机床机械结构
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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。
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。
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)
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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)
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)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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。
机床结构图ppt课件
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其它车床介绍
• 仿形车床 • 六角车床 • 单（双）柱立式车床 • 其它
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6
• 卡盘
车床附件介绍
• 跟刀架
• 中心架
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普通铣床 的基本组成、结构及基本原理
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普通铣床的基本组成、结构及基本原理
• 按主轴方向分为立式和卧式铣床 • 立式升降台铣床，它是铣床中应用最多的一种。 • 卧式升降台铣床其主要组成部分： • 1．床身床身用来固定和支承铣床各部件。顶面上有供横梁移动用的水平导轨。前
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普通铣床的基本组成、结构及基本原理
• 卧式铣床：质量稳定，操作方便，性能可靠。卧式铣床可用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、 角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽等。如果使用适当铣床附件， 可加工齿轮、凸轮、弧形槽及螺旋面等特殊形状的零件，配置万能铣头、圆工作台、分 度头等铣床附件，采用镗刀杆后亦可对中、小零件进行孔加工。加装立铣头，可用立铣 刀进行切削加工，（立铣头为特殊附件) 可进一步扩大机床使用范围。本机床适用于各 种机械加工工业。
•
立式铣床铣头可在垂直平面内顺、逆时针调整 ±45°；立式铣床X、
Y、Z三方向机动进给；立式铣床主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止
迅速，可靠。
•
底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等主要构件均采
用高强度材料铸造而成，并经人工时效处理，保证机床长期使用的稳定
性。
•
立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 ±45°，拓展机床的加工范
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普通车床的基本组成、结构及基本原理
• C6132（或C616）车床各部分的调整及其手柄的使用 • C6132车床采用操纵杆式开关，在光杆下面有一主轴启闭和变向手柄当手柄向上为反转，向下
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
车床的组成部分
以方便地操作机床。 （6）床身。床身固定在左床腿和右床腿上。床身
是机床的基本支撑件。在床身上安装着机床的各个主 要部件，工作时床身使它们保持准确的相对位置。
车床的组成部分
主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、 溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷 却装置。
主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传 来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需 的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动 力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键 零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加 工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价 值就会降低。
数控车床
机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生 产力发展水平的重要标志。 普通机床经历了近两百年
的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密 机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一 体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就 显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能 解决的许多问题，找到了科学解决的途径。 在我国制 造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业 综合实力的体现。 数控车床是数字程序控制车床的简 称，集万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工 效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最 大，覆盖面最广的一种数控机床。要学好数控车床理 论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数， 机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。 因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从 掌握人工控制转移到数字控制方面来，另一方面，若 没有学好有关数学、电工学、公差与配合及机械制造 等深内容，要学好数控原理和程序编制等，也会感到 十分困难。熟悉零件工艺要求，正确处理工艺问题。 由于数控机床加工的特殊性，要求数控机床加工工人 既是操作者，又是程序员，同时具备初级技术人员的 某些素质，因此，操作者必须熟悉被加工零件的各项 工艺（技术）要求，如加工路线，刀具及其几何参数， 切削用量，尺寸及形状位置公差。只有熟悉了各项工
数控机床的机械结构
6
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。
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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
25
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
13
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。
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。
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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。
机床机械结构
机床机械结构1、数控机床与普通机床比较，具有下列特点：(1)所选用电机的区别普通的交流异步电机或传统的直流调速电机已逐步被新型的交流伺服电机和直流伺服电机所代替。
(2)变速范围大(3)转速高，功率大(4)主轴速度的变换迅速可靠数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式：（1）带有变速齿轮的主传动（如图a）（2）通过带传动的主传动（如图b）（3）由伺服电动机直接驱动的主传动2、数控机床主轴的变速形式(1)带有变速齿轮的主传动通过少数几对齿轮变速，使之成为分段无级变速，确保低速时有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。
滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
2）通过带传动的主传动带传动主要应用在小型数控机床上，具有如下优点：①无滑动，传动比准确；②传动效率高，可达98％以上；③传动平稳，噪声小；④使用范围较广，速度可达50m/s，传动比可达10左右，传递功率由几瓦至数十千瓦。
⑤维修保养方便，不需要润滑。
同步带传动也有许多不足之处，如其安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。
同步带又称复合三角带，端面为多楔型，它利用同步带的齿形与同步带轮的轮齿依次相啮合来传递运动或动力。
同步带传动能满足数控机床主传动高速、大转矩和不打滑的传动要求，在数控机床主传动系统中得到广泛的应用。
(3)由伺服电动机直接驱动的主传动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，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大，主要用于高速轻载的中小型机床。
这种主传动所采用的电动机一般为直流主轴电机，在低于特定转速时为恒扭矩输出，高于特定转速时为恒功率输出。
机床的主轴部件是机床重要的部件之一，它带动工件或刀具执行机床的切削运动。
因此数控机床主轴部件的精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。
主轴部件包括：1主轴轴承2刀具的自动夹紧机构3主轴的准停装置(1)数控机床的主轴轴承配置形式如图所示：①前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对角接触球轴承（a）。
数控机床的机械结构
1、结构简单、操作方便、自动化程度高
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。
井冈山大学机电工程学院
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。
井冈山大学机电工程学院
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
井冈山大学机电工程学院
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。
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
井冈山大学机电工程学院
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。
机床结构图
主轴部件结构图7815型数控车床主轴部件结构图32型数控铣床主轴部件结构图THK6380加工中心主轴部件结构图主轴准停装置原理图进给传动部件结构图坐标轴进给传动系统结构布置形式电动机与丝杠直联式步进电动机与丝杠的联接向整法圆柱薄片齿轮周向弹簧错齿调整法简图圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整法简图斜齿轮垫片、压簧调整锥齿轮弹簧调整法齿轮齿条啮合齿侧隙消除法结构简图滚珠丝杠结构螺纹滚道的结构形式简图垫片调整式的滚珠丝杠螺母副纹调整式的滚丝杠螺母副齿差调整式的滚珠丝杠螺母副导轨部件结构图直线滚动导轨副结构滚动导轨预加负载的方法直线滚动导轨副的固定滚动导轨块理轨理工作台部件结构图多齿盘分度工作台结构图带交换托盘的多齿盘分度工作台数控分度工作台加工中心回转工作台工作台夹紧构夹紧环联轴器结构图刀架和机械手部件结构图立式四方刀架结构回转刀架刀库种类链式刀库换刀位置各种链式刀库单臂单手式机械手手臂和手爪结构加工中心自动换刀装置向与向滑台回转立柱与机械手回转运动机械手臂结构图换刀装置各部分位置关系图检测装置结构图直线感应同步器结构。
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控
机 床
4. 电主轴
电主轴又称内装式主轴电机，即主轴与电机转子
第
合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯
五
章
量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动
数
和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。其缺
控
机 床
点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，
的 机
因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装
数
技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功
控
机
率来满足高速强力切削。
床
的 机
一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw~250kw之间。
械
结
构
7
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 调速范围宽
床
调速范围：有恒扭矩、恒功率调速范围之分。现在，
第
数控机床的主轴的调速范围一般在：
五
五
章
转速等。
数
控
机
动力参数：电机功率、扭矩。
床
的
机
械
结
构
11
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机
床 动力参数
主运动的功率 N=Nc/ (kw)
第 五 章
Nc
pzv 60000
Mn 955000
(kw)
切削功率
pz 切削力的切向分力 (N )
数 控
章
螺纹用；
数 控
• 恒线速切削功能：NC车床和NC磨床在进行端面
机 床
加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求
的 机
接触点处的线速度为恒值；
械 结
• C轴控制功能：车削中心。
构
9
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
性能要求高
➢ 电机过载能力强。要求有较长时间(1~30min)和较 大倍数的过载能力
2020/3/11
数 第二节 进给系统的机械传动结构
控
机
床 3、对导轨的基本要求
✓ 一定的导向精度；
第
五
✓ 良好的摩擦特性：摩擦系数小（较高的灵敏度），
章
动静摩擦系数之差小（低速平稳性好）；
数
控 机
✓ 阻尼特性好（高速时不振动）；
床
的
✓ 足够的刚度和强度；
机
械 结
✓ 良好的精度保持性。
构
33
数
内容小结
数 控
分类：按定位元件分
机 床
1. 插销定位；
的
2. 反靠定位；
机
械
3. 齿盘定位；
结
构
4. 钢球定位。
30
2020/3/11
数 第二节 进给系统的机械传动结构
控 机
床 3、数控回转工作台
(1)工作原理：
第
实现圆周进给运动的工作台---数控回转工作
五
台（数控转台）
章
(2)功 能：
数
控
除了可以实现圆周进给运动之外，还可以完
五 章
运动控制：控制主运动的大小方向开停
数
组成：
控 机
动力源：电机
床
传动系统：定比传动机构、变速装置
的
机
运动控制装置:离合器、制动器等
械
结
执行件：主轴
构
6
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机
床 2、 对主传动系统要求
动力功率高
第
五 章
由于日益增长的对高效率要求，加之刀具材料和
数 2. 为什么需要自动换刀装置：
控
机
➢ 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到
床
20％～30％；
的
机
➢ “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地
械
面积；
结
构
➢ 提高加工精度；
38
2020/3/11
数 第三节 数控机床的刀具交换装置
控
机 床
3. 数控机床对ATC要求：
➢ 换刀时间尽可能短；
1、进给系统的功用
章
数
协助完成加工表面的成形运动，传递所需的运动及
控 机
动力。
床
的
机
械
结
构
25
2020/3/11
数 第二节 进给系统的机械传动结构
控 机 床
2、进给系统机械部分的组成
第 五
传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件（工作台）
章
传动机构: 齿轮传动、同步带传动
数
控
机 运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等
第 五
➢在断续负载下，电机转速波动要小。
章
➢ 速度响应要快，升降速时间要短。
数 控
➢ 电机温升低，振动和噪音小。
机 床
➢ 可靠性高，寿命长，维护容易。
的 机
➢ 体积小，重量轻，与机床联接容易。
械
结
构
10
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控 机
床 3、主运动变速系统的参数
第
运动参数：主运动速度有关的参数：变速范围、
床
的
机 导向机构：导轨（滑动导轨、滚动导轨、静压导轨）
械
结
构
26
数 第二节
控 机 床
2020/3/11
进给系统的机械传动结构
工作台
第
导轨副
五
章
数 控 机 床 的 机 械 结 构
27
2020/3/11
数 第二节 进给系统的机械传动结构
控
机 床
3、主要要求
（1）减小摩擦力
第
采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨.
控 机 床
2020/3/11
数控机床的主运动结构
第 五 章
数 控 机 床 的 机 械 结 构
23
2020/3/11
数 控 机 床
第二节
第 五 章
数 进给系统的机械传动结构
控 机 床 的 机 械 结 构
24
2020/3/11
数 第二节 进给系统的机械传动结构
控 机 床
一、进给系统机械传动结构概述
第 五
v 切削速度 (m / min)
机
M 切削扭矩 (N .cm)
床 的
n 主轴转速 (r / min)
机
主运动的总效率
械 结
0.70 ~ 0.85(消耗在传动链上的功率 )
构
12
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
数 第五章 数控机床的机械结构
控 机 床
内容提要
第 五
本章将讨论数控机床的主运动系统、进给系统
章
数
机械结构、运动传动机构以及典型部件等的功能、
控
机
实现方法和安装调试方法。
床
的
机
械
结
构
3
2020/3/11
数 控 机 床
第一节
第
五
章 数
数控机床的主运动结构
控
机
床
的
机
械
结
构
4
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
1、数控机床的主运动结构概述
2、主运动的配置形式和驱动电机
3、主轴部件
4、进给系统的机械传动结构概述
5、分度工作台
6、数控回转工作台
7、导轨
2020/3/11 34
2020/3/11
数
习题与思考题
控
机
床 1、简述数控机床主运动系统的功用。
2、简述数控机床对主传动系统的要求。
3、简述数控机床主运动的配置形式及其特点。
机
床
的
机
械
结
构
21
2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
2. 主轴部件的结构
主轴端部的结构形式
第 五
端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要
章
保证刀具或夹具定位（轴向、定心）准确，装夹
数
控
可靠、牢固，而且装卸方便。
机
床
目前，主轴的端部形状已标准化。
的
机
械
结
构
22
数 第一节
2020/3/11
数
控 机 床
第五部分
第
五
章 数
数控机床的机械结构
控
机
床
的
机
械
结
构
1
2020/3/11
数 第五章 数控机床的机械结构
控 机
床 第一节 数控机床的主运动结构
第 第二节 进给系统的机械传动结构
五
章 第三节 数控机床的刀具交换装置
数 控
机 第四节 数控机床的布局
床 的 机 械 结 构
2
2020/3/11
控 机
床 二、主运动的配置形式和驱动电机
1. 普通电机—机械变速系统—主轴部件
第
五
特点：能够满足各种切削运动转
章
矩输出的要求，但变速范围不大，
数 控
由于是有级变速使切削速度的选
机 床
4. 电主轴
电主轴又称内装式主轴电机，即主轴与电机转子
第
合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯
五
章
量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动
数
和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。其缺
控
机 床
点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，
的 机
因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装
数
技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功
控
机
率来满足高速强力切削。
床
的 机
一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw~250kw之间。
械
结
构
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 调速范围宽
床
调速范围：有恒扭矩、恒功率调速范围之分。现在，
第
数控机床的主轴的调速范围一般在：
五
五
章
转速等。
数
控
机
动力参数：电机功率、扭矩。
床
的
机
械
结
构
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机
床 动力参数
主运动的功率 N=Nc/ (kw)
第 五 章
Nc
pzv 60000
Mn 955000
(kw)
切削功率
pz 切削力的切向分力 (N )
数 控
章
螺纹用；
数 控
• 恒线速切削功能：NC车床和NC磨床在进行端面
机 床
加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求
的 机
接触点处的线速度为恒值；
械 结
• C轴控制功能：车削中心。
构
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
性能要求高
➢ 电机过载能力强。要求有较长时间(1~30min)和较 大倍数的过载能力
2020/3/11
数 第二节 进给系统的机械传动结构
控
机
床 3、对导轨的基本要求
✓ 一定的导向精度；
第
五
✓ 良好的摩擦特性：摩擦系数小（较高的灵敏度），
章
动静摩擦系数之差小（低速平稳性好）；
数
控 机
✓ 阻尼特性好（高速时不振动）；
床
的
✓ 足够的刚度和强度；
机
械 结
✓ 良好的精度保持性。
构
33
数
内容小结
数 控
分类：按定位元件分
机 床
1. 插销定位；
的
2. 反靠定位；
机
械
3. 齿盘定位；
结
构
4. 钢球定位。
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数 第二节 进给系统的机械传动结构
控 机
床 3、数控回转工作台
(1)工作原理：
第
实现圆周进给运动的工作台---数控回转工作
五
台（数控转台）
章
(2)功 能：
数
控
除了可以实现圆周进给运动之外，还可以完
五 章
运动控制：控制主运动的大小方向开停
数
组成：
控 机
动力源：电机
床
传动系统：定比传动机构、变速装置
的
机
运动控制装置:离合器、制动器等
械
结
执行件：主轴
构
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机
床 2、 对主传动系统要求
动力功率高
第
五 章
由于日益增长的对高效率要求，加之刀具材料和
数 2. 为什么需要自动换刀装置：
控
机
➢ 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到
床
20％～30％；
的
机
➢ “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地
械
面积；
结
构
➢ 提高加工精度；
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2020/3/11
数 第三节 数控机床的刀具交换装置
控
机 床
3. 数控机床对ATC要求：
➢ 换刀时间尽可能短；
1、进给系统的功用
章
数
协助完成加工表面的成形运动，传递所需的运动及
控 机
动力。
床
的
机
械
结
构
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数 第二节 进给系统的机械传动结构
控 机 床
2、进给系统机械部分的组成
第 五
传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件（工作台）
章
传动机构: 齿轮传动、同步带传动
数
控
机 运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等
第 五
➢在断续负载下，电机转速波动要小。
章
➢ 速度响应要快，升降速时间要短。
数 控
➢ 电机温升低，振动和噪音小。
机 床
➢ 可靠性高，寿命长，维护容易。
的 机
➢ 体积小，重量轻，与机床联接容易。
械
结
构
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控 机
床 3、主运动变速系统的参数
第
运动参数：主运动速度有关的参数：变速范围、
床
的
机 导向机构：导轨（滑动导轨、滚动导轨、静压导轨）
械
结
构
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数 第二节
控 机 床
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进给系统的机械传动结构
工作台
第
导轨副
五
章
数 控 机 床 的 机 械 结 构
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数 第二节 进给系统的机械传动结构
控
机 床
3、主要要求
（1）减小摩擦力
第
采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨.
控 机 床
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数控机床的主运动结构
第 五 章
数 控 机 床 的 机 械 结 构
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数 控 机 床
第二节
第 五 章
数 进给系统的机械传动结构
控 机 床 的 机 械 结 构
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数 第二节 进给系统的机械传动结构
控 机 床
一、进给系统机械传动结构概述
第 五
v 切削速度 (m / min)
机
M 切削扭矩 (N .cm)
床 的
n 主轴转速 (r / min)
机
主运动的总效率
械 结
0.70 ~ 0.85(消耗在传动链上的功率 )
构
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
数 第五章 数控机床的机械结构
控 机 床
内容提要
第 五
本章将讨论数控机床的主运动系统、进给系统
章
数
机械结构、运动传动机构以及典型部件等的功能、
控
机
实现方法和安装调试方法。
床
的
机
械
结
构
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数 控 机 床
第一节
第
五
章 数
数控机床的主运动结构
控
机
床
的
机
械
结
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数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
1、数控机床的主运动结构概述
2、主运动的配置形式和驱动电机
3、主轴部件
4、进给系统的机械传动结构概述
5、分度工作台
6、数控回转工作台
7、导轨
2020/3/11 34
2020/3/11
数
习题与思考题
控
机
床 1、简述数控机床主运动系统的功用。
2、简述数控机床对主传动系统的要求。
3、简述数控机床主运动的配置形式及其特点。
机
床
的
机
械
结
构
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2020/3/11
数 第一节 数控机床的主运动结构
控
机 床
2. 主轴部件的结构
主轴端部的结构形式
第 五
端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要
章
保证刀具或夹具定位（轴向、定心）准确，装夹
数
控
可靠、牢固，而且装卸方便。
机
床
目前，主轴的端部形状已标准化。
的
机
械
结
构
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数 第一节
2020/3/11
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控 机 床
第五部分
第
五
章 数
数控机床的机械结构
控
机
床
的
机
械
结
构
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数 第五章 数控机床的机械结构
控 机
床 第一节 数控机床的主运动结构
第 第二节 进给系统的机械传动结构
五
章 第三节 数控机床的刀具交换装置
数 控
机 第四节 数控机床的布局
床 的 机 械 结 构
2
2020/3/11
控 机
床 二、主运动的配置形式和驱动电机
1. 普通电机—机械变速系统—主轴部件
第
五
特点：能够满足各种切削运动转
章
矩输出的要求，但变速范围不大，
数 控
由于是有级变速使切削速度的选