数控技术及应用第4章数控机床的机械结构PPT课件
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《数控技术第四章》课件
避免错误和提的方法和技巧，以 确保机床可以正确执行设计要求。
数控机床的操作与调试
了解数控机床的操作和调试流程可以帮助提高效率和减少错误。
操作流程
介绍数控机床的日常操作步 骤，包括上电、选择程序、 调整加工参数等。
调试技巧
分享调试数控机床的技巧， 包括坐标系校准和运动轨迹 检查。
《数控技术第四章》PPT 课件
欢迎观看《数控技术第四章》PPT课件！在这个课程中，我们将介绍数控技 术的基础概述、系统分类、机床组成和工作原理、编程基础、操作与调试、 维护与保养，以及应用领域和发展趋势。
数控技术基础概述
数控技术是指利用数学模型和相关信息来控制机床和工具的一种自动化技术。它可以帮助提高生 产效率和产品质量。
数控技术的应用领域和发展趋势
数控技术在各个行业中得到了广泛的应用，并且随着科技的发展，它的应用领域还在不断扩展。
制造业
介绍数控技术在制造业中的应用，如汽车制 造、航空航天等。
医疗领域
讨论数控技术在医疗器械制造和手术中的应 用，以及未来的发展趋势。
舞台艺术
分享数控技术在舞台灯光和特效中的应用， 以及创意的可能性。
1 历史概述
了解数控技术的发展历程，从最初的模板控制到现代的计算机数控系统。
2 基本原理
探讨数控技术的基本原理和工作方式，包括数学模型、程序控制和运动控制。
3 应用范围
介绍数控技术在各个行业的广泛应用，并分享成功的案例。
数控系统分类
数控系统根据功能和结构的不同可以分为几个类型，每个类型都有其特点和适用范围。
主轴系统
介绍主轴系统的组成和工作原理，以及如何控制主轴速度和方向。
切削系统
讨论切削系统的功能和性能要求，以及如何优化切削过程。
数控车床的机械结构培训课件PPT(共 51张)
机床是被控制的对象，其运动的位移 和速度以及各种开关量都是被控制的
主轴头
鞍座
刀塔 滑座 尾座
底座
一
主传动系统
机械
结构
二
进给传动系统
三
基础件
数控车床结构组成
数控车床与普通车床相比较，其结构上仍然是由床身、主轴 箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组 成。
数控车床是采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架， 实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。
5、采用低摩擦因数的导轨 目的是让机床托板按照规定的方向（平行或垂直）
移动，以及承载切削时的切削抗力。 6、工作台实现多种运动方式，可满足零件加工的多种要
求。 7、刀库和自动换刀装置实现了连续加工，减少了换刀时
间和工件装卸次数，提高生产效率。 8、辅助装置 保护机床，提高工件质量。
第二节 主传动系统的装调与维修
数控车床的机械结构
1 认识数控车床的机械结构
2 数控车床机械结构的特点
3 数控车床的主传动系统
4 数控车床进给传动系统
5 自动换刀装置
6 数控车床的回转工作台
7
项目训练
本章学习目 标
目标1
目标2
目标3
目标4
掌握数车 机械结构 的基本组 成及特点
熟悉主传动 的变速方式 熟悉进给丝 杠螺母副的 工作原理和 特点
动力刀塔
刀塔：用来安 装刀具
动力刀塔
数控车床结构组成
主轴部分：夹持工件旋 转
二、数控机床机械结构的主要特点：
1、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精刚度。 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。
主轴头
鞍座
刀塔 滑座 尾座
底座
一
主传动系统
机械
结构
二
进给传动系统
三
基础件
数控车床结构组成
数控车床与普通车床相比较，其结构上仍然是由床身、主轴 箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组 成。
数控车床是采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架， 实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。
5、采用低摩擦因数的导轨 目的是让机床托板按照规定的方向（平行或垂直）
移动，以及承载切削时的切削抗力。 6、工作台实现多种运动方式，可满足零件加工的多种要
求。 7、刀库和自动换刀装置实现了连续加工，减少了换刀时
间和工件装卸次数，提高生产效率。 8、辅助装置 保护机床，提高工件质量。
第二节 主传动系统的装调与维修
数控车床的机械结构
1 认识数控车床的机械结构
2 数控车床机械结构的特点
3 数控车床的主传动系统
4 数控车床进给传动系统
5 自动换刀装置
6 数控车床的回转工作台
7
项目训练
本章学习目 标
目标1
目标2
目标3
目标4
掌握数车 机械结构 的基本组 成及特点
熟悉主传动 的变速方式 熟悉进给丝 杠螺母副的 工作原理和 特点
动力刀塔
刀塔：用来安 装刀具
动力刀塔
数控车床结构组成
主轴部分：夹持工件旋 转
二、数控机床机械结构的主要特点：
1、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精刚度。 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。
数控技术介绍及应用(ppt 54页)
电机驱动单元接收到 一个脉冲相应旋转一个角度，称为步距角，通过机床传动部件， 使工作台相应产生一个位移量。
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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page 16
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。
22.03.2022
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。
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。
数控机床的机械结构ppt
20世纪50年代，美国发明了第一代数控机床， 采用了电子管元件作为计算机的基本元件。
第二代数控机床的发展
20世纪60年代，美国发明了第二代数控机床， 采用了晶体管元件作为计算机的基本元件。
3
第三代数控机床的普及
20世纪70年代，美国发明了第三代数控机床， 采用了集成电路作为计算机的基本元件，并逐 渐普及到其他国家。
THANKS
感谢观看
随着产品复杂度的不断提高，数控机床正在 向复合化方向发展，能够实现多种加工工序 的连续进行，提高生产效率。
05
数控机床的未来发展方向及 技术更新
提高加工精度和效率
精度提高
通过改进机械结构、优化控制系统和加强误差补偿，提高机床的加工精度。
效率提升
研究更高效的切削路径和切削参数优化，提高机床的加工效率。
结合多种加工工艺，实现一次装夹完成多个工步的加工，提 高加工效率和精度。
多轴联动
通过多轴协同控制，实现复杂形状的加工和表面光洁度的优 化，提高加工质量和效率。
06
数控机床的维护与保养
日常维护与保养
清洁
保持机床的清洁，避免灰尘和杂物积累。
润滑
定期对机床的各部件进行润滑，保证其正 常运转。
检查
每天检查机床的各个部件是否正常，如发 现异常应及时处理。
冷却系统用于降低机床加工过程中的温度，防止工件 过热变形。
防护装置用于保护操作人员免受机床运动部件的伤害 。
03
数控机床的机械结构特点
高精度、高刚度、高可靠性
高精度
数控机床的机械结构具有高精度特点，通过采用先进的数控技术，实现高精度的加工和测 量，从而提高生产效率和产品质量。
高刚度
数控机床的机械结构具有高刚度特点，能够承受较大的切削力和加工过程中的振动，保证 加工过程的稳定性和精度。
第二代数控机床的发展
20世纪60年代，美国发明了第二代数控机床， 采用了晶体管元件作为计算机的基本元件。
3
第三代数控机床的普及
20世纪70年代，美国发明了第三代数控机床， 采用了集成电路作为计算机的基本元件，并逐 渐普及到其他国家。
THANKS
感谢观看
随着产品复杂度的不断提高，数控机床正在 向复合化方向发展，能够实现多种加工工序 的连续进行，提高生产效率。
05
数控机床的未来发展方向及 技术更新
提高加工精度和效率
精度提高
通过改进机械结构、优化控制系统和加强误差补偿，提高机床的加工精度。
效率提升
研究更高效的切削路径和切削参数优化，提高机床的加工效率。
结合多种加工工艺，实现一次装夹完成多个工步的加工，提 高加工效率和精度。
多轴联动
通过多轴协同控制，实现复杂形状的加工和表面光洁度的优 化，提高加工质量和效率。
06
数控机床的维护与保养
日常维护与保养
清洁
保持机床的清洁，避免灰尘和杂物积累。
润滑
定期对机床的各部件进行润滑，保证其正 常运转。
检查
每天检查机床的各个部件是否正常，如发 现异常应及时处理。
冷却系统用于降低机床加工过程中的温度，防止工件 过热变形。
防护装置用于保护操作人员免受机床运动部件的伤害 。
03
数控机床的机械结构特点
高精度、高刚度、高可靠性
高精度
数控机床的机械结构具有高精度特点，通过采用先进的数控技术，实现高精度的加工和测 量，从而提高生产效率和产品质量。
高刚度
数控机床的机械结构具有高刚度特点，能够承受较大的切削力和加工过程中的振动，保证 加工过程的稳定性和精度。
数控机床典型机械结构概述PPT(共 76张)
1、刀库的功能 功能：储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。 2、刀库的种类
① 直线式
特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳 8-12把刀具，故少用。
三、刀库
② 鼓轮式（圆盘式） 1）单鼓轮式 刀具、鼓轮轴线平行
刀具、鼓轮轴线垂直
盘式刀库
三、刀库
刀具、鼓轮轴线成锐角
特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单 环排列，空间利用率低，适用于刀库 容量较小的场合，一般不多于50-60把刀。
静压导轨
七、数控机床导轨
滑动导轨 滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优 点, 在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称 为贴塑导轨或注塑导轨
注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉 等混合而成
贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨 及铅粉等混合而成
七、数控机床导轨
滚动导轨
特点：摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精 度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、 防护要求较高
七、数控机床导轨
静压导轨
优点：1、液体静压导轨由于其导轨的工作面完全处于纯液体 摩擦下，因而工作时摩擦系数极低（f=0.0005）；
2、导轨的运动不受负载和速度的限制，且低速时移动 均匀，无爬行现象；
顺序选择方式 刀具编码方式 2、刀具的选择方式 刀座编码方式 任意选择方式
四、刀具的选刀方式
① 顺序选择方式
刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序 的顺序，依次放入刀库的每一个刀座中。
特点：不需要刀具识别装置，结构简单， 工作可 靠，但刀库中刀具在不同工序中不能重复 使用，因此，刀具的数量的刀库的容量大。
•
18、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。
① 直线式
特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳 8-12把刀具，故少用。
三、刀库
② 鼓轮式（圆盘式） 1）单鼓轮式 刀具、鼓轮轴线平行
刀具、鼓轮轴线垂直
盘式刀库
三、刀库
刀具、鼓轮轴线成锐角
特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单 环排列，空间利用率低，适用于刀库 容量较小的场合，一般不多于50-60把刀。
静压导轨
七、数控机床导轨
滑动导轨 滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优 点, 在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称 为贴塑导轨或注塑导轨
注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉 等混合而成
贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨 及铅粉等混合而成
七、数控机床导轨
滚动导轨
特点：摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精 度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、 防护要求较高
七、数控机床导轨
静压导轨
优点：1、液体静压导轨由于其导轨的工作面完全处于纯液体 摩擦下，因而工作时摩擦系数极低（f=0.0005）；
2、导轨的运动不受负载和速度的限制，且低速时移动 均匀，无爬行现象；
顺序选择方式 刀具编码方式 2、刀具的选择方式 刀座编码方式 任意选择方式
四、刀具的选刀方式
① 顺序选择方式
刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序 的顺序，依次放入刀库的每一个刀座中。
特点：不需要刀具识别装置，结构简单， 工作可 靠，但刀库中刀具在不同工序中不能重复 使用，因此，刀具的数量的刀库的容量大。
•
18、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。
数控机床及编程加工技术教学课件-第4单元：数控机床的机械结构
课题2:数控机床进给传动系统的认识与拆装
实施
1、装配前的精度检测；
2、按计划选用工具； 3、按计划进行拆装；
4、按规定的要求紧固
课题2:数控机床进给传动系统的认识与拆装
检查、评价
下一次在哪些方 面应该做的更好？
1、检查零件装拆顺序是否合理； 2、优化与修改装拆顺序； 3、对自己的工件成绩进行评估； 4、检查装配精度； 5、填写工作任务书。
课题目标 课题分析 课题实施
课题2:数控机床进给传动系统的认识与拆装
课题目标
（1）掌握滚珠丝杠螺母副的特点、间隙调整、安装和
防护方法；
（2）了解滚珠丝杠螺母副的代号、精度等级和标注； （3）掌握传动齿轮间隙消除机构，了解导轨的典型结 构。
课题2:数控机床进给传动系统的认识与拆装
课题分析
数控机床的进给系统，是指将电动机的旋转运动传递 给工作台或刀架以实现进给运动的整个机械传动链，主要 包括传动齿轮副、丝杠螺母及导轨支撑部件等。数控机床 的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最后轮 廓精度和加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度
2、掌握数控机床齿轮变速方式的目的，能够计算和分析
变速后主轴的恒功率区域和恒扭矩区域。 3、掌握数控机床主轴轴承配置的方式，了解主轴定向准 停和加工中心自动拉刀、松刀结构。
课题1:数控机床主传动系统的认识与拆装
课题分析
数控机床的主传动系统是指驱动主轴运动的传动系统，
例如，数控车床上主轴带动工件的旋转运动，立式加工中 心上主轴带动铣刀、镗刀和砂轮等的旋转运动。数控机床 的主传动系统承受主切削力，它的功率大小与回转速度直 接影响机床的加工效率。主传动运动系统中的主轴部件是 保证机床加工精度和自动化程度的关键部件之一，它们对 数控机床的性能有着决定性的影响。
数控机床的机械结构(PPT52页).ppt
数控技术系机制教研室
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。
数控技术系机制教研室
数控机床结构与装调工艺
四、提高数控机床性能的措施
1、合理选择数控机床的总体布局 机床的总体布局直接影响到机床的结构和性
能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更 简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改善 机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使机 床满足数控化的要求。
数控技术系机制教研室
1-主轴头 2-刀库 3-立柱 4-立柱底座 5-工作台 6-工作台底座
数控技术系机制教研室
数控机床结构与装调工艺
5.实现工件回转、分度定位的装置和附件， 如回转工作台。
6.刀库、刀架和自动换刀装置 (ATC) 。 7.自动托盘交换装置 (APC) 。 8.特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检
测和监控装置等。
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
数控铣床四种布局方案 适应的工件重量、尺寸 却不同。 （a）适应较轻工件； （b）适应较大尺寸工件； （c）适应较重工件； （d）适应更重更大工件。
工作台与铣头完成进给
数控技术系机制教研室
数控机床结构与装调工艺
1）数控机床布局特点
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
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。
数控技术系机制教研室
数控机床结构与装调工艺
四、提高数控机床性能的措施
1、合理选择数控机床的总体布局 机床的总体布局直接影响到机床的结构和性
能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更 简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改善 机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使机 床满足数控化的要求。
数控技术系机制教研室
1-主轴头 2-刀库 3-立柱 4-立柱底座 5-工作台 6-工作台底座
数控技术系机制教研室
数控机床结构与装调工艺
5.实现工件回转、分度定位的装置和附件， 如回转工作台。
6.刀库、刀架和自动换刀装置 (ATC) 。 7.自动托盘交换装置 (APC) 。 8.特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检
测和监控装置等。
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
数控铣床四种布局方案 适应的工件重量、尺寸 却不同。 （a）适应较轻工件； （b）适应较大尺寸工件； （c）适应较重工件； （d）适应更重更大工件。
工作台与铣头完成进给
数控技术系机制教研室
数控机床结构与装调工艺
1）数控机床布局特点
（1）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量
数控机床结构及应用第4章
数控机床结构及应用第4章
加工中心加工
4.1 加工中心
铣削加工
PPT文档演模板
钻削加工
螺纹加工
数控机床结构及应用第4章
4.1.1 加工中心的特点
加工中心包含有自动换刀功能的刀库系统，它能在一台机 床上完成由多台机床才能完成的工作。 自动换刀装置——多工布，工序集中 回转工作台或可旋转主轴箱——一次装夹，多面（角度）
PPT文档演模板
数控机床结构及应用第4章
PPT文档演模板
数控机床结构及应用第4章
4.1.2 加工中心的工作原理
加工中心的工作原理是根据零件图纸，制定工艺方案，采 用手工或计算机自动编制零件加工程序，把零件所需的机床 各种动作及全部工艺参数变成数控程序，并将程序代码通过 输入装置存储到机床数控系统。进入数控系统的信息，经过 一系列处理和运算转变为脉冲信号。一部分信号送到机床的 伺服系统，通过伺服机构进行转换和放大，再经过传动机构 ，驱动机床有关零部件，使刀具和工件严格执行零件程序所 规定的相应运动。另一部分信号送到可编程序控制器中用以 顺序控制机床的其他辅助动作，实现刀具自动更换。
PPT文档演模板
数控机床结构及应用第4章
4.1.3 加工中心的组成及系列型谱
自动换刀装置
它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放加 工过程所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、鼓式和链式等 多种形式，容量从几把到几百把，当需换刀时，根据数控系统 指令，由机械手(或通过别的方式)将刀具从刀库取出装入主轴 中。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同有 多种形式。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移 动来实现换刀。尽管换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手 类型等各不相同，但都是在数控装置及可编程序控制器控制下， 由电动机、液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择 与交换。
第四章数控机床机械结构与特点PPT课件
图为车床主轴端部，卡盘靠前端的短 圆锥面和凸缘端面定位，用拨销传递 转矩，卡盘装有固定螺栓，卡盘装于 主轴端部时，螺栓从凸缘上的孔中穿 过，转动快卸卡板将数个螺栓同时栓 住，再拧紧螺母将卡盘固牢在主轴端 部。主轴为空心，前端有莫氏锥度孔， 用以安装顶尖或心轴。
34
图为铣、镗类机床的主轴端部，铣刀或刀杆在前端7： 24的锥孔内定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，而且 由前端的端面键传递转矩。
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； (2)主传动系统； (3)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、
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； 5)工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工 作台； (6)特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、 精度检测等。
液体静压轴承和动压轴承主要应用在主轴高转速、高回 转精度的场合，如应用于精密、超精密数控机床主轴， 数控磨床主轴。对于要求更高转速的主轴，可以采用 空气静压轴承，这种轴承可达每分钟几万转的转速， 并有非常高的回转精度。
38
4．滚动轴承的间隙与预紧 所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，
不仅能消除间隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定 的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时变形减少， 抵抗变形的能力增大。因此，对主轴滚动轴承进行预 紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、 刚度和抗振性，机床主轴部件在装配时要对轴承进行 预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，还 得重新调整，所以要求预紧结构便于进行调整。滚动 轴承间隙的调整或预紧，通常是使轴承内、外圈相对 轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种
34
图为铣、镗类机床的主轴端部，铣刀或刀杆在前端7： 24的锥孔内定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，而且 由前端的端面键传递转矩。
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； (2)主传动系统； (3)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、
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； 5)工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工 作台； (6)特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、 精度检测等。
液体静压轴承和动压轴承主要应用在主轴高转速、高回 转精度的场合，如应用于精密、超精密数控机床主轴， 数控磨床主轴。对于要求更高转速的主轴，可以采用 空气静压轴承，这种轴承可达每分钟几万转的转速， 并有非常高的回转精度。
38
4．滚动轴承的间隙与预紧 所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，
不仅能消除间隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定 的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时变形减少， 抵抗变形的能力增大。因此，对主轴滚动轴承进行预 紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、 刚度和抗振性，机床主轴部件在装配时要对轴承进行 预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，还 得重新调整，所以要求预紧结构便于进行调整。滚动 轴承间隙的调整或预紧，通常是使轴承内、外圈相对 轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种
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• （3）基础件（床身、立柱、滑座、工作台等）； • （4）其他辅助装置（液压、气动、润滑、切削液等系统
及装置） 此外加工中心类数控机床还带有自动换刀系统；高级机 床还有破损监测装置等。
3
数控机床工作过程
加
机
程
试
正
工
床
序
切
式
检
准
调
调
加
加
备
整
试
工
工
阶
阶
阶
阶
阶
测
段
段
段
段
段
4
数控机床的主要工艺特点
与一般机床相比，数控机床主要工艺特点如下： • （1）自动化程度搞、柔性好。 • （2）加工精度高、质量稳定。 • （3）生产效率高
3、减少运动副的摩擦，提高传动精度
措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦
4、提高机床寿命和精度保持性
措施1 采用耐磨性好的零部件 措施2 机床运动部件间具有良好的润滑
33
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
9
（2）提高刚度的措施
“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度， 对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著
10
（2）提高刚度的措施
“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都 比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多
11
（2）提高刚度的措施
斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易
12
（2）提高刚度的措施
23
一、数控机床的机械结构要求
2、减少机床的热变形 （1）产生热变形的原因：
① 内外热源的影响 ② 不能人工修正热变形误差
（2）减少热变形的措施：
① 减少发热—将热源从主机中分离出去 措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速
——减少传动轴和传动齿轮数量 ——减少主传动箱内的发热量
24
（2）减少热变形的措施：
6
一、数控机床的机械结构要求
1、数控机床应具有更高的静、动刚度
刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力 (静刚度) (动刚度)
（1）提高刚度的原因
① 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形， 引起刀具和工件的相对位置的变化
② 机床刚度差—影响机床抗振性
7
（2）提高刚度的措施
19
（2）提高刚度的措施
措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料
人造大理石床身（混凝土聚合物）
20
（2）提高刚度的措施
天然大理石床身
21
高抗振性
• 提高抗振性可以从动刚度和静刚度之间的关系体现：
kdk (12)24D22
式中 k——静刚度（ N/ m） kd ——动刚度（N/ m ） D——阻尼比
系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需 做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷 焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%， 不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品
18
（2）提高刚度的措施
措施2 采用封砂床身结构 在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂 增加摩擦阻力
措施3 增加导轨与支承件的连接部分的刚度 连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连
接刚度.
13
（2）提高刚度的措施
措施4 增加机床各部件的接触刚度和承载能力 采用刮研的方法增加单位面积上的接触点 在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接触面积
14
（2）提高刚度的措施
② 合理的结构布局
5
§4-1对机械结构的要求
一、数控机床的机械结构要求
1、高精度 2、高速度 3、高自动化
要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性
因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的 差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面： 1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能； 2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性； 3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。
措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 ——采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承
② 控制温升 措施 通过散热和冷却方法
③ 改善机床结构 措施1 采用对称原则设计数控机床结构
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统
④ 进行热变形补偿
25
冷却风管 对机床热源进行强制冷却
主轴
26
第四章 数控机床的机械结构
1
复习：
数控机床的组成
输
入 装 置
计 算 机
数
控
输
装
出
置
装
置
主轴控制单元 PLC
速度控制单元
伺服电机
位置检测反馈装置
主轴
机床
工 作 台
2
数控机床的主要组成部分
• （1）主传动系统及主轴部分（使刀具或工件产生主切削 运动）；
• （2）进给传动系统（使工件或刀具产生进给运动并实现 定位）；
① 合理选择支承件的结构形式 措施1 支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面
或采用封闭型床身
封闭整体箱形结构
8
（2）提高刚度的措施
措施2 合理布置支承件隔板的筋条
隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它 壁板,从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度
“T”形隔板连接，主 要提高水平面抗弯刚 度，对提高垂直面抗 弯刚度和抗扭刚度不 显著，多用在刚度要 求不高的床身上
15
（2）提高刚度的措施
② 合理的结构布局
16
（2）提高刚度的措施
③ 采用补偿变形的措施
测出受力点的相对变 形的大小和方向，或 者预知构件的变形规 律，就可采取补偿变 形的方法消除受力变 形的影响
17
（2）提高刚度的措施
④ 合理选用构件的材料 措施1 床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接
——增加刚度、减轻重量、提高抗振性 铸件: 容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼
——频率比
——激振力的振动频率（Hz）
0——机床结构系统的固有频率（Hz）
22
kdk (12)24D22
（1）当 =1，此时动刚度最小（kd=2Dk）， =1附近成
为共振区，绝对应该避免。
（2） 《1，即 《 0 此时动刚度接近静刚度 （3）1,0 此时动刚度随 增大而增大。
因此，为了提高机床的动刚度，应使机床主要构件的 固有频率远离激振力频率。
主轴
冷却风管
对机床热源进行强制冷却
27
措施1 采用对称原则设计数控机床结构 对称结构立柱
28
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
29
措施3 采用排屑系统
机床排屑系统
30
措施3 采用排屑系统 倾斜床身
31
措施4 将热源置于易散热的位置
将主传动箱和主电动机放在机床的外面
32
一、数控机床的机械结构要求
及装置） 此外加工中心类数控机床还带有自动换刀系统；高级机 床还有破损监测装置等。
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数控机床工作过程
加
机
程
试
正
工
床
序
切
式
检
准
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整
试
工
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段
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数控机床的主要工艺特点
与一般机床相比，数控机床主要工艺特点如下： • （1）自动化程度搞、柔性好。 • （2）加工精度高、质量稳定。 • （3）生产效率高
3、减少运动副的摩擦，提高传动精度
措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动—减小摩擦
4、提高机床寿命和精度保持性
措施1 采用耐磨性好的零部件 措施2 机床运动部件间具有良好的润滑
33
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
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（2）提高刚度的措施
“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度， 对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著
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（2）提高刚度的措施
“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都 比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多
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（2）提高刚度的措施
斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易
12
（2）提高刚度的措施
23
一、数控机床的机械结构要求
2、减少机床的热变形 （1）产生热变形的原因：
① 内外热源的影响 ② 不能人工修正热变形误差
（2）减少热变形的措施：
① 减少发热—将热源从主机中分离出去 措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速
——减少传动轴和传动齿轮数量 ——减少主传动箱内的发热量
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（2）减少热变形的措施：
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一、数控机床的机械结构要求
1、数控机床应具有更高的静、动刚度
刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力 (静刚度) (动刚度)
（1）提高刚度的原因
① 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形， 引起刀具和工件的相对位置的变化
② 机床刚度差—影响机床抗振性
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（2）提高刚度的措施
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（2）提高刚度的措施
措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料
人造大理石床身（混凝土聚合物）
20
（2）提高刚度的措施
天然大理石床身
21
高抗振性
• 提高抗振性可以从动刚度和静刚度之间的关系体现：
kdk (12)24D22
式中 k——静刚度（ N/ m） kd ——动刚度（N/ m ） D——阻尼比
系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需 做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷 焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%， 不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品
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（2）提高刚度的措施
措施2 采用封砂床身结构 在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂 增加摩擦阻力
措施3 增加导轨与支承件的连接部分的刚度 连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连
接刚度.
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（2）提高刚度的措施
措施4 增加机床各部件的接触刚度和承载能力 采用刮研的方法增加单位面积上的接触点 在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接触面积
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（2）提高刚度的措施
② 合理的结构布局
5
§4-1对机械结构的要求
一、数控机床的机械结构要求
1、高精度 2、高速度 3、高自动化
要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性
因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的 差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面： 1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能； 2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性； 3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。
措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 ——采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承
② 控制温升 措施 通过散热和冷却方法
③ 改善机床结构 措施1 采用对称原则设计数控机床结构
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统
④ 进行热变形补偿
25
冷却风管 对机床热源进行强制冷却
主轴
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第四章 数控机床的机械结构
1
复习：
数控机床的组成
输
入 装 置
计 算 机
数
控
输
装
出
置
装
置
主轴控制单元 PLC
速度控制单元
伺服电机
位置检测反馈装置
主轴
机床
工 作 台
2
数控机床的主要组成部分
• （1）主传动系统及主轴部分（使刀具或工件产生主切削 运动）；
• （2）进给传动系统（使工件或刀具产生进给运动并实现 定位）；
① 合理选择支承件的结构形式 措施1 支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面
或采用封闭型床身
封闭整体箱形结构
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（2）提高刚度的措施
措施2 合理布置支承件隔板的筋条
隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它 壁板,从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度
“T”形隔板连接，主 要提高水平面抗弯刚 度，对提高垂直面抗 弯刚度和抗扭刚度不 显著，多用在刚度要 求不高的床身上
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（2）提高刚度的措施
② 合理的结构布局
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（2）提高刚度的措施
③ 采用补偿变形的措施
测出受力点的相对变 形的大小和方向，或 者预知构件的变形规 律，就可采取补偿变 形的方法消除受力变 形的影响
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（2）提高刚度的措施
④ 合理选用构件的材料 措施1 床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接
——增加刚度、减轻重量、提高抗振性 铸件: 容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼
——频率比
——激振力的振动频率（Hz）
0——机床结构系统的固有频率（Hz）
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kdk (12)24D22
（1）当 =1，此时动刚度最小（kd=2Dk）， =1附近成
为共振区，绝对应该避免。
（2） 《1，即 《 0 此时动刚度接近静刚度 （3）1,0 此时动刚度随 增大而增大。
因此，为了提高机床的动刚度，应使机床主要构件的 固有频率远离激振力频率。
主轴
冷却风管
对机床热源进行强制冷却
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措施1 采用对称原则设计数控机床结构 对称结构立柱
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措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
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措施3 采用排屑系统
机床排屑系统
30
措施3 采用排屑系统 倾斜床身
31
措施4 将热源置于易散热的位置
将主传动箱和主电动机放在机床的外面
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一、数控机床的机械结构要求