第3章数控机床机械结构
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数控机床的机械结构概述ppt(52张)
特别是随着新材料，新工艺的普及、应用，高速加工已 经成为目前数控机床的发展方向之一，快进速度达到了每分 钟数十米，甚至上百米，主轴转速达到了每分钟上万转、甚 至十几万转，采用电主轴、支线电动机、直线滚动导轨等新 产品、Байду номын сангаас技术已势在必行。
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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。
数控机床结构结构图
可编程控制器
数控车床 数控车床的工艺用途 的组成 数控车床的组成
影响车床布局形式的因素
操作面板
输入输出设备 CNC装置
伺服单元、驱动装置和测量装置
PLC、机床I/O电路和装置 机床主机
数控车床 主轴箱和尾座的布局形式 水平床身配置水平滑板
数 的布局 床身和导轨的布局形式
倾斜床身配置倾斜滑板 水平床身配置倾斜滑板
按照技术水平的高低分类 1.数显及打字型 2.带有小型电子计算机
进行数据处理型 3.计算机数字控制型
其他分类方法 大型、中型、小型；精密型、生产型
三
三坐标测量 机的构成
坐
三坐标测量机的主体 三坐标测量机的测量系统 三坐标测量机计算机控制系统和软件
标
三坐标测量机
直接测量方法 程序测量方法
测 的测量方式
床概述 数控冲床的工作原理
数控冲床的
数控冲床的组成
主机
数控装置
冲 组成与结构 数控冲床的结构
床
典型数
ZX数控冲床 性能特点
技术参数
控冲床
伺服复合小型精密钣金加工冲床
主要特点 技术参数
三坐标测 量机概述
三坐标测量机的功能 按照工作方式分类 1.点位测量法 2.连续扫描测量方式 三坐标测量机的类型 按照结构形式分类 1.悬臂式 2.桥式 3.龙门式 4.立柱式 5.坐标镗床式
冷却润滑技术（冷却
轨
数控机床导轨的类型与特点 滚动导轨
静压导轨
数控机床自动排 屑装置
平面链式排屑装置 刮板式排屑装置 螺旋式排屑装置 磁性排屑器
摩擦阻力小
位置检测装置
位置检测装置的要求（4点） 数字式与模拟式
的要求与类型
第3章数控机床主传动系统设计
3.3无级变速传动链的设计
数控机床的主运动广泛采用无级变速 。 无级变速优势： 在一定范围内，转速(或速度)能连续地变 换，从而获取最有利的切削速度。 数控机床一般都采用由直流或调速电动 机作为驱动源的电气无级调速。
(2)主要设计内容:
拟定结构式或结构网; 拟定转速图， 拟定各传动副的传动比; 确定带轮直径、齿轮齿数; 布置、排列齿轮，绘制传动系统图。
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2. 1转速图的概念
转速图由“三线一点”组成，即传动轴线、转速 线、传动线和转速点。
3. 2 分级变速主传动系统设计
由Z, φ, n1可知主轴的各级转速应为: 31.5, 45, 63, 90, 125, 180, 250，500、710、 1000、1400。
2)变速组和传动副数的确定 :
变速组和传动副数可能的方案有: 12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3
3. 2 分级变速主传动系统设计
②绘制转速图: A、 本例所选定的结构式共有三个变速 组，变速机构共需4根轴，加上电动机轴 共5根轴，(电动机到I轴为定比带传动)故 转速图需5条竖线。主轴共12级转速，电 动机轴转速与主轴最高转速相近，故需 12条横线。然后，标注主轴的各级转速 及电动机轴的转速。
3. 1 主传动系统设计概述
（2)按传动装置类型 可分为机械传动装置 液压传动装置 电气传动装置 以及它们的组合
3. 1 主传动系统设计概述
(3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。 分级变速传动是在一定的变速范围内均 匀、离散地分布着有限级数的转速，变 速级数一般不超过20~30级。 分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交 换齿轮变速和离合器(如摩擦片式、牙嵌 式、齿轮式离合器)变速。
第三章 数控车床机械结构与装调第四节 数控车床刀塔
二、液压刀塔介绍
与电动刀塔相比，液压刀塔能实现快 速、低噪声、正反转双向最短路径转动寻 找换刀刀位，松开和锁紧迅速，工作可靠 性好。但需要相应的液压系统提供压力油 和控制装置，所以一般在全功能数控车床 上配置液压刀塔。
二、液压刀塔介绍
数车排式刀塔
排式刀塔的各刀夹固定在横 向滑板上， 刀位切换运动直 接采用X轴快移运动，结构简 单，制造成本低，刀具系统 刚性好。 刀具容量小、整体占用空间 大，适合以纵向进给为主的 小型数控车上应用。
1—活动鼠牙盘 2—导向销 3—上刀架本体 4—下刀架
• 免抬式四刀位电动刀塔
结构特点
1.上刀架与鼠牙盘为独 立的两个零件，用8个 圆周分布的圆柱导向销 2活动连接。 2.活动鼠牙盘1单独作 升降运动，上刀架在导 向销的作用下作单方向 转动，上下刀架始结合 面始终保持接触。
性能特点
在换刀转位过程中，上下刀架始终闭合，有效防止切削液和切屑等杂物 进入刀塔内部，刀塔传动可靠性和精度保持性提高。
拆去棘爪
拆去定 位盘
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
③拆卸上刀架等
1
2
拆下 蜗杆
取出定 位盘
拆去上盖 和螺母
34
拆去定 位盘
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
④拆卸立轴与轴承
1
2
拆下立轴
用拉马拆除轴承
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
⑤装配与调整
一、装配
装配过程与拆卸过程 除了轴承装配采用压 力机以外基本上是逆 向的。
传动原理
2.卧式八刀位电动刀塔
• 联接方式…… • 动作过程： a 从锁紧到抬起
B 从转位到反转夹紧
二、液压刀塔介绍
卧式12刀位液压刀塔
数控机床机械结构
Байду номын сангаас
机械制造工艺与设备
谢谢观看！
机械制造工艺与设备
数控机床机械结 构
机械结构
1.1 总体布局
数控机床通常由存储介质、输入装置、输出装置、数控 系统、伺服系统、主轴单元（含电主轴）、滚珠丝杠副和滚动 导轨副、刀库和机械手、数控回转刀架和回转工作台、高速防 护部件和机床床身等组成。
数控机床可在一次装夹下完成大量工序，重调又方便，故 适用于中、小批量生产。近年来，已开始用于汽车制造等行业 的大批量生产。从单件到大批量都可充分发挥数控机床高生产 率，低废品率，减少半成品储备，缩短生产周期，便于调整等 优点。
1.3 进给系统
一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较 和放大单元、驱动单元、机械传动装置及反馈元件等部分组 成。这里所说的机械传动装置是将驱动源旋转运动变为工作 台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动 的丝杠螺母副及导向元件等。
为了确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作 稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙、减小摩擦、 减小运动惯量、提高传动精度和刚度。
1.2 主传动系统及主轴部件
数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组 件。它比普通机床的主传动系统的结构简单，这是因为其变速功 能全部或大部分由主轴电动机的无极调速来承担，省去了繁杂的 齿轮变速结构。
数控机床要求主轴调速范围大，不但有低速、大转矩功能， 而且还要有较高的速度。其主传动系统要求有较高的旋转精度和 运动精度，对于主轴的静刚度、耐磨性和抗振性要求较高。此外， 低温升和减小热变形也是对主传动系统要求的重要指标。
1.4 床身
床身是机床的主体，是整个机床的基础支承件，一般用来放 置导轨、主轴箱等重要部件。其结构对机床的性能和布局有很大 的影响。
机械制造工艺与设备
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机械制造工艺与设备
数控机床机械结 构
机械结构
1.1 总体布局
数控机床通常由存储介质、输入装置、输出装置、数控 系统、伺服系统、主轴单元（含电主轴）、滚珠丝杠副和滚动 导轨副、刀库和机械手、数控回转刀架和回转工作台、高速防 护部件和机床床身等组成。
数控机床可在一次装夹下完成大量工序，重调又方便，故 适用于中、小批量生产。近年来，已开始用于汽车制造等行业 的大批量生产。从单件到大批量都可充分发挥数控机床高生产 率，低废品率，减少半成品储备，缩短生产周期，便于调整等 优点。
1.3 进给系统
一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较 和放大单元、驱动单元、机械传动装置及反馈元件等部分组 成。这里所说的机械传动装置是将驱动源旋转运动变为工作 台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动 的丝杠螺母副及导向元件等。
为了确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作 稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙、减小摩擦、 减小运动惯量、提高传动精度和刚度。
1.2 主传动系统及主轴部件
数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组 件。它比普通机床的主传动系统的结构简单，这是因为其变速功 能全部或大部分由主轴电动机的无极调速来承担，省去了繁杂的 齿轮变速结构。
数控机床要求主轴调速范围大，不但有低速、大转矩功能， 而且还要有较高的速度。其主传动系统要求有较高的旋转精度和 运动精度，对于主轴的静刚度、耐磨性和抗振性要求较高。此外， 低温升和减小热变形也是对主传动系统要求的重要指标。
1.4 床身
床身是机床的主体，是整个机床的基础支承件，一般用来放 置导轨、主轴箱等重要部件。其结构对机床的性能和布局有很大 的影响。
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
《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
《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
数控机床的机械结构
数控机床的机械结构在数控机床进展的最初阶段，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、刀架与工作台自动转位与手柄操作等方面作些改变。
随着数控技术的进展，考虑到它的操纵方式与使用特点，才对机床的生产率、加工精度与寿命提出了更高的要求。
数控机床的主体机构有下列特点：1）由于使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）为习惯连续的自动化加工与提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度与阻尼精度，与较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙与获得更高的加工精度，更多地使用了高效传动部件，如滚珠丝杠副与滚动导轨、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，使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与机构特点，对数控机床结构因提出下列要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或者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、刀架与主轴箱等）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，务必把各处机械结构部件产生的弹性变形操纵在最小限度内，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，不但经常使用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承与角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向与轴向变形。
为了提高机床大件的刚度，使用封闭界面的床身，并使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，使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，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还务必提高动态刚度。
数控机床主传动系统
图3-1 VMC-15型加工中心的外形图 1—对刀仪 2—工作台(X，Y轴进给) 3—第四轴旋转头 4—刀库 5—防护装置 6—主轴箱(Z轴进给) 7—操作面板
数控机床主传动系统
• 课程导引 • （1）主传动系统
如图3-2所示为VMC-15加工中心的主传动结构，其主 传动路线为：交流主电动机(150～7500r／min无级调 速)→1∶1多楔带传动→主轴。
a)各种钻床
b)铣、镗床
c)外圆磨床、平面磨统
• 3.2 主轴及其部件结构
• 2.主轴的主要尺寸参数 • （1）主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但增加直径使得轴承和 轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承直径越大，同精度等 级的轴承公差值也越大，同时轴承极限转速下降，要保证 主轴的旋转精度就越困难。
• 3.1 数控机床的主轴系统
数控机床主传动系统
• 3.1.2 主传动变速的方式
•
数控机床主运动调速范围很宽，其主轴的传动变速方
式主要有以下几种：
图3-4 数控机床主传动的四种配置方式 a)齿轮变速 b)带传动 c)两个电动机分别驱动 d)电主轴
• 1.带有变速齿轮的主轴传动（分段无级变速）
数控机床主传动系统
数控机床结构与故障检修
Structure and maintenance of NC
第3章 数控机床主传动系统
The main drive system of NC
CONTENTS 目 录
一 数控机床的主轴系统 二 主轴及其部件结构 三 典型机床主轴结构
• 课程导引
数控机床主传动系统
如图所示VMC-15加工中 心，工作台行程X/Y/Z向 20in/16in/20in（ 1inc=25.4mm），快进速 度400in/min，主轴转速 150—7500r/min，定位精 度±0.0002in，主电机功 率11.2KW。
数控机床主传动系统
• 课程导引 • （1）主传动系统
如图3-2所示为VMC-15加工中心的主传动结构，其主 传动路线为：交流主电动机(150～7500r／min无级调 速)→1∶1多楔带传动→主轴。
a)各种钻床
b)铣、镗床
c)外圆磨床、平面磨统
• 3.2 主轴及其部件结构
• 2.主轴的主要尺寸参数 • （1）主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但增加直径使得轴承和 轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承直径越大，同精度等 级的轴承公差值也越大，同时轴承极限转速下降，要保证 主轴的旋转精度就越困难。
• 3.1 数控机床的主轴系统
数控机床主传动系统
• 3.1.2 主传动变速的方式
•
数控机床主运动调速范围很宽，其主轴的传动变速方
式主要有以下几种：
图3-4 数控机床主传动的四种配置方式 a)齿轮变速 b)带传动 c)两个电动机分别驱动 d)电主轴
• 1.带有变速齿轮的主轴传动（分段无级变速）
数控机床主传动系统
数控机床结构与故障检修
Structure and maintenance of NC
第3章 数控机床主传动系统
The main drive system of NC
CONTENTS 目 录
一 数控机床的主轴系统 二 主轴及其部件结构 三 典型机床主轴结构
• 课程导引
数控机床主传动系统
如图所示VMC-15加工中 心，工作台行程X/Y/Z向 20in/16in/20in（ 1inc=25.4mm），快进速 度400in/min，主轴转速 150—7500r/min，定位精 度±0.0002in，主电机功 率11.2KW。
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刀库的类型
1. 盘形刀库 2. 链式刀库 3. 格子式刀库
单层盘形刀库
多层盘形刀库
2. 链式刀库
刀库类型
3. 格子式刀库
自动换刀装置
选刀方式
1. 顺序选刀 2. 刀具编码选刀 3. 刀座编码选刀 4. 计算机记忆方式
顺序选刀
——按照加工工序依次将所用刀具放入刀库的 刀座中。顺序不能错乱，否则将造成事故。
同步带传动具有如下优点： 1) 无滑动，传动比准确 2) 传动效率高，可达98%以上 3) 传动平稳，噪声小 4) 维修保养方便，不需要润滑
电动机轴与主轴用联轴器同轴连接。这种
方式大大简化了主轴箱体和主轴结构，有效地 提高了主轴组件的刚性。
特点：
1) 简化了主轴结构，提高了主轴组件的传动刚度； 2) 主轴输出转矩小； 3) 电动机的发热对主轴精度影响较大
第三章 数控机床的机械结构
本章内容提要
❖ 数控机床的布局 ❖ 数控机床的主传动系统 ❖ 数控机床的进给传动系统 ❖ 数控机床的自动换刀装置
数控机床的布局特点
数控机床的布局
根据工件的工艺分类所需运动及主要技术参数而 确定各部件的相对位置，并保证工件和刀具的相对运 动，加工精度，方便操作、调整和维修。
1. 不带刀库的自动换刀装置
回转刀架换刀 转塔头式换刀
回转刀架换刀——用于数控车床
在回转刀架上，各刀座安装或夹持各种不同用途 的刀具，通过转塔刀架的转位实现换刀动作
2.带刀库的自动换刀装置
❖ 组成： ① 刀库； ② 选刀机构； ③ 刀具的自动装卸机构； ④ 刀具交换机构（机械手）
刀库 自动换刀装置
特点：
1) 传动链短； 2) 刚度大；
工作台
3) 传动精度高
2. 伺服电动机通过减速箱传动
减速箱
工作台
特点：
1) 细化脉冲当量； 2) 改变加在电机上的负载扭矩，实现与电机输出转矩的最佳匹
配；
3) 改变加在电机上的负载惯量，实现与电机惯量的最佳匹配； 4) 满足改善传动阻尼的需要，或安装联接的需要
弹簧
螺母
调节 螺钉
这种方法结构较复
凸耳
杂，传动刚度较低， 凸耳
不宜传递大转矩，对
齿轮的齿厚及齿距要
求较低，可以始终保
凸耳
持啮合无间隙，尤其
适用于检测装置。
齿轮2
齿轮1
数控机床对自动换刀装置的要求
1. 换刀时间短； 2. 刀具重复定位精度高； 3. 足够的刀具储备量； 4. 占地面积小； 5. 安全可靠
数控车床多采用自动回转刀架来夹持各种不同用途的刀
具，受空间大小的限制，刀架的工位数量采用4、6、8、10 或12位
数控车削中心是在数控车床的基础上发展而
来，可以使工件在一次装夹下完成车削，各个方 向及部位的钻削，铣削等
数控加工中心的布局
卧式加工中心； 立式加工中心
卧式加工中心
移动式立柱，工作台不升降，T形床身。 ① 一体式T形床身：刚度好，精度保持性好，但其铸造和
同步带
传动方式： 同步带（也称齿形带）
主要应用在转速较高、变 速范围不大的机床
关于同步带
带齿
带内采用了承载后无弹性伸长 的材料作强力层，以保持带的 节距不变，使主、动带轮作无 相对滑动的同步传动
强力层
特点： 1) 传动带多用同步齿形带； 2) 避免了齿轮传动引起的振动和噪声； 3) 能在一定程度上满足转速与扭矩的输出要求； 4) 调速范围受电机调速范围的限制
永久磁铁
放大器 磁传感器
定向电路
主轴电动机
垫片
多楔带轮
主轴
数控机床的进给传动系统通常称为
伺服进给系统，又伺服电路、伺服驱动 元件、机械传动装置和执行件组成。
数控机床的机械传动装置
1. 伺服电动机直接传动 2. 伺服电动机通过减速箱传动 3. 直线电动机进给系统
1. 伺服电动机直接传动
现代数控机床进给传动的主要组成形式
有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有
变化，装配时只需改变垫片的厚度，使使齿
轮2做轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对
位置即可达到消除齿侧间隙的目的。
齿轮1
双齿轮错齿调整 两个齿数相同的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。薄 片齿轮1、2套装在一起，并可作相对回转运动。由于弹簧的作 用使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了 齿侧间隙
近年来出现了内装主轴电动机，其转子和主轴合二
为一。使主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提 高启动、停止的响应特性。但主轴输出转矩小。
数控机床的主轴准停装置
自动换刀时，刀柄上的键槽要对准主轴的端面键。为 此，主轴每次停转必须准确地停在某一固定位置上。这种 使主轴停在某一固定位置上的装置称为主轴准停装置。
加工工艺性能较差； ② 分离式T形床身：铸造和加工工艺性能大大改善，但联
接部位要用定位键和专用的的定位销定位，并用大螺栓 紧固以保证刚度和精度
卧式加工中心各坐标的的运动可由工作台移动或主轴移动 来完成。下图为各坐标运动形式不同组合的几种布局形式：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
立式加工中心
与卧式加工中心相比，立式加工中心结构简单，占地面积 小，价格相对便宜。中小型立式加工中心一般采用固定立 柱式，将主轴吊在立柱一侧。
3. 直线电动机进给系统
研究表明：滚珠丝杠技术在1g加速度下，在卧式机床上可 以可靠地工作，若加速度再提高0.5倍就有问题了。采用直线 电动机技术代替滚珠丝杠副应用于数控伺服系统中，可以简化 系统结构，提高定位精度，实现高速直线运动乃至平面运动。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。
选刀方式
计算机记忆方式
在刀库上安装位置检测装置，检测刀库上每一 个存刀位置。只要把刀具号和刀库中地址对应记忆 在数控系统的PC中，在刀库分度、刀具交换的同时 通过改换存储器的内容来控制自动换刀装置。无论 刀具放在哪里，都始终记忆着它的踪迹。
特点： 1) 节省换刀时间； 2) 结构简单； 3) 安全、可靠
适用范围： 多用于自动化程度高，有完善刀具管理系
统的自动换刀系统 特点：
需有刀具识别装置
刀具识别装置
① 接触式识别装置； ② 非接触式识别装置
刀座编码选刀
对刀库中各刀座预先进行固定的编码，而插入刀座的刀具则 无任何标记。当刀具插入刀座之后，就具有该刀座的编码
特点： 1) 与刀具编码相比，刀柄结构简单； 2) 识别装置不受刀柄尺寸限制，结构简单，位置安排灵活； 3) 刀具交换时，必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了
特点： 1. 改变加工工件时，需重新排列刀具； 2. 同一加工工件各工序刀具不能重复使用； 3. 不需要刀具识别装置，刀库运行及控制简单
适用范围： 1. 刀具较少的中、小型加工中心； 2. 批量较大，工件品种少的加工中心； 3. 刀库与主轴直接进行刀具交换的加工中心
选刀方式
刀具编码选刀
将刀具预先装入刀夹中（在每个刀具的夹头 上带有二进制的编码），存放于刀库的任意刀座 中，通过识别装置识别刀具上的编码来选刀
机床的布局直接影响机床的结构和使用性能。
数控机床的布局特点
多采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半 封闭；机械结构简化，操作维修方便等
数控车床的布局
水平床身； 倾斜床身； 水平床身斜滑板； 立式床身
水平床身加工工艺性好，刀架水平放置有利于
提高其运动精度，但这种结构床身下部空间小，排 屑困难。
一般中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身 斜滑板结构，该布局占地面积小，机床外形美观，易 于排屑和冷却液的排流，便于操作和观察，易于安装 上下料机械手，以实现全面自动化。
且倾斜床身可采用封闭截面整体结构，以提高床 身的刚度。
床身导轨倾斜角度多为45°、60°、70°，但倾 斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。
多坐标加工中心
加工中心的另一个发展方向是多坐标联动。
数控机床主传动系统的变速机构
1. 变速齿轮主传动系统； 2. 皮带传动主传动系统； 3. 电机直接驱动的主传动系统； 4. 电主轴传动
特点： 分段无级变速系统，保
证低速时能传递较大的扭矩
适用范围： 是大、中型数控机床常
采用的配置。目前的加工中 心大都采用这种变速方式。
偏心套调整
偏心套
将电动机通过偏心套装到壳体上，
这能两传种递方较法大电结的动构动机 简力单，通的，但过中传齿转心动轮动距刚磨偏度损心好后套，齿即可调整两齿轮
侧间隙不能自动补偿。因此加工时对
齿轮的齿厚及齿距公差要求较严，否
则传动的灵活性将受到影响。 齿轮2
垫片调整 垫片
将两个相互啮合的齿轮的分度圆柱面制成带
停电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置）
静压蜗杆-蜗母条机构
特点： 1. 摩擦系数小； 2. 传动效率高； 3. 低速运动平稳； 4. 抗振性好； 5. 不易磨损 适用于重型数控机床的进给传动
数控机床进给传动常用的消隙机构
• 滚珠丝杠副的间隙消除 • 齿轮副的间隙消除 • 键联接的间隙消除
传动齿轮间隙消除机构
刀库动作的复杂性； 4) 与顺序换刀相比，其优点是刀具在加工过程中可以重复使用
常用的编码元件： 1) 永久性 2) 临时性
临时性编码 编码时，先按程序规定给刀具缚一把表示该
刀具号码的代码钥匙，在把刀具放到刀座上时， 将钥匙插到该刀座的钥匙孔中，这个刀座就被编 上钥匙代表的代码。改变加工工件时，将钥匙和 刀具一起从刀座上取下，刀座编码随即消失，可 按新的加工程序规定重新给刀座编码
立式加工中心通常有三个直线运动坐标，还可以在工作台 上安放一个第四轴A轴，可以加工螺旋类和圆柱凸轮等零件。 下图为立式加工中心的几种布局结构：