第四章数控机床机械结构与特点
数控机床组成工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点姓名：赵凯学号：090203126摘要世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。
美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。
我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。
未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。
美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。
因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。
目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程。
本文主要讨论的是数控机床的组成、分类、发展趋势以及实际应用等。
关键词 : 发展趋势、分类、组成、原理、特点、应用。
The composition of the CNC machine tools, operating principles and characteristics AbstractThe transfer of world manufacturing, China is gradually becoming the world's factory. The United States, Germany, South Korea and other countries have entered the high-tech intensive industrial development era microelectronics era, iron and steel, machinery, chemicals, and other heavy industry is gradually transferred to developing countries. China's economic development has been an early stage of development, is in the middle of a heavy chemical industry development.The next 10 years will be the best period for the development of China's machinery industry. The United States, Germany, heavy chemical industry development period continues for more than 18 years, the four countries of the United States, Germany, South Korea, the heavy chemical industry average development period lasted 12 years, we estimate that the period of development of heavy and chemical industries in China will continue through at least 10 years, until 2015 . Therefore, in the next 10 years, with the process of promoting heavy and chemical industries in China, the Chinese enterprise scale, product technology, quality and so on will be significantly improved, enhanced international competitiveness of the domestic machinery products gradually replace imports and exports accelerated. Currently, the the the central machinery industry molecules industry such as ship, rail, container and container crane manufacturer has benefited from international industrial transfer, and will continue to benefit; power plant equipment, construction machinery, the bed will benefit from the transfer of industries to speed up the export process. This paper mainly discusses the composition of CNC machine tools, development trends, and practical applications.Keywords: trends, classification, composition, characteristics, application.一、数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。
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。
数控机床的种类及其特点
金属切削机床：对金属材料的坯料或工件，用切削、特种加工等方法进行加工，使之获得要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。
1952年，试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。
它是由大型立式仿型铣床改装而成的三坐标数控铣床，其数控装置采用电子管元件，体积庞大，可作直线插补。
1957年投入使用。
1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功开发了加工中心（Machining Center－MC）。
数控机床主要由以下七个基本部分组成：介质：数控机床加工零件所需的控制信息和数据的载体（1）控制，即用来存放加工程序的载体，也称程序载体；早期用穿孔带、穿孔卡、磁带或磁盘制成。
（2）输入装置：将程序载体上的控制代码转换成电平信号，送数控装置的内部存储器。
如光电阅读机、磁带机、软驱、MDI、计算机输入（3）数控装置：NC机床的核心部件，它将输入的电信号译码和寄存，进行数据的运算和处理，实现刀具运动轨迹的插补运算，输出机床动作的控制指令。
主要包括运算器、控制器、存储器等，早期由逻辑元件的固定硬接线电路组成。
（4）强电控制装置：接受NC内部PLC输出的M、S、T信号，经功率放大驱动执行部件。
是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的辅助控制系统。
（5）伺服系统：接受数控装置输出的进给指令脉冲，经转换和功率放大，带动机床的移动部件或执行部件产生指令规定的运动，是一个位置控制系统，要求准确的控制机床刀具或工作台的位置。
由伺服驱动装置（位置和速度控制单元）、伺服电机和检测反馈装置组成。
它是整个数控系统的执行部分。
（6）检测反馈装置：测量运动部件的实际位移和速度，并转换成数字反馈信号后送回NC装置，从而构成机床伺服控制的闭合路径。
通常安装在机床的工作台或丝杠上。
（7）机床：主轴、床身、立柱、导轨、滚珠丝杠、工作台、刀架（库）等机床的机械构件。
1.2.1 按工艺用途分类1、普通数控机床 NC：包括：切削类.成型类.特种加工类.测量绘图类等2、数控加工中心机床 Machining Center－MC：结构：普通NC机床＋刀库和自动换刀装置（ATC）特点：一次装夹后能完成多个工序，又称多工序数控机床3、多坐标数控机床：结构特点：可以进行多坐标轴的联动控制，常用4～6轴,多则可达24轴4、计算机群控： Direct Numerical Control －DNC即直接数控1.2.2 按运动方式分类1．点位控制数控机床点位控制NC机床能控制工件相对于刀具运动，从一个位置精确地移动到另一个位置，在移动过程中不进行任何切削加工。
数控机床机械结构的特点
数控机床机械结构的特点
数控机床是一种高精度、高效率的加工设备，它的核心部件是机械结构。
数控机床机械结构的主要特点包括以下几点：
一、高刚度
数控机床机械结构要求高刚度，能够有效地防止加工过程中的振动和变形。
这是因为振动和变形会对加工精度产生严重的影响，甚至会导致加工品质下降。
因此，数控机床机械结构采用大截面的钢材和铸件进行制造，使其具有足够的刚性和稳定性。
二、高精度
数控机床机械结构需要具有高精度，以保证加工品质。
机械结构的精度受到了加工精度、材料性能、装配精度等多种因素的影响。
因此，在制造数控机床的机械结构时，需要采用精密的加工工艺和精度高的检测方法，以确保其达到高精度的要求。
同时，还需要对机械结构进行调试和校验，以保证其达到最佳工作状态。
三、多功能性
数控机床机械结构需要具有多种功能，以适应不同的加工要求。
常见
的数控机床有铣床、车床、钻床等，每种机床都需要具有相应的机械
结构来实现不同的加工方式。
因此，在设计和制造数控机床的机械结
构时，需要充分考虑其多功能性，满足不同加工要求。
四、高效率
数控机床机械结构的设计和制造不仅需要高精度，还需要高效率。
数
控机床的主要特点之一是自动化程度高，加工效率也相应较高。
因此，在设计和制造数控机床的机械结构时，需要充分考虑其设计效率和制
造效率，以提高生产效率和减少生产成本。
总之，数控机床机械结构的特点包括高刚度、高精度、多功能性和高
效率等多个方面。
这些特点的实现需要充分考虑不同因素的影响，并
运用先进的加工技术和检测手段，以确保机械结构的质量和性能。
数控机床的组成分类及特点
数控机床的组成分类及特点数控机床的组成①控制介质人和数控机床联系的媒介物。
控制介质可以是穿孔带，也可以是穿孔卡、磁带、磁盘或其他可以储存代码的载体，有些直接集成在CAD/CAM中。
②数控装置数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。
数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。
在计算机数控机床中，由于计算机本身即含有运算器、控制器等上述单元，因此其数控装置的作用由一台计算机来完成。
③伺服系统其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，包括信号放大和驱动元件。
其性能好坏直接决定加工精度、表面质量和生产率。
④机床早期采用通用车床，现在采用了新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的技术使其发生了很大的变化。
数控机床的分类数控机床规格繁多，据不完全统计已有400多个品种规格。
可以按照多种原则来进行分类。
但归纳起来，常见的是以下面4种方法来分类的。
①按工艺用途分类一般数控机床、数控加工中心、多坐标数控机床②按运动轨迹分类点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床③按伺服系统的控制方式分类开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床④按数控装置分类硬件控制数控机床、软件控制数控机床数控机床的特点①采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短；②为了使连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小；③更多的采用高效率、高精度的传动部件，如滚珠丝杠、直线滚动导轨等；④加工中心带有刀库、自动换刀装置⑤采用辅助装置：冷却、排屑、防护、润滑、储运等装置数控机床的优势①适应性强，适合加工单件小批量、复杂零件②加工零件一致性好、重复精度高③只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工装夹具④可以采用复合工艺⑤高自动化、高效率⑥有利于生产管理的现代化。
第四章 数控机床进给传动系统
进给系统组成:伺服电机及检测元件、传动机构、运动变 换机构、导向机构、执行件 常用的传动机构:一到两级传动齿轮和同步带； 运动变换机构:丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副等； 导向机构:滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等
数控机床的进给传动系统
滚珠丝杠螺母副的缺点
由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和表面 质量要求高，故制造成本高。 由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杆传动，会 因部件的自重而自动下降。当部件向下运动且切断动 力源时，由于部件的自重和惯性，不能立即停止运动。 因此必须增加制动装置。
结论： 由于其优点显著，虽成本较高，仍被广泛应用在
4.4
数控机床进给传动系统
按丝杠与螺母的摩擦性质分： 滑动丝杠螺母副：主要用于旧机床的数控化改造、经 济型数控机床等； 滚珠丝杠螺母副：广泛用于中、高档数控机床； 静压丝杠螺母副：主要用于高精度数控机床、重型机 床。
滚珠丝杠螺母副是滚动摩擦，它的特点是：
摩擦因数小，传动效率高，所需传动转距小；
滚珠丝杠螺母副结构图例
1-丝杠 2-滚道 3-螺母 4-滚珠
滚珠丝杠螺母副的优点
传动效率高，摩擦损失小
滚珠丝杆螺母副的传 动效率η＝0.92～0.96，可实现高速运动。 运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静摩擦 系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现 象。 传动精度高，反向时无空程 滚珠丝杆副经预紧 后，可消除轴向间隙。 磨损小 精度保持性好，使用寿命长。 具有运动的可逆性 可以将旋转运动转换成直 线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即 丝杆和螺母均可作主动件或从动件。
数控机床组成、工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点第一节数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体见图2 - 1。
图2-1 数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。
在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。
在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。
数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。
早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。
二、数控装置数控装置是数控机床的核心。
其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。
一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成。
数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。
它具备的主要功能如下：1）多轴联动控制。
2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。
3）输入、编辑和修改数控程序功能。
4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。
5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。
6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。
7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。
数控机床机械结构的特点
数控机床机械结构的特点为了达到数控机床高的运动精度、定位精度和高的自动化性能，其机械结构的特点主要表现在如下几个方面。
1．高刚度数控机床要在高速和重负荷条件下工作，因此，机床的床身、立柱、主轴、工作台、刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，以减少工作中的变形和振动。
例如，有的床身采用双结构，并配置有斜向肋板及加强肋，使其具有较高的抗弯刚度和抗扭刚度；为提高主轴部件的刚度，除主轴部件在结构上采取必要的措施以外，加工中心还要采用高刚度的轴承，并适当预紧；增加刀架底座尺寸，减少刀具的悬伸，以适应稳定的重切削等。
2．高灵敏度数控机床的运动部件应具有较高的灵敏度。
导轨部件通常用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，使其在低速运动时无爬行现象。
工作台、刀架等部件的移动，由交流或直流伺服电动机驱动，经滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需要的驱动扭矩，提高了定位精度和运动平稳性。
3．高抗振性数控机床的一些运动部件，除应具有高刚度、高灵敏度外，还应具有高抗振性，即在高速重切削情况下减少振动，以保证加工零件的高精度和高的表面质量。
特别要注意的是避免切削时的谐振，因此对数控机床的动态特性提出了更高的要求。
4．热变形小机床的主轴、工作台、刀架等运动部件在运动中会产生热量，加工中心从而产生相应的热变形。
而工艺过程的自动化和精密加工的发展，对机床的加工精度和精度稳定性提出了越来越高的要求。
为保证部件的运动精度，要求各运动部件的发热量要少，以防产生过大的热变形。
为此，机床结构根据热对称的原则设计，并改善主轴轴承、丝杠螺母副、高速运动导轨副的摩擦特性。
如MJ—50CNC数控车床主轴箱壳体按照热对称原则设计，并在壳体外缘上铸有密集的散热片结构，主轴轴承采用高性能油脂润滑，并严格控制注入量，使主轴温升很低。
加工中心对于产生大量切屑的数控机床，一般都带有良好的自动排屑装置等。
5．高精度保持性为了加快数控机床投资的回收，必须使机床保持很高的开动比(比普通机床高2～3倍)，因此必须提高机床的寿命和精度保持性，在保证尽可能地减少电气和机械故障的同时，要求数控机床在长期使用过程中不丧失精度。
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
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。
数控机床特点与组成以及分类
数控机床特点与组成以及分类【数控英才网提供】数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。
该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。
特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。
与普通机床相比，数控机床有如下特点：●对加工对象的适应性强[1]，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；●加工精度高，具有稳定的加工质量；●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；●机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；●有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；● 可靠性高。
组成在数控加工中，数控铣削加工最为复杂，需解决的问题也最多。
除数控铣削加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程各有其特点，伺服系统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。
具体有以下部分构成：数控机床的构造.主机他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
他是用于完成各种切削加工的机械部件。
数控装置是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信数控机床息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
分类和应用按工艺用途分类数控折弯机金属切削类数控机床,包括数控车床,数控钻床，数控铣床,数控磨床，数控镗床发及加工中心.这些机床都有适用于单件、小批量和多品种的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。
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。
数控机床的分类及主要功能特点
数控机床的分类及主要功能特点数控机床是机械加工工业的重要设备，那么你想知道数控机床的分类是什么，还有各自的功能特点又是什么呢？以下是店铺为你整理推荐数控机床的分类及主要功能特点，希望你喜欢。
数控机床按加工工艺方法分类及特点1.金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。
尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。
在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。
加工中心机床进一步进步了普通数控机床的自动化程度和生产效率。
例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。
加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大进步了生产效率和加工质量。
2.特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。
3.板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。
近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标丈量机、自动绘图机及产业机器人等。
数控机床按控制运动轨迹分类及特点1. 点位控制数控机床点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。
机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。
可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。
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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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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4．高精度保持性 ． 防止使用中的变形和快速磨损 采取措施：淬火、磨削导轨、 采取措施：淬火、磨削导轨、粘贴抗磨塑 轨等，以提高运动部件的耐磨性 磨性。 轨等，以提高运动部件的耐磨性。 5．高可靠性 ． 6．工艺复合化和功能集成化 ．
料导
第二节 数控机床主传动系统
一、数控机床主传动系统的特点 主轴部件的刚度、精度、 主轴部件的刚度 、 精度 、 抗振性和热变形直接影响 加工零件的精度和表面质量。 加工零件的精度和表面质量。 主运动的转速高低及范围、 主运动的转速高低及范围 、 传递功率大小和动力特 决定了数控机床的切削加工效率和加工工艺能 性 ， 决定了数控机床的切削加工 效率和加工工艺能 力。 主传动系统的特点： 主传动系统的特点： 1．主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速 ．主轴转速高、 能进行大功率切削和高速切削， 能进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工 主轴转速比同类型普通机床主轴最高转速高出两倍 左右 。
锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为 ： 锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为1： 12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向 的锥孔， 的锥孔 移动时， 移动时，内圈胀大以调整滚道的间 滚子数目多， 隙。滚子数目多，两列滚子交错排 列，因而承载能力大，刚性好，允 因而承载能力大，刚性好， 许转速高。它的内、外圈均较薄， 许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较 高的制造精度， 高的制造精度，以免轴颈与箱体孔 的形状误差使轴承滚发生畸变而影 响主轴的旋转精度度该轴承只能承 受径向载荷。 受径向载荷。
4．为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有 ．为实现刀具的快速或自动装卸， 特有的刀具安装结构 主轴上设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔 主轴上设计有刀具自动装卸、 内的切屑清除装置。 内的切屑清除装置。 二、数控机床主轴的传动方式 1．齿轮传动方式 ． 大、中型数控机床多采用此 方式通过几对齿轮降速， 方式通过几对齿轮降速， 确保低速时的扭矩， 确保低速时的扭矩，以满足 主轴输出扭矩特性的要求。 主轴输出扭矩特性的要求。
⑵同步齿形带传动。 同步齿形带传动。 是综合了带、 是综合了带、链传动优点的新型传动方式
优点： 优点： (1)传动效率高，可达 ％以上。 传动效率高， 传动效率高 可达98％以上。 (2)无滑动，传动比准确。 无滑动， 无滑动 传动比准确。 (3)传动平稳，噪声小。 传动平稳， 传动平稳 噪声小。 (4)使用范围较广 ， 速度可达 使用范围较广， 使用范围较广 速度可达50m／ s， 速比 ／ ， 可达10左右 传递功率由几瓦至数千瓦。 左右， 可达 左右，传递功率由几瓦至数千瓦。 (5)维修保养方便，不需要润滑。 维修保养方便， 维修保养方便 不需要润滑。 (6)安装时中心距要求严格，带与带轮制造工 安装时中心距要求严格， 安装时中心距要求严格 艺较复杂，成本高。 艺较复杂，成本高。
●刀架 ●床身 ●主轴箱 ●高精度导轨 ●滚珠丝杠 ●床座 ●尾座
1．高刚度和高抗振性 ． 数控机床经常在高速和连续重载切削条件下工作 工作中应无变形和振动 2．高灵敏度 ． 运动部件具有高高灵敏度 运动部件具有高高灵敏度 方法：导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨、 方法：导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨、静 压导轨等，以减少摩擦力， 压导轨等，以减少摩擦力，在低速运动时无爬行现 象。 由电动机驱动滚珠丝杠或静压丝杠带动数控 机床的工作台、 刀架等部件的移动。 主轴多数采用 机床的工作台 、 刀架等部件的移动 。 主轴 多数采用 滚动轴承和静压轴承。 滚动轴承和静压轴承。
1. 数控机床机械结构的主要组成 由于数控机床主轴驱动、进给驱动和CNC技 由于数控机床主轴驱动、进给驱动和 技 术的发展， 以及为适应高效率生产的需要， 术的发展， 以及为适应高效率生产的需要， 数控机床的机械结构已经从初期对通用机床局 部结构的改进， 部结构的改进，逐步发展到形成数控机床的独 特的机械结构。 特的机械结构。
主要参数与规格 (1)节距 ， 相邻两齿在节线上的距离。由于强力层在工 节距P， 相邻两齿在节线上的距离。 节距 作时长度不变， 作时长度不变，所以强力层的中心线被规定为齿形带的 节线(中性层 并以节线的周长L作为齿形带的公称长 中性层)， 节线 中性层 ，并以节线的周长 作为齿形带的公称长 度。 (2)模数 模数m 带的基本特性尺寸是模数，它是节距与 之比， 带的基本特性尺寸是模数，它是节距与π之比 之比， 模数 即m=P／π,是齿形带尺寸计算的一个主要依据，一般 ／ 是齿形带尺寸计算的一个主要依据， 是齿形带尺寸计算的一个主要依据 取值范围为1—10mm。 取值范围为 。 (3)齿形带的其他参数和尺寸 除了模数外，齿形带设计 齿形带的其他参数和尺寸 除了模数外， 计算需要的其他参数还有齿数,宽度 齿距等. 宽度、 计算需要的其他参数还有齿数 宽度、齿距等 同步带的图样标注方法为：模数x宽度 齿数(mx bxz)。 宽度x齿数 同步带的图样标注方法为：模数 宽度 齿数 。
2．主轴部件具有较大的刚度和较高的精度 ． 一次装夹要完成全部或绝大部分切削加工， 一次装夹要完成全部或绝大部分切削加工，包括粗加 工和精加工。 工和精加工。 提高效率的强力切削 在加工过程中机床是在程序控制下自动运行的 床是在程序控制下自动运行的， 在加工过程中机床是在程序控制下自动运行的，更需 要主轴部件刚度和精度有较大裕量 刚度和精度有较大裕量， 要主轴部件刚度和精度有较大裕量，从而保证数控机 床使用过程中的可靠性。 床使用过程中的可靠性。 3．良好的抗振性和热稳定性 ． 主轴部件要有较高的固有频率，较好的动平衡， 主轴部件要有较高的固有频率，较好的动平衡，且要 保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑 保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑。
第4章 数控机床的机械结构与特点
第一节 数控机床机械结构特点 一、数控机床机械结构的组成 (1)机床基础部件，如床身、立柱、工作台等； 机床基础部件， 机床基础部件 如床身、立柱、工作台等； (2)主传动系统； 主传动系统； 主传动系统 (3)进给传动系统； 进给传动系统； 进给传动系统 (4)实现某些辅助动作和辅助功能的系统和装置如液压、 实现某些辅助动作和辅助功能的系统和装置如液压、 实现某些辅助动作和辅助功能的系统和装置如液压 气动、 润滑、 冷却等系统及排屑、 防护装置和刀架、 气动 、 润滑 、 冷却等系统及排屑 、 防护装置和刀架 、 自动换刀装置； 自动换刀装置； 5)工件实现回转 、 定位的装置及附件 ， 如数控回转工 工件实现回转、 工件实现回转 定位的装置及附件， 作台； 作台； (6)特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、 特殊功能装置， 特殊功能装置 如监控装置、加工过程图形显示、 精度检测等。 精驱动
三、主轴部件 组成： 组成：主轴 主轴支承 装在主轴上的传动件 密封件等 (一)数控机床的主轴支承 一 数控机床的主轴支承 1主轴轴承类型 主轴轴承类型 (1)滚动轴承 滚动轴承 摩擦系数小，能够预紧，润滑维护简单。 摩擦系数小，能够预紧，润滑维护简单。在一定的转 速范围和载荷变动范围内能稳定地工作等特点 范围内能稳定地工作等特点。 速范围和载荷变动范围内能稳定地工作等特点。 噪声大，滚动体数目有限，刚度变化大，抗振性差， 噪声大，滚动体数目有限 刚度变化大，抗振性差， 并且限制转速。 并且限制转速。
小型数控机床也采用这种传动方式的， 小型数控机床也采用这种传动方式的，以获得强力切 削时所需要的扭矩 扭矩。 削时所需要的扭矩。 2 . 带传动方式 带传动主要应用在小型数控 机床上克服齿轮传动时引起 振动和噪声的缺点适用于低 扭矩特性要求 . 扭矩特性要求
数控机床上应用的带传动有： 数控机床上应用的带传动有： ⑴多楔带又称复合三角带 能够满足主传动要求的高速、 能够满足主传动要求的高速、 大转矩和不打滑的要求。 大转矩和不打滑的要求。 多楔带安装时需较大的张紧力， 多楔带安装时需较大的张紧力 ， 使得主轴和电动机 承受较大的径向负载，这是多楔带的一大缺点 楔带的一大缺点。 承受较大的径向负载，这是多楔带的一大缺点。
3．调速电动机直接驱动主轴传动方式 ． 电动机直接带动主轴运动， 电动机直接带动主轴运动，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 地提高了主轴部件的刚度， 结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭 矩小， 矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大 。 内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体 内装电动机主轴， 优点：主轴部件结构紧凑、惯性小、重量轻， 优点：主轴部件结构紧凑、惯性小、重量轻，可提高 启动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声； 启动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声； 缺点： 缺点：是电动机运转产生的热量使主轴产生热变形 。
(1)如果电动机不内置，仍采用电动机通过带或齿轮等 如果电动机不内置， 如果电动机不内置 方式传动，则在高速运转条件下， 方式传动，则在高速运转条件下，由此产生的振动和 噪声等问题很难解决，势必影响高速加工的精度、 噪声等问题很难解决，势必影响高速加工的精度、加 工表面粗糙度，并导致环境质量的恶化. 工表面粗糙度，并导致环境质量的恶化 (2)高速加工的最终目的是为了提高生产率，相应地要 高速加工的最终目的是为了提高生产率， 高速加工的最终目的是为了提高生产率 求在最短时间内实现高转速的速度变化， 求在最短时间内实现高转速的速度变化，也即要求主 轴回转时具有极大的角加、减速度。 轴回转时具有极大的角加、减速度。达到这个严酷要 求的最经济的办法， 求的最经济的办法，是将主轴传动系统的转动惯量尽 可能地减至最小。而只有将电动机内置，省掉齿轮、 可能地减至最小。而只有将电动机内置，省掉齿轮、 带等一系列中间环节，才有可能达到这一目的。 带等一系列中间环节，才有可能达到这一目的。
(3)电动机内置于主轴两支承之间，与用带、齿 电动机内置于主轴两支承之间，与用带、 电动机内置于主轴两支承之间 轮等作末端传动的结构相比,可较大地提高主 轮等作末端传动的结构相比 可较大地提高主 轴系统的刚度，也就提高了系统的固有频率， 轴系统的刚度，也就提高了系统的固有频率， 从而提高了其临界转速值。这样， 从而提高了其临界转速值。这样，电主轴即使 在最高转速运转时，仍可确保低于其临界转速， 在最高转速运转时，仍可确保低于其临界转速， 保证高速回转时的安全。 保证高速回转时的安全。 (4)由于没有中间传动环节的外力作用，主轴高 由于没有中间传动环节的外力作用， 由于没有中间传动环节的外力作用 速运行没有冲击而更为平稳， 速运行没有冲击而更为平稳，使得主轴轴承寿 命相应得到延长电主轴 电主轴. 命相应得到延长电主轴