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第七章数控机床的机械结构

第一节概述

数控机床机械部分如图 7－1，数控机床是高精度和高生产率的自动化机

床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过

数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上

加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数

控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。

为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成

自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖

的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多要求：

●性能要求高

●电机过载能力强。要求有较长时间(1－30min)和较大倍数的过载能力

●在断续负载下，电机转速波动要小。

●速度响应要快，升降速时间要短。

以适应各种工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达 3000－

6000mm/min。为了完成精密定位，伺服系统的低速趋近速度达 0.1mm/min；为

了缩短辅助时间，提高加工效率，快速移动速度应高达 15m/min。在多坐标联

动的数控机床上，合成速度维持常数，是保证表面粗糙度要求的重要条件；

为保证较高的轮廓精度，各坐标方向的运动速度也要配合适当；这是对数控

系统和伺服进给系统提出的共同要求。

3.响应速度要快

所谓快速响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程

结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速

度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进

行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系统响应速度的

大小不仅影响机床的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台

及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高

进给系统的快速响应特性。

3.无间隙传动

进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个

传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度；因此，应尽量消除传

动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙

措施的传动副等方法。

4.稳定性好、寿命长

稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进

给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系

统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适当选择各项参数，并能达到最

佳的工作性能，是伺服系统设计的目标。所谓进给系统的寿命，主要指其保

持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，及各传动部件保持其原来制造

精度的能力。设计中各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处

理方法，对于滚珠丝杠和传动齿轮，必须具有一定的耐磨性和适宜的润滑方

式，以延长其寿命。

6．使用维护方便

数控机床属高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、高精度及

复杂件的生产加工，机床的开机率相应就高，因此，进给系统的结构设计应

便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用率。

三．对数控机床进给系统的特点

（一）主轴脉冲编码器代替了螺纹传动链，传动链大大缩短，如图7－6

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