数控机床的结构组成
数控机床的机械结构概述ppt(52张)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
数控机床结构与装调工艺
具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
数控机床结构与装调工艺
广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品
数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构 的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高 效、无间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。 如：滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨 等高效执行部件，不仅可以减少进给系统的摩擦阻力，提高 传动效率；而且还可以使运动平稳和获得较高的定位精度。
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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数控机床结构与装调工艺
对机械结构、零部件的要求高
高速、高效、高精度的加工要求，无人化管理以及工艺复 合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生产率，同时，也 必然会使机床的开机时间，工作负载随之增加，机床必须在高 负荷下，长时间可靠工作。因此，对组成机床的各种零部件和 控制系统的可靠性要求很高。
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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数控机床结构与装调工艺
三、数控机床对机械结构的基本要求
具有较高的静、动刚度和良好抗震性
机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力。机床 变形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方法予以 彻底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、高可靠 性以及自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应具 有更高的静刚度。此外，为了充分发挥机床的效率，加 大切削用量，还必须提高机床的抗震性，避免切削时产 生的共振和颤振。而提高机构的动刚度是提高机床抗震 性的基本途径。
数控机床各组成部分结构及控制原理
1．插补周期的选择
T的选择非常重要 基本思想：采用时间分割的思想，根据编程给定的进 给速度F将轮廓曲线分割为相等的插补周期T的进给段， 即轮廓步长ΔL，ΔL＝F.T
2．插补运算时间
T必须大于插补运算时间和CPU执行其他实时任务所 需的时间之和
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3．位置反馈采样周期
插补运算结果是供位置采样周期使用的各坐标轴的 位置增量值，因此，采样周期TF通常＝T，或者T 是TF的整数倍。T=8ms ，TF＝4ms
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2．4 数控机床的进给伺服系统
伺服系统的特点
1. 伺服系统的运动来源于偏差信号 偏差：指令信号与反馈信号的比较
2. 伺服系统必须有负反馈回路 3. 伺服系统始终处于过渡过程状态 4. 伺服系统必须具有力（力矩）放大作用
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伺服系统的基本要求
位移精度要高 定位精度高 稳定性好 动态响应快 调速范围宽 低速大转矩
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
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3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
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❖ 4. 举例
❖ 若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。按逐点 比较法进行插补计算，并作出插补轨迹图。
1. 调速范围宽而有良好的稳定性，低速 时要求速度平稳；
2. 负载特性硬，即使在低速时，有足够 的
负载能力，反应速度快； 3. 可频繁地起、停、换向等。
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2．4．2 开环进给伺服系统
一、工作原理： ❖ 组成部分：驱动控制环节、执行元件 ❖ 驱动控制环节的任务：是将指令脉冲
转化为执行元件所需的信号 ❖ 步进电机的任务：是将（处理过的指
第6章 数控机床的机械结构
1．滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四 部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分 内循环方式和外循环方式两大类。 内循环方式指在循环过程中滚珠始终保持和丝杠 接触，如图6.16所示。
图6.16 滚珠丝杠内循环方式 1-丝杠；2-反向器；3-滚珠；4-螺母
2）减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有 影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。 3）减少运动件的摩擦阻力 机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副 和导轨。 4）响应速度快 快速响应是伺服系统的动态性能，反映了系统的 跟踪精度。它是工件在加工过程中，工作台在规定的 速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，且不出现丢步现 象。
1-主轴 2-同步齿形带 3-主轴电机 4-永久磁铁 5-磁传感器 图6.11 加工中心主轴准停装置
4．主轴部件的结构
（1）数控车床主轴部件的结构 数控车床的主传动系
统一般采用交流无级调速电动机，通过皮带传动，带 动主轴旋转。 图 6.12为数控车床主轴外观图。图 6.13 为数控车床主轴部件的典型结构图。主轴电动机通过 带轮15把运动传给主轴7。
1. 齿轮变速的主传动方式
如图6.6（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速， 使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级 变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的 要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2. 带传动主传动方式
如图6.6（b）所示，主轴电机经带传动传递给主轴， 带传动主要采用 V型带或齿形带传动，可以避免齿轮 传动时引起的振动与噪声，且其结构简单、安装调试 方便，应用广泛。
1．主轴部件的支承与润滑 根据主轴部件的工作精度、刚度、温升和结构的
数控车床的结构
数控车床的结构
数控车床由数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和帮助系统等部分组成。
1.液压卡盘和液压尾架
液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转零件可采纳一般液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采纳专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采纳弹簧卡盘。
对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采纳安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。
2．数控车床的刀架
刀架是数控车床特别重要的部件。
数控车床依据其功能，刀架上可安装的刀具数量一般为8把、10把、12把，有些数控车床可以安装更多的刀具。
刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。
车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。
少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。
数控车床可以配备两种刀架：
( 1 )专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。
这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。
( 2 )通用刀架依据肯定的通用标准（如VDI，德国工程师协会）而
生产的刀架，数控车床生产厂商可以依据数控车床的功能要求进行选择配置。
3．铣削动力头
数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工力量。
4．数控车床的刀具
在数控车床或车削加工中心上加工零件时，应依据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地支配刀具在刀架上的位置，并留意避开刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件及刀具相互之间的干涉现象。
数控车床上常用的刀具如图所示。
数控机床基本结构组成
数控机床基本结构组成
1、控制介质：以指令的形式记载加工信息的中间媒介物。
2、数控系统：数控装置是数控机床的核心。
数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大部分组成。
3、伺服系统：伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。
4、辅助控制系统：辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。
5、机床本体：机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。
数控机床的组成
数控机床的工作原理
• 根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具 位移数据，再按编程手册的有关规定编写零件加工程序。然后数控装 置内计算机对数字和字符编码方式所记录信息进行系列处理向机床进 给等执行机构发出命令执行机构则按其命令对加工所需各种动作刀具 相对于工件运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制从而完成工件加 工
• • • • •
数控装置具备的功能有：①多坐标控制②实现多种函数的插补 ③信息转换功能，如英制、公制转换、坐标转换、绝对值和增 量值转换④补偿功能，如刀具半径补偿、长度补偿、转动间隙 补偿、螺距误差补偿⑤多种加工方式选择，如可以实现各种加 工循环、重复加工⑥具有故障自诊断功能⑦通信和联网功能等。
• ⑥管理程序：当一个数据段开始插补时，管理程序即着手准备下一个 数据段的读入、译码、数据处理。即由它调用各个功能子程序，且保 证一个数据段加工过程中将下一个程序段准备完毕。一旦本数据段加 工完毕，即开始下一个数据段的插补加工。整个零件加工就是在这种 周而复始的过程中完成。
• 伺服电动机内装式脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、测速机、 光栅和磁尺等都常用的检测器件。
• 6 机床本体
• 数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件，如工作 台、拖板及其传动部件，床身、立柱等支承部件；此外，还有冷却、 润滑、转位和夹紧等辅助装置。 数控机床的特点：具有很好的抗振性和刚度，相对运动面的摩擦因数 要小，进给传动部分之间的间隙要小，机械结构具有较高的动态刚度、 阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
3 进给伺服驱动系统 进给伺服驱动系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。 作用：是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运 动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工 件，即把数控装置送来的微弱指令信号，放大成能驱动伺动电动机的 大功率信号。 常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。 根据接收指令的不同，伺服驱动有脉冲式和模拟式，而模拟式伺服驱 动方式按驱动电动机的电源种类，可分为直流伺服驱动和交流伺服驱 动。步进电动机采用脉冲驱动方式，交、直流伺服电动机采用模拟式 驱动方式。
数控机床的基本组成与工作原理
数控车床的基本组成和工作原理一、任务描述了解CAK40100VL 的基本组成和工作原理二、任务准备(一）、安全文明生产（播放插件）（二）、机床结构和工作原理1、 机床结构数控机床一般由输入输出设备、CNC 装置（或称CNC 单元)、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。
如下图是数控机床的组成框图.⑴、机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化,这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
⑵、CNC 单元CNC 单元是数控机床的核心，CNC 单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC 电 气 回 路辅 助 装 置 PLC 主轴伺服单元 操 作 面 板 主轴驱动装置 进给驱动装置 测量反馈装置进给伺服单元 输入/输出设 备 计算机 数 控装 置 机床本体单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。
⑶输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。
在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作,现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入.输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。
⑷伺服单元伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
数控技术数控机床的机械结构
《数控技术—》—机械制造及自动化
这是大、中型数 控机床采用较多 的一种方式。
这主要应用在小 型数控机床上。
这种主传动方式大大简 化了主轴箱体结构，提 高了主轴部件的刚度。
8.2.2 主轴组件结构
一、主轴轴承的配置方式 1、前后支撑采用不同轴承
此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强 力切屑的要求，因此普遍应用于各类数控机床。 2、前轴承采用高精度双列向心推力球轴承
《数控技术—》—机械制造及自动化
2.抗震性好 机床工作时可能产生两种形态的振动：强迫振 动和自激振动。 数控机床在高速重切削情况下应无振动，以保 证加工工件的高精度和高的表面质量，特别要 注意的是避免切削时的自激振动，因此对数控 机床的动态特性提出更高的要求。
《数控技术—》—机械制造及自动化
3.热稳定性好 数控机床的热变形是影响加工精度的重要因素 。引起热变形的热源主要是机床的内部热源， 如电动机发热、摩擦热及切削热等。机床的热 膨胀不均是影响刀具与工件正确位置的一个主 要因素。机床的热稳定性好包括机床的温升小 ，产生温升后使温升对机床的变形影响小，机 床产生热变形时对精度的影响较小
《数控技术—》—机械制造及自动化
4.灵敏度高
数控机床要求在相当大的进给速度范围内能 达到较高的精度，因而运动部件应具有较高的 灵敏度。
导轨通常用滚动导轨，塑料导轨，静压导轨等 以减小摩擦力，使其无低速爬行现象。工作台 、刀架等部件的移动由伺服电机驱动，经过滚 珠丝杠传动，减少了进给系统所需的驱动扭矩 ，提高定位精度和运动平稳性。
15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月下午11时4分21.8.1623:04August 16, 2021
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教学设计（讲稿）
教学内容与设计
【上课思路】
1、强调实验纪律，用电安全。
2、爱护实验设备，注意实验室的卫生清洁。
3、复习数控机床控制系统组成。
4、学生分组，然后在不通电的情况下观察实验台结构组成。
5、教师找每个组的学生代表回答实验台各个部件名称作用，然后教师再详细讲解示范，学生分组练习。
6、实验台通电后，教师示范维修实验台的基本操作，之后学生分组练习。
7、考核。
【告知】
能力目标和知识目标。
【本次课的任务】
一、认识德西数控维修实验台的结构组成
1、回顾数控机床控制系统组成
2、实验台机械结构
学生分2批实验，这样每个实验台上的人数要少一些，提高学习效果。
2min
25min
教师先提出问题，学生思考后，各组代表回答，教师总结
教师先讲解实验台上的机械面板和电气面板的组成并说明其原理，然后学生自己练习，若学生有问题教师及时指导
3、实验台电气组成
二、数控维修实验台的基本操作
实验一各轴返回参考点练习
⏹按下方式选择开关的参考点返回
⏹按下轴和方向选择开关，指定要返回参考点的轴和方向。
持续按下这一开
关直到刀具返回到参考点。
⏹注意：返参时，钮子开关“机床/面板”应拨在机床侧，为什么？
实验二用手动连续进给
⏹按下方式选择开关的手动连续进给（JOG）开关
⏹按下进给轴及其方向选择开关，刀具将以参数（No.1423）中设定的速度沿
指定轴的选定方向连续移动。
释放开关，刀具运动停止。
⏹进行JOG手动进给运动时，进给速度可以通过JOG进给速度倍率旋钮进
行调整
⏹按下进给轴和方向选择开关的同时按下快速移动开关，刀具将以参数中设
定JOG快移速度移动。
⏹按下快移倍率选择按钮，实际快速移动速度将按参数（No.1424）中设定的
JOG快速进给速度乘以选定的倍率所得速度值执行。
⏹注意：进给倍率不要打的过高，以免出现危险！
实验三手轮进给控制各轴（数控车床实验台的手轮不能使用）
⏹按下方式选择的手轮方式选择开关
⏹按下手轮进给轴选择开关，选择要移动的轴向。
⏹通过手轮进给量选择开关，设定旋转手摇脉冲发生器一个刻度时，刀具移
动的距离。
⏹转动手轮的方向将影响刀具的移动方向。
利用参数切换手轮回转方向与坐
标轴正负向的关系
实验四各轴超程报警的解除
⏹首先确认哪轴超程、正向还是负向超程
⏹利用JOG及手轮使超程轴回到有效范围内，按RESET键
【总结】
本次实验主要是认识数控维修实验台中的器件，熟悉数控机床的基本操作，本次课的内容是数控维修的基本知识，要求学生们熟练的掌握。
【布置作业】
实验报告。
15min
学生练习数控常用基本操作，如果学生已经进行了数控加工实习，则该部分内容将十分简单
3分钟。