文档介绍：数控机床的机械结构
李河水
2010-1-11
结构简单、操作方便、自动化程度高
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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、刀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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广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品
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数控机床进行的是高速、高精度加工,在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、直线电动机、直线滚动导轨等新产品、新技术已势在必行。
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具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
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“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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对机械结构、零部件的要求高
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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。
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。
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1、数控机床自身特点
(1)高自动化程度
(2)高速大功率和高精度
(3)多工序和多功能集成
(4)高的可靠性和精度保持性
2、数控机床对机械结构的要求
(1)具有较高的静、动刚度和良好抗震性
(2)具有较好的热稳定性
(3)具有较高的运动精度和良好的低速稳定性
(4)具有良好的操作、安全防护性能
(1)具有较高的静、动刚度和良好抗震性
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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静刚度。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。
(2)具有较好的热稳定性
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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