数控机床的结构构成

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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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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。

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

数控机床的组成

轮廓控制系统也称连续切削控制系统，是指数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。它不仅能控制移动部件从一个点淮确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。应用这类控制系统的有数控铣床、数控车床、数控齿轮加工机床和加工中心等。下图是轮廓控制加工示意图。
机床本体
数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件，如工作台、拖板及其传动部件，床身、立柱等支承部件；此外，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，与普通机床相比，应具有更好的抗振性和刚度，要求相对运动面的摩擦因数要小，进给传动部分之间的间隙要小。所以其设计要求比通用机床更严格，加工制造要求精密，并采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。辅助控制装置包括刀库的转位换刀、液压泵、冷却泵等控制接口电路。
数控机床的组成
CNC系统电气控制装置
辅助装置
机床操作面板
PLC 装置
主轴伺服单元
主轴驱动装置
机床本体
输入/ 输出设备
进给伺服单元 CNC 数控装置
进给驱动装置
测量装置
CNC系统
电气控制装置
辅助装置
机床操作面板
PLC 装置
主轴伺服单元
主轴驱动装置
机床本体
输入/ 输出设备
进给伺服单元 CNC 数控装置
进给驱动装置
测量装置
输入输出装置
1、操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具组成：按钮站/状态灯/按键阵列/ 显示器。下图为西门子的一款数控系统的操作面板，

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。

数控机床的组成和分类

可分为2轴控制，2.5轴控制，3-5轴控制。
二、数控机床的基本类型
2. 按伺服系统控制方式分类（1）开环伺服系统
特点：不带位置测量元件，对执行机构的动作情况不进行检查，控制精度较低，成本较低。如：步进电机伺服系统。其精度主要取决于伺服元件和机床传动元件。
开环控制系统框图
二、数控机床的基本类型
3.伺服驱动系统（装置）（1）伺服驱动装置包括：主轴驱动单元-实现速度控制；进给驱动单元-实现速度控制和位置控制；回转工作台和刀库伺服控制装置+相应的伺服电机；安装在伺服电机（或机床的执行部件）上的速度、位移检测元件及其电路；（常用的检测装置-测速电机、旋转变压器、脉冲编码器、感应同步器、光栅、磁性检测元件、霍尔检测元件）
数控机床的组成和分类
一、数控机床的组成
数控机床由信息输入、信息运算及控制、伺服驱动系统、机床本体、机电接口等五大部分组成。
CRT
信
磁盘
息
运
手摇脉冲
算
发生器
控
制
信息
接口
机电接口
冷却液电动机限位开关
位
速
机
置
度Leabharlann 床控控本
制
制
体
速度反馈
位置反馈
数控机床的组成示意图
一、数控机床的组成
1.信息输入磁盘输入；手动数据输入（MDI）-按键+显示器CRT；手摇脉冲发生器（电子手轮）输入-调整机床、对刀；通讯接口输入-由上位机输入；
（2）板材加工类数控机床：数控压力机、数控折弯机、数控剪板机等等；
（3）特种加工类数控机床：数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控激光加工机床等等；

数控车床的结构

数控车床的结构
数控车床由数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和帮助系统等部分组成。

1.液压卡盘和液压尾架
液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转零件可采纳一般液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采纳专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采纳弹簧卡盘。

对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采纳安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。

2．数控车床的刀架
刀架是数控车床特别重要的部件。

数控车床依据其功能，刀架上可安装的刀具数量一般为8把、10把、12把，有些数控车床可以安装更多的刀具。

刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。

车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。

少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。

数控车床可以配备两种刀架：
( 1 )专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。

这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。

( 2 )通用刀架依据肯定的通用标准（如VDI，德国工程师协会）而
生产的刀架，数控车床生产厂商可以依据数控车床的功能要求进行选择配置。

3．铣削动力头
数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工力量。

4．数控车床的刀具
在数控车床或车削加工中心上加工零件时，应依据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地支配刀具在刀架上的位置，并留意避开刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件及刀具相互之间的干涉现象。

数控车床上常用的刀具如图所示。

数控机床基本结构组成

数控机床基本结构组成
1、控制介质：以指令的形式记载加工信息的中间媒介物。

2、数控系统：数控装置是数控机床的核心。

数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大部分组成。

3、伺服系统：伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。

4、辅助控制系统：辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。

5、机床本体：机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。

数控车床的组成

数控车床的组成数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。

下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。

加工程序载体数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。

零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。

将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。

数控装置数控装置是数控机床的核心。

现代数控装置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。

CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。

因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。

而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。

1）输入装置：将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。

主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC（直接数控）输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。

（1）纸带输入方式。

可用纸带光电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可以将纸带内容读入存储器，用存储器中储存的零件程序控制机床运动。

（2）MDI手动数据输入方式。

操作者可利用操作面板上的键盘输入加工程序的指令，它适用于比较短的程序。

在控制装置编辑状态（EDIT）下，用软件输入加工程序，并存入控制装置的存储器中，这种输入方法可重复使用程序。

一般手工编程均采用这种方法。

在具有会话编程功能的数控装置上，可按照显示器上提示的问题，选择不同的菜单，用人机对话的方法，输入有关的尺寸数字，就可自动生成加工程序。

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。

数控机床的四大组成部分

数控机床的四大组成部分
数控机床的四大组成部分数控机床主要由主机部分、控制部分、驱动装置和辅助装置四部分组成。

（1）主机部分它是数控机床的主体，是数控机床的机械部件。

它包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给机构等组成。

（2）控制部分控制部分又称CNC装置，它是控制机床的核心，一般是一台机床专用控制计算机（包括机床印制板电路、屏幕显示器、键盘、纸带、磁带、驱动电路等）。

输入到控制部分的程序指令记录在信息载体上由程序读入装置接收，或由控制部分的键盘直接手动输入。

（3）驱动装置驱动装置是数控机床的执行机构的驱动部件，包括主轴电机、进给伺服电机等。

（4）辅助装置辅助装置是指数控机床的一些配套部件，包括液压、气动装置及冷却系统和排泄装置、防护设备等。

数控机床应用数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。

它综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，使用了多种传感器，在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等，主要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。

1、数控机床对传感器的要求1）可靠性高和抗干扰性强；
2）满足精度和速度的要求；
3）使用维护方便，适合机床运行环境；
4）成本低。

不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中。

数控机床的组成及基本工作原理

1．2 数控机床的组成及基本工作原理一、数控机床组成数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。

1、程序的存储介质，又称程序载体1)穿孔纸带（过时、淘汰）；2)盒式磁带（过时、淘汰）；3)软盘、磁盘、U盘；4)通信。

2、输人/输出装置1)对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）；2)对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）；3)对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；4)现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)；5)DNC网络通讯、RS232串口通讯。

3、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。

CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。

其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。

准备功能：G00,G01,G02,G03,辅助功能：M03，M04刀具、进给速度、主轴：T，F，S4、伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。

它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。

对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。

每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。

如三轴联动的机床就有三套驱动系统。

脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。

常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。

5、位置反馈系统（检测反馈系统）伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。

包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。

（作业：让同学们网上查找反馈元件，下节课用5分钟自述所查内容）反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。

数控机床的组成

数控机床的组成随着计算机技术的发展，数控机床广泛采用了计算机数控（CNC）系统，如图1所示：其组成包括：加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、反馈系统、辅助控制装置和机床本体组成。

图1数控机床的组成（一）加工程序数控机床工作时，不需要工人直接去操作，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。

加工程序是数控机床自动加工零件的工作指令。

在对加工零件进行工艺分析的基础上确定：零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线或加工顺序；主运动的启、停、换向、变速；进给运动的速度、位移大小等工艺参数，以及辅助装置的动作。

这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，然后用标准的由文字、数字和符号组成的数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。

编制程序的工作可由人工进行，或者在数控机床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。

编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、录音磁卡、软磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。

（二）输入装置输人装置的作用是将控制介质（信息载体）上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控系统内。

根据程序存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、录音机或软盘驱动器有些数控机床，不用任何程序存储载体，而是将数控程序单的内容通过数控系统上的键盘，用手工方式(MDI方式)输入或者将数控程序由编程计算机用通信方式传送到数控系统中。

（三）数控系统数控系统是一种位置控制系统，是机床自动化加工的核心。

主要有主控制系统、运算器、存储器、输入输出接口五大部分组成。

进行零件加工时，总是先将编写好的零件程序输入到系统的内存中，而后系统根据输入的程序段插补出理想的轨迹，并控制执行部件加工出合格的零件。

数控系统接受输入装置送来的脉冲信息，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令来控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。

数控机床的结构构成

数控机床的机械结构概述ppt(52张)

第6章 数控机床的机械结构

数控机床的组成

数控机床的原理及组成结构

数控机床的组成和分类

数控车床的结构

数控机床基本结构组成

数控车床的组成

数控机床的结构概述

数控机床的四大组成部分

数控机床的组成及基本工作原理

数控机床的组成

第6章数控机床的机械结构