精密机械机架设计及典型结构

紧机构
1.齿条
2.主轴
3.调整垫圈
4.盖板
5.轴承端盖
凸轮座环7.凸轮块8、16.销柱9.滚轮10、
11.调整螺钉13.弹簧压板14.顶杆15.勾形压块
锁紧支架18.锁紧支座19.滑柱20．刹车盘
平键23.螺母24.齿轮轴25.手柄26.齿轮支座
轮轴轴肩上，用平键和螺母径向和轴向限位，使之与齿轮轴联成一体。

齿轮支座固定在基座上，齿轮轴可以在齿轮支座中旋转。

（2）凸轮组件，包括凸轮块、凸轮座环和齿条，三件凸轮块均布固定在凸轮座环圆周上。

齿条固定在其中两件凸轮块中间的位置，与凸轮座环同圆，并联成一体，凸轮座环安装在基座联接成一体的轴承端盖的台阶肩颈上，使齿条与齿轮啮合并设有盖板轴向限位。

冷加工。

1.1机构的结构分析任何机器和仪器一般均由许多部分组成，如机械结构部分、电路及控制部分、光学部分等。

简单的机器和仪器不一定包含上述所有部分，但机械结构部分是必不可少的。

在机械结构中，有一部分在工作中要实现某种确定的运动（如移动、转动或者更为复杂的运动），从而实现某些功能。

例如，车床的主轴带动被加工零件转动，刀尖沿主轴轴线方向移动，从而完成车削加工。

具有运动部分的机械结构一般都是由机构组成。

机构性能的好坏决定了机器或仪器的性能。

因此，对机构进行分析是进行机械结构设计的基础。

1.1.1机构的组成1. 零件零件是单独加工制造的实体，是构成机械结构的最小单元。

螺钉、螺母、单个齿轮等都是零件。

2. 构件把若干个零件刚性地连接在一起，彼此不做任何相对运动，作为一个刚性整体进行工作，这种刚性组合体称为构件。

3. 运动副两个构件直接接触组成的可动连接称为运动副。

例如，轴与轴承的连接，活塞与汽缸的连接等都构成运动副。

两构件组成的运动副不外乎通过点、线、面的接触来实现。

按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。

1）低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。

平面机构中的低副有回转副和移动副两种。

若组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动，这种运动副称为回转副，或称铰链，如图11所示。

若组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副，如图12所示。

图11回转副1、2—构件图12移动副1、2—构件2）高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。

图13(a)中的车轮1与钢轨2，图13(b)中的凸轮1与从动件2，图13(c)中的轮齿1与轮齿2分别在接触处A组成高副。

平面高副二构件间的相对运动是由沿接触处切线tt方面的相对移动和在平面内的相对转动组成。

图13平面高副举例4. 机构由若干构件和运动副组成，各构件之间具有确定的相对运动关系的组合体称为机构。

机构是机械结构中需要实现某种确定运动的部分。

图14所示的活塞泵就是由连杆机构和齿轮齿条机构组成的。

正文_精密数控磨床的总体设计正文精密数控磨床是一种高精度磨削加工设备，广泛应用于模具制造、航空航天、汽车制造、光学仪器等行业。

在设计精密数控磨床时，需要考虑到机械结构、运动系统、控制系统等多个方面的要求，以实现高精度、高效率的加工。

1.机械结构设计：精密数控磨床的机械结构设计是保证加工精度和稳定性的基础。

首先，需要考虑磨削主轴的固定和支撑方式，一般采用双列滚动轴承或陶瓷轴承，以确保主轴的刚性和稳定性。

其次，还需要考虑磨床床身的刚性和平稳度，在设计时应采用宽大的床身结构，并加强支撑和补偿机构，以减少振动和变形。

2.运动系统设计：精密数控磨床的运动系统设计涉及到主轴、工作台、滑台和滚动导轨等组件。

主轴是精密数控磨床的核心组件，其设计应尽量减小热变形和振动，同时采用高精度轴承和调速装置，以实现高速精密加工。

工作台和滑台的设计应具备高刚性和高精度的移动性能，同时还应考虑到刀具的装夹和刀具调整机构的设计。

3.控制系统设计：精密数控磨床的控制系统设计主要包括数控系统和调速系统。

数控系统是实现磨床自动加工的关键部分，其设计应考虑到加工精度和效率，并配备高性能的数控器和运动控制卡。

调速系统是确保主轴转速的稳定和平稳的关键部分，其设计应考虑到加工要求和切削情况，同时配备合适的速度调节器和多级变速机构。

4.安全保护设计：精密数控磨床在加工过程中存在着刀具的高速旋转、大量的金属屑飞溅以及高温、高压等危险因素。

为了保证操作人员的安全，需要设计合理的安全保护装置，如防护罩、急停开关、漏电保护器等，以及有效的排风系统和冷却系统，以提供良好的工作环境。

5.效能指标设计：精密数控磨床的效能指标设计包括加工精度、加工效率和设备稳定性等方面。

加工精度应符合国家标准和产品要求，加工效率应考虑到切削力和热变形等因素，并平衡加工速度和加工质量。

设备稳定性应考虑到各个系统的相互协调和稳定性，以保证设备在长时间高强度工作中的可靠性和稳定性。

精密卧式加工中心典型结构的分析摘要：随着工业技术的不断发展，以及各行各业对精密卧式加工中心的不断需求，对精密卧式加工中心的结构也提出了更高的要求。

文中总结分析了精密卧式加工中心的结典型构。

关键词：卧式加工中心；典型结构卧式加工中心通常具有X、Y、Z、B四个坐标轴，配有可进行回转运动的方形或圆形工作台，工作台通常设计为双交换形式，在对加工区零件进行加工的同时，还可以对位于前工位的零件进行装卸，具有辅助时间短、加工效率高等特点，适合加工各类箱体类零件。

卧式加工中心的分类方法多种多样，按主轴箱分：主轴箱侧挂，主轴箱正挂；按立柱分：动立柱，固定立柱；按机床床身形状分：正T，倒T；按进给轴分：Z轴工作台进给，Z轴立柱进给，Z轴滑枕进给。

多种卧加结构形式，哪种结构最先进，哪种最有优势，往往众说纷纭。

本文仅从进给轴分类来论述几种典型卧加结构的优缺点。

1.精密卧式加工中心组成部分精密卧式加工中心的组成类似于普通卧式加工中心，其主轴是水平设置的。

一般有3～5个坐标轴，常配有一个回转轴（如回转工作台，即B轴）和一个摆动轴（如摆头，即A轴），广泛应用于汽车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体等箱体类零件的加工。

五轴精密卧式加工中心，在回转工作台上装夹一次工件，即可对箱体顶面和四个侧面进行铣、镗、钻等加工，能够保证较高的尺寸和位置精度，也可作联动加工复杂的空间曲面，如机翼副翼等。

精密卧式加工中心的结构主要由以下几个部分组成。

（1）支撑件卧式加工中心的支撑件主要是床身、底座、立柱、横梁、工作台、箱体等尺寸和重量较大的零件，通常也称为机床关键件，是机床的基础件。

其主要功用是支撑和联接其他零部件，承受部件及工件的重量、切削力、摩擦力、夹紧力等静、动载荷，并保持各部件之间具有正确的相互位置和相对运动关系，因此须有足够的刚度，从而保证机床的加工精度和表面质量。

（2）主轴组件主轴组件主要由主轴、主轴支撑及安装在主轴上的传动件组成。

主轴组件应能长期稳定地保持所需要的工作精度，要有足够的刚度、较高的抗震能力、良好的热稳定性，同时主轴组件还要有较强的耐磨性。

第四章精密机械系统的设计考点第一节精密机械系统现代设计方法第二节仪器的支承件设计一、基座与立柱等支承件的结构特点和设计要求：结构特点：1）结构尺寸较大；2）结构比较复杂设计要求：1）具有足够的刚度，力变形要小；2）稳定性好，内应力变形小；3）热变形小：（1）严格控制工作环境温度；（2）控制仪器内的热源；（3）采取温度补偿措施；4）有良好的抗振性: (1) 减轻重量，提高固有频率; (2) 合理的结构设计，提高静刚度; (3) 减小内部振源影响; (4) 采取隔振措施二、基座与立柱等支承件的结构设计(一) 刚度设计:（1）有限元分析法;（2）仿真分析法(二) 基座与支承件的结构设计:（1）正确选择截面形状与外形结构；右图为横截面积相同时不同断面形状惯性矩的比较：（2）合理地选择和布置加强肋增加刚度；右图为肋的布置形式：（3）正确的结构布局，减小力变形；（4）良好的结构工艺性，减小应力变形；（5）合理地选择材料；花岗石的优点：稳定性好；加工简便；温度稳定性好，导热系数和线膨胀系数小；吸振性好；不导电，不磁化，抗电磁影响性能好；维护保养方便；缺点脆性大第三节仪器的导轨及设计一、导轨的功用与分类导轨的基本功用：传递精密直线运动按导轨面间摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨二、导轨部件设计的基本要求（一）导向精度导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度。

对一副导轨来说直线度是非常重要的精度指标，取决于导轨面的几何精度、接触精度、导轨和基座的刚度、导轨油膜刚度及导轨与基座的热变形等。

（1）几何精度：直线度、平行度、垂直度；（2）接触精度：减小表面粗糙度（二）导轨运动的平稳性爬行现象：在均匀驱动指令下，导轨运动台出现的一快一慢、一跳一停的现象产生原因：导轨间的动、静摩擦因数差值较大；动摩擦系数随速度变化；系统刚度差解决办法：降低临界速度，即减小动、静摩擦力之差（三）刚度要求自重变形、局部变形、接触变形（四）耐磨性要求耐磨性与摩擦性质、导轨材料、表面处理工艺、加工工艺和受力情况有关三、导轨设计应遵守的原理和准则（一）运动学原理：保证确定方向的自由度，燕尾形导轨没有多余自由度（二）弹性平均效应原理：提高导轨的承载能力和导向精度（三）导向导轨与压紧导轨分立原则：保证通过压紧力使导向面可靠接触，保证导向精度四、滑动摩擦导轨及设计滑动导轨是支承件和运动件直接接触的导轨优点:结构简单、制造容易、接触刚度大；缺点:摩擦阻力大、磨损快、易产生爬行现象（一）滑动摩擦导轨的截面形状（右图所示）（1）V形导轨：导向精度随顶角而异，顶角越小，导向精度越高；承载能力低，制造检修困难（2）矩形导轨：承载能力大，加工检修方便（3）圆柱形导轨：制造简单，对温度变化敏感，适用于小型仪器的立柱等地方（4）燕尾形导轨：尺寸紧凑，能承受倾覆力矩，制造检修复杂，加工难度高，适用于受力小、多层次、速度低的部件，可单独使用作为导向（二）滑动摩擦导轨的组合形式及其特点（了解特殊的特性即可）（1）V 形和平面组合导轨：导向性好、平导轨制造简单、刚性好、应用较为广泛；缺点是导轨磨损不均匀，且牵引力的位置不在两导轨的中间（2）双V 形组合导轨：加工、检修比较困难，需要较高的技术及精密的基准研具进行精研（3）双矩形组合导轨：适用于承载较大的普通精度的设备（4）燕尾组合导轨：符合运动学原理，理论上只需要单导轨，考虑到磨损后间隙的调节，常组合使用（5）双圆柱导轨：工艺性好，导向精度低，对温度变化敏感，适用于只承载轴向力的场合导轨主要尺寸的确定：（1）导轨宽度确定（B=W/PL，L运动导轨的长度、W载荷、P压强）；（2）V型导轨的角度（90°最佳）；（3）两条导轨的间距L A（在保证运动件稳定工作的前提下，尽可能取小值）；（4）运动导轨的长度（L=1.2-1.8L A长导轨有利于改善导向精度和工作的可靠性）五、滚动摩擦导轨及设计滚动导轨磨损小，保持精度持久性好，广泛应用（点或线接触，抗振性差，接触应力大）（一）滚动导轨的结构形式及其特点滚动导轨按不同的滚动体可分为：滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨等（1）滚珠导轨1）双V形滚珠导轨：运动灵敏度较高，能承受不大的倾覆力矩2) 双圆弧滚珠导轨：计量光学仪器中（如小型工具显微镜、投影仪用等）使用；接触面积较大，接触点应力较小，变形也较小，承载能力强、寿命长3）四圆柱棒滚道的滚珠导轨：优点是运动精度和灵活性较高，维修方便；缺点是承载能力不大，故多适用于较轻巧的仪器上（如掩膜检查显微镜工作台）4）V 形-平面滚珠导轨：加工和装配都方便；缺点是左右两排滚珠中心，运动速度不一致万能工具显微镜19JA 就采用该型滚珠导轨（2）滚柱（针）导轨1）滚动与滑动摩擦导轨的组合应用：滚动轴承导轨摩擦力小，运动灵活，用做导向2）滚柱导轨与滚动轴承导轨的组合：形状简单，加工容易3）滚柱和滚珠导轨的组合：灵活运用了滚珠导轨运动的灵活性和滚柱导轨承载大的优点，滚珠直径比滚柱大4）滚柱与长圆柱轴导轨组合：轻载部件中使用（3）滚动轴承导轨滚动轴承不仅起着滚动体的作用，而且本身就是一种导轨。

阐述精密加工机床的结构设计随着工业技术的蓬勃发展，超精密加工机床其合理性和优越性变得尤为重要。

普通加工机床很难满足国内汽车、航空航天行业的发展需求，需要在已有经验和使用情况的基础上进行超精密机床的设计。

复合加工技术受到更多的青睐，通过参考国内外一些资料研究超精密设备的关键技术及具有自主知识产权的先进精密数控技术。

从结构设计角度阐述了超精密加工机床设计采取的基本结构，设计开发一种简单经济适用的超精密机床来满足市场需求。

一.超精密加工机床设计概括超精密机床属于复合机床的一类，其结构设计基本思想越来越受到人们的重视。

需要满足一次装夹完成车削加工和内、外圆的磨削加工，因此结构上需要尽可能地提高刚度。

为减少设备价格昂贵所花费的费用，结构要简单。

该机床车刀架和磨刀架安装于中拖板两端并由伺服电机驱动中拖板做横向直线运动，因此床身形状要简单、质量要大、固有振动频率要低。

（1）精密导轨是超精密机床的直线性基准，床头箱内主轴转速大小由数控系统控制，定位精度要很高。

主电机组件再连接床头箱内主轴、纵向伺服电机与横向伺服电机，运动平稳、动作灵活、直线运动时绝对没有爬行等不连续动作，能够一次装夹完成车削和磨削加工。

在实际应用中有与使用条件相适应的刚度，由数控操作箱控制启动电动车刀架根据编好的程序进行车削加工，定位方式应采用闭式控制方式在一定程度上减小的启动扭矩和摩擦力。

（2）由纵向伺服电机驱动纵向滚珠丝杆转动从而带动大拖板做纵向运动，进给的分辨率要高、高速运动时发热量要少、同时床身上需设有相对床身能实现纵向运动的大拖板及纵向滚珠丝杆。

采用内装式同轴电动机带动，未使用的电动磨刀架停在中拖板的另一端不影响车削加工的进行。

降低因主轴运动过程中产生的误差、振动等对加工精度的影响，横向伺服电机驱动横向滚珠丝杆转动从而带动中拖板做横向运动实现了机床纵向进给运动。

根据机床的性能不同采取不同形式的数控系统，连接至数控操作箱，并通过数控操作箱设置或控制加工过程。