1、数控机床的结构设计与数控机床的结构设计与总体布局总体布局2022-10-7数控机床的结构设计与总体布局第六章第六章 数控机床的结构设计数控机床的结构设计6.1 6.1 概述概述 6.1.1 对数控机床机械机构的要求对数控机床机械机构的要求 6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 6.1.3 提高机床的抗振性提高机床的抗振性 6.1.4 提高低速进给运动的平稳性和运动精度提高低速进给运动的平稳性和运动精度数控机床的结构设计与总体布局第六章第六章 数控机床的结构设计数控机床的结构设计6.1 6.1 概述概述 6.1.1 6.1.1 对数控机床机械机构的要求对数控机床机械机构的要求 1.1.机
2、床的性能要求机床的性能要求;2.2.满足机床刚度和抗振性的要求满足机床刚度和抗振性的要求;3.3.减少热变形要求减少热变形要求;4.4.机床可靠性要求机床可靠性要求;5.5.人机要求。人机要求。数控机床的结构设计与总体布局第六章第六章 数控机床的结构设计数控机床的结构设计6.1 6.1 概述概述 6.1.1 对数控机床机械机构的要求对数控机床机械机构的要求1.1.机床的性能要求机床的性能要求（1 1）机床的工艺范围）机床的工艺范围 机床可完成加工工序种类；机床可完成加工工序种类；加工零件类型；加工零件类型；材料和尺寸范围，毛坯种类。材料和尺寸范围，毛坯种类。数控机床的结构设计与总体布局第六章第
3、六章 数控机床的结构设计数控机床的结构设计（2 2）加工精度）加工精度 尺寸、形状和位置精度。尺寸、形状和位置精度。机床精度：机床精度：几何精度、运动精度和定位精度。几何精度、运动精度和定位精度。注意低速运动的平稳性。注意低速运动的平稳性。导轨的材料和结构导轨的材料和结构数控机床的结构设计与总体布局2.2.满足机床刚度和抗振性的要求满足机床刚度和抗振性的要求 具有抵抗外载荷的能力；具有抵抗外载荷的能力；抵抗受迫和自激振动的能力；抵抗受迫和自激振动的能力；改善机床机构。改善机床机构。数控机床的结构设计与总体布局3.3.减少热变形要求减少热变形要求 减少发热减少发热 控制温升控制温升 改善机床结构
4、改善机床结构 数控机床受热变形与切入方数控机床受热变形与切入方向向数控机床的结构设计与总体布局 4.机床可靠性要求机床可靠性要求5.人机要求人机要求 结论：结论：具有大切削功率，高的静动刚度和良好的抗振具有大切削功率，高的静动刚度和良好的抗振性；性；具有较高的几何精度、传动精度、定位精度，具有较高的几何精度、传动精度、定位精度，和热稳定性；和热稳定性；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。数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 具体措施：具体措施：合理选择构件的结构形式；合理选择构件的结构形式；合理的结构布局；合理的结构布局；构件
5、变形补偿。构件变形补偿。数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 合理选择构件的结构形式合理选择构件的结构形式 正确选择截面的形状和尺寸正确选择截面的形状和尺寸 形状相同的断面，当保持相同的截面积时，应形状相同的断面，当保持相同的截面积时，应减小壁厚，加大截面的轮廓尺寸；减小壁厚，加大截面的轮廓尺寸；圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小；度则比方形截面的小；封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；多；壁上开壁上开ZL将使刚度下降，在孔周加上凸绿可使将使刚度下
6、降，在孔周加上凸绿可使抗弯刚度得到恢复。抗弯刚度得到恢复。数控机床的结构设计与总体布局数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 合理选择构件的结构形式合理选择构件的结构形式 合理选择及布置隔板合理选择及布置隔板 (e)交叉筋板的作用最好交叉筋板的作用最好数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 合理选择构件的结构形式合理选择构件的结构形式 合理选择及布置筋条合理选择及布置筋条(f)蜂窝状加强筋较蜂窝状加强筋较好好数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 合理选择构件的结构形式合理选择构件的结构形式
7、l 提高构件局部刚度提高构件局部刚度图示为导轨和床身联结的几种形式。如果导轨的尺寸较宽时，应用双壁联结型式如图(d)、(e)、(f)。导轨较窄时可用单壁或加厚的单壁联结，或者在单壁上增加垂直筋条以提高局部刚度。l 选用焊接结构的构件选用焊接结构的构件 主要用于机床的主要用于机床的床身、立柱床身、立柱数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 合理的结构布局合理的结构布局 (a)(b)(c)主轴箱单主轴箱单面悬挂在面悬挂在立柱立柱侧面侧面，自重自重、切切削力削力影响影响数控机床的结构设计与总体布局6.1.2 提高机床结构刚度提高机床结构刚度 构件变形补偿构件变形补偿
8、 数控机床的结构设计与总体布局6.1.3 提高机床的抗振性提高机床的抗振性 振动类型振动类型 强迫振动强迫振动 振源振源：高速转动零部件的动态不平衡力；高速转动零部件的动态不平衡力；往复运动件的换向冲击力期变化的切削力往复运动件的换向冲击力期变化的切削力 机床外部的振动机床外部的振动 自激振动自激振动 切削颤振切削颤振 临界切削宽度临界切削宽度数控机床的结构设计与总体布局6.1.3 提高机床的抗振性提高机床的抗振性 措施措施 减少机床内部振源；减少机床内部振源；（动平衡、消除配合间隙、隔振动平衡、消除配合间隙、隔振）提高静态刚度；提高静态刚度；增加构件或结构的阻尼。增加构件或结构的阻尼。数控机
9、床的结构设计与总体布局6.1.4 提高低速进给运动的平稳性和运动精提高低速进给运动的平稳性和运动精度度 进给系统的低速爬行现象进给系统的低速爬行现象 措施措施 降低执行部件的质量降低执行部件的质量 减少动静摩擦系数之差减少动静摩擦系数之差 提高传动系统的传动刚度提高传动系统的传动刚度 （扭转、拉压刚度）（扭转、拉压刚度）数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关系；总布局与工件形状、尺寸和重量的关系；6.2.2 运动分配与部件的布局；运动分配与部件的布局；6.2.3 总布局与机床的结构性能；总布局与机床的结构性能；6.2
10、.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局；自动换刀数控卧式镗铣床的总布局；6.2.5 机床的使用要求与总布局；机床的使用要求与总布局；6.2.6 数控机床总布局的其它趋势。数控机床总布局的其它趋势。数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关总布局与工件形状、尺寸和重量的关系系工作台完成进给工作台完成进给 工件较轻工件较轻时时数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关总布局与工件形状、尺寸和重量的关系系工作台与铣头完成进给工作台与铣头完成进给 较重或较高
11、工件较重或较高工件 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关总布局与工件形状、尺寸和重量的关系系工作台与铣头完成进给工作台与铣头完成进给 工件较重，多刀加工工件较重，多刀加工 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.1 总布局与工件形状、尺寸和重量的关总布局与工件形状、尺寸和重量的关系系铣头进给铣头进给 大型、重型工件大型、重型工件数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.2 运动分配与部件的布局运动分配与部件的布局数控镗铣床数控镗铣床 四轴
12、联动四轴联动 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.2 运动分配与部件的布局运动分配与部件的布局数控镗铣床数控镗铣床 五轴联动五轴联动 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.2 运动分配与部件的布局运动分配与部件的布局数控镗铣床数控镗铣床 五轴联动五轴联动 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.2 运动分配与部件的布局运动分配与部件的布局数控镗铣床数控镗铣床 五轴联动五轴联动 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.3 总布局与机
13、床的结构性总布局与机床的结构性能能应能兼顾精度、刚度、应能兼顾精度、刚度、抗振性和热稳定性抗振性和热稳定性 数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局 6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局自动换刀数控卧式镗铣床的总布局 JCS013型自动换刀数控卧式镗铣床的布局型自动换刀数控卧式镗铣床的布局 四排链式刀库，双爪式的机械手在立柱上移动，取刀后机械手回转180。刀库容量可以选得较大，安装调整较费功夫；机械手的换刀动作也较多，可靠性较难保证；整机占地面积较大；只能固定位置换刀；主轴箱的重复定位精度将影响加工台肩轴孔的同轴度。数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控
14、机床的总体布局数控机床的总体布局 6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局自动换刀数控卧式镗铣床的总布局 加工中心加工中心链式刀库 主机的正前方对主机的操作有妨碍换刀机械手装在主轴箱上，可以实现任意位置换刀 换刀动作少 立柱的z向退刀动作就是回到换刀位置的动作。数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局 6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局自动换刀数控卧式镗铣床的总布局 加工中心加工中心 盘式刀库安装在立柱的后侧采用了前后两个换刀机械手。后机械手将刀具由刀库中取出，先是装入一个运刀装置中，随运刀装置移到固定的位置，再由前换刀机械手在主袖与运刀装置之间进行刀
15、具交换。结构部件较多，而且换刀的动作也较多，过程较长，只能在固定位置换刀，同样存在加工台肩孔的不同轴问题。当然这种布局方案的结构比较紧凑。数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局 6.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床的总布局自动换刀数控卧式镗铣床的总布局 加工中心加工中心（南阳石油二机集团）（南阳石油二机集团）刀具链式刀库装在立柱的左侧链式刀库装在立柱的左侧面，刀库中刀具的轴线与机面，刀库中刀具的轴线与机床的主轴轴线垂直交叉，因床的主轴轴线垂直交叉，因此，换刀机械手可以作此，换刀机械手可以作90。旋转，将刀库中取下的刀具旋转，将刀库中取下的刀具转到与主轴中心线平行
16、的位转到与主轴中心线平行的位置进行换刀。并巳换刀机械置进行换刀。并巳换刀机械手是装在主轴箱上，可以实手是装在主轴箱上，可以实现任意位置换刀。现任意位置换刀。换刀动作少，结构布置换刀动作少，结构布置紧凑，外观较好，占地面积紧凑，外观较好，占地面积也较小。也较小。数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.5 机床的使用要求与总布机床的使用要求与总布局局 便于同时操作与观察便于同时操作与观察刀具、工件装卸、夹紧方便刀具、工件装卸、夹紧方便排屑和冷却排屑和冷却数控机床的结构设计与总体布局6.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局6.2.6 数控机床总布局的其它趋势数控机床总布局的其它趋势机电一体化结构机电一体化结构 控制计算机、按键、开关、显示器等集中在控制计算机、按键、开关、显示器等集中在吊挂按钮站吊挂按钮站全封闭结构全封闭结构 数控机床的结构设计与总体布局2022-10-7数控机床的结构设计与总体布局
