一体化系统的简介..................................... (3) 1.3.1机电传动概述 (4) 1.3.2数控加工的概述 (4) 1.3.3数控加工的设备 (5) 1.4国内外动态 (7) 1.4.1国内研究的状况 (7) 1.4.2国外研究的状况 (8) 1.5机电一体化技术的发展与展望 (9) 第二章系统的总体设计 (10) 2.1机械部分 (10) 2.2电气控制系统方案 (11) 注：附图（共七张；元器件清单1份）

数控车床的组成及主要技术参数

数控车床的组成及主要技术参数（一）数控车床的布局形式数控车床的布局大都采用机、电、液、气一体化布局,全封闭或半封闭防护。（二）数控车床的组成部分及其作用数控车床是由床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。 .1．床身数控车床的床身结构和导轨有多种形式, 主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑鞍等。中小规格的数控车床采用倾斜床身和水平床身斜滑鞍较多。倾斜床身多采用30o、45o、60o、75o和90o角, 常用的有45o, 60o和75o角。大型数控车床和小型精密数控车床采用水平床身较多。 2．主传动系统及主轴部件数控车床的主传动系统一般采用直流或交流无级调速电动机, 通过皮带传动, 带动主轴旋转, 实现自动无级调速及恒切速度控制。主轴组件是机床实现旋转运动的执行件。 3．进给传动系统进给传动系统如图2-3所示。横向进给传动系统是带动刀架作横向(X轴)移动的装置, 它控制工件的径向尺寸。纵向进给装置是带动刀架作轴向(Z轴)运动的装置, 它控制工件的轴向尺寸。 4．自动回转刀架刀架是数控车床的重要部件, 它安装各种切削加工刀具, 其结构直接影响机床的切削性能和工作效率。数控车床的刀架分为转塔式和排刀式刀架两大类。转塔式刀架是普遍采用的刀架形式, 它通过转塔头的旋转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。如图2-4所示。两坐标连续控制的数控车床, 一般都采用6~12工位转塔式刀架。排刀式刀架主要用于小型数控车床, 适用于短轴或套类零件加工。（三）数控车床的主要技术参数数控车床的主要技术参数有:最大回转直径,最大车削直径, 最大车削长度,最大棒料尺寸, 主轴转速范围, X、Z轴行程, X、Z轴快速移动速度, 定位精度, 重复定位精度, 刀架行程, 刀位数, 刀具装夹尺寸, 主轴头型式, 主轴电机功率,进给伺服电机功率, 尾座行程, 卡盘尺寸, 机床重量, 轮廓尺寸(长×宽×高)等。

数控机床的机械结构(doc 5页)

数控机床机械结构设计的运用

数控机床机械结构设计的运用本文详细概述了虽然数控机床与通用机床相比机械结构变化不大，但在自动变速、工作台操作等方面都有了很大进步。随着科技的发展，数控机床的机械结构设计及运用时，对生产率、加工精度以及使用寿命等都提出了更高的要求。文章主要讲述了数控机床结构设计与运用研究与探讨，详细论述了床身的设计以及主轴控制等，并对制造技术的改进提出了一些见解和方式方法。标签：机床结构;设计原理;制造技术引言数控机床研究与优化，必须掌握其机械结构设计，并且对主轴部件、支承部件、机械传动结构等组成详细了解，增强机械结构设计可靠性，确保制造精度，从而保证数控机床整体性能。机械结构设计过程中，从静、动刚度;几何精度;抗震性能等方面优化设计，同时控制好传动、变速系统，进而实現数控机床自动化操作。如：数控落地铣镗床、数控龙门镗铣床等，都包括主轴变速箱、直线进给轴驱动等，保证立柱基础大件的刚度与动态平衡分析、主轴箱平衡采用双丝杠和双电机、主轴箱平衡采用液压平衡等，为数控机床制造技术升级奠定基础。随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求。为了适应经济发展，数控机床一定要引进新技术，并对结构上的优化予以高度重视。 1数控机床的主体机构有以下特点为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副、滚动导轨和消隙齿轮传动副等。 2数控机床的结构设计原理 2.1主轴部件在数控机床机械结构设计时，必须注意主轴部件的设计，因为这是机床控制能力高低的关键部件。主轴部件可以分解为八大部分，其中主电机是实现数控机床无极调速的关键部分。通过主电机能控制机床在一定范围内实现无极调速。同时还可以提高机床的抗震性、热稳定性。而主传动系统能提高刀具的切削功率，使机床均匀输出功率，进而使机床的切削速度变快。而主轴部件则可以使机床的机械操作不变形，从而进一步的提高数控操作的刚度、精度、稳定性，从而提高机床的整体工作效率。 2.2参数计算

数控机床结构与设计--试题与答案

机床传动设计_习题与思考题 2—1 何谓转速图中的一点三线?机床的转速图表示什么? 答:1）转速点主轴转速线传动轴线传动线 2）表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图 2—2 结构式与结构网表示机床的什么内容? 答:结构式表示级比规律，结构网表示机床的传动路线传动比的相对关系 2—3 等比传动系统中，总变速范围与各变速组的变速范围有什么关系?与主轴的转速级数有什么关系? 答:乘积Rn=r1.r2.r3……rn-1 Rn=级数的Z-1次方 2—4 等比传动系统中，各变速组的级比指数有何规律? X0=1 X1=P0 X2=P0.P1 Xj=P0.P1…P(j-1) 2—5 拟定转速图的原则有哪些? 传动顺序前多后少扩大顺序前密后疏最小传动比前缓后急 2—6 机床转速图中，为什么要有传动比限制，各变速组的变速范围是否一定在限定的范围内，为什么? 在设计机床传动时，为防止传动比过小造成从动齿轮太大，增加变速箱的尺寸，限制最小传动比；为减少振动，提高传动精度，限制最大传动比。 2—7 机床传动系统为什么要前多后少，前密后疏，前缓后急? 前多后少原则：传动件越靠近电动机，其转速就越高，在电动机功率一定的情况下，所传递的转矩就越小，传动件和传动轴的几何尺寸就越小。因此，应尽量使前面的传动件多一些。前密后疏：变速组j 的变速范围是。在公比一定的情况下，只有控制xj （pj-1）的大小，才能使变速组的变速范围不超过允许值。传动副数多时，级比指数应小一些。考虑到传动顺序中有前多后少的原则，扩大顺序应采用前密后疏的原则。前缓后急：为使更多的传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，最小传动比应采取前缓后急的原则。此外，由于制造安装等原因，传动件工作中有转角误差，采用前缓后急原则，有利于提高传动链末端执行件的旋转精度。 2—8 公比?=1.26，结构式为24=32×23×26×212，计算各变速组的级比，变速范围及总变速范围，并指出该结构式表示什么类型的传动链；在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动链，应采用什么措施?变速范围的公式：)1()1()1(210---==J J j j P P P P P P x j r ?? 此题：59.126 .121-311-P x a a a ====?）（）（??r 总变速范围的公式：11210210--===Z P P P P j J r r r r R ?? R=48.20326.11-24= 2—11 某机床的主轴转速为n=100～1120r ／min ，转速级速Z=8，电动机转速n m =1440r ／min ，试拟定结构式、画出转速图，画出传动系统图。 1. 计算公比φ