数控机床机械结构

在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变
速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术的发展，考虑到它的

控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的
主体机构有以下特点：
    1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为

简化，传动链也大大缩短；
    2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态

刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；
    3）为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如

滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等；
    4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹

紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。根据数控机床的适用场合和机构

特点，对数控机床结构因提出以下要求：
    一、较高的机床静、动刚度
　　数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械
结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在
加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制
在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。
　　为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列

 

短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承 ，以减小主轴的径向和轴向
变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因
位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用
刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接
触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。
　　为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提
下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自
振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加
静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢
板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有
较好的效果。

  

　
    二、减少机床的热变形
　　在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相
对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因为全部加工过程是计算
的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用
以下措施。
    1.减少发热
　　机床内部发热时产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。
    2.控制温升
　　在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的
内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温
升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是在机床的发热部位强制冷却，也可以在机
床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的
翘曲变形。
    3.改善机床机构