数控机床的典型机械结构

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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。

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。
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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。

数控机床常用的主传动的机械结构

数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等。

对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的切屑消除装置。

1．主轴轴承的配置形式数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用向心推力球轴承，如图2-30（a）所示。

（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图2-30（b）所示。

（3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图2-30（c）所示。

在主轴的结构上必须处理好卡盘或刀具的安装、主轴的卸荷、主轴轴承的定位、间隙调整、主轴部件的润滑和密封等问题。

对于某些立式数控加工中心，还必须处理好主轴部件的平衡问题。

2．主轴的自动装夹和切屑消除装置在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有自动夹紧机构。

例如自动换刀数控立式镗铣床（JCS-018）的主轴部件如图2-31所示。

3．主轴准停装置加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽，同时使每次装刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，从而可提高孔加工时孔径的一致性。

另外，一些特殊工艺要求，如在通过前壁小孔镗内壁的同轴大孔，或进行反倒角等加工时，也要求主轴实现准停，使刀尖停在一个固定的方位上，以便主轴偏移一定尺寸后，使大刀刃能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。

目前，主轴准停装置很多，主要分为机械式和电气式两种。

JCS-018加工中心采用电气准停装置，其原理见图2-32。

在带动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体的对应于主轴准停的位置上，装有磁传感器2。

当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，在主轴以最低转速慢转几圈、永久磁铁3对准磁传感器2时，磁传感器发出准停信号，该信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机停在规定的周向位置上。

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

数控机床的典型结构与部件

第2章数控机床的典型结构与部件2.1 数控机床的结构特点及要求2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。

（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。

（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。

（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。

（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。

2.1.2数控机床的结构要求及措施1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。

而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。

因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。

为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。

1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。

2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。

表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。

从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。

表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度1 1 11.24 1.17 1.381.34 1.21 8.861.63 1.32 17.73）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。

常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。

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

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• 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。
具有高灵敏度。导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨和静压导轨等 , 以减少摩擦力, 在低速运动时无爬行现象。数控机床的工作台、刀架等部件的移动, 由步进、直流或交流伺服电动机驱动, 经滚珠丝杠传动。主轴既要在高刚度、高速下回转, 又要有高灵敏度, 因而多数采用滚动轴承和静压轴承。 • ３. 高抗振性 • 数控机床的一些运动部件, 除了应具有高刚度、高灵敏度外, 还应具有高抗振性。
度地预防运动部件、频繁动作的刀库和换刀机构等部件的故障, 以便使数控机床能长期而可靠地工作。
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５. ２数控机床主轴系统
• ５. ２. １数控机床对主轴系统的性能要求
• 数控机床主轴系统是数控机床的主运动传动系统, 它是数控机床的重要组成部分之一。数控机床主轴运动是机床成形运动之一, 它的运动精度、转速范围、传递功率和动力特性,决定了数控机床的加工精度、加工效率和加工工艺能力。数控机床的主轴系统除应满足普通机床主传动要求外, 还必须满足以下性能要求。
• １. 高刚度 • 因为数控机床要在高速、重切削条件下工作, 因此数控机床的床身、
工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件, 均需有很高的刚度, 工作中应无变形和振动。
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５. １数控机床的机械结构概述
• ２. 高灵敏度 • 数控机床在自动状态下工作, 精度要求比普通机床高, 因而运动部件应
第５章数控机床的典型机械结构
• ５. １数控机床的机械结构概述 • ５. ２数控机床主轴系统 • ５. ３数控机床进给传动系统 • ５. ４导轨 • ５. ５机床支承件
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５. １数控机床的机械结构概述来自• ５. １. １数控机床机械结构的主要组成
• 数控机床是按照预先编好的程序进行加工的, 在加工过程中不需要人工干预, 故要求数控机床的结构精密、完善且能长时间稳定可靠的工作, 以满足重复加工过程。随着数控机床的发展, 对数控机床的生产率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求。传统机床的某些基本结构限制着数控机床技术性能的发挥, 因此, 现代数控机床在机械结构上有许多地方与普通机床存在着显著不同。
• ５. ２. ２主轴的传动方式
• 数控机床的主轴传动要求有较大的调速范围, 以保证加工时能选用合理的切削用量, 从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
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５. ２数控机床主轴系统
• 数控机床的变速是按照控制指令自动进行的,因此变速机构必须适应自动操作的要求。大多数数控机床采用无级变速系统, 其主轴传动系统主要有以下几种传动方式。
• (１) 主传动系统。 • (２) 进给传动系统。 • (３) 实现某些部件动作与辅助功能的系统和装置, 如液压、气动、润
滑、冷却等系统,排屑、防护等装置, 刀架和自动换刀装置, 自动托盘交换装置。 • (４) 特殊功能装置, 如刀具破损监控装置, 对刀仪、精度检测和监控装置等。
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５. １数控机床的机械结构概述
• 机床基础件通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等, 它们是整台机床的基础和框架。机床的其他零部件固定在基础件上, 或工作时在其导轨上运动。
• ５. １. ２数控机床机械结构的特点
• 为了保证高精度、高效率的加工, 数控机床的结构应具有以下特点并达到以下要求。
• 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。
• １. 具有更大的调速范围, 并实现无级调速 • 为了保证在加工时能选用合理的切削用量, 充分发挥刀具的性能, 要求
数控机床主轴系统有更高的转速和更大的调速范围。
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５. ２数控机床主轴系统
• 对于可自动换刀的数控机床, 工件一次装夹要完成多个工序的加工, 所以为了适应各种工序和各种加工材质的要求, 主传动的调速范围还应进一步扩大。
工精度, 要求数控机床具有较高的精度保持性, 故要正确选择有关零件的材料, 防止使用中的变形和快速磨损。
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５. １数控机床的机械结构概述
• 另外还要采取一些工艺性措施, 如淬火、磨削导轨、粘贴抗磨塑料导轨等, 以提高运动部件的耐磨性。
• ６. 高可靠性 • 数控机床在连续工作条件下要有较高的可靠性。数控机床要最大限
• １. 调速电动机直接驱动主轴传动方式 • 这种传动方式的结构简图如图５－１ (ａ) 所示, 主轴传动由电动机直
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５. １数控机床的机械结构概述
• 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低表面粗糙度。另外, 特别要避免切削时的谐振。
• ４. 热变形小 • 为保证部件的运动精度, 要求数控机床的主轴、工作台、刀架等运动
部件的发热量小,以防止产生热变形。 • ５. 高精度保持性 • 在高速、强力切削下满载工作时, 为保证数控机床长期具有稳定的加

数控机床的典型机械结构