第五章数控机床的机械系统
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)
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。
数控机床课件
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
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第二节 立式加工中心
一、立式加工中心基本布局结构形式
中型加工中心应用最普遍的形式是单柱水平刀库布局(图3 -2),它是立式加工中心的基本布局方式。
图3-2 单柱水平刀库布局 1-切屑箱 2-X轴伺服电机 3-Z轴伺服电机 4-主轴电动机 5-主轴箱 6-刀库 7-数据柜 8-操纵面板 9-驱动电柜 10-工作台 11-滑座
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
2.1 数控车床的机械部分由哪几个主要部件组成？ 他们的各自作用是什么？
2.2 数控车床上有哪些运动传动是属于外传动链？ 哪些运动传动属于内传动链？
2.3 机床传动系统图有哪些作用? 2.4 在TND360机床上，当主轴转速为500r/min时， 主轴电动机的实际转速为多少？ 2.5 在TND360机床上，为什么安全联轴器能保护 进给系统的安全？
数控技术介绍及应用(ppt 54页)
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
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2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
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1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
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第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
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。
数控车床控制技术与机床维修（3篇）
数控车床控制技术与机床维修1. 引言数控车床是机械加工领域中的一种重要设备，通过计算机控制来完成零件加工。
数控车床的控制技术和机床的维修是数控车床的两个重要方面。
本文将探讨数控车床控制技术的原理和机床的维修方法。
2. 数控车床控制技术数控车床的控制技术基于计算机数控系统，主要包括硬件控制部分和软件控制部分。
2.1 硬件控制部分硬件控制部分包括数控系统，伺服系统和传感器。
数控系统是整个数控车床控制的核心，它负责接收计算机指令，解析指令，并将指令转换为信号发送给伺服系统和传感器。
伺服系统是用来控制刀具和工件运动的，它接收数控系统发送的信号，通过驱动电机控制刀具和工件的运动。
传感器用来获得加工过程中的信息，如刀具位置、工件尺寸等，以便数控系统做出相应的控制。
2.2 软件控制部分软件控制部分主要包括数控编程和数控操作。
数控编程是将工件加工的要求通过一定的编程语言转化为机床能够识别和执行的指令序列，包括插补计算、速度规划和轨迹生成等。
数控操作是根据加工要求，使用数控系统对数控车床进行操作和监控。
3. 机床维修机床维修是确保数控车床正常运行和保持其性能的重要工作。
机床维修主要包括故障诊断、故障处理和预防性维护等。
3.1 故障诊断当数控车床出现故障时，首先需要进行故障诊断。
故障诊断包括识别故障现象、收集故障信息、分析故障原因和确定故障位置等。
常见的故障类型包括硬件故障和软件故障，如控制系统故障、伺服系统故障、传感器故障等。
3.2 故障处理故障处理是根据故障诊断结果，采取相应的措施修复故障。
对于硬件故障，可以进行零部件更换或修复；对于软件故障，可以进行系统重启或升级。
3.3 预防性维护为了减少故障发生的可能性和延长机床的使用寿命，需要进行定期的预防性维护。
预防性维护包括清洁和润滑机床、紧固螺丝、检查电气连接等。
另外，还需要根据机床的使用情况，定期进行校准和调整。
4. 结论数控车床的控制技术和机床的维修是数控车床运行和保持性能的重要方面。
5数控机床伺服驱动和检测
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第一节 概述
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格 也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交流伺服 驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电机，转 子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修，制造简单， 适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速度方向发展， 其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统，交流伺服电机已 在数控机床中得到广泛应用。 直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直演 变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动能的 一种推力装置，是一种较为理想的驱动装置。在机床进给系统中， 采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是取消了从电 动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩 短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动机驱动方式无法 达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机床中的应用目前还 处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。随着各相关配套技术 的发展和直线电动机制造工艺的完善，相信用直线电动机作进给 驱动的机床会得到广泛应用。
选择：①伺服系统要求的分辨率； ②考虑机械传动系统的参数。
分辨率（分辨角）α
设增量式码盘的规格为 n 线/转：
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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第一节 概述
数控机床闭环进给系统的一般结构如图所示，这是一个双闭环系统，内环 为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速 度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控制系 统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置 中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。由速度 检测装置提供速度反馈值的速度环控制在进给驱动装置内完成，而装在电动机 轴上或机床工作台上的位置反馈装置提供位置反馈值构成的位置环由数控装置 来完成。伺服系统从外部来看，是一个以位置指令输入和位置控制为输出的位 置闭环控制系统。但从内部的实际工作来看，它是先把位置控制指令转换成相 应的速度信号后，通过调速系统驱动伺服电机，才实现实际位移的。
第五章 数控镗铣床
《机床与数控机床》
数控龙门镗铣床 属于大型数控镗铣床，主要用
于大中等尺寸、大中等质量的黑色 金属和有色金属的各种平面、曲面 和孔的加工。
《机床与数控机床》
《机床与数控机床》
XK5040A型数控铣床
一、XK5040A数控铣床的结构布局与参数 ￭结构布局 ￭XK5040A型数控铣床的传动系统
《机床与量分为两轴半 联动、三轴联动、四轴联动及五轴联动数 控铣床。
目前三坐标数控立式铣床仍占大多数，一般 能够进行三坐标联动的加工。但有部分机 床只能进行三坐标中的任意二个坐标联动 加工，运用三轴可控两轴联动的数控机床 称为两轴半加工。
《机床与数控机床》
《机床与数控机床》
《机床与数控机床》
《机床与数控机床》
主运动 进给运动
《机床与数控机床》
二、数控铣床机床传动系统
以XK5040A型数控铣床为例（图2-23）。 ￭主运动：主电动机—Ø140/ Ø285—Ⅰ～Ⅱ—Ⅱ～—Ⅲ～ Ⅳ—Ⅳ～Ⅴ — Ⅴ ～ Ⅵ—主轴，获得18级转速，转速范围 30 ～1500r/min。 ￭进给运动：工作台纵向、横向和垂直运动。纵向、横向进 给运动由FB-15型直流伺服电动机驱动，经过圆柱斜齿轮副 带动滚珠丝杠转动，垂直方向进给运动由FB-25型带制动器 的直流伺服电动机驱动，经过圆锥齿轮副带动滚珠丝杠转 动，进给系统转动齿轮间隙的消除，采用双片斜齿轮间隙消 除机构，调整螺母1，即能靠弹簧2自动消除间隙。
《机床与数控机床》
四、辅助装置结构
3、排屑装置 迅速有效地排除切屑，有利于数控机床的
加工。 排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域
排出到数控机床外。
《机床与数控机床》
《数控技术第3版》_(习题解答)机工版
数控技术第三版章节练习答案第一章绪论1.1数控机床的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工1.2 数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
1.3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
1.4．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等1.5．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
数控机床教学大纲
《数控机床》教学大纲一、说明1．课程性质和内容本课程是一门传授数控数控机械系统相关理论和技能知识的专业课。
主要内容包括：零件与部件、机构与夹具、液压、气压传动控制、数控机床机械结构相关知识，数控机床主传动及进给传动系统、数控机床自动换刀装置及其他装置的结构介绍以及数控机床的安装调试及验收等方面的知识。
2．课程任务和要求本课程的任务是对学生进行数控机床机械结构及其维护与维修知识的介绍，使学生掌握数控机床机械部件结构，了解相关部件工作原理，熟练掌握各机械部件的知识点。
通过本课程的学习达到以一下几个方面要求：(1)掌握各零件与部件的种类、布局、机械结构特点与组成，了解机构与夹具。
(2)掌握数控机床主传动与进给传动的结构、特点与组成。
(3)掌握数控机床自动换刀装置的种类与结构、特点与组成。
(4)熟练掌握数控机床的安装，调试及验收。
3．教学中应注意的问题(1)在教学中注意理论联系实际，采用启发式教学，加强基础知识的教学和基本技能的训练。
注重培养学生分析问题、解决问题的能力，全面提高学生的素质。
(2)本课程是一门理论和实践结合紧密的专业课，因而适宜采用一体化教学模式。
在教学中要充分采用实物示教、演示实验等直观的教学方法，重视现场教学，以提高教学效果。
(3)合理调节教和学中的比例，做到精讲多练，重在应用。
教学中，注意将“讲练结合原则”贯穿于课堂教学的始终，结合学生实际情况，用好思考练习题。
引导学生灵活运用所学知识，认真、独立地完成一定数量的练习题，有助于学生掌握基础知识，提高分析问题、解决问题的能力。
(4)教学中应针对行业动态，时刻注意数控机床及其系统的变化与发展，生产实际现状，使教学不落后于数控技术的发展。
着重培养学生独立分析问题的能力。
二、学时分配表学时分配表(五年制)三、教学要求、内容及建议第一章零件与部件教学要求1.了解轴的种类，应用特点、结构材料；熟悉轴上零件的固定方法；掌握轴径的确定。
2．熟悉带传动的工作原理、传动类型、特点和应用场合。
数控机床与编程第五章编程基础21-22
就程序结构和组成而言
, 子程序和主程序并 无本质区别 , 但使用上子程序有以下特点 : 1) 子程序可以被任何主程序或其他子程序 所调用 , 并且可以多次循环执行。 2）被主程序调用的子程序 , 还可以调用其 他子程序 , 这一切能称为子程序的嵌套。 3) 子程序执行结束 , 能自动返回到调用的 程序中。 4) 子程序一般都不可以作为独立的加工程 序使用 , 它只能通过调用来实现加工中的局 部动作。
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开机默认代码
为了避免编程人员在程序编制中出现
的指令代码遗漏 , 像计算机一样 , 数控 系统 中也对每一组的代码指令 , 都取 其中的一个作为开机默认代码 , 此代码 在开机或系统复位时可以自动生效。
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分组代码的使用注意点
1)
同一组的代码在一个程序段中只能 有一个生效 , 当编入两个以上时 , 一般 以最后输入的代码为准 ; 但不同组的代 码可以在同一程序段中编入多个。 2) 对于开机默认的模态代码 , 若机床在 开机或复位状态下执行该程序 , 程序中 允许不进行编写。
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子程序的调用
在大多数数控系统中
, 子程序的程序号 和主程序号的格式相同 ,即：也用 O 后 缀数字组成。但其结束标记必须使用 M99( 或 M17), 才能实现程序的自动返 回功能。 对于采用 M99 作为结束标记的子程序 , 其调用可以通过辅助机能中的 M98 代 码指令进 行。但在调用指令中子程序 的程序号由地址 P 规定 ,
标系 , 用右手螺旋法则判定 。右手的拇 指、食指、中指互相垂直 , 并分别代表 +X 、 +Y 、 +Z 轴。围绕 +X 、 +Y 、 +Z 轴的回转运 动分别用 +A 、 +B 、 +C 表示 , 其正向用右手螺旋定则确定。与 +X 、 +Y 、 +Z 、 +A 、 +B 、 +C 相 反 的方向用带 “′” 的 +X ′ 、 +Y′ 、 +Z ′ 、 +A ′ 、 +B ′ 、 +C ′表示。
部分习题解答
部分习题解答省级精品课程《数控加工技术》习题解答第一章数控加工技术概论1.1 数控加工技术的概念是什么?其主要发展历程经过哪几个阶段?答:1）数控加工技术是集传统的机械制造、计算机、现代控制、传感控制、信息处理、光机电技术于一体，在数控机床上进行工件切削加工的一种工艺方法，是根据工件图样和工艺要求等原始条件编制的工件数控加工程序输入数控系统，控制机床刀具与工件的相对运动，从而实现工件的加工。
2）数控加工技术主要发展历程经过了二个阶段6个时代。
第一阶段：数控（NC）阶段，又称为硬件数控阶段，从1952年~1970年。
第一代数控（1952-1959年）：采用电子管构成的硬件数控系统；第二代数控（1959-1965年）：采用晶体管电路为主的硬件数控系统；第三代数控（1965年开始）：采用小、中规模集成电路的硬件数控系统；第二阶段：计算机数控（CNC）阶段：又称为软件数控阶段，从1970年~现在。
第四代数控（1970年开始）：采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统；第五代数控（1974年开始）：采用微型计算机控制的数控系统；第六代数控（1990年开始）：采用工控PC机的通用CNC系统。
1.2 数控机床的工作原理是什么？数控加工的特点有哪能些？答：1）将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，并输入数控装置，经过信息处理、分配，控制机床各坐标轴以最小位移量(通常只有0.001mm)为单位进行移动，其合成运动实现了刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。
数控机床的加工，实质是应用了“微分”原理。
2)数控加工的特点有：1)自动化程度高，能减轻工人的劳动强度和改善劳动条件；2)零件加工精度高、加工质量稳定；3)加工生产率高；4)良好的经济效益；5)复杂产品加工能力强；6)适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件；7）有利于生产管理的现代化。
1.3 数控机床由哪能几个部分组成?各个部分的基本功能是什么?答:1)数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统、检测系统和机床本体五部分组成。
机械制造与自动化专业《数控机床进给系统机械结构》
数控机床进给系统机械结构数控机床进给系统,尤其是轮廓控制系统,必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制,典型数控机床闭环控制的进给系统,通常由位置比拟和放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反应元件等几局部组成。
机械传动装置是指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。
为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作稳定性,数控机床一般采用低摩擦的传动副,如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等。
1．滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床上得到了广泛的应用。
它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。
工作原理如图4-7所示。
图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。
在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合的回路管道。
图4-7 滚珠丝杠副的原理图滚珠丝杠副的优点是摩擦系数小，传动效率高， 可达～，所需传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；磨损小，寿命长，精度保持性好；可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度；运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动变为直线运动，也可将直线运动变为旋转运动。
缺点是制造工艺复杂，本钱高，在垂直安装时不能自锁，因而需附加制动机构。
〔1〕滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。
滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环；滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。
在内、外循环中，滚珠在同一个螺母上只有一个回路管道的叫单循环，有两个回路管道的叫双列循环。
循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。
外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺旋槽式。
(完整版)机床数控技术第二(2)版课后答案
第一章绪论简答题答案，没有工艺题的1 什么是数控机床答：简单地说，就是采用了数控技术（指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机床机械设备进行控制的一门技术）的机床；即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的道具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。
2 数控机床由哪几部分组成？各组成部分的主要作用是什么？答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。
（2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。
（3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。
（4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。
执行部件和基础部件。
3 数控机床按运动轨迹的特点可分为几类？它们特点是什么？答：（1）点位控制数控机床：要求保证点与点之间的准确定位（它只能控制行程的终点坐标，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求；对于此类控制的钻孔加工机床，在刀具运动过程中，不进行切削加工）。
（2）直线控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。
（3）轮廓控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行；即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。
4 什么是开环、闭环、半闭环伺服系统数控机床？它们之间有什么区别？答：(1)开环：这类机床没有来自位置传感器的反馈信号。
数控系统将零件程序处理后，输出数字指令后给伺服系统，驱动机床运动；其结构简单、较为经济、维护方便，但是速度及精度低，适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。
5.第五章 数控机床电气控制线路
1
第一节 数控车床电气控制线路
数控车床的机械部分比同规格的普通车床更为紧凑简洁。 主轴传动为一级传动,去掉了普通机床主轴变速齿轮箱， 采用了变频器实现主轴无级调速。进给移动装置采用滚 珠丝杠，传动效率高、精度高、摩擦力小。
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1.1 数控车床的主要工作情况
一般经济型数控车床的进给均采用步进电动机，进给电 动机的运动由NC装置实现信号控制。 数控车床的刀架能自动转位。换刀电动机有步进、直流 和异步电动机之分，这些电动刀架的旋转、定位均由NC 数控装置发出信号，控制其动作。而其他的冷却、液压 等电气控制跟普通机床差不多。 现以经济型CK0630型数控车床为例，说明普通数控车床
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图 5.11 数控系统控制步进驱动接线图原理图
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4、数控系统对电动刀架的控制:
(1)、直流型电动机电动刀架
数控系统控制电动刀架,主要控制刀架电动机的正反转, 所反应的刀号数送给数控系统.从数控系统输入信号接 口来看，低电平有效。由于电动机电流不是太大，故 选用数控系统能驱动的功率继电器。
数控系统控制电动刀架电动机的接线原理图如图5.12 所 示 。 P3 口 的 O6(P3.6) 和 O7 （ P3.7) 控 制 KA3 、 KA4继电器,由于输出低电平有效,故中间继电器另一端 接+24V。三个微动开关信号SQ1～ SQ3分别接P3口 的I1（P3.21)、I2（P3.22）、I3（P3.23），信号低 电平有效。图5.12中，用 KA3、KA4的触点控制直流 电动机正反转，而直流电源 DC27V的产生通过变压器 和整流桥等电路产生。
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图5.19 CLK脉冲与DIR信号波形
图5.20 数控系统与步进驱动的接口图
数控加工技术-第五章 数控机床的伺服系统
《数控加工技术》
2. 步进电动机的工作原理 反应式步进电动机又叫可变磁阻式 (Variable Reluctance) 步进电动机, 简称 VR 电动机。 (1) 反应式步进电动机的结构
图 5-5 径向式三相反应式电动机的结构原理 1—绕组 2—定子铁心 3—转子铁心 4—A 相
图 5-6 三相轴向分相式反应式步进电动机的结构原理 1—外壳 2—C 段绕组 3—C 段定子 4—转轴 5—C 段检转子 6—空气隙
《数控加工技术》
1. 步进电动机的分类 步进电动机的种类繁多, 步进电动机按运动方式可分为旋转运动、 直线运动、 平面运 动和滚切运动式步进电动机; 按工作原理可分为反应式 (磁阻式)、 电磁式、 永磁式、 永磁 感应子式步进电动机; 按使用场合可分为功率步进电动机和控制步进电动机; 按结构可分为单 段式 (径向式)、 多段式 (轴向式)、 印刷绕组式步进电动机; 按相数可分为三相、 四相、五 相步进电动机等; 按使用频率可分为高频步进电动机和低频步进电动机。 不同类型的步进电 动机, 其工作原理、 驱动装置也不完全一样。
普通高等教育3D版机械类规划教材
数 控 加 工 技 术（3D版）
2020.8
《数控加工技术》
第五章 数控机床的伺服系统
§5-1 数控机床的伺服系统概述 §5-2 伺服系统的驱动元件 §5-3 伺服系统的位置检测装置
《数控加工技术》 5.1 数控机床的伺服系统概述
5.1.1 伺服系统的组成及工作原理
《数控加工技术》
3) 三相六拍工作方式。 若定子绕组的通电顺序是A→AB→B→BC→C→CA→A→……, 这 种通电方式是单、 双相轮流通电。
《数控加工技术》
5.1.3 数控伺服系统的分类
数控技术教学课件——数控(2)
由于插补方法的重要性，不少学者都致力于插补方法的研 究，使之不断有新的、更有效的插补方法应用于CNC系统，目 前常用的各种插补算法大致分为两类：脉冲增量插补(行程标 量插补) 和数字增量插补(时间标量插补、数据采样插补)。
2021/6/10
机械工程学院
第五章 数控装置的轨迹控制原理
2、评价插补算法的指标
2021/6/10
机械工程学院
第五章 数控装置的轨迹控制原理
（2）圆弧插补算法（内接弦线法）
第一象限顺圆，A、B为相邻两插补点。弦AB长ΔL，进给 速度F，插补周期T，则： ΔL＝FT。（长轴：位置增量值大的轴）
X i 2 1 Y i 2 1 ( X i X i 1 ) 2 ( Y i Y i 1 ) 2 R 2
2021/6/10
机械工程学院
第五章 数控装置的轨迹控制原理
2、数字积分法插补原理
数字积分法又称数字微分分析法DDA(Digital Differential Analyzer)。数字积分法具有运算速度快、脉冲分配均匀、易于 实现多坐标联动及描绘平面各种函数曲线的特点，应用比较广 泛。其缺点是速度调节不便，插补精度需要采用一定措施才能 满足要求。
第五章 数控装置的轨迹控制原理
在采用这类插补算法的CNC系统中，插补周期是一个很 重要的参数，下面我们首先 进行插补周期进行讨论，然后以 时间分割插补法为例，具体介绍直线、圆弧的插补原理。
1、插补周期的选择
（1）插补周期与精度、速度的关系 在直线插补时，这类插补算法是用小直
线段逼近直线，它不会产生逼近误差。在曲 线插补（如圆弧）中，当用内接弦线逼近曲 线时，其逼近误差为δ，它插补周期T、进 给速度F以及与该曲线在该处的曲率半径ρ 的关系为：
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5.1 概述
采用框式结构 减小热变形
5.1 概述
对机床热源进行强制冷却减小热变形
冷却风管
主轴
5.2 数控机床主传动系统
1.主传动系统 定义：将主轴电动机的原动力通过该传动系统变成可供 切削加工用的切削力矩和切削速度。 2、对主传动系统的要求 有较宽的调速范围 有足够的功率和扭矩 有足够的传动精度 噪声低，运动平稳
5.1 概述
2、增强数控机床结构的抗振性
抗振性是指承受受迫振动的能力。包括两个方面的含 义： ①抵抗受迫振动的能力，即能限制受迫振动的振幅不 超过允许值的能力。 ②抵抗自激振动的能力。 动刚度是衡量抗振性的主要指标， 动刚度越大，抗振性越好。
5.1 概述
增强数控机床结构抗振性的措施： （1）减少机床的内部振源 （2）提高静刚度 （3）提高阻尼比
5.2 数控机床主传动系统
机械式 主轴处于停止状态 接受主轴准停指令 主轴低速 接通无触点开关1
感应块2和1接触，发信号
主轴电机停转 通压力油，活塞左移 5顶入V型槽， LS2发主轴准停完成信号
5.2 数控机床主传动系统
而现代CNC机床上，一般都采用电气方式定向。
主轴停转 主轴降速 磁传感器对准 磁铁 磁传感器发准停信号
滚珠丝杠螺母副
• 滚珠的循环方式：
– 外循环方式 – 内循环方式
滚珠丝杠的选定
• 根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠的精度 • 根据机床的载荷来选定丝杠的直径 • 并且要验算丝杠扭转刚度、压曲刚度与工作寿 命。
滚珠丝杠的支承方式
丝杠的预拉伸
• 为补偿热膨胀，将丝杠预拉伸，预拉伸量应略 大于热膨胀量，发热后热膨胀量抵消了部分预 拉伸量，使丝杠的拉应力下降，长度却没有变 化。 • 目标行程＝公称行程－预拉伸量
2）内循环 采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器上铣有 S形回珠槽，将相邻两螺纹滚道连接起来。滚珠从螺纹 滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过顶芽进入相 邻滚道。 内循环螺母结构紧凑，定位可靠，刚性好，不易磨 损，反回滚道短，不易产生滚珠堵塞，摩擦损失小。缺 点是结构复杂、制造较困难。
5.3 数控机床的进给传动系统
5.1 概述
常见截面抗弯、抗扭惯性矩比较如表： 从表中可以看出： 1）空心结构的刚度比实心结构的刚度大； 2）封闭圆形截面的抗扭刚度好，而封闭方形截面的 抗弯和抗扭都较好； 3）加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚时，可提高刚度
5.1 概述
正确选截面的形状提高刚度
主要内容
封闭整体箱形结构
5.1 概述
合理布置隔板提高刚度 纵向隔板 —— 主要提高抗弯 刚度 横向隔板 —— 主要提高抗扭 刚度 斜向隔板 —— 兼有提高抗弯 刚度、抗扭刚 度的效果
分度工作台——分度流程
分度流程
主要内容 数控分度指令(M指令) 油缸下腔 进油 伺服电机 旋转
油缸上腔 进油 分度完成 工作台上升 活塞上升，上、下端齿盘脱开
大小齿轮啮合 行程开关发分度信号 分度 电机→蜗杆蜗轮→齿轮副→工作台旋转 发下降信号
工作台下降 活塞下降, 上、下端齿盘啮，定位夹紧 大小齿轮脱开 行程开关发分度结束信号
5.3 数控机床的进给传动系统
3. 工作原理 丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、 迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换
成直线运动。丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦 。
5.3 数控机床的进给传动系统
4. 滚珠丝杠副的结构 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式常用的有两种：滚 主要内容 珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始 终与丝杠保持接触的称内循环。 在同一个螺母上只有一个回路管道的叫单循环，有 两个回路管道的叫双列循环 1）外循环 插管式，用弯管作为返回管； 螺旋槽式，在螺母外圆上铣一出螺旋槽，槽的两端钻 出通孔并与螺纹滚道相切形成返回通道。
1、提高数控机床构件的刚度
静刚度：抵抗恒定载荷变形的能力； 动刚度：抵抗交变载荷变形的能力； 在共振条件下，动刚度可用下式表示
动刚度与静刚度、阻尼系数成正比
5.1 概述
提高数控机床构件刚度的措施： （1）采用合理的机床结构布局 （2）优化设计构件的截面形状和尺寸 （3）合理选择和布置筋板 （4）提高构件的局部刚度 （5）采用焊接结构
5.3.4 回转工作台
蜗轮（与工 作台固定）
转轴
工作台
夹紧油缸及活 塞（均布）
滚柱轴承 蜗杆（由 伺服电动 机带动）
圆光栅
钢球
蜗轮夹紧块
分度信号→锁紧油缸松开工作台→伺服电机旋转 →蜗杆蜗轮→工作台旋转或分度 检测元件：圆光栅
5.3.4 回转工作台
主要内容
分度回转工作台
数控回转工作台
方形工作台
5.3.4 回转工作台
预拉伸结构图
滚珠丝杠的ห้องสมุดไป่ตู้动
滚珠丝杠的防护
5.3.4 回转工作台
数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回 转工作台。 分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀 装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多种 工序，因此，大大提高了工作效率。 数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还能实 现数控圆周进给运动。 另外，在FMC中还有交换工作台，在FMS中还有工件缓 冲台、工件上下料台、工件运输台。
转子
5.2 数控机床主传动系统
5.2.3 主轴部件的支承
小型数控机床 滚动轴承 重型数控机床 液体静压轴承 高精度数控机床 气体液压轴承 超高转速(2-10万r/min)数控机床
磁力轴承或陶瓷滚珠轴承
5.2 数控机床主传动系统
5.2.4 主轴的准停
功能： 为保证每次换刀时刀具锥柄处的键槽对准主轴上的 端面键，以及在精镗孔完毕退刀时不会划伤已加工表 面，要求主轴能准确停止在指定位置。 定义： 数控机床的主轴每次能准确停止在一个固定的位置上. 准停装置的种类 机械式 电气式
5.3 数控机床的进给传动系统
定义： 将伺服电动机的旋转运动变为工作台直线运动的 整个机械传动部链。即进给驱动装置，主要包括减速装 置、丝杠螺母副及导向元件等。 要求的三要素： 传动精度，包括动态误差、稳态误差和静态误差，即 伺服系统的输入量与驱动装置实际位移量的精确程度。 系统的稳定性，系统在外界干犹下迅速稳定的能力。 动态响应特性，系统的响应时间以及驱动装置的加速 能力。
第五章 数控机床的机械结构与装置
主要内容 数控机床机械结构的主要特点和一般要求 数控机床的主传动系统 进给传动系统 导轨的结构 其它辅助装置
第五章 数控机床的机械结构与装置
主传动系统
自动换 刀装置
进给传动系统
机床基 础件
自动托盘 交换装置
第五章 数控机床的机械结构与装置
数控机床的机械结构包括：
螺母A 螺母B
丝杠侧
5.3 数控机床的进给传动系统
（2）螺纹调隙式 利用双螺母来调整间隙实现预紧的结构。滚珠丝杠左 右两螺母副以平键与外套相联，用两个锁紧螺母调整丝 杠螺母的预紧量，这样的方式简便易行，但不易精确控 制预紧量。
5.3 数控机床的进给传动系统
（3）齿差调隙法
在左右螺母的端部作成外齿轮，齿数分别为Z1、Z2，而且Z1和 Z2相差一个齿。两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合。内齿圈 紧固在螺母座上，预紧时脱开两个内齿圈，使两个螺母同向转动相 同的齿数，然后再合上内齿圈，两螺母的轴向相对位置发生变化从 而实现间隙的调整和施加预紧力。当两齿轮沿同一方向各转过一个 齿时其轴向位移量 当Z1＝99，Z2＝100，t=10mm，则S=10/99×100≈1μm。这种方 法使两个螺母相对轴向位移最小可达1μm，其调整精度高，调整准 确可靠，但结构复杂。
5.滚珠丝杠副轴向间隙的调整 预紧目的是消除运动间隙,提高运动精度及传动刚 度；而滚珠丝杠副的运动间隙是轴向间隙。 滚 实现方法： 珠 （1）垫片调隙式 丝 杠 通过圆螺母调整，使滚珠丝杠的左右螺母不相对旋 螺 转，只作轴向位移，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧 母 螺母锁紧，结构紧凑，调整方便。 预拉方向 预拉方向 副 调整垫片
滚珠丝杠螺母副的预紧
• 轴向间隙：
– 丝杠和螺母无相对转 动时，丝杠和螺母之 间的最大轴向串动。
• 消除方法：预紧
– 单螺母结构： • 微量过盈滚珠 – 双螺母结构 • 齿差调隙 • 垫片调隙 • 双螺母调隙
滚珠丝杠螺母幅轴向间隙
碟型弹簧消除间隙结构
齿差调隙
垫片调隙
双螺母调隙
5.3 数控机床的进给传动系统
主要内容
主传动系统 机床的床身、立柱、导轨、工作台 刀架和刀库 自动换刀装置 其他辅助装置
5.1 概述
数控机床机械结构的特点：
主要内容
支承件的高刚度化 传动机构简约化 传动元件精密化 辅助操作自动化
5.1 概述
5.1.2 数控机床机械结构的基本要求
提高数控机床构件的刚度 增强数控机床结构的抗振性 减小机床的热变形
5.2 数控机床主传动系统
3. 调速电动机直接驱动的主传动系统
结构紧凑，转换效率高，但主轴转速的变化及转矩的 输出和电动机的输出特性完全一致，使用受到限制。
主轴电机 联轴器同轴连接
能否电机与主轴作为一体？
5.2 数控机床主传动系统
电主轴 基本组成部分： 空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。 空心轴转子既是电机的转子，也是主轴，中间是空心 的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电 定子 机相似。
– 直齿轮双齿轮错齿式 – 锥度齿轮压力弹簧式 – 斜齿轮碟型弹簧式
直齿轮偏心轴套式消除间隙结构
锥度齿轮式垫片消除间隙结构
斜齿轮消除间隙结构（双片薄齿轮＋垫片）
双齿轮错齿式消除间隙结构
压力弹簧式消除间隙结构