在數控機床發(fā)展的最初階段，其機械結構與通用機床相比沒有多大的變化，只是在自動變速、刀架和工作臺自動轉位和手柄操作等方面作些改變。隨著數控技術的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點，才對機床的生產率、加工精度和壽命提出了更高的要求。數控機床的主體機構有以下特點：1）由于采用了高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，數控機床的極限傳動結構大為簡化，傳動鏈也大大縮短;2）為適應連續(xù)的自動化加工和提高加工生產率，數控機床機械結構具有較高的靜、動態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形小;3）為減小摩擦、消除傳動間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了高效傳動部件，如滾珠絲杠副和滾動導軌、消隙齒輪傳動副等;4）為了改善勞動條件、減少輔助時間、改善操作性、提高勞動生產率，采用了刀具自動夾緊裝置、刀庫與自動換刀裝置及自動排屑裝置等輔助裝置。根據數控機床的適用場合和機構特點，對數控機床結構因提出以下要求：
一、較高的機床靜、動剛度
數控機床是按照數控編程或手動輸入數據方式提供的指令自動進行加工的。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人為地調整與補償，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。
為了提高數控機床主軸的剛度，不但經常采用三支撐結構，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承 ，以減小主軸的徑向和軸向變形。為了提高機床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用液力平衡減少移動部件因位置變動造成的機床變形。為了提高機床各部件的接觸剛度，增加機床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點，并在結合面之間施加足夠大的預加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。
為了充分發(fā)揮數控機床的高效加工能力，并能進行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高動態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調整構件的自振頻率等。試驗表明，提高阻尼系數是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結構既可以增加靜剛度、減輕結構重量，又可以增加構件本身的阻尼。因此，近年來在數控機床上采用了鋼板焊接結構的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。
二、減少機床的熱變形
在內外熱源的影響下，機床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關系遭到破環(huán)，也是機床季度下降。對于數控機床來說，因為全部加工過程是計算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴重。為了減少熱變形，在數控機床結構中通常采用以下措施。
1.減少發(fā)熱
機床內部發(fā)熱時產生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。
2.控制溫升
在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機床的內外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機床的發(fā)熱部位強制冷卻，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各點的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。
3.改善機床機構
在同樣發(fā)熱條件下，機床機構對熱變形也有很大影響。如數控機床過去采用的單立柱機構有可能被雙柱機構所代替。由于左右對稱，雙立柱機構受熱后的主軸線除產生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動可以方便地用一個坐標的修正量進行補償。
對于數控車床的主軸箱，應盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對加工直徑的影響降低到最小限度。在結構上還應盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時應使主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現傾斜。
數控機床中的滾珠絲杠常在預計載荷大、轉速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產造成的后果是嚴重的，尤其是在開環(huán)系統(tǒng)中，它會使進給系統(tǒng)喪失定位精度。目前某些機床用預拉的方法減少絲杠的熱變形。對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據測量結果由數控系統(tǒng)發(fā)出補償脈沖加以修正。
三、減少運動間的摩擦和消除傳動間隙
數控機床工作臺（或拖板）的位移量十一脈中當量為最小單位的，通常又要求能以基地的速度運動。為了使工作臺能對數控裝置的指令作出準確響應，就必須采取相應的措施。目前常用的滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌在摩擦阻尼特性方面存在著明顯的差別。在進給系統(tǒng)中用滾珠絲杠代替滑動絲杠也可以收到同樣的效果。目前，數控機床幾乎無一例外地采用滾珠絲杠傳動。
數控機床（尤其是開環(huán)系統(tǒng)的數控機床）的加工精度在很大程度上取決于進給傳動鏈的精度。除了減少傳動齒輪和滾珠絲杠的加工誤差之外，另一個重要措施是采用無間隙傳動副。對于滾珠絲杠螺距的累積誤差，通常采用脈沖補償裝置進行螺距補償。
四、提高機床的壽命和精度保持性
為了提高機床的壽命和精度保持性，在設計時應充分考慮數控機場零部件的耐磨性，尤其是機床導軌、進給伺港機主軸部件等影響進度的主要零件的耐磨性。在使用過程中，應保證數控機床各部件潤滑良好。
五、減少輔助時間和改善操作性能
在數控機床的單件加工中，輔助時間（非切屑時間）占有較大的比重。要進一步提高機床的生產率，就必須采取促使最大限度地壓縮輔助時間。目前已經有很多數控機床采用了多主軸、多刀架、以及帶刀庫的自動換刀裝置等，以減少換刀時間。對于切屑用量加大的數控機床，床身機構必須有利于排屑。
主運動機械部件
數控機床的主傳動運動是指生產切屑的傳動運動，例如，數控車床上主軸帶動工件的旋轉運動，立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉運動。數控機床的主傳動運動是通過主傳動電機拖動的。
一、主傳動運動的變速系統(tǒng)
目前，數控機床的主傳動電機已經基本不再使用普通交流異步電機和傳統(tǒng)的直流調速電機，他們與逐步被新興的交流變頻調速伺服電機和直流伺服調速電機代替。數控機床的主運動要求有較大的調速范圍，以保證加工時能選用合理的切屑用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。為了適應各種工件和各種工件材料的要求，多恭喜自動換刀的數控機床和加工中心主運動的調速范圍應進一步擴大。數控機床的變速時按照控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。 由于直流和交流變速主軸電機的調速系統(tǒng)日趨完善，不僅能方便地實現寬范圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)和提高了變速控制的可靠性，因此在數控機床的主傳動系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。為了確保低速時的扭矩，有的數控機床在交流和直流電機無級變速的基礎上配以齒輪變速。由于主運動采用了無級變速，在大型數控車床上測斜端面時就可實現恒速切屑控制，以便進一步提高生產效率和表面質量。數控機床主傳動主要有三種配置方式。
1.帶有變速齒輪的主傳動
這是大、種型數控機床采用較多的一種方式。通過少數幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數控機床業(yè)采用此種傳動方式，以獲得強力切屑時所需要的扭矩�；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓油缸帶動齒輪實現。
2.通過皮帶傳動的主傳動
這主要應用在小型數控機床上，可以避免齒輪傳動是引起的振動與噪聲。但它只能使用與要求的扭矩特性的主軸。
3.由調速電機直接驅動的主傳動
這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。
二、數控擊穿主軸部件
數控機床主軸部件的精度、剛度和熱變形對加工質量有直接影響。由于加工過程中不對數控機床進行人工調整，因此這些影響就更為嚴重。目前數控機床的主軸廠主要有三種型式。
1.前后支撐采用不同軸承
前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對向心推力球軸承。此配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強力切屑的要求，因此普遍應用于各類數控機床。
2.前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承
向心推力球軸承高速時性能良好，主軸最高轉速可達4000r/min。但是，它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和緊密的數控車床。
3.雙列和單列圓錐滾子軸承
這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調整性能也好。但是，這種軸承限制了主軸的最高轉速和精度，因此使用中等精度、低速與重載的數控機床。在主軸的機構上，要處理好卡盤和刀架的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙調整、 主軸部件的潤滑和密封以及工藝上的其他一系列問題。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對機床工作精度的影響，通常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度。在某些數控鏜、銑床上采用專用的制冷裝置，比較理想的實現了溫度控制。近年來，某些數控機床的主軸軸承采用高級油脂，用封入方式進行潤滑，每加一次油脂可以使用7年至10年。為了使?jié)櫥秃陀椭恢禄旌希ǔ２捎妹詫m密封方式。
對于數控車床主軸，因為在它的兩端安裝著結構笨重的動力卡盤和夾緊油缸，所以主軸剛度必須進一步提高，并應設計合理的連接端，以改善動力卡盤與主軸端度的連接剛度。
對于數控鏜床或銑床的主軸，考慮到實現刀具的快速或自動裝卸，主軸上還配有刀具自動裝卸、主軸準停和主軸孔內切屑的清除裝置。
進給傳動機械部件
通常，一個典型的數控機床閉環(huán)控制進給系統(tǒng)，由位置比較，放大元件、驅動單元、機械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分組成。其中，機械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。這里所說的機械傳動裝置，是指將驅動源的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈，包括齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動機構。
（一）聯軸器
聯軸器是用來連接寄給機構的兩根軸使之一起回轉移傳遞扭矩和運動的一種裝置。目前聯軸器的類型繁多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯軸器的應用最為廣泛。套筒聯軸器構造簡單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動）。且要求兩軸嚴格對中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時受到一定限制。
繞行聯軸器采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動力傳遞沒有方向間隙。
凸緣式聯軸器構造簡單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉速低、五種及、軸的剛性大及對中性好的場合。他的主要缺點是對兩軸的對中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機件內引起附加載荷，使工作狀況惡化。
（二）減速機構
1.齒輪傳動裝置
齒輪傳動是應用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉速的轉矩的伺服電機（如步進電機、直流和交流伺服電機等）的輸出改變?yōu)榈娃D速大轉矩的執(zhí)行件的輸入;另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。此外，對于開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運動精度。
為了盡量減小齒側間隙對數控機床加工精度的影響，經常在結構上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯齒法、利用偏心套調整齒輪副中心距或采用軸向墊片調整法消除齒輪側隙。
與采用同步齒形帶相比，在數控機床進給傳動鏈中采用齒輪減速裝置，更易產生低頻振蕩，因此減速機構中常配置阻尼器來改善動態(tài)性能。
2.同步齒形帶
同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，且無相對滑動，平均傳動比較準確，傳動精度高，而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現已在數控機床上廣泛應用。同步齒形帶的主要參數與規(guī)格如下：
1）齒距 齒距p為相鄰兩齒在節(jié)線上的距離。由于強力層在工作時長度不變，所以強力層的中心線被規(guī)定為齒形帶的節(jié)線（中性層），并以節(jié)線的周長L作為齒形帶的公稱長度。
2）模數 模數定義為m=p/π,使菪未?嘰緙撲愕囊桓鮒饕?讕蕁?br /> 3）其它參數 齒形帶的其它參數和尺寸與漸開線齒條基本相同。齒形帶齒形的計算公式與漸開線齒條不同，因為齒形帶的節(jié)線在強力層上，而不在齒高中部。
齒形帶的標注方法是：模數*寬度*齒數，即m*b*z。
（三）滾珠絲杠螺母副
為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數控機床進給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數之差。因此，形成不太長的直線運動機構常用滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的傳動效率高達85%-98%，是普通滑動絲杠副的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅動升降運動（如主軸箱或升降臺的升降），則必須有制動裝置。
滾珠絲杠的靜、動摩擦系數實際上幾乎沒有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專門工廠制造 |
