数控机床原理与结构分析——数控机床的主体结构
数控机床的结构组成及原理
数控机床的结构组成及原理数控机床是一种通过计算机控制的机床，可以实现多种复杂的加工操作。
它的结构组成及原理可以大致分为机床主体部分、控制系统部分和辅助装置部分。
一、机床主体部分1.床身：床身是整个数控机床的基础部分，承载整个机床的各个部件和装置，同时具有足够的刚性和稳定性。
床身通常由大型整体铸件制成，常见的有平面床、斜床和立式床等。
床身上设有导轨、滑块和滚珠丝杠等装置，用于支撑和导向主轴箱、工作台等。
2.主轴箱：主轴箱是数控机床的重要部件之一，通常由主轴、主轴动力装置、主轴箱座、电动机及其驱动装置等组成。
主轴箱用来传递动力，使主轴旋转，是实现机床加工功能的关键部分。
3.工作台：工作台是数控机床上用于夹持工件的装置，它可以沿各个方向进行移动和转动。
工作台通常由工作台体、刀架座、刀具变位装置等组成。
工作台的移动和转动由驱动装置控制，实现对工件的定位和加工。
二、控制系统部分1.数控装置：数控装置是整个机床的控制中心，由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括主机、输入输出设备、接口电路等，软件部分是指数控机床的控制程序。
数控装置能够根据加工要求，自动生成加工程序，并控制机床的各个动作。
2.伺服系统：伺服系统是数控机床的动力系统，主要由伺服电机、传动机构和测量装置等组成。
伺服电机通过控制系统接收指令，根据要求实现各个轴向的运动。
传动机构将电机运动传递到工作台或刀架等部位，测量装置用于检测轴向运动的位置和速度。
三、辅助装置部分1.刀具变位装置：刀具变位装置是数控机床上用来实现刀具的换刀和夹紧的装置。
它能够实现快速的刀具换向和自动夹紧，提高机床的加工效率。
2.冷却液供给装置：冷却液供给装置是用于给切削过程提供冷却润滑的装置，它能够保持刀具的正常工作温度，延长刀具的使用寿命，并提高加工质量。
3.操作平台：操作平台是供操作人员进行操作和监控的地方，它通常设有显示屏、键盘、手柄等操作设备，用于输入指令、调整参数以及监控加工过程。
数控机床的组成及工作原理
数控机床的组成及工作原理数控机床是一种通过数控系统控制刀具相对工件进行加工的机床。
与传统的机床相比，数控机床具有高精度、高效率、灵活性强等优点，在各个工业领域得到广泛应用。
下面将详细介绍数控机床的组成及工作原理。
一、数控机床的组成1.机床本体：包括床身和主轴箱体，提供加工工件的支撑和定位。
2.传动系统：包括主轴驱动、进给轴驱动和辅助轴驱动，将电机的旋转运动转换为机床各轴线上的直线或转动运动。
3.运动控制系统：实现对机床各轴运动的控制，包括伺服控制系统和定位控制系统。
伺服控制系统通过反馈控制，使得机床实现精确的位置控制。
定位控制系统则负责指定机床运动的速度和加速度等参数。
4.电气控制系统：包括主电气柜和分电柜，负责机床电气元件、传感器和执行器的控制和保护。
5.数控系统：包括主程序控制系统、数据输入和输出系统、插补系统和人机界面系统。
主程序控制系统控制整个机床的运行和加工过程。
数据输入和输出系统用于进行数据的输入和输出。
插补系统负责将输入的数字控制指令转换为电机所需的运动轨迹。
人机界面系统提供操作界面，方便人员对数控机床进行操作和监控。
二、数控机床的工作原理1.制作数控程序：首先，需要编写数控程序，即制定加工工件的加工路径、切削速度、进给速度等加工参数。
这一步一般由编程人员完成，可使用专门的数控编程软件进行编写。
2.输入数控程序：将编写好的数控程序输入数控系统。
现代数控系统常用的输入方式有U盘、局域网和数控系统自带的数据线。
3.备料：根据加工工件的要求，选择适当的刀具、切削液等进行备料工作。
4.机床调试：在正式加工前，需要对机床进行调试，包括各轴的原点归位、行程限位、位置校准等。
这一步由数控系统自动完成。
5.加工工件：调试完成后，通过数控系统启动电机，刀具按照预设的路径进行加工。
数控系统会实时监测切削状态和刀具位置，对加工过程进行控制和调整。
6.监控加工过程：数控系统会实时显示加工过程中的刀具位置、切削力等参数。
数控机床的组成及基本工作原理
数控机床的组成及基本工作原理数控机床是一种利用数字编程控制工作的机床。
它由三个基本部分组成：机械系统、传动系统和控制系统。
下面将详细介绍数控机床的组成和基本工作原理。
一、机械系统机械系统是数控机床的基础，它由床身、主轴箱、伺服系统等组成。
1.床身：床身是数控机床的基础，主要承载着机床其他部件。
床身通常由铸铁或钢板焊接而成，具有较高的强度和刚性，以保证机床的稳定性。
2.主轴箱：主轴箱包含了主轴系统和进给系统，主轴通过驱动系统将切削工具与工件连接，实现切削加工。
进给系统控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，使切削工具能沿指定路线精确地切削工件。
3.伺服系统：伺服系统负责控制切削工具和工件的相对运动。
它由伺服电机、伺服控制系统、逆变器和编码器等组成。
伺服电机通过接受数控系统发送的控制信号，精确控制机床的位置和速度，从而实现精确的切削加工。
二、传动系统传动系统负责传递电能和运动，将数控机床的控制信号传递给各个运动部件。
主要由电源、变频器、伺服电机、传感器等组成。
1.电源：电源为数控机床提供所需的电能。
通常使用三相交流电源。
2.变频器：变频器将交流电源转换为直流电源，以满足数控机床的要求。
3.伺服电机：伺服电机是数控机床的关键部件，它负责实现机床的精准运动。
伺服电机通常由电动机、编码器和速度控制器组成。
4.传感器：传感器用于检测机床各个部件的状态，将检测到的信号转换为电信号，反馈给数控系统。
三、控制系统控制系统是数控机床的大脑，它由数控装置、软件系统、输入输出设备等组成。
1.数控装置：数控装置是数控机床的核心，主要负责数控程序的编写和生成。
它接收操作员输入的加工参数和控制命令，经过处理之后发送给伺服系统。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与数控装置进行交互。
常用的输入设备有键盘、鼠标和触摸屏；输出设备有显示器、打印机和数控机床本身。
基本工作原理：1.数控编程：操作员使用数控装置进行编程，编写出所需的加工程序。
数控机床的基本构造及工作原理
数控机床的基本构造及工作原理数控机床是一种利用计算机控制的自动化机械设备。
它是在传统机床的基础上发展而来，具有高精度、高效率和多功能特点。
下面将对数控机床的基本构造和工作原理进行详细介绍。
一、数控机床的基本构造1.机床主体部分：机床主体通常由床身、立柱、横梁和工作台等组成。
床身是整个机床的基础，用于安装和支撑其他各个部件。
立柱起支撑和导向作用，横梁用于支撑和传递载荷，工作台用于支撑工件。
2.传动系统：传动系统将电机产生的动力传递给刀具或工件，实现切削加工。
常见的传动方式包括电机驱动螺杆、齿轮传动和皮带传动等。
3.控制系统：控制系统是数控机床的核心部分，用于实现机床的自动化操作。
它由计算机、数控装置、伺服控制器和编码器等组成。
计算机是控制系统的主控部分，负责接收和处理指令。
数控装置将计算机的指令转化为电信号，控制伺服控制器和驱动器工作。
伺服控制器接收数控装置的信号，输出相应的电流给驱动器，驱动刀具或工件运动。
4.动力系统：动力系统提供机床的驱动力，通常由电机提供动力。
根据不同的切削工况和需求，可以采用不同类型的电机，如交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机等。
5.刀具或工件换刀系统：刀具或工件换刀系统用于实现自动化换刀操作，提高生产效率。
根据不同的切削任务和工艺要求，可以配置不同的换刀方式，如手动换刀、自动换刀和带刀库的换刀等。
二、数控机床的工作原理1.编程：要进行数控加工，首先需要编写加工程序。
加工程序是由一系列指令组成的文本文件，用于描述切削路径、刀具换向、进给速度、切削深度等参数。
2.坐标系转换：在编写加工程序时，需要定义一个坐标系，用于描述刀具或工件的位置和运动。
通常使用直角坐标系或极坐标系。
在实际运行时，数控系统会将编程坐标转换为机床坐标，以控制机床的运动。
3.运动控制：数控系统根据加工程序生成的指令，通过伺服控制器控制电机运动，实现刀具或工件在空间中的运动。
伺服控制器接收数控装置发出的指令，输出相应的电流给驱动器，驱动电机旋转。
数控机床的原理及组成结构
数控机床的原理及组成结构
数控机床又称为数控加工中心，是一种利用计算机控制的机床。
它通过预先输入的指令，实现对工件的自动加工，具有高精度、高稳定性和高效率的特点。
数控机床的原理主要包括三个方面：数控系统、伺服系统和执行系统。
1. 数控系统：数控系统负责接收输入的工艺程序，对指令进行解析和处理，并发送控制信号给伺服系统和执行系统。
数控系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括主控板、接口板、数控终端等，软件包括操作系统、数控编程软件等。
2. 伺服系统：伺服系统负责将数控系统发送的控制信号转换为电信号，通过电机驱动系统，控制工件在加工过程中的运动。
伺服系统由伺服电机、伺服控制器和传感器等部件组成，它可以实现对工件运动的精确控制。
3. 执行系统：执行系统是指实际进行加工的部分，包括机床本体、刀具系统和夹具系统等。
它根据数控系统发送的指令，控制切削工具在工件上进行切削、铣削、镗削等操作。
执行系统的结构包括主轴、进给系统、工作台、刀库等。
总的来说，数控机床的组成结构主要包括数控系统、伺服系统和执行系统三个方面，它们相互配合，实现对工件的自动加工。
数控机床的组成及基本原理
数控机床的组成及基本原理数控机床是指采用数字计算机控制系统控制的机床。
它具有高度自动化、精度高、柔性化加工等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、机械加工等领域。
下面将介绍数控机床的组成和基本原理。
一、数控机床的组成数控机床主要由数控系统、工作台和运动系统等组成。
1.数控系统：数控系统是整个数控机床的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括操作面板、中央处理器、驱动器等，软件部分包括数控编程软件、运动控制软件等。
数控系统接收操作者输入的加工程序，进行解析和处理，然后将指令发送给运动系统，控制机床运动。
2.工作台：工作台是数控机床上进行加工的平台，可以固定和夹持工件。
通常有立式工作台和卧式工作台两种形式，可以根据加工需要进行选择。
3.运动系统：运动系统由伺服驱动器和伺服电机组成，用于控制机床各个轴线（如X轴、Y轴、Z轴）的运动。
伺服驱动器接收数控系统发出的脉冲信号，通过控制伺服电机的转速和方向，使机床实现定位、定位速度和加工进给。
二、数控机床的基本原理1.数学模型：数控机床的运动控制是通过坐标系来实现的，其中最常用的是直角坐标系。
在直角坐标系中，将工件的加工轨迹抽象为函数或曲线，通过数学模型来描述。
根据加工要求，可以将工件的几何图形抽象为线段、圆弧、椭圆等数学模型。
2.几何模型：在数控编程中，几何模型是描述加工要求的重要依据。
几何模型包括点、直线、圆弧等基本图形，它们可以通过坐标方式或向量方式描述。
通过几何模型，机床可以控制各个轴线的运动，实现工件在空间中的加工。
3.程序和指令：数控机床的加工程序由一系列指令组成，这些指令可以通过编程软件进行编写。
在加工程序中，可以定义初始状态、加工轨迹、进给速度、刀具位置等。
数控机床的数控系统解析和处理这些指令，将其转化为机床运动的控制信号。
4.运动控制：数控机床通过数控系统将指令传递给伺服驱动器和伺服电机，控制各个轴线的运动。
伺服驱动器根据接收到的脉冲信号，控制伺服电机的转速和方向，实现机床的定位和进给。
数控机床的基本组成与工作原理
数控机床的基本组成与工作原理数控机床是一种基于数控技术的自动化机床，它具有高精度、高效率、高自动化程度等优点，广泛应用于机械加工领域。
下面将介绍数控机床的基本组成和工作原理。
一、数控机床的基本组成1.控制系统：数控机床的控制系统是实现机床自动化控制的核心部件，包括数控设备、编程装置和控制器。
数控设备通过编程装置生成加工程序，控制器将编程程序转化为信号控制机床的移动、加工和停止等动作。
2.机床主体：机床主体是数控机床的机械结构，包括床身、主轴、进给系统、刀具系统和夹具系统等。
床身是机床的基础框架，支撑和固定各个部件。
主轴是机床上用于转动刀具的部件，可以控制切削速度和切削力。
进给系统负责机床在工件上的移动，可以分为进给轴和进给轴驱动系统。
刀具系统是用于切削的工具，可以根据加工需要进行更换。
夹具系统用于夹住工件，保证加工过程的稳定性和精度。
3.增量传感器：增量传感器是数控机床实时检测、调整加工过程的重要设备，包括角度传感器、轴向位移传感器和速度传感器等。
角度传感器用于测量主轴的角度变化。
轴向位移传感器用于测量进给轴的位移变化。
速度传感器用于测量主轴和进给轴的转速和进给速度。
4.电气系统：电气系统是数控机床电能的分配和控制系统，包括电源系统、控制电路和执行器。
电源系统为机床提供所需的电能，包括交流电源和直流电源。
控制电路接收来自控制器的指令，通过控制信号驱动执行器的工作，实现机床的自动运行。
二、数控机床的工作原理1.编程：编程是数控机床的基础工作，主要包括手动编程和自动编程。
手动编程是通过编程装置输入加工程序和指令，控制机床的运动和加工过程。
自动编程是在计算机辅助设计软件中进行，通过图形化界面操作生成加工程序和指令，提高编程的精度和效率。
2.坐标系：数控机床采用直角坐标系和极坐标系两种常见的坐标系。
直角坐标系是指通过X轴、Y轴和Z轴来定义工件的位置和运动方向。
极坐标系是以主轴为基准，在平面上描述工件的转动方向和径向距离。
数控机床的组成及工作原理
数控机床的组成及工作原理
数控机床由以下几部分组成：
1. 机床主体：包括床身和立柱，用于支撑和固定其他部件，并提供基准面。
2. 伺服系统：包括伺服电机、伺服放大器和传感器等，用于驱动主轴和运动轴实现高精度运动。
3. 控制系统：包括数控装置和操作面板，用于接收输入指令、处理运动轨迹和控制机床运动。
4. 刀具系统：包括刀具和刀具刀架等，用于切削物料，实现加工操作。
5. 冷却系统：包括冷却装置和冷却管路等，用于冷却加工过程中产生的热量，保护工件和刀具。
工作原理：
1. 基本的工作原理是通过数控装置输入加工程序和指令，通过控制系统将指令转化为电信号，传递给伺服系统。
2. 伺服系统接收电信号后，驱动伺服电机，通过配合传感器来实时检测回馈信号，可监控和控制机床各轴运动状态。
3. 控制系统根据加工程序中的指令，控制伺服系统精确地驱动机床的主轴和各轴运动，实现不同的加工过程。
4. 刀具系统根据加工程序和控制信号，进行切削操作，完成物料的形状、尺寸和表面处理等加工要求。
5. 冷却系统通过冷却装置将冷却介质送至刀具和加工区域，冷却刀具和加工区域，控制加工温度和保护刀具寿命。
总的来说，数控机床通过精确控制伺服系统的运动，实现刀具对工件的精细切削，使加工过程更加自动化和高效化。
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2．合理的结构布局可以提高刚度
（c）
（d）
图3－4 卧式加工中心的几种布局形式
图3－5 采用辅助导轨结构
3．采取补偿构件变形的结构措施
b) 加平衡重减少横梁变形
a) 预校正螺钉对主导轨预校正
图3－6 补偿构件变形的措施
3.2.2．良好的抗振性能
1．强迫振动 2．自激振动 3．提高机床抗振性的措施 （1）减少机床的内部振源 （2）提高静态刚度 （3）增加构件或结构的阻尼
图3－16 滚动导轨块
图3—17 滚动导轨组件 1－中间导向 2－滚珠 3－油孔 4－保持器
a)
b) 图3－18 直线滚动导轨的预紧方法
1 、2－导轨体 3－调整螺钉
3．静压导轨 图3—19 静压导轨
3.5．数控机床的总体布局
3.5.1．总布局与工件形状、尺寸和质量的关系
图3－20 因工件尺寸和质量引起的铣床不同结构布局
第三章 数控机床的主体结构
3.1．数控机床的特点 3.2．数控机床的结构要求 3.3．床身 3.4．导轨副 3.5．数控机床的总体布局 复习与思考题
3.1．数控机床的特点
3.1.1．数控机床的加工特点 3.1.2．数控机床的结构特点
3.1.1．数控机床的加工特点
1．精度高、加工质量稳定 2．适应性强 3．生产效率高 4．能实现复杂零件的加工 5．大大减轻了操作者的体力劳动强度 6．有利于现代化生产管理
（d）十字形工作台加框式立柱
3.5.4．自动换刀数控卧式镗铣床（加工中心） 的总布局
（a）链式刀库与主机分离布置；
（b）链式刀库安装在主机右前方；
（c）圆盘刀库安装在立柱后侧 图3－24 带自动换刀装置的数控卧式镗铣床的几种布局方案
3.5.5．机床的使用要求与总布局（a）横床身来自（b）斜床身 （c）立床身
3.3.1．床身结构
a ) V 形筋
b ）斜方筋
图3－13 床身截面筋板布置
c ）对角筋
3.3.3．床身的刚 度
3.4．导轨副
3.4.1．数控机床对导轨的要求 3.4.2．数控机床上导轨的种类
3.4.1．数控机床对导轨的要求
1．有一定的导向精度 2．有良好的精度保持性 3．有足够的刚度 4．有良好的摩擦特性
3.5.2．运动分配与部件的布局
（a）立式主轴 （b）卧式主轴加分度工作台 （c）卧式主轴加数控转台 图 3－21 根据加工需要配置进给运动部件
3.5.3．总体布局与机床结构性能
（a）T 型床身加框式立柱； （b） T 型床身加单立柱；
（c）十字形工作台加单立柱；
图3－23 几种数控卧式镗铣床的不同结构布局方案
图3－25 数控车床三种布局方案
3.5.6．数控机床总布局的其他趋向
1．机电一体化结构 2．全封闭结构 3．机床总体布局的 CAD
复习与思考题
1．数控机床的结构有哪些要求？ 2．简述提高数控机床结构刚度应循环原则和措施。 3．何谓强迫振动？何谓自激振动？ 4．简述提高数控机床抗振性措施。 5．提高机床运动精度应采取哪些措施？ 6．减少机床热变形及其影响的措施有哪些？ 7．试述滚动导轨、静压导轨、塑料滑动导轨的特点及其应用。 8．滚动导轨主要有哪两种结构形式？各有何特点？各应用于何种场
合？ 9．简述数控机床总体设计内容。 10．机床总布局与工件形状、尺寸和重量有何关系？ 11．简述机床总布局与机床结构性能的关系？ 12．简述机床总体布局 CAD 系统组成及 CAD 设计过程。 13．设计信息自动传递是如何实现的？
3.1.2．数控机床的结构特点
3.2．数控机床的结构要求
（1）具有大的切削功率，较高的静、动态刚度和良好 的抗振性能；
（2）具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热 稳定性;
（3）具有实现辅助操作自动化的结构部件。
3.2.1．较高的结构刚度 3.2.2．良好的抗振性能 3.2.3．低速进给运动的平稳性和运动精度 3.2.4．减小机床的热变形
3.2.3．低速进给运动的平稳性和运动精度
1．减少动、静摩擦系数之差 2．提高传动系统的传动刚度
3.2.4．减小机床的热变形
1．减少机床内部热源和发热量 2．改善散热和隔热条件 3．合理设计机床的结构及布局 4．进行热变形补偿
3.3．床身
3.3.1．床身结构 3.3.2．床身截面形状 3.3.3．床身的刚度
3.4.2．数控机床上导轨的种类
1．塑料滑动导轨 （1）粘塑导轨 （2）注塑导轨
a）软带导轨的粘接
b）工作台和滑座横剖面 1－床身；2－工作台；3－下压板； 4－导轨软带；5－贴有导轨软带的镶条
图3－14 贴塑导轨
2．滚动导轨 （1）直线滚动导轨
图3－15 单元式直线滚动导轨 1－导轨体 2－侧面密封垫 3－保持器 4－滚珠 5－端面密封垫 6－端盖 7－滑块 8－润滑油杯
3.2.1．较高的结构刚度
1．合理选择构件的结构形式 （2）合理选择和布置隔板和筋板
a) b) c) d) e) f) g) 图 3－1 内部布置纵、横和交叉筋板的立柱
图3－2 壁板上的筋条种类
（3）提高构件的局部刚度
图 3－3 导轨与床身的连接形式
（4）选择焊接结构的构件
表3－1 断面 积相同时各 断面形状的