机床数控技术-习题答案—第7章数控机床结构

第7章 数控机床结构习题及答案

1．数控机床的机械结构主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：

1.主传动系统 它包括动力源、传动件及主运动执行件(主轴)等，其功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。

2.进给传动系统 它包括动力源、传动件及进给运动执行件(工作台、刀架)等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。

3.基础支承件 它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。

4.辅助装置 辅助装置视数控机床的不同而异，如自动换刀系统、液压气动系统、润滑冷却装置等。

2．数控机床的机械结构有哪些特点?

答：

1.结构简单、操作方便、自动化程度高

2.高的静、动刚度及良好的抗振性能

3.采用高效、高精度无间隙传动装置

4.具有适应无人化、柔性化加工的功能部件

3．加工中心的布局有哪几种形式？各有何特点？

答：

1.卧式加工中心

卧式加工中心通常采用移动式立柱，工作台不升降，T形床身。T形床身可以作成一体，这样刚度和精度保持性能比较好，但铸造和加工工艺性较差。分离式T形床身的铸造和加工工艺性都大大改善，但连接部位要用定位键和专用的定位销定位，并用大螺栓紧固以保证刚度和精度。

卧式加工中心的立柱普遍采用双立柱框架结构形式，主轴箱在两立柱之间，沿导轨上下移动。这种结构刚性大，热对称性好，稳定性高。小型卧式加工中心多数采用固定立柱式结构，其床身不大，且都是整体结构。

2.立式加工中心

立式加工中心与卧式加工中心相比，结构简单，占地面积小，价格也便宜。中小型立式加工中心一般都采用固定立柱式，主轴箱吊在立柱一侧。通常采用方形截面框架结构、米字形或井字形筋板，以增强抗扭刚度，而且立柱是中空的，以放置主轴箱的平衡重。

立式加工中心通常也有三个直线运动坐标，由溜板和工作台来实现平面上X、Y两个坐标轴的移动。主轴箱沿立柱导轨上下移动实现Z坐标移动。立式加工中心还可以在工作台

上安放一个第四轴（A轴），可以加工螺旋线类和圆柱凸轮等零件。

3.五面加工中心与多坐标加工中心

五面加工中心具有立式和卧式加工中心的功能。常见的有两种形式：一种是主轴可做90°旋转，既可像卧式加工中心那样切削，也可像立式加工中心那样切削；另一种是工作台可带着工件一起做90°的旋转。这样可在工件一次装夹下完成除安装面外的所有五个面的加工，这是为适应加工复杂箱体类的需要，也是加工中心的一个发展方向。加工中心的另一个发展方向是采用五坐标、六坐标甚至更多坐标，以完成更复杂零件的加工。

4．数控机床的主传动变速方式有哪几种?试述其特点。

答：

(1)带有变速齿轮的主传动

大、中型数控机床采用这种变速方式。如图(a)所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出扭矩，以满足主轴低速时对输出扭矩特性的要求。数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速，可实现分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拨叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现。

(2)通过带传动的主传动

如图(b)所示，这种传动主要应用在转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速就

能够满足要求，不用齿轮变速，

可以避免齿轮传动引起的振动与噪

声。它适用于高速、低转矩特性要求

的主轴。常用的是三角带和同步齿

形带。

(3)内装电动机主轴传动结构

如图(c)所示，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，电机发

热对主轴影响较大。

5．加工中心主轴是如何实现刀

具的自动装卸和夹紧的?

答：

机床是由拉紧机构拉紧锥柄刀夹尾端的轴颈来实现刀夹的定位及夹紧的。夹紧刀夹时，液压缸上腔接通回油，弹簧 11推活塞6上移，处于图示位置，拉杆4在碟形弹簧5的作用

下向上移动。由于此时装在拉杆前端径向孔中的四个钢球12进入主轴孔中直径较小的2d处

(图7.16(b) ，被迫径向收拢而卡进拉钉2的环形凹槽内，因而刀杆被拉杆拉紧，依靠摩擦力紧固在主轴上。换刀前需将刀夹松开时，压力油进入液压缸上腔， 活塞6推动拉杆4向

下移动，碟形弹簧被压缩；当钢球12随拉杆一起下移至进入主轴孔中直径较大的1d处时，

它就不再能约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的台肩端面碰到拉钉，把刀夹顶松。此时行程开关10发出信号，换刀机械手随即将刀夹取下。与此同时，压缩空气由管接头9经活塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔内，把切屑或脏物清除干净，以保证刀具的装夹精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸7接通回油，碟形弹簧又拉紧刀夹。刀夹拉紧后，行程开关8发出信号。

6．主轴为何需要“准停”?如何实现“准停”?

答：

自动换刀数控机床主轴组件设有准停装置，其

作用是使主轴每次都准确地停止在固定的周向位置

上，以保证换刀时主轴上的端面键能对准刀夹上的

键槽，同时使每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不

变，提高刀具的重复安装精度，从而提高孔加工时孔

径的一致性。图7.16所示主轴组件采用的是电气准停

装置，其工作原理见图7.17。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，数控系统发出主轴停转的指令，主轴电动机立

即降速，当永久磁铁3对准磁传感器2时，后者发出

准停信号。此信号经放大后，由定向电路控制主轴电

动机准确地停止在规定的周向位置上。这种装置可保

证主轴准停的重复精度在±1°范围内。

7．数控机床为什么常采用滚珠丝杠副作为传动元件?

答：

（1）传动效率高：滚珠丝杠副传动效率达到90%以上，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右，发热率也因此得以大幅降低。

（2）定位精度高：滚珠丝杠副发热率低，使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。（3）传动可逆性：滚珠丝杠副能够实现两种传动方式━将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力。

（4）使用寿命长：滚珠丝杠副实际寿命远高于滑动丝杠。

（5）同步性能好：可采用多套滚珠丝杠副方案驱动同一装置或多个相同部件时，可获得很