第6章數控機床的機械結構與特點

6.1數控機床的結構要求6.1.1數控機床機械結構的主要組成近年來，隨著進給驅動、主軸驅動和CNC的發展，為適應高生產率的需要，數控機床已逐步形成了獨特的機械結構。盡管如此，普通機床的構成模式仍適用于現代數控機床，其零部件的設計方法也同樣適用于數控機床。數控機床機械結構有下列各部分組成：（1）主傳動系統（2）進給傳動系統（3）實現某些部件動作和輔助功能的系統和裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻等系統，排屑、防護等裝置，刀架和自動換刀裝置，自動托盤交換裝置；（4）特殊功能裝置，如刀具磨損監控、精度檢測和監控裝置。6.1.1數控機床機械結構的主要組成機床基礎件（機床大件）通常是指床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺等。它們是整臺機床的基礎和框架。機床的其他零、部件固定在基礎件上，或工作時在其導軌上運動。對于加工中心，除上述組成部分外，至少還應有自動換刀裝置，有的還有雙工位工件自動交換裝置。柔性制造單元還帶有工位數較多的工件自動交換裝置，有的甚至還配有用于上下料的工業機器人。6.1.2數控機床機械結構的特點和要求為了保證高精度、高效率、高自動化程度的加工，數控機床的結構應具有以下的特點和要求。（1）高剛度因為數控機床要在高速和重切削條件下工作，因此機床的床身、工作臺、主軸、立柱、刀架等主要部件，均需有很高的剛度，工作中應無變形和振動。例如：床身各部分合理分布加強筋，以承受重載與重切削力；工作臺與拖板應具有足夠的剛性，以承受工件重量，并使工作平穩；主軸在高速下運轉，應具有較高的徑向扭矩和軸向推力；立柱在床身上移動時應平穩，且能承受大的切削力；刀架在切削加工中應平穩而無振動等。

6.1.2數控機床機械結構的特點和要求（2）高靈敏度數控機床在自動狀態下工作，精度要比普通機床高，因而運動部件應具有高靈敏度。導軌部件通常用滾動導軌、塑料導軌、靜壓導軌等，以減少摩擦力，在低速運動時無爬行現象。數控機床的工作臺、刀架等部件的移動，由步進、直流或交流伺服電動機驅動，經滾珠絲杠或靜壓絲杠傳動。主軸既要在高剛度、高速下回轉，又要有高靈敏度，因而多數采用滾動軸承和靜壓軸承。6.1.2數控機床機械結構的特點和要求（3）高抗振性數控機床的一些運動部件，除了應具有高剛度、高靈敏度外，還應具有高抗振性。在高速、重切削情況下應無振動，以保證加工工件的高精度和低表面粗糙度。另外，特別要避免切削時的諧振。（4）熱變形小位保證部件的運動精度，要求機床的主軸、工作臺、刀架等運動部件的發熱量要小，以防止產生熱變形。為此，立柱一般采取雙壁式結構，在提高剛度的同時使零件結構對稱，防止因熱變形而產生傾斜偏移。通常采用恒溫冷卻裝置，使主軸軸承在運轉中產生的熱量易于消散。為減少電動機運轉發熱的影響，在電動機上按裝有散熱裝置和熱管消熱裝置。6.1.2數控機床機械結構的特點和要求（5）高靈敏度保持性在高速、強力切削下滿載工作時，為保證機床長期具有穩定的加工精度，要求數控機床具有較高的精度保持性。除了應正確選擇有關零件的材料，以防止使用中的變形和快速磨損外，還要求采取一些工藝性措施，如淬火、磨削導軌、粘貼抗磨塑料導軌等，以提高運動部件的耐磨性。（6）高可靠性數控機床在自動或半自動條件下工作（柔性制造系統中的數控機床可在24小時運轉中實現無人管理），因此要求機床具有較高的可靠性。為此除保證運動部件不出故障外，頻繁動作的刀庫、換刀機構、托盤、工作交換裝置等部件，必須保證能長期而可靠地工作。（7）刀具先進數控機床要充分發揮效能，實現高精度、高效率、高自動化加工，除了機床本身應滿足上述要求外，刀具應具有較高的耐用度，其結構也要合理。對于不同的數控機床，要有不同的刀具系統及相應的刀片。6.2數控機床的主傳動及主軸部件6.2.1數控機床機械結構的特點和要求

數控機床的主軸必須滿足如下要求：（1）就有較大的調速范圍并實現無級調速（2）具有較高的精度與剛度，傳動平穩，噪音低（3）良好的抗震性和熱穩定性6.2.2主軸的傳動方式數控機床的主軸傳動形式主要有以下幾種：1.變速齒輪傳動方式主要有液壓拔叉和電磁離合兩種（1）液壓拔叉變速液壓拔叉變速必須在主軸停車后才能進行（2）電磁離合器變速電磁離合器利用電磁效應接通或切斷運動元件6.2.2主軸的傳動方式2.帶傳動方式多用于數控車床和中、小型加工中心，可避免齒輪傳動時應起的振動和噪音。6.2.2主軸的傳動方式3.調速電機直接驅動主軸傳動方式6.2數控機床的主傳動及主軸部件3.調速電機直接驅動主軸傳動方式內裝電動機主軸：結構緊湊，重量輕，慣量小，可提高啟動、停止的響應特性并利于控制振動和噪聲。6.2.3主軸組件主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件組成。1.主軸組件的要求（1）回轉精度高（2）剛度大（3）抗震性強（4）溫升低（5）耐磨性好6.2.3主軸組件2.主軸組件的類型主軸組件按運動方式可分為五類（1）只作旋轉運動的主軸主件（2）既有旋轉運動又有軸向進給運動（3）既有旋轉運動又有軸向調整移動（4）既有旋轉運動又有徑向進給運動（5）主軸作旋轉運動又作行星運動6.2.3主軸組件3.主軸主軸的主要參數（1）主軸直徑（2）主軸內孔直徑（3）懸伸長度（4）主軸的支承跨距6.2.3主軸組件4.主軸支承（1）主軸軸承主軸軸承有滾動式和滑動式滾動軸承摩擦阻力小可以預緊，潤滑維護簡單能在一定的轉速范圍和載荷范圍內穩定的工作。6.2.3主軸組件滑動軸承靜壓滑動軸承承載能力不隨轉動而變化，無磨損，啟動和運轉時摩擦力矩相同。

6.2.3主軸組件（2）主軸軸承的配置與調整a.主軸軸承的配置適應高剛度要求的軸承配置6.2.3主軸組件適應高速要求的軸承配置6.2.3主軸組件b.主軸軸承的安裝與調整單個軸承的裝配裝配時盡可能使主軸定位內孔與主軸軸頸的偏心量和軸承內圈與滾道的偏心量接近，并使其方向相反，這樣可使裝配后的偏心量減少。兩個軸承的裝配應使前、后二支承軸承的偏心兩方向相同，并使當選者偏心距的大小滾動軸承的間隙與預緊主軸部件必須具備軸承間隙的調整結構6.2.4主軸的進給功能和主軸準停功能1.主軸的進給功能6.2.4主軸的進給功能和主軸準停功能6.2.4主軸的進給功能和主軸準停功能2.主軸定向裝置

主軸準停裝置是加工中心換刀過程中所要求的特別裝置，也稱為主軸準停功能。定向裝置分為：機械式和電氣式6.2.5主軸組件的潤滑與密封潤滑與密封是機床使用和維護過程中重要問題1.主軸的潤滑方式（1）油脂潤滑（2）油液循環潤滑（3）油霧潤滑（4）油氣潤滑6.2.5主軸組件的潤滑與密封6.2.5主軸組件的潤滑與密封2.主軸的密封接觸式密封和非接觸式密封1）非接觸式密封

非接觸式密封就是密封件與其相對運動的零件不接觸，且有適當間隙的密封。這種形式的密封，在工作中幾乎不產生摩擦熱，沒有磨損，特別適用于高速和高溫場合。非接觸式密封常用的有間隙式，迷宮式和墊圈式等各種不同結構形式，分別應用于不同場合。

非接觸式密封的間隙以盡可能小為佳。

2）接觸式密封