数控机床主轴系统工作原理
数控机床各组成部分结构及控制原理
F≥0，则进给＋x 若
F<0，则进给＋y
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用递推法简化计算方法
结论：第一象限
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
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3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
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迹上伸长或缩短一个刀具半径。
刀具半径补偿进行：
❖ 维持所建立的刀补状态，直至撤消。刀具中心轨迹始 终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。
撤消刀具半径补偿： ❖ 刀具撤离工件，返回起刀点。用G40。
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3.刀具半径补偿计算
直线刀具补偿计算（考虑推导过程） X’＝X+△X Y’＝Y+△Y △X＝r.sinα △Y＝－r.cosα X’＝X+r.Y/（X2+Y2）0.5 Y’＝Y－r.Y/（X2+Y2）0.5
问题：当尖角过渡为内轮廓时，会出现工件的 过切现象。引入C功能刀具半径补偿。
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4. C功能刀具半径补偿
C刀补是为解决上述尖角过渡问题而设计的，专门处理 两个程序段间转接的各种情况。
在C刀补中，为了避免下一段加工轨迹对本段加工轨迹 的影响，在计算本程序段的刀具中心轨迹时，提前将下 一段程序读入，根据它们之间转换的具体情况，做出适 当地处理。
2 数控机床各组成部分的结构及其控制原理
课程内容
❖ 2.1 数控系统的控制原理 ❖ 2.2 计算机数控装置 ❖ 2.3数控机床的位置检测装置 ❖ 2.4 数控机床的进给伺服系统 ❖ 2.5 数控机床的主轴驱动及其机械结构 ❖ 2.6 可编程序控制器在数控机床上的应用
数控铣床及加工中心基本工作原理
为坐标系的原点，建立一个新的坐标系，这个新的坐标系就是工作坐标系 （编程坐标系）。 编程原点选择原则： 原则1：编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。 原则2：尽量选择便于对刀的位置。
工作坐标系的设定： 方法一 ：在机床坐标系中直接设定加工原点。 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。 方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系。 加工坐标系的原点可设定在相对于刀具起始点的某一符合加工要求的空
上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向， 这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。
在铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用
机床坐标系来描述。
标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定： （1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代 表Y坐标，中指代表Z坐标。 （2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向 为Z坐标的正方向。 （3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则， 大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐 标A、B、C的正向。
标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系 决定。
笛卡儿坐标系只表明了六个坐标之间的关系，而对于数控机床坐标方向 的判断则有如下规定：
原则一：刀具相对于静止的工件坐标而运动： 原则二：坐标正方向判断顺序先Z后X再Y。
在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床
机床回零操作应注意以下几点：
（1）、当机床工作台或主轴当前位置接近机床零点或处于超程状态时，此 时应采用手动模式，将机床工作台或主轴移至各轴行程中间位置，否则 无法完成回零操作。
第4章数控机床主运动及控制.ppt
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4. 3主轴的分段无级变速控制
3.不需要分段无级变速的传动 (1)通过带传动的主传动 这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的机床，电动机本 身的调速就能够满足要求，不用齿轮，可以避免由齿轮传动时引起的 振动和噪声。它适用于对高速、低转矩特性有要求的主轴。常用的是 同步齿形带，如见图4一17所示。
第4章数控机床主运动及控制
4. 1数控机床主运动要求及主轴支承 4. 2数控机床主轴驱动 4. 3主轴的分段无级变速控制 4. 4主轴准停、自动换刀机构、同步运行、恒线速
度
4. 1数控机床主运动要求及主轴支承
4.1.1数控机床对主运动系统的要求
1.足够的调速范围 2.足够的输出功率、切削力矩 3.主轴自动化控制 4.主轴的旋转精度和运动精度 5.主轴的静刚度和抗振性 6.主轴组件的耐磨性 7.良好的抗振性和热稳定性
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4. 2数控机床主轴驱动
4. 2. 3主轴电动机驱动特性曲线
典型的主轴电动机驱动的工作特性曲线如图4 -8所示。由于矢量 变换控制的交流驱动具有与直流驱动相似的数学模型，以直流驱动的 数学模型进行分析。
由曲线可见，主轴转速在基本速度n0以左属于恒转矩调速，用改 变电枢电压方法来实现，其调速基本公式为:
造成主轴径向圆跳动的主要原因有:轴径与轴孔圆度不高、轴承 滚道的形状误差、轴与孔安装后不同心以及滚动体误差等，在加工中 都将造成工件的形状误差。
简述机床的工作原理
简述机床的工作原理
机床是制造业中广泛应用的一种重要设备，主要用于加工金属和其他硬质材料。
它通过切削、钻孔、镗制等方法对工件进行加工，从而得到精确的形状和尺寸。
机床的工作原理主要包括以下几个方面：
1.主轴运转：机床的主轴是用来安装刀具或砂轮的轴，通过电机驱动
主轴转动。
主轴的转速和方向可以根据加工要求进行调节，保证加工质量。
2.进给系统：进给系统是机床实现工件移动和切削的一个重要部分，
它包括主轴进给和工件进给。
主轴进给控制刀具的进给速度和切削深度，而工件进给则控制工件在加工过程中的移动速度和方向。
3.刀具运动：刀具在机床上的运动是实现加工的关键步骤，它决定了
加工的精度和效率。
刀具可以根据加工要求进行不同的运动方式，如直线运动、旋转运动等。
4.冷却润滑：在机床加工过程中，刀具和工件之间会产生大量的摩擦
和热量，为了保证加工质量和延长工具寿命，通常会使用冷却润滑系统对刀具和工件进行冷却和润滑。
5.数控系统：随着科技的发展，越来越多的机床采用数控技术，即采
用计算机控制系统对机床进行控制和调节。
数控系统可以实现复杂加工工艺，并提高生产效率和加工精度。
综上所述，机床的工作原理主要包括主轴运转、进给系统、刀具运动、冷却润
滑和数控系统等方面，通过这些组成部分的协调配合，机床可以实现对工件的精确加工，为制造业的发展提供了重要支持和保障。
数控加工的原理
数控加工的原理数控加工是一种利用计算机控制系统来控制和操作工件加工的自动化加工方式。
与传统的手工操作和数控机床的加工方式相比，数控加工具有更高的加工精度、更高的加工效率和更广泛的加工范围。
数控加工的原理主要可以分为以下几个方面：1. 数控加工的基本原理数控加工的基本原理是通过计算机控制系统来指导机床的运动，实现对工件加工的控制和操作。
首先，在计算机上编写相应的加工程序，对工件进行数学描述和几何建模，确定所需加工的运动轨迹和加工参数。
然后，将编写好的加工程序通过电子设备传输到数控机床控制系统中，控制系统根据程序指令来控制机床执行相应的加工操作。
最后，机床根据程序指令来控制各个轴向的运动、刀具的进给和转速等参数，实现对工件的加工。
2. 数控加工的数学描述和几何建模数控加工通过对工件进行数学描述和几何建模来确定加工的轨迹和参数。
工件的数学描述一般使用曲线和曲面方程等数学表达式来表示。
例如，在平面铣削中，可以使用二维曲线方程来描述加工轨迹；在立体雕刻中，可以使用三维曲面方程来描述加工轨迹。
几何建模一般使用CAD（计算机辅助设计）系统进行，通过绘制工件的草图、控制曲线和曲面的参数等来生成工件的几何模型。
3. 数控加工的轴向控制数控加工通过控制各个轴向的运动来实现对工件的加工。
数控机床一般具有多个轴向，如X轴、Y轴和Z轴等，分别代表机床的水平、纵向和垂直方向。
通过控制各个轴向的运动，可以实现对工件的位置定位、进给和切削等操作。
轴向的控制一般通过伺服电机、传动装置和控制系统等来实现。
控制系统通过发送电信号给伺服电机，通过传动装置将电动机的旋转运动转化为线性运动，来控制机床的各个轴向。
4. 数控加工的刀具控制数控加工通过控制刀具的进给和转速等参数来实现对工件的切削操作。
刀具的进给一般通过控制刀具在轴向上的运动来实现，可以分为快速进给和工作进给两种。
快速进给是指刀具在非切削过程中的运动，用于机床的快速定位和定位间的移动。
数控机床原理与结构分析第5章数控机床的进给系统
contents
目录
• 引言 • 数控机床的进给系统原理 • 数控机床的进给系统结构 • 数控机床的进给系统性能分析 • 数控机床的进给系统维护与保养 • 结论
01 引言
数控机床的进给系统概述
数控机床的进给系统是实现切削加工的重要组成部分，它负 责将主轴的旋转运动传递到工作台或刀具上，以完成工件的 加工。
进给系统的热误差分析
热误差产生原因
热误差是由于进给系统在工作过程中受到热源影响，导致机械部件受热变形和温度升高， 从而影响进给系统的运动精度。热误差主要来源于传动元件、轴承、导轨等部件的受热
变形。
热误差补偿技术
为了减小热误差对进给系统性能的影响，可以采用热误差补偿技术。热误差补偿技术包括温 度检测、误差建模和补偿算法等环节，通过实时监测进给系统的温度变化，建立热误差模型
进给系统由电动机、传动装置、丝杠、工作台等组成，通过 控制电动机的旋转运动，经过一系列的传动装置，最终转化 为工作台或刀具的直线运动。
进给系统在数控机床中的重要性
进给系统是数控机床实现高精度、高效率加工的关键因素之一，其性能直接影响 着加工质量和生产效率。
随着现代制造业的发展，对数控机床的加工精度和效率要求越来越高，因此，对 进给系统的性能要求也越来越高。进给系统的性能优劣直接决定了数控机床的性 能和市场竞争力。
，并采用相应的补偿算法对热误差进行补偿，可以有效提高进给系统的运动精度。
05 数控机床的进给系统维护 与保养
进给系统的日常维护
每日检查
01
检查进给系统各部件是否正常，如导轨、丝杠、轴承等，确保
无异常声音和振动。
润滑保养
02
数控机床的主传动系统
数控机床的主传动系统一、主传动装置1．数控机床主传动系统的特点（1）转速高、功率大(2）调速范围宽（3）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（4）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和高的耐磨性能（5）在加工中心上，还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、机械手的正确啮合。
（6)为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现C轴功能（主轴回转角度的控制）2．数控机床主传动装置（1）带有二级齿轮的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。
（2)采用定比传动装置定比传动装置常用同步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。
（3）采用电主轴电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,主轴部件的刚性更好。
但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大,需对主轴进行强制冷却.二、主轴结构1．数控车床主轴部件结构1、5—螺钉；2—带轮连接盘；3、15、16—螺钉；4—端盖；6—圆柱滚珠轴承；7、9、11、12—挡圈；8—热调整套；10、13、17—角接触球轴承；14—卡盘过渡盘；18—主轴；19—主轴箱箱体数控车床主轴部件结构示意图1—驱动爪；2—卡爪；3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸；6、7—行程开关液压驱动动力的自定心夹盘2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构（1）刀具夹紧装置和切屑清除装置1－刀架；2－拉钉；3－主轴；4-拉杆；5－碟形弹簧；6－活塞；7－液压缸（或气缸）；8、10－行程开关；9－压缩空气管接头；11－弹簧；12－钢球；13－端面键数控立式加工中心主轴部件（2)主轴准停装置1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴主轴准停装置的工作原理3．内装电主轴的主轴部件结构1－刀具系统；2、9－捕捉轴承；3、8－传感器；4、7－径向轴承；5－轴向推力轴承；6－高频电动机；10－冷却水管路；11－气－液压力放大器用磁悬浮轴承的高速加工中心电主轴部件1—转子；2—定子；3—箱体；4—主轴数控车床电主轴部件电主轴主要融合了以下技术：（1）高速电机技术其关键技术是高速度下的动平衡。
请简述数控立式加工中心的工作原理
请简述数控立式加工中心的工作原理数控立式加工中心是一种高效、精确的加工设备，它采用计算机数控技术，实现对工件进行立式加工。
下面将从工作原理、组成结构和加工过程三个方面进行详细介绍。
一、工作原理数控立式加工中心的工作原理主要包括计算机控制系统、驱动系统和工作台三个方面。
计算机控制系统负责接收和处理加工程序，将其转换为机床运动指令。
驱动系统根据指令控制各个轴向的运动，实现工件在空间中的定位和加工工艺。
工作台则固定工件，使其能够在加工过程中保持稳定。
二、组成结构数控立式加工中心的组成结构主要包括机床主体、工作台、主轴和刀库。
机床主体是整个设备的支撑部分，包括床身、立柱和横梁。
工作台则是用于固定工件的平台，可以根据需要进行旋转、倾斜等运动。
主轴是加工中心的核心部件，负责驱动刀具进行切削加工。
刀库则用于存放不同类型的刀具，方便根据加工需要进行更换。
三、加工过程数控立式加工中心的加工过程主要包括工件装夹、刀具选择、工艺参数设置、加工程序编写和加工过程监控等步骤。
首先，将待加工的工件装夹在工作台上，并进行固定。
然后，根据工件的形状和加工要求选择合适的刀具，并将其安装在主轴上。
接下来，根据加工要求设置合适的切削速度、进给速度和切削深度等工艺参数。
然后，根据工艺要求编写加工程序，并将其输入到计算机控制系统中。
最后，启动机床，监控加工过程，确保加工精度和工件质量。
数控立式加工中心通过计算机控制系统、驱动系统和工作台等组成部分，实现对工件的立式加工。
其工作原理是通过计算机控制系统接收和处理加工程序，驱动系统控制各个轴向的运动，工作台固定工件，并通过主轴驱动刀具进行切削加工。
加工过程包括工件装夹、刀具选择、工艺参数设置、加工程序编写和加工过程监控等步骤。
数控立式加工中心的应用广泛，可以用于各种金属、塑料等材料的加工，具有高效、精确的特点，为工业生产提供了重要的支持。
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。
数控立式车床的组成与工作原理
数控立式车床的组成与工作原理1. 组成数控立式车床是一种自动化、高精度、高效率的机床。
它由以下几部分组成：1.1 主体结构主体结构由床身、主轴箱、伺服电机、工作台、电控柜等组成。
床身为整体式铸件，具有很好的稳定性和刚性。
主轴箱安装在床身上，主轴齿轮装配于主轴箱中，通过伺服电机驱动主轴箱旋转，使工件得到加工。
1.2 控制系统控制系统由数控装置、电器控制装置、输入设备和输出装置等组成。
数控装置是数控立式车床的核心部件，它可以实现多轴联动、圆弧插补、坐标变换、误差补偿和切削参数的预设等功能。
输入设备可包括手动输入和数字化探伸输入，输出装置包括数码显示器和工件加工状态指示器。
整个控制系统能实现数控加工过程的自动化控制。
1.3 刀具刀杆刀具刀杆由车刀塔、车刀架、切削刀杆等组成，它们是实现数控加工的重要组成部件。
刀具刀杆的类型、数量和形状等取决于所要加工的工件以及加工过程中切割的材料。
1.4 冷却润滑系统冷却润滑系统包括油泵、油管、喷嘴等组成部分。
在加工过程中，工件和刀具会产生高温，需要通过冷却润滑系统将切屑清除掉，同时冷却工具和工件，保证加工质量。
2. 工作原理数控立式车床的工作原理是由控制系统发出指令，通过伺服电机和刀具刀杆进行加工。
其具体过程如下：1.进行加工前，需将工件和刀具放置到车床上，确定好相对位置和固定方式。
2.通过数控装置输入相应的加工程序，并设置好刀具刀杆的位置及转速等参数。
控制系统将这些信息转换成电信号发送给伺服电机，实现刀具的定位和方向操作。
3.伺服电机启动后，通过刀具刀杆带动刀具旋转，同时油泵将冷却润滑液喷洒到加工区，确保切削过程中的清洁和冷却。
4.在工作台坐标系内切入加工区，根据预先确定的加工路线和切削参数进行加工操作，实现加工工艺的自动化控制。
5.切削过程中，控制系统会不断通过反馈信息对加工数据进行调整，确保切削精度和加工质量。
6.加工结束后，关闭冷却润滑液、收回刀具等组成部分，清理工作区和床身面，保持机床的清洁和整洁。
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数控机床主轴系统工作原理
数控机床主轴系统是数控机床的核心部件之一，它承担着驱动、传动和加工的重要功能。
主轴系统的工作原理涉及到多种技术和原理，包括机械传动、电气控制、传感器反馈
等多方面的知识。
下面将详细介绍数控机床主轴系统的工作原理。
一、数控机床主轴系统的构成
数控机床主轴系统通常包括主轴、主轴驱动装置、主轴轴承、主轴传动装置、主轴控
制装置等部件。
主轴是数控机床进行加工的核心部件，主要承担着旋转刀具或工件在加工
过程中的旋转动力传递和定位。
主轴驱动装置通常由电机、变速箱或变频器、联轴器等组成，用于提供主轴驱动所需要的动力和转速范围。
主轴轴承则负责支撑和定位主轴，承受
加工过程中所产生的轴向和径向载荷。
主轴传动装置包括传动皮带、齿轮、传动轴等，用
于将电机提供的动力传递给主轴。
主轴控制装置主要包括主轴的运行状态监测、转速控制、温度控制等功能。
二、数控机床主轴系统的工作原理
1. 主轴的运行状态控制
主轴的运行状态通常包括启动、停止、加速、减速、定速等几种状态。
数控机床的主
轴系统通过控制电机的开关和转速，实现主轴的启动、停止和转速调节。
通过电气控制系统，可以实现对主轴启动和停止的控制，同时可以通过变频器实现对主轴转速的调节。
2. 主轴传动系统
主轴传动系统通常采用齿轮传动、带传动或直接联轴的形式。
在齿轮传动系统中，通
过齿轮的组合来实现主轴的转速变换；在带传动系统中，通过皮带的松紧程度来调节主轴
的转速；在直接联轴系统中，主轴直接与电机通过联轴器连接，实现直接驱动。
3. 主轴轴承系统
主轴轴承系统的设计对主轴的稳定性和精度有着重要的影响。
主轴轴承通常采用滚动
轴承或滑动轴承，具有高刚性、高转速和高精度的特点。
为了保证主轴在工作过程中的稳
定性和耐磨性，通常会对主轴轴承进行润滑和冷却。
4. 主轴的位置控制
在数控机床加工过程中，对于主轴的位置控制至关重要。
通过编程、传感器反馈等方式，可以实现对主轴位置的准确定位和控制。
传感器可以用来检测主轴的转速、角度等参数，并将这些参数反馈给数控系统，从而实现对主轴位置的实时监控和控制。
5. 主轴的温度控制
在加工过程中，主轴往往会因为高速运转而产生较大的热量。
为了保证主轴的稳定性和使用寿命，通常会在主轴内部设置冷却系统，通过冷却润滑剂或冷却水将主轴的温度控制在一定范围内。
三、数控机床主轴系统的发展趋势
随着科技的发展和制造业的需求，数控机床主轴系统在技术上也在不断创新和进步。
未来数控机床主轴系统的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 高速化和高精度化：随着加工要求的不断提高，数控机床主轴系统需要不断提高转速和精度，以满足更高水平的加工需求。
2. 智能化控制：未来数控机床主轴系统将更加智能化，通过传感器反馈和自动控制算法，实现对主轴的自动调节和优化。
3. 节能环保：未来数控机床主轴系统将更加注重节能和环保设计，通过优化润滑和冷却系统，减小系统能耗和环境污染。
4. 多功能集成：未来数控机床主轴系统将趋向于多功能集成，同时具备多种加工功能和自适应加工能力。
数控机床主轴系统是数控机床的核心组成部分，其工作原理涉及机械、电气、传感器等多个方面的知识。
随着科技的不断发展和制造业的需求变化，数控机床主轴系统也在不断创新和进步，向着高速化、智能化、节能环保和多功能集成的方向发展。