數控機床機械結構設計

摘 要：現代數控機床是集高新技術于一體的典型機電一體化加工設備。由于機械結構（如機床床身、導軌、工作臺、刀架和主軸箱等）的幾何精度與變形產生的定位誤差在加工過程中不能為此調整與補償，因此，必須把各處機械結構部件產生的彈性變形控制在最小限度內，以保證所要求的加工精度與表面質量。本次設計數控機床，對機床床身、導軌、工作臺、主軸箱設計及計算加以闡述。

關鍵詞：數控機床；工作臺；主軸；刀庫

1 前言

數控機床的基礎件主要包括床身、立柱、工作臺、進給部分及主軸控制部分等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執行器官的相對位置。數控機床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時的高精度。因此，對基礎件的結構設計在強度、剛度、抗振性、熱變形和內應力等都提出了很高的要求。

2 機床機械系統設計

2.1 床身導軌設計

設計床身時考慮了在強度、剛度、抗振性、熱變形和內應力等因素。本次設計床身鑄件采用全封閉截面，合理布置內部隔板和肋條，機床床身為箱體結構，根據床身結構和載荷分布情況對床身進行了合理設計。床身采用傾斜的隔板使排屑和排水更加順暢。機床導軌與機床為整體鑄造，提高了機床的剛性和精度。

導軌的橫截面為矩形，這種截面制造維修方便，承載能力大。貼塑導軌將塑料基的自潤滑復合材料覆蓋并粘貼于滑動部件的導軌上，與鑄鐵的床身導軌配用，可改變原機床導軌的摩擦狀態。

2.2 主軸控制部分設計

2.2.1 主軸部件設計

主軸控制部分由主軸箱、主軸、主動帶輪、皮帶、漲圈、帶輪壓蓋、馬達座、打刀缸座、增壓缸、主軸馬達組成。馬達選擇伺服馬達為機床提供了無級調速，使機床的調速范圍更大。主軸箱為整體鑄造的箱體結構使主軸控制部分具有較高的精度和剛度及良好的抗振性和熱穩定性。

主傳動系統實現各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉速范圍內保證恒功率輸出，同時為使數控機床能獲得最佳的切削速度，主傳動須在較寬的范圍內實現無級變速。對于機床主軸箱這樣的支承大件，采用整體鑄造結構，它可以減少接觸變形，提高剛度。

2.2.2 主軸部件計算

機床主傳動系統的參數有動力參數和運動參數。機床主傳動的功率P可根據切削功率Pc與主運動傳動鏈的總效率η由下式來確定：

數控機床的加工范圍一般都比較大，切削功率Pc 可根據有代表性的加工情況，由其主切削抗力Fz按下式來確定：

2.4 機床總體設計

本次機床總體布局設計中要完成了下列任務，初步確定各部件形狀、尺寸，安排機床各部件的相互位置，協調各部件間的尺寸關系，設計機床外形。它是機床設計過程中的一個十分煩瑣和復雜的工作，它直接影響著機床設計的效率和質量。因此，應用CAD進行機床總體布局設計是一個便捷的工具。

3 總結

本文主要介紹了數控機床的主要關鍵件的結構及工作原理，同時對數控機床的主要部件的計算作了簡要說明。可以通過本文使相關人員對機床有個理性的認識，了解機床的構造、原理、及運動方式。希望通過本文使相關人員更好更快使用數控機床。

參考文獻

[1]大連組合機床研究所.組合機床設計[M].北京：機械工業出版社，1957.

[2]哈爾濱工業大學.專用機床設計與制造[M].黑龍江：黑龍江人民出版社，1979.

[3]現代實用機床設計手冊.現代實用機床設計手冊編委會[M].北京：機械工業出版社，2006.

（作者單位：中航上海汽車技術有限公司）