数控机床的结构设计与总体布局

机床结构的总体设计作者：曲成王天东来源：《科学与财富》2017年第03期摘要：随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化、高精度化要求越来越高。

本文通过一系列计算确定了数控立式车床的动力参数，完成其传动机构的设计。

关键词：机床总体布局；传动结构1.确定机床的总体布局车床主运动为电机通过三级齿轮传递扭力带动卡盘旋转，切削运动为刀架自身的升降进给和刀架在横梁上的水平进给。

机床底座和主轴可以保证卡盘在水平面受到5个自由度的约束，因此C轴的旋转运动作为主运动并带动零件的旋转。

机床的这种运动结构可以保证机床的整体刚度，主轴采用实心阶梯圆柱结构，51196轴承和NN3080轴承可以保证卡盘的平面度和同轴度在允许的公差范围内。

同时，机床的进给都是采用精密滚珠丝杠伺服电机带动，这些都可以保证切削的稳定性，从而提高了机床的抗震性能。

采用倾斜的钣金作为隔离方式，使切屑不直接与机床本体接触，而直接落入排屑器中，以防止给机床带来额外的热变形，内部主轴轴承和齿轮产生的热量将采用液压油喷射冷却。

最有效的减少噪声方法是减少齿轮的齿距偏差和一齿切向综合偏差。

本文所设计的机床采用3级齿轮传动，减少了传动链的长度；使齿轮精度和重合度有所提高，并减少噪声。

2.主传动电动机功率的确定主运动为旋转运动的机床，主运动的运动参数为主轴转速。

由于主运动的结构和运动参数尚未确定，而各传动件的结构参数都是根据动力参数设计的。

如果动力参数选取过大，传动件的结构尺寸就大，机床就笨重，除增加制造成本外，机床工作中空载功率增加，造成电力浪费；如果动力参数选取过小，机床传动链及电动机长期超载工作，影响机床的使用寿命。

通常动力参数是在调查研究、统计分析的基础之上，结合计算分析，类比确定。

电动机功率按下式估算：式中：PE为主传动电动机功率，kW；Fz为主切削力，N；η为主传动链的总效率；v为切削速度，m/min；本文设计的机床经计算主传动电机功率不低于37kW。

数控机床机械结构设计与制造技术分析数控机床是一种集机电一体、工作自动化的高科技机械设备，其应用领域日益扩大。

在现代制造领域，数控机床已经成为不可缺少的工具，具有工作高效、精度稳定、自动化程度高等优势。

因此，数控机床的机械结构设计和制造技术的分析对于提高机床的性能和质量意义重大。

本文将从数控机床机械结构设计和制造技术两个方面进行探讨。

数控机床机械结构设计是数控技术的重要组成部分，其主要目的是实现工件的高精度加工。

机械结构设计的核心是构建合理的机械结构，它必须实现切削力的传递，确保传动精度和稳定性，并满足机床高速、高精度加工的需要。

1.数控机床结构布局设计数控机床的结构设计以其性能和稳定性为基础，应该尽可能减少结构的复杂度和重量，提高加工精度和效率。

必须综合考虑机床结构与传动系统，并结合数控系统决定结构的布局设计。

2.数控机床动力传动系统数控机床的动力传动系统是保证机床高速、高精度运动的重要组成部分。

传动系统的设计要求高传动精度、高刚性、低噪声、低能耗等。

在设计中，应当选择合适的传动方式和传动件，合理布置传动方式和传动件，保证传动精度和稳定性。

3.数控机床加工台面数控机床加工台面的设计与制造是实现高精度加工关键，加工台面的设计包括机床工作台的结构和运动方式等，制造应当满足加工、表面平整度和精度等要求。

加工时台面应确保精度修整及完整性，保证工件与工具成定心运动，达到加工工件的精度要求。

数控机床的制造技术包括各种机床部件的加工装配工艺和制造工具。

制造过程中应严格遵守工艺规程，保证机床实现高精度加工的要求。

同时，应该使用高品质的材料和制造工具。

数控机床结构部件加工的精度要求高，包括螺旋齿轮的加工、齿轮啮合的匹配、齿轮的零件标记、联轴器的面精度等。

因此，必须采用高精度的加工设备和工具，采用精细的加工工艺。

2.数控机床结构部件的装配数控机床结构部件的装配是保证机床高精度、高效率的关键。

在装配过程中，应根据机床的设计规格，对各个零部件进行精密配合或插配，确保机床的高稳定性和高度精度。

精密数控磨床的总体结构设计1.1 总体方案拟定磨床总体方案，包括以下三方面的内容：（1）调查分析；（2）工艺分析；（3）磨床总体布局。

1.2调查分析调查分析主要包括：（1）对加工对象的了解；（2）对使用要求与制造条件的了解；（3）对同类及类同设备的了解。

1.3加工对象加工对象是主轴箱上两个同轴轴承孔，2.1.1工件材料：孕育铸铁。

2.1.2 使用要求与制造条件本课题所要解决的关键问题是主轴箱上两个同轴轴承孔的超精密加工。

要求所加工的轴承孔的技术参数能达到：（1）圆柱度：0.002mm；（2）圆度：0.002mm；（3）平直度：0.002mm。

磨床的制造运用数控技术，现代测试手段，微量进给软件补偿技术，从而使精密机械设计达到所要求的精度。

2.1.3 同类及类同设备加工工艺方案工艺方法对磨床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致磨床的运动、传动、布局、结构、经济效果等方面的一系列变化。

常用的内孔加工方法主要有:切入式磨削、单油石磨削、多油石磨削。

切入式磨削切入式磨削: 将磨头沿轴向进入工件被加工孔。

一般数控加工机床是采用轴向加工方式，直接切入工件的表面。

采取切入式磨削方式的加工工艺方案如图所示。

砂轮回转，工件安装在工作台上，在加工时回转。

砂轮的径向进给（Fr）靠工作台沿X方向位移实现，上面的孔及上端面加工好后，砂轮通过在垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。

工件一次安装，以保证精度。

2.2.2 单油石磨削单油石磨削: 将1块油石沿轴向进入工件被加工孔。

数控加工机床是采用轴向加工方式，油石与工件内孔相接触，通过数控系统控制磨削部件内孔表面的质量。

采取单油石磨削的加工工艺方案如图所示。

油石并不回转，而是做往复直线运动，工件安装在工作台上，在加工时随工作台一起回转。

油石的径向进给靠拖板的水平方向位移实现，以此来带动工作台上的工件，上面的孔及上端面加工好后，油石通过垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。

供货方案产品型号：CAK50100 产品名称：数控车床沈一车床厂1、机床用途CAK50100是一款具有经济性、环保性、高效性，能够满足未来社会发展需求的全新的数控车床产品。

机床性能在世界同类产品中具有领先水平。

该机床采用平床身斜床鞍结构，X、Z轴采用直线导轨，在确保进给轴具有高刚性的同时提高了机床的动态性能。

该机床非常适合加工各种盘类及轴类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。

设计中对主轴、床身、床鞍等部件进行了有限元分析，大大提高了整机的刚性，确保了加工时的稳定性，特别适合汽车、摩托车、轴承、电子、航天、军工等行业对回转体类零件进行高效、大批量、高精度的加工要求。

整机采用封闭式全防护结构，排屑性极好，符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。

CAK50系列数控车床实现模块化设计，可根据用户不同的需要进行配置。

机床型号介绍：CAK 50 100CAK：系列代号50：机床主参数，最大切削直径的1/1075：机床主参数，最大加工长度的1/102、机床总体布局机床的总体结构采用平床身、斜床鞍结构，满足加工范围同时减小机床尺寸，提高机床刚度。

床身采用平床身，加工区域下方有排屑孔，排屑效果好，X/Z轴采用直线滚动导轨，使机床具有较高的快移速度，尾台导轨采用独特的高刚性滑动导轨，尾台移动方式采用床鞍拖动，机床采用全防护。

机床主要大件：床身、主轴箱、床鞍、滑板均为高强度铸铁铸造，通过完善的热处理工艺过程来消除残余应力，并布置足够的加强筋板，通过有限元分析获得最佳结构，保证整机具有足够的刚度和热稳定性。

3、床身CAK50100机床采用优质铸铁平床身，经有限元分析优化，筋板布置更加合理，使床身具有良好的刚性，床身加工区域下方有排屑孔，排屑效果好，床身设计有独特的油水分离结构，润滑油可独立回收。

4、主轴该系列机床为单主轴主轴箱,采用进口V带传动,使电机通过皮带轮直接带动主轴转动，减少了机械传递的功率损耗，启动快速、平稳。

数控车间布局图数控车间布局图是指在数控车间中，将各种设备、机床、工作台等按照一定的布局规划和要求进行合理的摆放和安排，以提高生产效率和工作流程的顺畅性。

下面是一份关于数控车间布局图的详细描述。

一、总体布局数控车间的总体布局应该考虑生产流程的合理性和人流、物流的便捷性。

普通来说，数控车间的布局可以分为车间入口、原材料区、加工区、装配区、成品区、设备维修区和办公区等几个功能区域。

1. 车间入口：车间入口应设在便于物流和人员流动的位置，方便原材料的进出和成品的出库。

2. 原材料区：原材料区应位于车间入口附近，便于原材料的存放和取用。

原材料应按照种类和规格进行分类存放，并做好标识，以便于工人快速找到所需材料。

3. 加工区：加工区是数控车间的核心区域，应合理布置各种数控机床和辅助设备。

数控机床之间的距离应保持一定的间隔，以便于操作和维护。

同时，加工区应设有合适的工作台和操作空间，以提高工作效率。

4. 装配区：装配区应位于加工区的附近，方便将加工好的零部件进行组装。

装配区应配备适当的工具和设备，以确保装配过程的顺利进行。

5. 成品区：成品区是存放已完成的产品的区域，应设在车间的一侧或者角落，便于出库和运输。

成品区应根据产品的种类和规格进行分类存放，并做好标识，以便于及时发现和取用。

6. 设备维修区：设备维修区应设在车间的一侧或者角落，方便进行设备的维护和修理。

维修区应配备必要的工具和设备，以确保设备的正常运行。

7. 办公区：办公区应设在车间的一侧或者角落，提供员工的办公和歇息场所。

办公区应配备必要的办公设备和家具，并保持整洁和肃静。

二、细节考虑除了总体布局外，数控车间的布局还应考虑以下几个细节问题：1. 照明：数控车间应配备充足的照明设备，以确保工人在操作数控机床时有良好的视野，减少操作错误和事故的发生。

2. 通风：数控车间应有良好的通风系统，以确保空气流通，减少粉尘和有害气体的积聚，保护工人的健康。

3. 安全设施：数控车间应配备必要的安全设施，如灭火器、紧急停机按钮、安全防护网等，以确保工人的安全。

科技风2019年1月科技创新DOI ：10.19392/j . cnki . 1671-7341.201902005定梁式数控龙门铣床整体结构设计徐梓童汪秣张普天吉林农业科技学院机械与土木工程学院吉林吉林132101摘要:根据国内与国外对于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合 实际的生产需要。

其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。

其运行是采用伺服电机然后 是滚珠丝杠进行传动。

总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。

并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的 方法对其进行了分析。

关键词：龙门铣床;数控;伺服电机；滚珠丝杠1机床的设计要求数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了 ：(1) 总体布局设计:各个部件的位置、各个部件的运动进行 分析、还有其整体的外观。

(2) 技术参数设计:各个部件的尺寸、刀具的转速和进给 量、电机的功率和所能承载的力。

(3) 结构优化设计:整个机床的刚度、运动特性、受热性 能等。

此机床符合国家的标准，其参数为:工作台的整体尺寸为: 3000x 1200mm ，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有 高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂 的零件。

2设计方案我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙 门铣床。

这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了(1)成本低，生产较为简单。

这种龙门铣床的整体的长度必须 比工作台行程的长度多两倍。

而移动式的龙门铣床的整体的 长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。

（2)这种机床 的动态响应好。

这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当 工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工 零件的精度和动态响应性。

我所采用的为西门子425的数控系统，因为这个数控系 统具有龙门轴的同步功能。

这一项功能能够让龙门框架的进 给轴（X 1，X 2)达到无机械偏差的位移的目的。

定梁式数控龙门铣床整体结构设计摘要：根据国内与国外對于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合实际的生产需要。

其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。

其运行是采用伺服电机然后是滚珠丝杠进行传动。

总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。

并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的方法对其进行了分析。

龙门铣床；数控；伺服电机；滚珠丝杠1 机床的设计要求数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了：（1）总体布局设计：各个部件的位置、各个部件的运动进行分析、还有其整体的外观。

（2）技术参数设计：各个部件的尺寸、刀具的转速和进给量、电机的功率和所能承载的力。

（3）结构优化设计：整个机床的刚度、运动特性、受热性能等。

此机床符合国家的标准，其参数为：工作台的整体尺寸为：3000×1200mm，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂的零件。

2 设计方案我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙门铣床。

这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了（1）成本低，生产较为简单。

这种龙门铣床的整体的长度必须比工作台行程的长度多两倍。

而移动式的龙门铣床的整体的长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。

（2）这种机床的动态响应好。

这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工零件的精度和动态响应性。

我所采用的为西门子 4-05的数控系统，因为这个数控系统具有龙门轴的同步功能。

这一项功能能够让龙门框架的进给轴（X1，X2）达到无机械偏差的位移的目的。

可以对运动的值进行比对，能够检测出很小的偏差并且及时的更正，增大了其精度。

铣床的整体装配图如下图所示：3 主轴箱的设计要求（1）使其所调节的速度范围能够达到其最大值而且能够进行无极变速。

（2）提高主轴箱的刚性与稳定性，以及它的精度。

数控机床是采用了数控数字形式信息控制的机床,或者说是装备了数控系统的机床,是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,是现代化工业生产中一门新型的,发展十分迅速的高新技术,它是集计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等高新技术于一身的自动化机床,具有高精度、高效率、灵活性、柔性自动化等特点。

本文根据市场对经济型数控机床的需求,研制了CK 6132型数控车床,确定了该型号数控车床的总体设计方案,并对主传动系统、数控机床主轴组件、进给伺服系统等关键部件的设计方案进行了详细论证。

该款数控车床目前已上市销售,产品性能获得用户良好评价。

1 数控机床的组成、分类及工作原理数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。

数控机床按照工艺用途金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、数控特种加工及其他类型的数控机床。

按照运动方式可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。

按伺服系统类型可分为开环控制数控机床、闭环控制系统数控机床、半闭环控制数控机床。

当今世界上数控技术及其装备呈现高速、高精密化、高可靠性能、设计C A D 化、功能多样化、智能化、网络化、柔性化、工序复合化、功能复合化的发展趋势。

2 CK6132型数控车床的设计2.1数控机床的总体设计数控机床的结构设计要求主要有:具有大的切削功率,高的静、动态刚度和良好额度抗振性能;具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性;具有实现辅助操作自动化的结构部件。

机床总体方案设计的目的,在于从整体上保证设计的优化。

机床总体方案设计三部分组成:技术参数设计、总体布局设计、结构优化设计。

CK6132型数控车床总体布局设计如图1所示。

2.2数控机床主传动系统设计机床的主传动系统有动力参数和运动参数。

动力参数是指主运动驱动电机的功率,运动参数是指主运动的变速范围。

机床的主传动的功率利用切屑功率Pc与主远动传动链η确定。

数控机床加工范围一般比较大,切屑功率PC 可根据有代表性的加工情况,按公式PC=FZυ/60000确定,其中:FZ为主切屑力的切身分力(N);υ为切屑速度(m/min);M为切屑扭矩(N ·cm);N为主轴转速(r/min)。

数控立式铣床机械结构设计数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用。

近年来，我国在中高档数控机床关键技术上有了较大突破，创造出一批具有自主知识产权的研究成果。

目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孑L或铣削平面时，加工精度不高。

如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。

根据这种情况，我们设计了一种小型数控立式铣床。

该铣床造价大大低于传统数控机床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。

下文就对它的机械结构设计作一介绍。

1 机床的总体布局本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床，机床床身尺寸(长×宽×高)为600 mm×8OO mm×1 4051Tim，主要由(如图1机床的结构简图所示)机床底座，横向溜板，X、y、Z方向进给步进电动机，工作台，机床床身，三相异步电动机，主轴箱以及相关的电气系统等部分组成。

机床的加工过程为：被加工零件固定于工作台4上，能够实现横向、纵向的进给运动；铣刀装夹在主轴箱8上，能够沿立柱的上下移动，进行铣削加工。

整个加工过程由PC进行控制，实现工件的自动加工。

该数控铣床的主要技术参数为：最大钻孔直径：28 mm；最大铣削能力：平面2．6×10 mm。

；主轴箱上下移动最大行程：345 mm；工作台工作面积：730 n'ln3×350 n3n3；工作台最大纵向行程：450 mm；工作台最大横向行程：250 n3m；机床底座面积：400 ITlm×680 n3n3；主轴变速范围：8O～ 1 650 r／min2 机床主传动系统及主轴组件设计2．1 机床主传动系统数控铣床主传动系统由主轴电动机、传动系统和主轴部件等部分组成，它与普通机床主传动系统相比结构较简单，这是由于变速功能主要由无级变速电动机来承担。