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1、数 控 技 术,第 四 讲,远程教育中心,第二节 数控机床主传动系统及主轴部件,第三节 数控机床的进给系统,第四节 数控机床回转工作台,第五节 数控加工使用的刀具及自动换刀系统,第六节 数控加工用辅助装置,第二章 数控机床的结构,第一节 数控机床的结构要求,一、模块化和机电一体化二、提高机床的静、动刚度三、减少机床的热变形四、减少运动件的摩擦和消除传动间隙五、提高机床的寿命和精度保持性六、减少辅助时间，改善操作性,第二章第一节数控机床的结构要求,而专用型数控机床对某具体的零件虽然具有良好的经济性，但它限制了加工对象的品种变化，使生产柔性下降。模块化设计思想正是为解决上述矛盾而提出的，它具有灵活
2、的机床配置。,通用型数控机床虽然能够很好地满足各类用户的需求，但由于机床的功能过于齐全，使售价提高，用户不得不为多余的功能承担额外的费用，成本的上升必然会削弱产品在市场上的竞争力；,一、模块化和机电一体化,如果把各个部件的基本单元作为基础，按不同功能、规格和价格设计成多种模块，用户可以按需要选择最合理的功能模块配置成整机。这不仅能降低数控机床的设计和制造成本，而且能缩短设计和制造周期，最终赢得市场。数控机床的机电一体化是对总体设计和结构设计提出的重要要求。它是指在整个数控机床功能的实现以及总体布局方面必须综合考虑机械和电气两方面的有机结合。,数控机床通常由床身、立柱、主轴箱、工作台、刀架系统及
3、电气总成等部件组成。,由于数控机床是由程序控制加工的，由机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱的几何精度与变形所产生的定位误差取决于它们的结构刚度。为了提高数控机床主轴的刚度，除了经常采用三支承结构以外，还可选用刚性很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。加强肋板的结构对机床大件的刚度有明显的影响。,二、提高机床的静、动刚度,如图为方形截面立柱加强肋板类型示意图。,下表给出了立柱在加肋前后的静刚度的比值。,如图，在大型数控机床中，利用重块平衡结构减少移动载荷给机床的变形带来的对横梁变形的影响。也可以把横梁的导轨加工成中凸形抵消变形。,刀架是数控车床的薄弱环节，为
4、了能够进行稳定的重切削，需提高刀架刚度。除了注意转台大小和刀具数的合理设计外，还应尽可能减小a/b的数值。,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。,提高机床各部件的接触刚度能够增加机床的承载能力，采用刮研的方法可以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也能够增加接触面积，提高接触刚度。,数控机床的主运动功率比同类型普通机床的主运动功率大得多，在保证静刚度的前提下，还必须提高其动刚度。切削中的振动不仅直接影响工件的加工精度和表面质量，还会降低刀具寿命，甚至使加工无法继续。,改善动态特性的方法主要是：提高系统的静刚度、增加阻尼以及调整构件的质量和自身频
5、率。,钢板的焊接结构既可以增加静刚度，减小结构质量，又可以增加构件本身的阻尼。封砂铸件有利于振动的衰减，提高抗振性。设计机床构件时，还可以通过调整质量来改变系统的自振频率。数控机床中的旋转零部件应尽可能进行良好的动平衡，以减少强迫振动源；或用弹性材料将振源隔离，以减少振源对机床的影响。,数控机床在内外热源的影响下，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坏，也使机床精度下降。,机床热变形产生的主要原因是热源及机床各部分的温差。热源通常包括加工中的切屑、运转的电动机、液压系统、传动件的摩擦以及机床外部的热辐射等。机床零件的材料、结构、形状和尺寸的不一致也是产生热变形的重
6、要因素。,三、减少机床的热变形,如图a，主轴箱内的传动件所产生的热量使立柱向上变形，产生偏差Y1。,如图b，在液压油泵及其它传动元件发热的影响下，床身沿纵向产生中间凸起的变形。,如图c，床身纵向的伸长使支承丝杠的轴承向左移动，产生偏差X。,如图d，由于电动机所产生热量，使立柱倾斜，造成偏差Y2。,1、减少发热：机床内部发热是产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。,主轴部件上采用精密滚动轴承；进行油污润滑；还可采用静压轴承；避免适用摩擦离合器。加工时的切屑是一个热源，可以在工作台或导轨上装设隔热板；适用切屑液时控制切屑液的温度。润滑油在传动件之间流过，带走摩擦热，所以需要将油
7、池移出机床，或对油池进行温度控制。液压油泵及其油池也是机床上的又一热源，需选择合理的供油量；供油量变化的系统采用变量泵。,减少机床热变形的措施有：,2、控制温升：在减少热源之后，还必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源影响。,一种方法是在机床的发热部位进行强制冷却。但制冷系统的冷却能力必须适当。方法二是，在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致。,3、改善机床结构：机床结构对热变形也有很大影响。,数控机床过去采用的单立柱结构有可能被双立柱结构所代替。对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。,如图。减小主轴中心与主轴箱底面的距离（尺寸H）可以减少热变形的总量。,对于数控机床中的滚珠丝杠，可以用预拉的方法减少丝杠的热变形。,该方法是在加工滚珠丝杠时，使螺距略小于名义值，装配时对丝杠进行预拉伸，使其螺距达到名义值。当丝杠工作而受热时，丝杠中的拉应力补偿了热应力，既减少了热伸长的影响，又提高了丝杠的刚度。另外，还可以根据测量结果，由数控系统发出补偿脉冲加以修正。,也可以采用特殊的调节元件消除热位移，如图。,
