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第2章数控机床的典型结构与部件2.1 数控机床的结构特点及要求2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。
（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。
（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。
（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。
（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。
2.1.2数控机床的结构要求及措施1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。
而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。
因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。
为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。
1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性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。
2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。
表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。
从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。
表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度1 1 11.24 1.17 1.381.34 1.21 8.861.63 1.32 17.73）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。
常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。
数控机床的主传动系统一、主传动装置1．数控机床主传动系统的特点（1）转速高、功率大（2）调速范围宽（3）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（4）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和高的耐磨性能（5）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。
（6）为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现C轴功能（主轴回转角度的控制）2．数控机床主传动装置（1）带有二级齿轮的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。
（2）采用定比传动装置定比传动装置常用同步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。
（3）采用电主轴电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，主轴部件的刚性更好。
但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大，需对主轴进行强制冷却。
二、主轴结构1．数控车床主轴部件结构1、5—螺钉；2—带轮连接盘；3、15、16—螺钉；4—端盖；6—圆柱滚珠轴承；7、9、11、12—挡圈；8—热调整套；10、13、17—角接触球轴承；14—卡盘过渡盘；18—主轴；19—主轴箱箱体数控车床主轴部件结构示意图（2）主轴准停装置1—驱动爪； 2—卡爪； 3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸； 6、7—行程开关液压驱动动力的自定心夹盘2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构 （1）刀具夹紧装置和切屑清除装置1－刀架；2－拉钉；3－主轴；4-拉杆；5－碟形弹簧；6－活塞；7－液压缸（或气缸）；8、10－行程开关；9－压缩空气管接头；11－弹簧；12－钢球；13－端面键数控立式加工中心主轴部件1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴主轴准停装置的工作原理3．内装电主轴的主轴部件结构1－刀具系统；2、9－捕捉轴承；3、8－传感器；4、7－径向轴承；5－轴向推力轴承；6－高频电动机；10－冷却水管路；11－气－液压力放大器用磁悬浮轴承的高速加工中心电主轴部件电主轴主要融合了以下技术： （1）高速电机技术 其关键技术是高速度下的动平衡。
数控机床的主传动方式
现代数控机床的主运动系统广泛采用交流调速电机或直流调速电机作为驱动元件，随着电机性能的日趋完善，能方便地实现宽范围的无级变速，且传动链短，传动件少，变速的可靠性高。
数控机床的主传动方式主要有三种，如图1所示。
图1 数控机床的主传动方式
1．带有二级齿轮变速的主传动方式如图（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2．通过定比传动的主传动方式如图（b）所示，主轴电机经定比传
动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。
带传动方式主要应用于小型数控机床上，可以避免齿轮传动的噪声与振动。
3．由主轴电机直接驱动的主传动方式如图（c）所示，电机轴与主轴用联轴器同轴连接。
这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。
但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响较大。
近年来出现了一种电主轴，该主轴本身就是电机的转子，主轴箱体与电子定子相连。
其优点是主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提高启动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。
同步齿形带主传动方式电主轴（电机直接驱动的主传动方式）。
