数控机床的机械结构
数控机床的典型机械结构
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)
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)
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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。
数控机床的机械结构与传动
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
数控车床结构范文
数控车床结构范文数控车床是一种使用计算机控制系统的机床，通过预先编程的方式，能够自动进行加工，并且实现极高的准确度和效率。
数控车床的结构主要包括机床床身、主轴箱、进给箱和控制系统等部分。
一、机床床身数控车床的床身是整个机床的基础，也是承载所有组件和零部件的主要结构。
床身通常由铸铁或焊接钢板制成，具有足够的刚性和稳定性，能够承受加工过程中的各种力和震动。
床身上通常有V型或者平坦的导轨，用于安装和导向主轴箱和进给箱。
二、主轴箱主轴箱是数控车床上的一个重要部件，主要用于驱动刀具和工件的相对运动。
主轴箱通常由主轴驱动装置、主轴箱壳体、主轴箱传动装置和进给机构等组成。
主轴箱壳体上安装有主轴和主轴伺服电机，主轴通过传动装置和主轴驱动装置相连，用于旋转刀具。
进给机构通常是通过主轴箱内部的螺杆、滑块和导轨等部件来实现刀具和工件的进给运动。
三、进给箱进给箱是数控车床的另一个重要部件，用于控制刀具和工件在加工过程中的进给速度和方向。
进给箱通常由进给伺服电机、进给箱壳体、进给传动装置和进给机构等部分组成。
进给伺服电机通过传动装置与进给机构相连，实现刀具和工件的进给运动。
进给箱壳体上通常装有进给选择器，用户可以通过选择器设定进给模式、进给速度和进给方向等参数。
四、控制系统控制系统是数控车床上最为重要的部分，用于实时控制和监控机床的加工过程。
控制系统通常包括机床控制器、数控软件和人机界面等部分。
机床控制器与数控软件相连，通过预先编程的方式控制数控车床的各种运动和加工参数。
人机界面通常是通过电脑显示屏和键盘等设备，用户可以通过界面输入指令、监控加工过程和调整参数等。
总结：数控车床的结构包括机床床身、主轴箱、进给箱和控制系统等部分。
机床床身是整个机床的基础，具有足够的刚性和稳定性。
主轴箱用于驱动刀具和工件的相对运动，进给箱用于控制刀具和工件的进给速度和方向。
控制系统是整个数控车床的大脑，通过预先编程的方式实现加工过程的控制和监控。
简述数控车床结构
简述数控车床结构数控车床是一种高精度、高效率的机床，它的结构设计和工作原理都非常复杂。
本文主要介绍数控车床的结构和组成部分，以及每个部分的功能和作用。
一、数控车床的结构数控车床的整体结构可以分为床身、主轴箱、进给箱、刀架、工作台等几个部分。
下面分别介绍每个部分的结构和作用。
1.床身床身是数控车床最基本的部分，它承载整个机床的重量和力量。
床身通常由铸铁或钢板制成，具有高强度和稳定性。
床身上安装了主轴箱、进给箱、刀架和工作台等组件。
2.主轴箱主轴箱是数控车床的核心部分，它包括主轴、主轴马达、主轴箱壳体、主轴前轴承和后轴承等组件。
主轴箱的主要作用是驱动工件旋转，完成车削加工。
3.进给箱进给箱是数控车床的另一个重要部分，它包括进给马达、进给螺杆、进给箱壳体、进给前轴承和后轴承等组件。
进给箱的主要作用是控制工件的进给速度和方向，完成车削加工。
4.刀架刀架是数控车床的切削部分，它包括主轴箱和进给箱中的伺服电机、刀架壳体、刀架座、刀杆、刀片等组件。
刀架的主要作用是控制刀具的位置和方向，完成车削加工。
5.工作台工作台是数控车床的工件支撑部分，它包括工作台床身、工件卡盘、工件支撑、工作台传动等组件。
工作台的主要作用是固定工件，并控制工件的旋转和进给。
二、数控车床的组成部分数控车床的组成部分主要包括数控系统、伺服系统、机械传动系统和液压系统等。
1.数控系统数控系统是数控车床的核心部分，它控制着整个机床的运动和加工过程。
数控系统包括硬件和软件两部分，硬件包括主板、数控器、显示屏等组件，软件包括编程软件、操作软件等组件。
数控系统可以实现自动化加工，提高生产效率和产品质量。
2.伺服系统伺服系统是数控车床的关键部分，它控制着刀架和进给箱的运动和位置。
伺服系统包括伺服电机、伺服驱动器、编码器等组件，它们通过信号传递和反馈控制实现精确的位置控制。
3.机械传动系统机械传动系统是数控车床的重要部分，它负责将电能转换成机械能，驱动主轴和进给箱的运动。
数控机床的机械结构
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。
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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。
数控机床机械结构
机械制造工艺与设备
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机械制造工艺与设备
数控机床机械结 构
机械结构
1.1 总体布局
数控机床通常由存储介质、输入装置、输出装置、数控 系统、伺服系统、主轴单元（含电主轴）、滚珠丝杠副和滚动 导轨副、刀库和机械手、数控回转刀架和回转工作台、高速防 护部件和机床床身等组成。
数控机床可在一次装夹下完成大量工序，重调又方便，故 适用于中、小批量生产。近年来，已开始用于汽车制造等行业 的大批量生产。从单件到大批量都可充分发挥数控机床高生产 率，低废品率，减少半成品储备，缩短生产周期，便于调整等 优点。
1.3 进给系统
一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较 和放大单元、驱动单元、机械传动装置及反馈元件等部分组 成。这里所说的机械传动装置是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。
为了确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作 稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙、减小摩擦、 减小运动惯量、提高传动精度和刚度。
1.2 主传动系统及主轴部件
数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组 件。它比普通机床的主传动系统的结构简单，这是因为其变速功 能全部或大部分由主轴电动机的无极调速来承担，省去了繁杂的 齿轮变速结构。
数控机床要求主轴调速范围大，不但有低速、大转矩功能， 而且还要有较高的速度。其主传动系统要求有较高的旋转精度和 运动精度，对于主轴的静刚度、耐磨性和抗振性要求较高。此外， 低温升和减小热变形也是对主传动系统要求的重要指标。
1.4 床身
床身是机床的主体，是整个机床的基础支承件，一般用来放 置导轨、主轴箱等重要部件。其结构对机床的性能和布局有很大 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
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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。
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CNC
4.4 数控机床的进给传动系统
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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。
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。
数控技术数控机床的机械结构
3．滚珠丝杆副间隙的调整（1）
为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚 度，必须消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙。消 除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个 螺母的相对轴向位移，使每个螺母中的滚珠 分别接触丝杆滚道的左右两侧。用这种方法 预紧消除轴向间隙时，预紧力一般应为最大 轴向负载的l/3。当要求不太高时，预紧力可 小于此值。
2．斜齿轮传动消除间隙（2）
•轴向垫片调整法 如图所示是斜齿 轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮4同时 与两个相同薄片齿轮1和2啮合，薄 片齿轮由平键和轴联接，互相不能 相对回转。斜齿轮1和2的齿形拼装 后一起加工，并与键槽保持确定的 相对位置。装配时在两薄齿轮之间 装入厚度为δ的垫片3，使薄片齿轮 1、2的螺旋线产生错位，其左右两 齿面分别与宽齿轮4的齿贴紧，消除 齿侧间隙。
数控机床的结构特点：
1.动、静刚度高 数控机床要在高速和重负荷条件下工 作，机床的床身、底座等支撑件的 变形都会影响刀架和工件之间的相 对位移，引起加工误差。机床应合 理选择结构形式、合理安排结构布 局、采用补偿变形措施和合理选用 材料来提高支撑件的静刚度和动刚 度。
2.抗震性好
机床工作时可能产生两种形态的振动：强迫振 动和自激振动。
2．斜齿轮传动消除间隙（1）
•基本思想 斜齿轮传动消除侧隙的方法与直 齿圆柱齿轮传动中双片薄齿轮消除间隙的思 路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮 啮合，只是通过不同的方法使两个薄片齿轮 沿轴向移动合适的距离后，相当于两薄片斜 齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定的角度。两 个齿轮与宽齿轮啮合时分别负责不同的方向 （正向和反向），起到消除侧隙的作用。
同步齿形带传动是一种新型的带传动。他利用齿形带的 齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动力，因而兼有带 传动、齿轮传动及链 传动的优点，且无相对滑动，平均 传动比较准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度 小、重量轻、故可用于高速传动。
数控机床的机械结构
2、广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品 3、具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
4、对机械结构、零部件的要求高
1.3 数控机床对机械结构的基本要求
1、提高机床结构的静刚度
刚度：结构在特定的激扰下抵抗变形的能力。 静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度，动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度， 即引起单位振幅所需要的动态力。 静刚度一般用结构的在静载荷作用下的变形多少来衡量，动刚度则是用结构的 固有频率来衡量；
间并联机构为基础，利用
计算机数字控制的方法， 以软件取代部分硬件，以 电气装置和电子器件取代 部分机械传动。
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23
数控机床的机械结构
3 数控机床的导轨
3.1 数控机床对导轨的基本要求 机床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等上 的导轨进行运动的,导轨的作用概括地说是对运动部件起导向和 支承作用,导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重 要作用的影响。基本要求主要有: 导向精度高; 精度保持性好; 足够的刚度; 良好的摩擦特性; 此外,导轨结构工艺性要好,便于制造和装配,便于检验、 调整和维修,而且有合理的 导轨防护和润滑措施等。
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数控机床的机械结构
3.2数控机床导轨的种类与特点
滑动导轨
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数控机床的机械结构
3.2数控机床导轨的种类与特点
滚动导轨 滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚动体,
使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦。滚动导轨与滑动导
轨相比的优点是: ①灵敏度高,且其动摩擦与静摩擦系数相差甚微,因而运动 平稳,低速移动时,不易出现爬行现象。 ②定位精度高,重复定位精度可达0.2μm。
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第二节 数控机床的主传动系统
二、主传动系统的分类（变速方式）
1、 无极变速（通过带传动的主传动） 这种方式主 要应用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床 上，电动机本身的调整就能满 足要求，不用齿轮变速，可避 免齿轮传动时引起振动和噪声 的缺点，但它只适用于低扭矩 特性要求。常用的有同步齿形 带、多楔带、V带、平带、V形 带。
第一节 数控机床机械结构的组成和特点
二、数控机床机械结构的主要特点：
5、采用低摩擦因数的导轨
为了让机床托板按照规定的方向（平行或垂直与主轴轴线的方向 ）移动（三角形导轨“定向”），以及承载切削时的切削抗力（矩形
导轨“承载”）。
6、工作台实现多种运动方式，可满足零件加工的多种要 求。 7、刀库和自动换刀装置实现了连续加工，减少了换刀时 间和工件装卸次数，提高生产效率。 8、辅助装置 保护机床，提高工件质量。
第二节 数控机床的主传动系统
一、主传动系统的组成和特点 1、组成
机床的主传动系统将电动机的扭矩或功率传递给 主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主切削 运动。主传动系统和主轴部件一般都设计成一个主轴 箱。 主要由主轴电动机、变速机构、主轴等部分组成 。
第二节 数控机床的主传动系统
一、主传动系统的组成和特点
min，但承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数控机 床主轴。
第二节 数控机床的主传动系统
三、数控机床的主轴部件
2、主轴支承 (3种主要形式) （ 3）前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承。
径向和轴向刚度高，能承受重载荷，其安装、调整性能好，
但限制了主轴转速和精度，因此可用于中等精度、低速、 重载的数控机床的主轴。
第二节 数控机床的主传动系统
三、数控机床的主轴部件 2、主轴支承 (3种主要形式) 主轴的支承应综合考虑主轴的受力状况、转速高低、
热变形大小、支承跨距、精度要求等因素，选择合适的轴
承类型及布置形式。
第二节 数控机床的主传动系统
三、数控机床的主轴部件
2、主轴支承 (3种主要形式) （1） 前支撑Leabharlann 用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触
第二节 数控机床的主传动系统
一、主传动系统的组成和特点
3) 为了降低噪声、减轻发热、减少振动，主传动 系统应简化结构，减少传动件。 4) 在加工中心上，还必须具有安装道具和刀具交换 所需要的自动夹紧装置，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。 5) 为了扩大机床的功能，实现对C轴的控制，主轴 还需安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制 。
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构 （1)滚道的法向截面形状： 1）单圆弧型面 滚道的圆弧半径略大于滚 珠半径，滚道与滚珠为点 接触，摩擦阻力小，传动 灵敏，结构工艺较简单容 易制造，但接触刚度稍差 ，且滚道径相间隙对传动 精度影响较大。
单圆弧型面
滚道的法向截面形状
第三节 数控机床的进给传动系统
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
3、间隙调整：为了保 证滚珠丝杠反向传动精 度和轴向刚度，必须消 除滚珠丝杆螺母副轴向 间隙。 1)垫片调隙法：调 整垫片厚度，使左右两 螺母产生轴向位移，消 除间隙，产生预紧力。 （如右图）
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
3、间隙调整 1)垫片调隙法：调整垫片厚度，使左右两螺母产 生轴向位移，消除间隙，产生预紧力。
双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心推力球轴
承。可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求。普遍 用于各类数控机床主轴。
第二节 数控机床的主传动系统
三、数控机床的主轴部件
2、主轴支承 (3种主要形式) （ 2）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承。向心
推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达 4000r ／
外循环滚珠丝杠
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构 （2)滚珠的循环方式： 1）外循环 滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的螺 旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。
插管式外循环滚珠丝杠
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构 （2)滚珠的循环方式： 1）外循环 特点： 结构简单，工艺性好，承载能力较高，但 径向尺寸较大。应用最为广泛，也可用于重载传动系 统。
第2章
数控机床的机械结构
1
第一节 数控机床机械结构的组成和特点
一、数控机床机械结构的主要组成部分
下图为一台小型立式加工中心的外形图。
第一节 数控机床机械结构的组成和特点
一、数控机床的主要组成部分
数控机床的主要组成部分与普通机床相类似，包括以下几个组成 部分：
（1）主传动系统及主轴部件——使刀具(或工件)产生主 切削运动。 （2）进给传动系统——使工件(或刀具)产生进给运动并 实现定位。 （3） 基础件——床身、立柱、滑座、工作台等。 （4）其他辅助装置——如液压、气动、润滑、切削液等 系统及装置。
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构 （1)滚道的法向截面形状： 2）双圆弧型面 滚道对径向间隙大小不 敏感，接触刚度较高，传动 性能优于单圆弧滚道，但制 造困难
双圆弧型面
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构 （2)滚珠的循环方式： 1）外循环 滚珠在循过程结束后 ，通过螺母外环表面上的 螺旋槽或插管返回丝杠螺 母间重新进入循环。
第二节 数控机床的主传动系统
二、主传动系统的分类（变速方式）
3、内置式调速电动机无级变速（由调速电动机直接驱 动的主传动） 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，但主轴输出的扭矩小 ，电机发热对主轴的精度影响 较大。
第二节 数控机床的主传动系统
三、数控机床的主轴部件
主轴部件作为数控机床的一个关键部件，它包括主 轴、主轴的支承、安装在主轴上传动件和密封件等。 1、主轴 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在设 计上应能保证定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸 方便，并能传递足够的扭矩。主轴端部的结构形状都 已标准化了。
第二节 数控机床的主传动系统
一、主传动系统的组成和特点
数控机床和普通机床一样，主传动系统也必须通 过变速，才能使主轴获得不同的传递，以适应不同的 加工要求，并且，在变速的同时，还要求传递一定的 功率和 足够的转矩，满足切削的需要。 数控机床作为高度自动化的设备，它对主传动系 统的基本要求有以下几点： 1)为了达到最佳的切削效果，一般都应在最佳的 切削条件下工作，因此，主轴一般都要求能自动实现 无级变速。 2)要求机床主轴系统必须具有足够高的转速和足 够大的功率，以适应高效、高速的加工需要。
第二节 数控机床的主传动系统
二、主传动系统的分类（变速方式）
2、分段无极变速（带有变速齿轮的主轴传动） 通过少数几对齿轮降速，扩 大了输出扭矩，以满足主轴的 输出扭矩特性的要求大中型数 控机床较常采用的配置方式， 确保低速时有较大的扭矩，滑 移齿轮的移位大多采用液压拨 叉或直接由液压缸驱动齿轮来 实现。 大、中型数控机床采用的一 种配置方式。
2、特点： 1)采用直流或交流电动机，有较宽的调速范围，能迅 速可靠地实现无级调速，使切削始终处于最佳运行状 态。 2)变速机构结构简单。电动机可以直接连接主轴和滚 珠丝杠，齿轮、轴类零件、轴承的数量大为减少。 3) 变速迅速可靠。 4)主轴具有较高的回转精度，足够的刚度和抗振性， 较好的热稳定性，动态响应好。主轴转速高、功率大 ，能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高 效率加工。
第一节 数控机床机械结构的组成和特点
一、数控机床的主要组成部分
1、主要部件：主传动装置、进给传动装置、工作台、床身 等。 2、辅助装置：刀库、自动换刀装置、润滑装置、冷却装置 、排屑装置等
第一节 数控机床机械结构的组成和特点
二、数控机床机械结构的主要特点：
1、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 精刚度。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。
第一节 数控机床机械结构的组成和特点
二、数控机床机械结构的主要特点：
2、具有较好的热稳定性 机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。 由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通 机床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、丝杠、 轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削产生的切屑 的影响，使得数控机床的热变性影响比普通机床要严重得 多。 虽然在先进的数控系统具有热变性补偿功能，但是它 并不能完全消除热变性对于加工精度的影响，在数控机床 上还应采取必要的措施，尽可能减小机床的热变性。
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构
（2)滚珠的循环方式： 2）内循环： 靠螺母上安装的反向器 接通相邻滚道，使滚珠成 单圈循环。反向器2的数目 与滚珠圈数相等。
内循环式滚珠丝杠结构
第三节 数控机床的进给传动系统
二、滚珠丝杠螺母副
2、结构
（2)滚珠的循环方式： 2）内循环： 特点：结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损 失小，制造较困难，适用于高灵敏、高精度的进给系统 。
二、滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是一种在丝杠与螺母间装有滚珠 作为中间传动元件的丝杠副，是直线运动与回转运动 能相互转换的传动装置。当丝杠旋转时，滚珠在滚道 内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母（或丝杠 ）轴向移动。
1-丝杠