数控机床的主运动系统的特点
数控机床的主运动系统的特点
数控机床是目前制造业中应用最广泛的高端智能化加工设备之一，它
的主要优势在于可实现高精度、高效率的大批量加工。
而数控机床的
主运动系统是整个设备的关键部分，它的特点决定了机床的加工能力
和稳定性。
一、直线传动系统
数控机床的主轴和工作台系统在运动过程中需要通过直线传动实现位
置的准确控制，这种传动系统的特点是运动平稳、速度可调、精度高，因此在高精度加工场合中应用非常广泛。
直线传动系统一般采用伺服
电机驱动，能够通过编码器进行位置反馈和误差校正，从而大幅提高
加工精度和稳定性。
二、旋转传动系统
数控机床的旋转传动主要是指主轴电机驱动刀具的旋转工作。
这种传
动系统的特点是转速高、扭矩大、运动精度高，能够完成各种难度的
机械加工工作。
在现代数控机床中，一般都采用交流电机和换向器组
合作为主轴传动系统，能够实现精度高、稳定性好的运动状态。
三、动态响应能力
数控机床的主运动系统在加工过程中需要具备快速、准确的动态响应
能力，以实现对工件的精确加工处理。
这种响应能力受到许多因素的
影响，例如传动链路、伺服系统的响应时间、控制算法等。
因此，在
设计数控机床主运动系统时需要充分考虑这些因素，以实现更快、更
精确的加工效果。
四、刚性稳定性
数控机床的主运动系统具备高强度、高硬度、高刚性的特点，能够承
受各种机械加工过程中的大力和冲击，并保持稳定的加工状态。
在机
械传动系统中，包括滚珠丝杠、轴承、冷却系统等部分都需要考虑刚
性和稳定性问题，以确保整个系统的加工精度和效率。
综上所述，数控机床的主运动系统具有多种特点，包括直线传动系统、旋转传动系统、动态响应能力和刚性稳定性等。
这些特点对于数控机
床的整体性能起到关键作用，决定了机床在机械加工领域的核心竞争力。
随着科技的不断发展，数控机床的主运动系统也在不断优化，未
来可更好地应对各种机械加工需求。
数控机床的主运动系统的特点
数控机床的主运动系统的特点
数控机床的主运动系统是数控机床的重要组成部分，其特点如下： 1. 高精度：数控机床的主运动系统采用高精度的伺服电机作为
驱动源，精确控制运动的位置和速度，实现高精度加工。
2. 高速度：数控机床的主运动系统具有高速度的特点，能够满
足快速加工的需求，提高加工效率。
3. 高刚性：数控机床的主运动系统采用高刚性的结构设计和材
料选择，提高机床的刚性，使其在高速运动时不易产生振动和变形。
4. 可编程：数控机床的主运动系统可以通过数控程序进行编程，实现自动化加工，提高生产效率。
5. 多轴控制：数控机床的主运动系统支持多轴控制，可以同时
控制多个运动轴，实现复杂加工操作。
6. 稳定性：数控机床的主运动系统具有良好的稳定性，可以在
长时间运行中保持稳定性能，减少机床维护和保养的成本。
7. 自动化：数控机床的主运动系统可以通过自动化控制系统实
现自动化加工，减少人力投入，提高生产效率。
- 1 -。
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。
数控机床的主传动系统
高速加工、精密定位
主轴驱动系统的设计与选择
设计原则
高可靠性 良好的动态响应 经济性考虑
选择因素
机床类型 加工要求 成本预算
常见类型
交流伺服驱动系统 直流传动系统 混合驱动系统
● 03
第3章 数控机床的进给传动 系统
进给传动系统的组成与作 用
进给传动系统主要包括进给驱动装置、进给传动 机构和进给系统的控制与调节三个部分。进给驱 动装置负责提供动力，进给传动机构负责传递动 力并实现所需的运动轨迹，进给系统的控制与调 节负责对整个系统的运行进行精确控制。
主传动系统是数控机床的核心部件之一，它主要 由主轴装置、传动装置、主轴驱动系统等组成， 负责传递动力并确保机床加工的精度和速度。
主轴的类型与特性
电主轴
高速、高精度
复合主轴
结合电主轴与机 械主轴特点
机械主轴
结构简单、成本 低
主轴定向控制
01 控制意义
保证加工精度
02 控制方法
光电编码器、霍尔效应
部分控制信号依赖于反馈信号
电气控制系统的故障诊断与维 护
故障诊断方法包括观察法、信号分析法、模拟法 等；故障诊断的步骤包括故障现象的观察、故障 原因的分析、故障诊断的结果等；电气控制系统 的维护措施包括定期检查、及时维修、更换故障 部件等。
● 06
第6章 总结
数控机床主传动系统的重要性和 影响因素
夹具系统的性能评价
夹具的刚度 与稳定性
夹具的刚度与稳 定性直接影响到
加工精度
夹具的重复 定位精度
夹具的重复定位 精度直接影响到
加工效率
夹具的装夹 误差
夹具的装夹误差 会导致工件加工
误差
国家开放大学电大专科《数控机床》2024期末试题及答案
国家开放大学电大专科《数控机床》2024期末试题及答案（试卷号：2431）盗传必究一、单项选择题（10道题，每小题4分，共40分）1.导轨的精度直接影响机床的精度，静压导轨与滚动导轨相比，其抗振性（）oA.前者优于后者B.后者优于前者C.两者一样D.以上都不是2.滚珠丝杠螺母副消除间隙的主要目的是（）oA.减小摩擦力矩B.提高反向传动精度C.增大驱动力矩D.提高使用寿命3.在采用全数字伺服系统的基础上，采用图1所示（）直接驱动机床工作台实现“零传动”伺服进给方式。
A.步进电机B.异步电机C.交流伺服电机D.直线电机[y J4.在下列特点中，（）不是数控机床主传动系统具有的特点。
A.转速高、功率大B.变速范围窄C.主轴变换迅速可靠D.主轴组件的耐磨性高5.人^^是]）,采用ATC后数控加工的辅助时间主要用于工件的安装和调整。
A.自动换刀系统B.自动托盘交换系统C.自动排屑系统D.自动冷却系统6.滚珠丝•杠预紧的目的是（）。
A.增加阻尼比，提高抗振性B.提高运动平稳性C.消除轴向间隙和提高传动刚度D.加大摩擦力，使系统能自锁7.下列（）检验属于定位精度检验。
A.主轴轴向及径向跳动B.主轴在Z轴方向移动的直线度C.X、Y、Z坐标轴的相互垂直度D.回转轴原点的返回精度8.数控机床进给系统采用齿轮传动副时，为了提高传动精度应该有消除（）措施。
A.齿轮轴向间隙B.齿顶间隙C.齿侧间隙D.齿根间隙9.数控电火花加工机床可以加工（）。
A.导电材料B.塑料C.陶瓷D.非导电材料10.（）装置机构输出力大，机械结构更紧凑、动作平稳可靠，易于调节和噪声较小，但当工作介质液渗漏时会污染环境。
A.气压装置B.机械装置C.液压装置D.以上答案都不对二、判断题（5道题，每小题4分，共20分）11.数控车床都具有C轴控制功能。
（X ）12.数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
（V ）13.数控机床的气压装置因空气黏度小，在管路中的能量损失小，适于远程传输及控制使用。
数控机床的主运动系统
总结词
结构简单、可靠性高、成本低
详细描述
机械主轴是传统数控机床中常用的主轴类型，其结构简单、可靠性高、成本低。它通过齿轮或皮带等传动方式将电动机的动力传递到主轴上，实现主轴的旋转运动。机械主轴的转速和扭矩调节范围较广，适用于多种加工需求，但在高速运转时噪音和振动较大。
VS
适合加工轻质材料、气动控制调节方便
总结词
详细描述
主轴的驱动方式
CATALOGUE
03
直流电机驱动具有较高的启动转矩和良好的调速性能，能够满足数控机床对主轴高精度、高速度的加工需求。
直流电机驱动具有较宽的调速范围，可以根据不同的加工需求调整主轴转速。
直流电机驱动系统通常采用电刷和换向器来转换电流方向，从而实现电机旋转方向的改变。
直流电机驱动系统的缺点是维护成本较高，且容易受到电刷和换向器的磨损影响。
THANKS
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CATALOGUE
06
高效化：随着制造业对加工效率的要求不断提高，主运动系统正朝着高效化的方向发展。通过采用更快的伺服系统、优化传动装置和减少运动部件的摩擦阻力等手段，提高数控机床的加工速度和生产效率。
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，未来主运动系统的材料将得到进一步优化。采用新型高强度、轻质材料和复合材料，可以提高主轴的刚性和动态性能，降低重量和能耗。
主轴
主轴电机
主轴箱
主轴轴承
01
02
03
04
主轴是主运动系统的核心部件，它安装刀具并传递切削力，实现工件的切削加工。
主轴电机是主运动系统的动力源，为切削加工提供所需的动力。
主轴箱是主轴的支撑和传动部件，它安装主轴并传递动力，使主轴能够实现旋转运动。
数控机床的主传动系统
联轴器直接与主轴联接
其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全 受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
内装电机主轴
这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴 部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
数控机床的主传动系统
1.1 主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动 传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直 流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运 动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。
1）带有变速齿轮的主传动
排油泵强制排油到恒温邮箱，以达到润滑、冷却的目的。
2．主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于
（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑 主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种： （1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。 （2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
合机床的镗孔车端面头主轴组件。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证 定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸 方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用 的结构形式。
数控机床主传动系统
伺服驱动系统的性能决定了数控机床的动态特性和加工精度。
主轴与卡盘
主轴是数控机床主传动系统的输 出部件，它能够带动刀具或工件
旋转。
主轴通常采用高精度轴承和刀具 夹紧装置，以确保加工过程中的
稳定性和精度。
类型与分类
类型
数控机床主传动系统根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型，如机械主传动系统、液压主 传动系统、电气主传动系统等。
分类
数控机床主传动系统还可以根据其传动方式的不同进行分类，如带传动、链传动、齿轮传动等。不同 类型的数控机床主传动系统具有不同的特点和应用范围，需要根据具体的加工需求和加工条件进行选 择。
主轴定位精度与重复定位精度
主轴定位精度
主轴在特定位置的准确度，决定了加 工零件的尺寸精度。定位精度越高， 加工精度越好。
重复定位精度
主轴在相同位置的重复精度，反映了 主轴运动的稳定性。重复定位精度越 高，主轴运动越稳定。
热稳定性与动态特性
热稳定性
主轴在切削过程中抵抗温度变化的能力，热稳定性越高，加工过程中主轴的性能越稳定。
动态特性
主轴在动态切削过程中的表现，包括振动、噪声等。动态特性越好，切削过程越平稳，加工表面质量越高。
04
主传动系统的控制技术
数控编程与加工技术
数控编程
根据加工需求，使用数控编程语言（如G代码）对机床进行编程，以控制主轴的运动轨 迹和加工过程。
加工工艺
根据工件材料、加工要求和刀具特性，选择合适的加工工艺，如粗加工、半精加工和精 加工等，以确保加工质量和效率。
特点
数控机床主传动系统具有高精度、高 效率、高稳定性等特点，能够满足复 杂、高效、高ห้องสมุดไป่ตู้度的加工需求。
数控机床组成、工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点第一节数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图2-1。
图2-1数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。
在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。
在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。
数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。
早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。
二、数控装置数控装置是数控机床的核心。
其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。
一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT 显示器等硬件以及相应的软件组成。
数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。
它具备的主要功能如下：1）多轴联动控制。
2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。
3）输入、编辑和修改数控程序功能。
4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。
5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。
6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。
7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。
数控机床的主运动系统
4
1.1机床的主运动
（2）主运动的功率、转矩特性
主运动所需输出的功率：
Pz v Tn Nc 60000 955000 kw
PZ —主切削力（N） v —切削速度（m/min） T —切削扭矩（Nm） n —主轴转速（r/min） 主运动的转矩特性： 最大功率（或扭矩）与运动速度之间的关系。
2
1.1机床的主运动
主运动：直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑， 从而形成工件新表面的运动
主运动是由机床或 人力提供，是使刀 具和工件之间产生 相对运动，从而切 下切屑所必需的最 基本的运动。
主运动是切削加 工中转速最高， 消耗功率最多的 运动
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1.1机床的主运动
主运动参数
（1）主轴转速和调速范围
5
1.2机床的进给运动
进给运动：不断地把切削层投入切削，以逐渐切出整 个工件表面的运动
由机床或人力提供 的运动，它使刀具与工件 之间产生附加的相对运动， 加上主运动，即可不断地 或连续地切除切屑，并获 得具有所需几何特征的已 加工表面。
特点：可不断地或 连续地切除切屑，进给运 动的速度较低，消耗的功 率较少，进给运动可以是 连续的或断续的，其形式 可以是直线运动、旋转运 动或是两者的组合。
6
1.2机床的进给运动
车削外圆时，车刀 的纵向连续运动就 是进给运动
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1.3车削加工原理
金属切削加工，从其本质上来说，就是使用各种类型的 金属切削刀具，把各种金属原材料（称为工件毛坯）上 多余的金属材料（称为加工余量）从工件毛坯上剥离， 得到图纸所要求的零件。金属切削加工的工艺过程大致 可以分为三类：
主轴转速n（r/min）： 主轴的最低和最高转速：
数控机床的主运动系统
数控机床的主运动系统依据数控机床的要求和目前大多数数控机床的配置现状，主运动系统的配置大致有以下四类：1.一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式：图1 一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满意各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较简单，所以现在仅有少数经济型数控机床采纳该配置，其他已很少采纳。
2.变频器—沟通电机—1～2机械变速—主轴部件配置方式这种配置如图5-3所示，变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。
其优点是能够满意各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化力量，相对上述配置方案具有结构简洁、安装调试便利，且在传动上能满意转速与转矩的输出要求，但其调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。
主要用于经济型或中低档数控机床上。
3.交、直主轴电机— 主轴部件配置方式这种配置形式如图5-4(a)所示，电机经同步齿形带传动主轴，电机是性能更好的交、直流主轴电机(图5-4(b))，其优点是变速范围宽，最高转速可达8000 r/min，在传动上能基本能满意目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的掌握功能、其结构简洁、安装调试便利，可满意现在中高档数控机床的掌握要求。
但对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满意。
4.电主轴传统的主轴部件都是由主轴电机经传动机构带动主轴转动。
如若能将主轴与电机制成一体那么就可省去传动机构，使主轴驱动机构简化。
因而一种称为电主轴（或内装式主轴电机）应运而生，其结构示意图如图5-5(a)所示。
由图可知这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。
空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相像。
这种电机构成了较简洁的主运动部件。