第3章 数控机床典型结构及部件
机械制造工艺学：第三章 机床夹具设计 第四节 各类机床夹具
过渡盘与主轴端部是用短锥 和端面定位，夹具体用止口与 过渡盘定位(大平面加短圆柱 面)，用螺钉夹紧。
3磨床夹具 车床夹具的设计要点同样适
合于内圆磨床和外圆磨床所用 的夹具
二、钻床夹具
1、钻模的类型与典型结构
钻床夹具因大都具有刀具导向装置，习惯上又称为钻模。钻 模一般由钻模板、钻模套、定位元件、夹紧装置和钻模体等组 成。
一、车床与磨床夹具
一、车床与磨床夹具
2、车床夹具的设计要点 1）车床夹具总体结构
夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端。对于弯板式 和偏重的车床夹具，应进行配重调平衡。
2）夹具与机床的联接 联接方式取决于主轴轴端的结 构以及夹具的体积和精度要求
⑴用莫氏锥度配合 夹具体以长锥柄安装
在主轴孔内，其定位精度 高，定位迅速方便，但刚 度低，适于轻切削。
1、钻模的类型与典型结构
翻转式钻模 固定式钻模板 快换钻套
1、钻模的类型与典型结构
盖板式钻模 固定钻套
2、钻模设计要点
1）钻套 刀具引导元件，装在钻模板上，确定刀具的位置和方向，
⑴钻套类型：固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套 ⑵钻套的尺寸和公差
钻套内径根据所用刀具的外径来确定；钻套的高度H影响钻 套的导向性能，同时影响刀具与钻套之间的摩削情况；钻套与 工件之间应留有间隙 2）钻模板
钻模板用于安装钻套，与夹具体的联接方式有固定式、铰链 式、分离式和悬挂式等几种。
3）夹具体 整个夹具的基础零件，一般多为铸件，也可用焊接件。夹具
通过夹具体底面安放在钻床工作台上，可直接用钻套找正并用压 板压紧(或在夹具体上设置耳座用螺栓压紧)。
三、镗床夹具
镗床夹具简称镗模，主要由镗套、镗模支架、镗模底座、以 及必需的定位、夹紧机构组成，多用于在镗床、组合机床(也可 在车床和摇臂钻床)上加工箱体、支座等零件上的精密孔或孔系。 与钻模有很多相似之处。
第三章 机床典型部件设计
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
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
数控机床的工作原理和组成结构
质
格式和代码编写出工件的加工程序，并存储在一种 载体上，如穿孔纸带、磁带、软磁盘等。
• 数控装置是数控机床的核心，其功能是接受输入的
加工信息，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进
行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出相应的
脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程
数
序指令运动。
控
装
置
• 伺服系统是数控系统的一个重要组成部分，它将数控装置送来 的脉冲运动指令信息进行放大，它相当于手工操作人员的手，
• 6.生产准备工作复杂 • 由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作
较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。 • 7.投资大，维修困难 • 数控机床是一种高度自动化机床，必须配有数控装置或电子
计算机，机床加工精度因受切削用量大、连续加工发热多等 影响，使其设计要求比普通机床更加严格，制造要求更精密， 因此数控机床的制造成本比较高。此外，数控机床属于典 型的机电一体化产品，控制系统比较复杂、技术含量高，一 些元器件、部件精密度 较高，同时一些进口机床的技术开 发受到条件的限制，所以对数控机床的调试和维修比较困难。
驱动机床的移动部件（刀架或工作台）按规定的轨迹和速度移
伺
动或精确定位，加工出符合图样要求的工件。伺服系统由
服
伺服驱动电路、功率放大电路、伺服与机床上执行部件和机械传动部件
组成数控机床的进给系统。
• 每个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动
系统。
• 数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部
数控机床的组成和工作原理
数控机床的介绍
• 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。该控制系统能够处理具 有控制编码的程序，并将其译码，通过信息载体 输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种 控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状 和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好 地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加 工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床， 代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典 型的机电一体化产品。
数控机床的典型结构与部件
第2章数控机床的典型结构与部件2.1 数控机床的结构特点及要求2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。
（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。
（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。
（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。
（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。
2.1.2数控机床的结构要求及措施1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。
而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。
因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。
为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。
1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。
2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。
表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。
从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。
表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度1 1 11.24 1.17 1.381.34 1.21 8.861.63 1.32 17.73）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。
常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。
简述数控机床的结构及组成
数控机床的结构及组成一、简介数控机床（Numerical Control Machine Tool）是一种通过预先编程的方式来控制机床操作的现代化设备。
它是计算机科学、自动控制技术和机械制造技术相结合的产物。
与传统的机床相比，数控机床具有高速、高精度、高自动化程度和灵活可适应性等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子信息、模具制造等领域。
二、结构及组成简述数控机床的结构与组成是实现数控加工的基础，它包括机床本体、数控装置、执行机构和测量系统四个方面。
2.1 机床本体机床本体是数控机床的基本组成部分，它主要由床身、立柱、横梁、工作台、主轴箱、进给箱以及箱盖等部件组成。
•床身是数控机床的基础部分，承载和支撑整个机床的各个部件。
它具有高刚性、高稳定性和高阻尼性能，以确保整个机床在高速、高负荷工作时的稳定性和精度。
•立柱起到支撑和定位的作用，通常由铸铁材料制成，具有足够的刚性和稳定性。
•横梁连接立柱和工作台，起到支撑和传递力量的作用。
•工作台是加工工件的位置，它可以根据不同的加工需求进行升降、旋转和倾斜等运动。
•主轴箱是主轴的安装位置，主轴负责工件的转动，主轴箱通常包括主轴、轴承、主传动装置以及冷却装置等。
•进给箱是控制工件进给运动的装置，通常包括进给伺服电机、螺杆传动机构、导轨和滑块等。
2.2 数控装置数控装置是数控机床的核心部分，它负责接收和解析预先编好的加工程序，并控制机床按照程序要求完成各项加工操作。
数控装置通常由数控主机、控制器、输入设备和输出设备组成。
•数控主机是数控装置的核心部分，它通过输入设备接收加工程序，并对其进行解析和处理，生成相应的控制指令。
•控制器是控制系统的中枢，负责控制数控主机的运行以及与机床的通信。
控制器通常包括运动控制部分、IO接口部分和系统总线部分。
•输入设备主要包括键盘、鼠标、触摸屏等，用于向数控装置输入加工程序、参数等信息。
•输出设备主要包括显示器、打印机等，用于显示加工过程中的信息和结果。
数控机床夹具的组成与作用
❖
图
❖ 2．夹紧力作用点的确定
❖ ①、概念；
❖ 选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况 下，确定夹紧力作用点的位置和数目。
❖ ②、依据原则：
❖ （1）夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支 承元在工件刚性好的部位上
。
图
❖ （3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，
❖ C、花盘
❖ 2．数控铣床夹具
图
❖ 特点：
❖ 装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小 型工件
❖ 3．加工中心夹具
❖ 数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的 理想配套附件
尺寸和位置所采用的基准，称为工序基准。 ❖ 注意：序基准应当尽量与设计基准相重合 ❖ (3) 测量基准 （图b） ❖ 概念：件测量时所采用的基准，称为测量基准 ❖ (4) 装配基准 （图b） ❖ 概念：装配时用以确定零件在机器中位置的基
准，称为装配基准。
3.1.3 机床夹具的组成和作用
❖ 1．机床夹具在机械加工中的作用
❖ ③、通用夹具 的种类：
❖ 1．数控车床夹具
❖ 数控车床夹具分类：
❖ A、三爪自定心卡盘
图
❖ 优点：可自动定心，装夹方便，应用较广，
❖ 缺点：夹紧力较小，不便于夹持外形不规则的工 件
❖ B、四爪单动卡盘
图
❖ 特点：四个爪都可单独移动，安装工件时需找正 ，夹紧力大，适用于装夹毛坯及截面形状不规则 和不对称的较重、较大的工件。
作不方便。 ❖ 增力比、行程大小和自锁条件是相互制约的 图
❖ 2．螺旋夹紧机构
图
❖ 工作特点：
❖ (1) 自锁性能好
❖ (2) 增力比大(i≈75)
❖ (3) 夹紧行程调节范围大
数控机床数控机床典型结构及部件PPT课件
技能目标
了解其结构特点及要求； 理解其主传动系统的主轴变速方式，典型主轴部件结构及 原理； 理解并掌握进给系统中典型部件结构及原理； 理解并掌握一般转塔回转刀加及自动换刀机构的组成及工 作原理； 了解其排屑装置的作用与种类。 对数控机床的要求是：精密、完善、稳定、可靠、重复。
.
23
图3.7（c）所示，为双列圆锥滚子轴承，它有 一个公用外圈和两个内圈 ，由外圈凸肩在箱体 上轴向定位，箱体孔镗成通孔。磨薄中间隔套 可以调整间隙或预紧，两列滚子的数目相差一 个，能使振动频率不一致，改善轴承的动态性。 能同时承受径向和轴向载荷，用于主轴的前支承 。
图3.7（d）所示为带凸肩的双列 圆柱滚子轴承，与图（c）相似， 可 用做主轴前支承。滚子呈空心， 保持架为整体结构，充满滚子之间的间隙 ，润 滑、冷却性能好。 空心滚子受冲击载荷可产生 微小变形，这样能增大接触面积并有吸振和缓 冲作用。
1、带有变速齿轮的主传动
图3.1（a）所示，是大、中型数控机床较常采用的配置方
.
7
式。通过少数几对齿轮的传动，扩大变速范围，确保低速扭 矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。其滑移齿轮的移位多采 用液压拔叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
.
8
2、通过带传动的主传动
图31（b）所示，一般用于转速较高、变速范围不大的小型
.
16
3.2.2 主轴部件
主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴支承、安装 在主轴上的传动零件等。其质量直接影响加工质量。
1、主轴端部的结构形状
.
17
.
18
主轴端部功能：用于安装刀具或夹持工件的夹具。 设计要求：应能保证定位准确、安装可靠、联结牢固、装 卸方便、能传递足够的转矩。其主轴端部的结构形状己标准 化，如图3.6所示。 图3.6（a）所示，其卡盘靠前端短圆锥和凸缘端面定位，
数控机床主传动系统
数控机床主传动系统
• 课程导引 • （1）主传动系统
如图3-2所示为VMC-15加工中心的主传动结构，其主 传动路线为：交流主电动机(150～7500r／min无级调 速)→1∶1多楔带传动→主轴。
a)各种钻床
b)铣、镗床
c)外圆磨床、平面磨统
• 3.2 主轴及其部件结构
• 2.主轴的主要尺寸参数 • （1）主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但增加直径使得轴承和 轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承直径越大，同精度等 级的轴承公差值也越大，同时轴承极限转速下降，要保证 主轴的旋转精度就越困难。
• 3.1 数控机床的主轴系统
数控机床主传动系统
• 3.1.2 主传动变速的方式
•
数控机床主运动调速范围很宽，其主轴的传动变速方
式主要有以下几种：
图3-4 数控机床主传动的四种配置方式 a)齿轮变速 b)带传动 c)两个电动机分别驱动 d)电主轴
• 1.带有变速齿轮的主轴传动（分段无级变速）
数控机床主传动系统
数控机床结构与故障检修
Structure and maintenance of NC
第3章 数控机床主传动系统
The main drive system of NC
CONTENTS 目 录
一 数控机床的主轴系统 二 主轴及其部件结构 三 典型机床主轴结构
• 课程导引
数控机床主传动系统
如图所示VMC-15加工中 心，工作台行程X/Y/Z向 20in/16in/20in（ 1inc=25.4mm），快进速 度400in/min，主轴转速 150—7500r/min，定位精 度±0.0002in，主电机功 率11.2KW。
数控机床结构结构图
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
位置检测装置的分类（）
增量式与绝对式
数控机床
直接测量与间接测量
数 控 机
位置检测 装置
概述
加工中心特点
加工精度高
适应性强 生产效率高 经济效益好 劳动强度低，工作条件好
1.基础部件
有利于生产管理的现代化 2.主轴组件
加工中心的 基本构成
3.控制系统
4.伺服系统
5.自动换刀装置 6.自动托盘更换系统
7.辅助系统
加 工 中
加工中心 的分类
按加工范围分类
车削、钻削、镗铣、磨削、电火花
按加工中心的布局方式分类
极间介质的消电离 绝缘作用
电火花加
数 工概述
工作液介 质的作用
压缩放电通道的作用 高压作用
冷却作用 消电离作用
控
脉冲电源
数控电切削加 间隙自动调整装置
电
工设备组成
机床本体 工作液及其循环系统
加
数控系统
数控电火花成型机床
工 机 床
数控电火花 成型机床
数控电切削加工设备类型 数控线切割机床
机床的结构形式
数控工
机床热变形控制与补偿
机床的主要构成
1.床身 2.砂轮架座 3.砂轮主轴部件 4.纵向工作台 5.操纵台 6.液压系统 7.冷却和吸雾系统 8.机床密封罩
具磨床
主要技术参数 机床的运动及机床坐标系的建立
数控机床的结构资料
聚光器 扫描板
光源
光电元件
透镜量杆
绝对位置测量
位置测量方法
使用一个代码量杆， 能在任何时候从量杆上读 取绝对位置（与机床零点 有关）。
量杆被分成几个通道， 此通道被传感器扫描。
一个绝对测量系统不 需要参考点的初始数值。
传感器 发光二极管
代码量杆
直接位置测量
将检测装置直接安放在机床拖板 上，直接测量机床坐标的直线位移量， 来保证得到高的准确度。
这样刀具可任意取出并送回，而且刀具本身不必设编码元 件，省去编码识别装置，使控制大为简化。刀库上还设有机械 原点，使每次选刀时就近选取，如对于盘式来说，每次选刀运
动或正转或反转都不会超过180°。
条形码识别
刀具识别方法
刀具编码与刀具预调工作相结合。预调时，即对刀具进行
编码，并通过与预调装置相连的打印机打印出条形码表，由操 作者贴到刀具上，然后将刀具投入系统。选刀时，用条形码阅 读器进行精确的刀具识别。
缺点是存储次数太多会降低刀具数据载体的寿命。一 般在刀具数据载体的寿命期限内，可以进行一万多次存储 循环。
此方法可存储信息量多，使用也较方便可靠。
自动换刀装置类型
类别型式
回转刀架
转 塔 式
转塔头
刀具与主轴之 刀 间直接换刀 库 式 用机械手配合
刀库进行换刀
特点
适用范围
多为顺序换刀，换刀 各种数控车床，数控车削加 时间短、结构简单紧 工中心 凑、容纳刀具较少
一般当刀具数量在30～120把 时，多采用链式刀库。
刀库
链式刀库
刀库
鼓轮弹仓式刀库
此刀库结构十分紧凑，在
相同的空间内，它的刀库容量 最大，但选刀和取刀的动作较 复杂。
数控车床的组成及工作原理
数控车床的组成及工作原理1.数控车床的组成虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。
图12-3是数控车床的基本组成方框图。
图12-3 数控车床的基本组成方框图（1）车床主体除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产。
1）主轴与主轴箱a）主轴数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。
b）主轴箱具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大简化；具有无级自动调速(包括定向准停)的数控车床，起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了，其主轴箱也成了"轴承座"及"润滑箱"的代名词；对于改造式(具有手动操作和自动控制加工双重功能)数控车床，则基本上保留其原有的主轴箱。
2）导轨数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要部件。
它在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性，是影响零件加工质量的重要因素之一。
除部分数控车床仍沿用传统的滑动导轨(金属型)外，定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨。
这种新型滑动导轨的摩擦系数小，其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好，润滑条件也比较优越。
3）机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，作了大幅度的简化。
如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机至丝杠间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。
a）螺旋传动机构数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在纵、横方向上直线运动的运动副。
构成螺旋传动机构的部件，一般为滚珠丝杠副，如图12-4所示。
如图12-4 滚珠丝杠副1一螺母 2一丝杠 3一滚珠 4一滚珠循环装置滚珠丝杠副的摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高，运动稳定，动作灵敏。
机床数控技术第三章
第二节 CNC系统的硬件结构
三、开放式数控系统结构 1．美国的NGC和OMAC计划及其结构 2．欧共体的OSACA计划及其结构 3．日本的OSEC计划及其结构
第三节 CNC系统的软件结构
一、 CNC系统的软件结构 CNC系统的软件是为完成CNC系统的各项功能而专门设计和编制的，是数控加工系 统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。 在CNC系统中，软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可 以由软件来完成。但是它们各有特点：硬件处理速度快，造价相对较高，适应性 差；软件设计灵活、适应性强，但是处理速度慢。因此，CNC系统中软、硬件的 分配比例是由性能价格比决定的。
图3-2 CNC系统的系统平台
第一节 概述
一、CNC系统的工作过程
1．输入 2．译码处理 3．数据处理(刀具长度补偿、半 径补偿、反向间隙补偿、丝杠 螺距补偿、过象限及进给方向 的判断、进给速度换算、加减 速控制及机床辅助功能处理等) 4．插补运算与位置控制 5．输入/输出（I/O）处理 6．显示 7．诊断
零件 程序
第一种: 硬件 第二种：硬件 第三种：硬件
输入
软件
插补 准备
插补
硬件
位置 控制
速度 控制 位置 检测
硬件
执行 电机
机床
软件 软件
硬件
CNC中三种典型的软硬件功能界面
第三节 CNC系统的软件结构
二、 CNC软件结构特点
1．CNC系统的多任务性
CNC系统的任务
管理
控制
输 入
I/O 处 理
显 示
第二节 CNC系统的硬件结构
二、大板式结构和功能模块式结构
从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结构 和模块化结构
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同步齿形带传动是一种综合了带传动和链传动优点的新 型传动方式，带型有梯形齿和圆弧齿。
同步齿形带的结构和传动
（3）用两个电机分别驱动主轴传动
高速时，由一个电机通过带传动；低速时，由另一个 电机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用 ，使恒功率区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩 不够且电机功率不能充分利用的问题。
回转交换式APC 移动交换式APC
二、主传动系统
主要包括：主轴电机、主传动系统和主轴组件 决定了零件的加工精度 要求： ※更大的调速范围并实现无级变速。一般要求主轴具备1∶
（100～1000）的恒转矩调速范围和1∶10的恒功率调 速范围。 ※较高的精度和刚度 ※良好的抗振性和热稳定性 ※在车削中心上，要求有C轴控制功能（螺纹车削） ※在加工中心上，高精度的准停功能 ※恒线速度切削控制功能
b）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承。向心推力轴承 有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r／min，但承载能力 小，适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴。
c）前后支撑分别采用双列 和单列圆锥滚子轴承。径向和 轴向刚度高，能承受重载荷， 其安装、调整性能好，但限制 了主轴转速和精度，因此可用 于中等精度、低速、重载的数 控机床的主轴。
第三章 数控机床典型结构 及部件
技能目标
1、了解数控机床的结构特点及要求 2、熟悉数控机床主传动系统的主轴变速方式、典型主轴部
件结构及原理 3、熟悉并掌握进给传动系统中典型部件结构及原理 4、熟悉并掌握一般转塔回转刀架及自动换刀机构的组成及
工作原理 5、熟悉并掌握数控机床典型位置检测装置结构及工作原理 6、了解数控机床排屑装置的作用与种类
(3)刀具自动装卸切屑清除装置 加工中心主轴前端有7∶24
号锥孔，内部和后端安装的是 刀具自动夹紧机构。
机床执行换刀指令，机械手 从主轴拔刀时，主轴需松开刀 具。这时，液压缸上腔通压力 油，活塞推动拉杆向下移动， 使碟形弹簧压缩，钢球进入主 轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部 的拉钉被松开，机械手拔刀。
(3)刀具自动装卸切屑清除装置
典型的V形槽轮定位盘机械 准停原理示意图
2）电气准停控制
（a）磁传感器主轴准停控制 在主轴上安装一个永久磁铁与主
轴一起旋转，在距离发磁体旋转 外轨迹1~2mm处固定一个磁传 感器，它经过放大器并与主轴控 制单元相连接，当主轴需要定向 时，便可停止在调整好的位置上 。
永久磁铁与磁传感器在 主轴上的位置
（1）主轴端部的结构形状（标准化）：用于安装刀具或夹 持工件的夹具
（2）主轴部件的支撑
a）前支撑采用双列短圆柱 滚 子 轴 承 和 60° 角 接 触 双 列向心推力球轴承组合， 后支撑采用成对向心推力 球轴承。可提高主轴的综 合刚度，满足强力切削的 要求。普遍用于各类数控 机床主轴。
主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三
（5）主轴的准停功能
当加工阶梯孔或精 镗孔后退刀时，为防止 刀具与小阶梯孔碰撞或 拉毛已精加工的孔表面， 必须先让刀，再退刀， 因此，刀具就必须具有 定位功能。
主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图
1）机械准停控制 采用机械凸轮机构或 光电盘方式进行粗定位， 然后有一个液动或气动的 定位销插入主轴上的销孔 或销槽实现精确定位，完 成换刀后定位销退出，主 轴才开始旋转。 结构复杂，在早期数 控机床上使用较多。
1、主轴传动方式
（1）带有变速齿轮的主传动
大中型数控机床较常采用的配置方式，确保低速时 有较大的扭矩，滑移齿轮的移位大多采用液压拨叉或直接 由液压缸驱动齿轮来实现。
(a)齿轮变速；(b)带传动；(c)两个电机分别驱动；(d)调速电机直接驱动
（2）通过带传动的主传动
主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上 。可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。适用于高速 低转矩特性的主轴，常用有多楔带和同步齿形带。
压缩空气进入活塞和拉杆的中孔， 吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准 备。当机械手将下一把刀具插入主轴 后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧 和弹簧的恢复力作用下，拉杆、钢球 和活塞退回到图示的位置，使刀具被 夹紧。刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液 压放松，以保证在工作中突然停电时， 刀杆不会自行松脱。
（3）刀具自动装卸切屑清除装 置 机 床 采 用 的 是 7∶24 号 锥
（4）调速电机直接驱动主轴传动
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，但主轴输出的扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
直接驱动式
（5）电主轴
电主轴是高频主轴的简称。实现了机床的“零传动”， 如瑞士的FISCHER，德国的GMN，美国的PERCISE，意大 利的GAMFIOR及日本的NSK等公司。
电主轴的结构见图3.4(b) 电主轴的轴承：决定主轴寿命和承载能力的关键部件，当前
主要有：陶瓷球轴承、液体静压轴承和磁悬浮轴承。
电主轴的冷却：强制循环油冷却的方式。
电主轴的驱动：交流异步感应电动机
电主轴的基本参数：套筒直径（主要参数）、最高转速、输 出功率、转矩和刀具接口。
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2、主轴部件
包括主轴的支撑和安装在主轴上的传动零件
柄刀具，锥柄的尾端安装有拉 钉，拉杆通过4个钢球拉住拉 钉的凹槽，使刀具在主轴锥孔 内定位及夹紧。
（3）刀具自动装卸切屑清除装 置
排屑装置是将机械加工过程 中产生的切屑收集、输送到集 屑箱中的机械机床功能部件。
螺旋式排屑机
链板式排屑机
磁性排屑机
刮板式排屑机
（4）主轴的进给功能
在车削中心的主传动系统中，增加了主轴的进给功能 ——C轴坐标功能。进给功能即是实现主轴定向停车和圆 周进给，并在数控装置控制下实现C轴、Z轴插补和C轴、 X轴插补。
一、数控机床的结构特点及要求
数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不 同： ※采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统 ※刚度和抗振性较好 ※优良的传动元件 ※多主轴、多刀架及刀具与工件的自动夹角紧装置，ATC， 自动排屑装置、自动润滑冷却装置 ※采取减小机床热变形的措施
数控车床的机械结构
数控加工中心机械结构