数控机床典型机械结构概述
回转刀架换刀 更换主轴头换刀 更换主轴箱换刀 带刀库的自动换刀系统
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
二、自动换刀装置
1、回转刀架换刀
1）回转刀架结构要求：良好的强度和刚性
2）回转刀架的换刀动作 2、更换主轴换刀
刀架抬起 刀架转位 刀架压紧
优点：换刀时间短，换刀的可靠性强。
缺点：主轴系统的刚度较差。
刀柄
触针 刀具识别装置
编码环
特点：结构简单，寿命较短，可靠性较差，难于快速换刀
四、刀具的选刀方式
非接触式识别装置 1 10 10
特点：无磨损，无噪音，寿命长，反应速度快，适用于高 速，换刀频繁的场合。
四、刀具的选刀方式
光电识别装置
四、刀具的选刀方式
③ 刀座编码方式
永久性编码 临时性编码
刀座编码
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页) 数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
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三、刀库
1、刀库的功能 功能：储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。 2、刀库的种类
① 直线式
特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳 8-12把刀具，故少用。
三、刀库
3、刀库的容量
100
90
可 80 加 70
工 60
件 50
的 40
比 率
30
20
10
0
5
铣削加工
10
15
刀具数
车削加工
20
25
钻削加工
30
四、刀具的选刀方式
1、自动选刀：在自动换刀装置换刀时，按数控装 置发出的换刀指令，刀具交换装置 从刀库中挑选各工序所需刀具的操 作称为自动换刀。
顺序选择方式 刀具编码方式 2、刀具的选择方式 刀座编码方式 任意选择方式
四、刀具的选刀方式
刀座编码
四、刀具的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ刀方式
识别码块
识别传感器 刀柄编码
四、刀具的选刀方式
临时性编码
五、刀具交换装置
1、无机械手换刀
五、刀具交换装置
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数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
三、刀库
② 鼓轮式（圆盘式） 1）单鼓轮式 刀具、鼓轮轴线平行
❖刀具、鼓轮轴线垂直
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
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盘式刀库
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三、刀库
刀具、鼓轮轴线成锐角
特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单 环排列，空间利用率低，适用于刀库 容量较小的场合，一般不多于50-60把刀。
双鼓轮式
主轴
三、刀库
❖三鼓轮式
行星鼓轮式
特点：不同类型的刀具及轻重型刀具可分别放置， 空间利用率高，但传动机构和运动控制装置 复杂，适用于刀库容量大的场合。
三、刀库
③ 链式 单环链式
特点：结构紧凑，刀库 容量大，可充分利用空 间，通常为轴向取刀， 位置精度较低，适用于 刀库容量大的场合。
龙门加工中心
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三、刀库
鼓轮端面上双环排列
特点：刀库空间利用率较高，但装刀、取 刀机构复杂，仅适用于机床空间有 限制而刀库容量较大的场合。
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三、刀库
鼓轮端面上多环排列 鼓轮弹仓式 2）多鼓轮式
二、自动换刀装置
4、带刀库的自动换刀系统 刀库
组成 选刀系统 刀具交换机构 刀具自动装卸机构
特点：结构较复杂，换刀过程动作多，换刀时间长。 适用场合：多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
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三、刀库
❖多环链式
三、刀库
加长链式
三、刀库
④ 格子箱式 单面网格式
特点：刀库结构紧凑，空间利用率高，但换刀时间 较长，小直径刀具为轴向取刀，大直径刀具 为径向取刀，布局不灵活，通常刀库安置在 工作台上，应用较少。
三、刀库
❖多面网格式
特点：刀库容量大，辅助装置较复杂，用于需刀库 容量大的机床上。
四、刀具的选刀方式
① 顺序选择方式
刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序 的顺序，依次放入刀库的每一个刀座中。
特点：不需要刀具识别装置，结构简单， 工作可 靠，但刀库中刀具在不同工序中不能重复 使用，因此，刀具的数量的刀库的容量大。
四、刀具的选刀方式
② 刀具编码方式
四、刀具的选刀方式
接触式识别装置
适用场合：适应于工序较少、精度要求不太高的机床
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
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回 转 刀 架 换 刀
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数控机床典型机械结构
一、主轴准停装置
机 械 式 主 轴 准 停
二、自动换刀装置
自动换刀装置 (ATC)
刀库 机械手
作用——交换主轴与刀库中的刀（工）具
二、自动换刀装置
对自动换刀装置的 基本要求
自动换刀装置的形式
❖换刀时间短 ❖刀具重复定位精度高 ❖有足够的刀具贮存量 ❖刀库占地面积小及安全可靠
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二、自动换刀装置
3、更换主轴箱换刀
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适用场合： 适用于箱体 类零件的加 工
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二、自动换刀装置
1、回转刀架换刀
1）回转刀架结构要求：良好的强度和刚性
2）回转刀架的换刀动作 2、更换主轴换刀
刀架抬起 刀架转位 刀架压紧
优点：换刀时间短，换刀的可靠性强。
缺点：主轴系统的刚度较差。
刀柄
触针 刀具识别装置
编码环
特点：结构简单，寿命较短，可靠性较差，难于快速换刀
四、刀具的选刀方式
非接触式识别装置 1 10 10
特点：无磨损，无噪音，寿命长，反应速度快，适用于高 速，换刀频繁的场合。
四、刀具的选刀方式
光电识别装置
四、刀具的选刀方式
③ 刀座编码方式
永久性编码 临时性编码
刀座编码
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三、刀库
1、刀库的功能 功能：储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。 2、刀库的种类
① 直线式
特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳 8-12把刀具，故少用。
三、刀库
3、刀库的容量
100
90
可 80 加 70
工 60
件 50
的 40
比 率
30
20
10
0
5
铣削加工
10
15
刀具数
车削加工
20
25
钻削加工
30
四、刀具的选刀方式
1、自动选刀：在自动换刀装置换刀时，按数控装 置发出的换刀指令，刀具交换装置 从刀库中挑选各工序所需刀具的操 作称为自动换刀。
顺序选择方式 刀具编码方式 2、刀具的选择方式 刀座编码方式 任意选择方式
四、刀具的选刀方式
刀座编码
四、刀具的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ刀方式
识别码块
识别传感器 刀柄编码
四、刀具的选刀方式
临时性编码
五、刀具交换装置
1、无机械手换刀
五、刀具交换装置
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三、刀库
② 鼓轮式（圆盘式） 1）单鼓轮式 刀具、鼓轮轴线平行
❖刀具、鼓轮轴线垂直
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盘式刀库
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三、刀库
刀具、鼓轮轴线成锐角
特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单 环排列，空间利用率低，适用于刀库 容量较小的场合，一般不多于50-60把刀。
双鼓轮式
主轴
三、刀库
❖三鼓轮式
行星鼓轮式
特点：不同类型的刀具及轻重型刀具可分别放置， 空间利用率高，但传动机构和运动控制装置 复杂，适用于刀库容量大的场合。
三、刀库
③ 链式 单环链式
特点：结构紧凑，刀库 容量大，可充分利用空 间，通常为轴向取刀， 位置精度较低，适用于 刀库容量大的场合。
龙门加工中心
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三、刀库
鼓轮端面上双环排列
特点：刀库空间利用率较高，但装刀、取 刀机构复杂，仅适用于机床空间有 限制而刀库容量较大的场合。
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三、刀库
鼓轮端面上多环排列 鼓轮弹仓式 2）多鼓轮式
二、自动换刀装置
4、带刀库的自动换刀系统 刀库
组成 选刀系统 刀具交换机构 刀具自动装卸机构
特点：结构较复杂，换刀过程动作多，换刀时间长。 适用场合：多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。
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三、刀库
❖多环链式
三、刀库
加长链式
三、刀库
④ 格子箱式 单面网格式
特点：刀库结构紧凑，空间利用率高，但换刀时间 较长，小直径刀具为轴向取刀，大直径刀具 为径向取刀，布局不灵活，通常刀库安置在 工作台上，应用较少。
三、刀库
❖多面网格式
特点：刀库容量大，辅助装置较复杂，用于需刀库 容量大的机床上。
四、刀具的选刀方式
① 顺序选择方式
刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序 的顺序，依次放入刀库的每一个刀座中。
特点：不需要刀具识别装置，结构简单， 工作可 靠，但刀库中刀具在不同工序中不能重复 使用，因此，刀具的数量的刀库的容量大。
四、刀具的选刀方式
② 刀具编码方式
四、刀具的选刀方式
接触式识别装置
适用场合：适应于工序较少、精度要求不太高的机床
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
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回 转 刀 架 换 刀
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数控机床典型机械结构
一、主轴准停装置
机 械 式 主 轴 准 停
二、自动换刀装置
自动换刀装置 (ATC)
刀库 机械手
作用——交换主轴与刀库中的刀（工）具
二、自动换刀装置
对自动换刀装置的 基本要求
自动换刀装置的形式
❖换刀时间短 ❖刀具重复定位精度高 ❖有足够的刀具贮存量 ❖刀库占地面积小及安全可靠
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页) 数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
二、自动换刀装置
3、更换主轴箱换刀
数控机床典型机械结构概述( p p t 7 6 页)
适用场合： 适用于箱体 类零件的加 工
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数控机床的典型机械结构
• ２. 具有较高的精度与刚度, 传动平稳, 噪声低 • 数控机床加工精度的提高, 与主轴系统的精度密切相关。 为此, 应提
高传动件的制造精度与刚度。 • ３. 具有良好的抗振性和热稳定性 • 数控机床一般既要进行粗加工, 又要进行精加工。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 加工时由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过 程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰, 使主轴产生振 动, 影响加工精度和表面粗糙度, 严重时甚至会破坏刀具或工件, 使加 工无法进行。 主轴系统的发热可能导致所有零部件产生热变形, 降低 传动效率, 破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度而造成加工误 差。 因此, 要求主轴组件要有较高的固有频率、较好的动平衡、保持 合适的配合间隙并进行循环润滑等。
• 数控机床的机械结构仍然继承了普通机床的构成模式, 其零部件的设 计方法也同样类似于普通机床。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 但近年来, 随着进给驱动、主轴驱动和ＣＮＣ 的发展, 为适应高生产 效率的需要, 现今的数控机床有着独特的机械结构, 除机床基础件外, 主要由以下各部分组成。
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第6章 数组
• 6.1 一维数组 • 6.2 二维数组 • 6.3 字符数组 • 6.4 数组程序举例
6.1 一维数组
• 6.1.1一维数组的定义方式 • 一维数组的定义方式为: • 类型说明符数组名[常量表达式]; • 其中: • 类型说明符可以是任何一种基本数据类型或构造数据类型。 • 数组名是用户定义的数组标识符。 • 方括号中的常量表达式须为整型，其值表小数组元素的个数，也称为
来表示。 • (5)允许在同一个类型说明中说明多个数组和多个变量。
高传动件的制造精度与刚度。 • ３. 具有良好的抗振性和热稳定性 • 数控机床一般既要进行粗加工, 又要进行精加工。
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５. ２ 数控机床主轴系统
• 加工时由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过 程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰, 使主轴产生振 动, 影响加工精度和表面粗糙度, 严重时甚至会破坏刀具或工件, 使加 工无法进行。 主轴系统的发热可能导致所有零部件产生热变形, 降低 传动效率, 破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度而造成加工误 差。 因此, 要求主轴组件要有较高的固有频率、较好的动平衡、保持 合适的配合间隙并进行循环润滑等。
• 数控机床的机械结构仍然继承了普通机床的构成模式, 其零部件的设 计方法也同样类似于普通机床。
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５. １ 数控机床的机械结构概述
• 但近年来, 随着进给驱动、主轴驱动和ＣＮＣ 的发展, 为适应高生产 效率的需要, 现今的数控机床有着独特的机械结构, 除机床基础件外, 主要由以下各部分组成。
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第6章 数组
• 6.1 一维数组 • 6.2 二维数组 • 6.3 字符数组 • 6.4 数组程序举例
6.1 一维数组
• 6.1.1一维数组的定义方式 • 一维数组的定义方式为: • 类型说明符数组名[常量表达式]; • 其中: • 类型说明符可以是任何一种基本数据类型或构造数据类型。 • 数组名是用户定义的数组标识符。 • 方括号中的常量表达式须为整型，其值表小数组元素的个数，也称为
来表示。 • (5)允许在同一个类型说明中说明多个数组和多个变量。
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。
数控机床的机械结构与传动
图2-3 两种形式的内循环方式示意图
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的选用
滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。
根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。
主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.2 主轴部件的结构
主轴部件的支撑与润滑
机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。
常用卡盘结构
数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。
第四节 数控机床的进给传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
4.2 数控机床进给传动系统的基本形式
实现直线进给运动主要有三种形式： 1）通过丝杠螺母副，将伺服电动机的旋 转运动变成直线运动。 2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的 旋转运动变成直线运动。 3）直接采用直线电动机进行驱动。
减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹
紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.1 主传动的基本要求和变速方式
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的选用
滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。
根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。
主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.2 主轴部件的结构
主轴部件的支撑与润滑
机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。
常用卡盘结构
数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。
第四节 数控机床的进给传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
4.2 数控机床进给传动系统的基本形式
实现直线进给运动主要有三种形式： 1）通过丝杠螺母副，将伺服电动机的旋 转运动变成直线运动。 2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的 旋转运动变成直线运动。 3）直接采用直线电动机进行驱动。
减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹
紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.1 主传动的基本要求和变速方式
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
数控机床机械传动结构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
防松
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
数控机床的典型主轴部件
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
这种配置的结构简单、安装调试方便，且在传动上能满
第 一 足转速与转矩的输出要求，但其调速范围及特性相对于交、 节
数 直流主轴电机系统而言要差一些。
控
机
主要用于经济型或中低档数控机床上。
床
的
主
运
动
结
构
3) 交、直主轴电机 — 主轴部件
第 一 节
数
控
机
床
的
这种配置形式同上面一样，但电机是性能更好交直流
第二节 进给系统的机械传动结构
一、概述
第
六 章
1、进给系统的功用
数 协助完成加工表面的成形运动，传递所需的运动及动力。
控
机 床
2、进给系统机械部分的组成
的 机
传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件（工作台）
械
传 传动机构: 齿轮传动、同步带传动
动
结 运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等
数 控
动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。其
机
缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主
床 的
轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却
主
是内装式电机主轴的关键问题
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
防松
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
数控机床的典型主轴部件
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
这种配置的结构简单、安装调试方便，且在传动上能满
第 一 足转速与转矩的输出要求，但其调速范围及特性相对于交、 节
数 直流主轴电机系统而言要差一些。
控
机
主要用于经济型或中低档数控机床上。
床
的
主
运
动
结
构
3) 交、直主轴电机 — 主轴部件
第 一 节
数
控
机
床
的
这种配置形式同上面一样，但电机是性能更好交直流
第二节 进给系统的机械传动结构
一、概述
第
六 章
1、进给系统的功用
数 协助完成加工表面的成形运动，传递所需的运动及动力。
控
机 床
2、进给系统机械部分的组成
的 机
传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件（工作台）
械
传 传动机构: 齿轮传动、同步带传动
动
结 运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等
数 控
动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。其
机
缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主
床 的
轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却
主
是内装式电机主轴的关键问题
数控机床的机械结构
6
8.1 概 述
1-主轴电动机；2,3-伺服电动机
图8.1 HM-077数控车床传动系 统
7
主轴电动机1主要采 用变频电动机，主轴电 动机的动力通过带传动 传递至主轴 。
机床的Z向和X向进给 由两套伺服系统分别驱动， 伺服电动机3和2分别通过 同步齿形带传动滚珠丝杠 螺母副，实现床鞍和滑板 作纵向和横向运动。
27
8.2 数控机床的主传动系统
2.主轴轴承配置 ❖ 合理配置轴承可以提高主轴精度，降低温升，简化支承结 构。在数控机床上配置轴承时，前后轴承都应能承受径向 载荷，支承间距离要选择合理，并根据机床的实际情况配 置承受轴向力的轴承。 ❖ 滚动轴承的精度有E级(高级)、D级(精密级)、C级(特精 级)、B级(超精级)四种等级。
❖ 这就要求换刀时主轴必须准确停在某个径向位置上，保证 每次换刀时刀柄上的键槽对准主轴的端面键，为了满足主 轴准停这一功能要求而设置的装置称为主轴准停装置。
36
8.2 数控机床的主传动系统
1-主轴；2-同步带；3-主轴电动机；4-永久磁铁；5-磁传感器
图8.16 电气控制式主轴准停装置
37
8.2 数控机床的主传动系统
25
8.2 数控机床的主传动系统
❖ 要求主轴部件的精度要高，包括运动精度和安装刀具或夹 持工件的夹具的定位精度，要求主轴部件结构刚度要好， 要有较好的抗振性及热稳定性，因此数控机床主轴部件在 结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴 的定向停止等问题。
26
8.2 数控机床的主传动系统
1.主轴轴承
13
8.2 数控机床的主传动系统
8.2.2 主传动类型
★ 数控机床主传动可以分为无级变速、分段无级变速两种 传动方式。 ★ 分段无级变速传动方式通常采用在无级变速电动机之后 串联机械有级变速，以满足数控机床要求的宽调速范围和转 矩特性，如图8.4（a）所示。 ★ 无级变速传动方式电动机本身的调速就能够满足要求， 不用齿轮变速，如图8.4（b）、（c）、（d）所示。
8.1 概 述
1-主轴电动机；2,3-伺服电动机
图8.1 HM-077数控车床传动系 统
7
主轴电动机1主要采 用变频电动机，主轴电 动机的动力通过带传动 传递至主轴 。
机床的Z向和X向进给 由两套伺服系统分别驱动， 伺服电动机3和2分别通过 同步齿形带传动滚珠丝杠 螺母副，实现床鞍和滑板 作纵向和横向运动。
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8.2 数控机床的主传动系统
2.主轴轴承配置 ❖ 合理配置轴承可以提高主轴精度，降低温升，简化支承结 构。在数控机床上配置轴承时，前后轴承都应能承受径向 载荷，支承间距离要选择合理，并根据机床的实际情况配 置承受轴向力的轴承。 ❖ 滚动轴承的精度有E级(高级)、D级(精密级)、C级(特精 级)、B级(超精级)四种等级。
❖ 这就要求换刀时主轴必须准确停在某个径向位置上，保证 每次换刀时刀柄上的键槽对准主轴的端面键，为了满足主 轴准停这一功能要求而设置的装置称为主轴准停装置。
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8.2 数控机床的主传动系统
1-主轴；2-同步带；3-主轴电动机；4-永久磁铁；5-磁传感器
图8.16 电气控制式主轴准停装置
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8.2 数控机床的主传动系统
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8.2 数控机床的主传动系统
❖ 要求主轴部件的精度要高，包括运动精度和安装刀具或夹 持工件的夹具的定位精度，要求主轴部件结构刚度要好， 要有较好的抗振性及热稳定性，因此数控机床主轴部件在 结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴 的定向停止等问题。
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8.2 数控机床的主传动系统
1.主轴轴承
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8.2 数控机床的主传动系统
8.2.2 主传动类型
★ 数控机床主传动可以分为无级变速、分段无级变速两种 传动方式。 ★ 分段无级变速传动方式通常采用在无级变速电动机之后 串联机械有级变速，以满足数控机床要求的宽调速范围和转 矩特性，如图8.4（a）所示。 ★ 无级变速传动方式电动机本身的调速就能够满足要求， 不用齿轮变速，如图8.4（b）、（c）、（d）所示。
数控机床的机械结构
两级齿轮变速 液压拔叉实现齿轮滑移
22
CNC
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.2 主轴的联接型式
➢ 定传动比的联结型式 主电动机和主轴一般采用定传动比的联结型
式，或是主电动机和主轴直接联结的型式，在使 用定传动比传动时，通常采用三角皮带或同步皮 带传动
电动机和主轴直接联结的型式，可以大大简 化主轴传动系统的结构，有效地提高主轴刚度和 可靠性。
4.4.2 数控机床进给传动系统的基本型式
➢ 数控机床的进给运动有两大类
– 直线进给运动:机床的基本坐标轴(X、Y、Z轴)以及和基本坐标轴平行的坐标轴(U 、V、W等)的运动
– 圆周进给运动:指绕基本坐标轴X、Y、Z回转的坐标轴运动。
➢ 实现直线进给运动主要有三种型式
▪ 通过丝杠(通常为滚珠丝杠或静压丝杠)螺母副，将伺服电动机的旋转运动变成直 线运动。
4.4.1数控机床对进给传动系统的要求
主要内容
（4）摩擦阻力要小
在进给系统中要尽量减少传动件之间的摩擦阻力， 尤其是减少丝杠传动和工作台运动导轨之间的摩擦， 以消除低速进给爬行现象，从而提高整个伺服进给系 统的稳定性。广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料 导轨和静压导轨。
42
CNC
4.4 数控机床的进给传动系统
19
CNC
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.2 主轴的联接型式
➢ 用辅助机械变速机构联接 在使用无级变速传动的基础上，再增加两级或
三级辅助机械变速机构作为补充。通过分段变速方 式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范围， 满足机床重切削时对扭矩的要求
辅助机械变速机构 ：通过电磁离合器、液压 或气动带动滑移齿轮等方式实现
4.3.1主传动的基本要求和变速方式
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。
机械制造与自动化专业《数控机床进给系统机械结构》
数控机床进给系统机械结构数控机床进给系统,尤其是轮廓控制系统,必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制,典型数控机床闭环控制的进给系统,通常由位置比拟和放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反应元件等几局部组成。
机械传动装置是指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。
为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作稳定性,数控机床一般采用低摩擦的传动副,如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等。
1．滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床上得到了广泛的应用。
它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。
工作原理如图4-7所示。
图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。
在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合的回路管道。
图4-7 滚珠丝杠副的原理图滚珠丝杠副的优点是摩擦系数小，传动效率高， 可达～，所需传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；磨损小，寿命长，精度保持性好；可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度；运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动变为直线运动，也可将直线运动变为旋转运动。
缺点是制造工艺复杂，本钱高，在垂直安装时不能自锁，因而需附加制动机构。
〔1〕滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。
滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环；滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。
在内、外循环中，滚珠在同一个螺母上只有一个回路管道的叫单循环，有两个回路管道的叫双列循环。
循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。
外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺旋槽式。
数控机床的结构概述
4.3.2主传动机械结构
数控机床机械结构要求：高抗振性 1）强迫振动 使机床产生强迫振动的内部振源有高速转动零部件的动态不平衡力、 往复运动件的换向冲击力、周期变化的切削力等。 2）自激振动 这里是指切削自激振动，也称颤振。如图所示。 3）提高机床抗振性的措施 (1) 减少机床的内部振源 (2) 提高静刚度 (3) 增加构件或结构的阻尼
4.3.2主传动机械结构
主轴部件结构： 数控机床的主轴部件，既要满足精加工时精度较高的要求， 又要具备粗加工时高效切削的能力，因此应有更高的动、静刚度 和抵抗变形的能力。主轴部件主要包括主轴、轴承、传动件和密 封件，对于具有自动换刀能力的数控机床，主轴部件还应有刀具 自动装卸装置、主轴准停装置和吹屑装置等。
当换刀时，在主轴上端油缸的上腔A通入压力 油，活塞12的端部推动拉杆7向下移动，同时压 缩蝶形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣卡爪5的下 端移出套筒14时，在弹簧6的作用下，卡爪张开， 喷气头13将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔除。
待机械手将新刀装入后，油缸10的下腔通入 压力油，活塞12向上移，蝶形弹簧伸长将拉杆7 和双瓣卡爪5拉着向上，双瓣卡爪5重新进入套筒 14，将刀柄拉紧。
4.3.2主传动机械结构
数控机床机械结构要求：热变形对加工精度的影响小 数控机床的热变形，是影响加工精度的重要因素。引起机床热变形的 热源主要是机床的内部热源，如主电动机、进给电动机发热，摩擦热以及切 削热等。 减少机床热变形及其影响的措施是： 1）减少机床内部热源和发热量； 2）改善散热和隔热条件； 3）均热； 4）合理设计机床的结构布局，减小热变形对精度的影响； 5）采取热变形补偿措施。
4.2 数控机床的整体布局形式
（1）
图具有可编程尾架座双刀架数控车床。