2--数控铣床和加工中心的组成与结构特点
数控机床的结构
电主轴
数控回转 工作台
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第六章 数控机床的结构 6.2 数控机床的主传动系统
一、主传动装置
1．数控机床主传动系统的特点 1转速高、功率大 2调速范围宽 3主轴能自动实现无级变速;转速变换迅速可靠 4数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度 和耐磨性能 5在加工中心上;还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、机械手的准确动作& 6为了扩大机床功能;一些数控机床的主轴能实现C轴 功能主轴回转角度的控制
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第六章 数控机床的结构
6.1 数控机床结构概述
一、数控机床机械结构的主要组成
数控机床的机械结构主要由下列几部分组成：
6.1 概述
1机床的基础部件;包括床身、底座、立柱、横梁、
6.2 数控机床的 主传动系统
滑座和工作台等& 2主传动系统包括主轴部件&
6.3 数控机床的 进给传动系统
刚度&床身导轨倾斜角度有45°、60°和75°;但倾斜角度
太大会影响导轨的导向性及受力情况&
大型数控车床常采用立式床身布局&立式床身的排 屑性能最好；但受自重的影响最大;有时需要加平衡机 构来消除&
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第六章 数控机床的结构
2．数控铣床、加工中心的布局特点
• 1卧式数控镗铣床加工中心的常用布局型式
（b）倾斜床身
（c）立式床身
数控车床常见的布局型式
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第六章 数控机床的结构
水平床身数控车床常用于经济型、普及型数控车床
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
数控机床组成工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点姓名：赵凯学号：090203126摘要世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。
美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。
我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。
未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。
美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。
因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。
目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程。
本文主要讨论的是数控机床的组成、分类、发展趋势以及实际应用等。
关键词 : 发展趋势、分类、组成、原理、特点、应用。
The composition of the CNC machine tools, operating principles and characteristics AbstractThe transfer of world manufacturing, China is gradually becoming the world's factory. The United States, Germany, South Korea and other countries have entered the high-tech intensive industrial development era microelectronics era, iron and steel, machinery, chemicals, and other heavy industry is gradually transferred to developing countries. China's economic development has been an early stage of development, is in the middle of a heavy chemical industry development.The next 10 years will be the best period for the development of China's machinery industry. The United States, Germany, heavy chemical industry development period continues for more than 18 years, the four countries of the United States, Germany, South Korea, the heavy chemical industry average development period lasted 12 years, we estimate that the period of development of heavy and chemical industries in China will continue through at least 10 years, until 2015 . Therefore, in the next 10 years, with the process of promoting heavy and chemical industries in China, the Chinese enterprise scale, product technology, quality and so on will be significantly improved, enhanced international competitiveness of the domestic machinery products gradually replace imports and exports accelerated. Currently, the the the central machinery industry molecules industry such as ship, rail, container and container crane manufacturer has benefited from international industrial transfer, and will continue to benefit; power plant equipment, construction machinery, the bed will benefit from the transfer of industries to speed up the export process. This paper mainly discusses the composition of CNC machine tools, development trends, and practical applications.Keywords: trends, classification, composition, characteristics, application.一、数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。
数控机床的种类及其特点
金属切削机床：对金属材料的坯料或工件，用切削、特种加工等方法进行加工，使之获得要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。
1952年，试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。
它是由大型立式仿型铣床改装而成的三坐标数控铣床，其数控装置采用电子管元件，体积庞大，可作直线插补。
1957年投入使用。
1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功开发了加工中心（Machining Center－MC）。
数控机床主要由以下七个基本部分组成：介质：数控机床加工零件所需的控制信息和数据的载体（1）控制，即用来存放加工程序的载体，也称程序载体；早期用穿孔带、穿孔卡、磁带或磁盘制成。
（2）输入装置：将程序载体上的控制代码转换成电平信号，送数控装置的内部存储器。
如光电阅读机、磁带机、软驱、MDI、计算机输入（3）数控装置：NC机床的核心部件，它将输入的电信号译码和寄存，进行数据的运算和处理，实现刀具运动轨迹的插补运算，输出机床动作的控制指令。
主要包括运算器、控制器、存储器等，早期由逻辑元件的固定硬接线电路组成。
（4）强电控制装置：接受NC内部PLC输出的M、S、T信号，经功率放大驱动执行部件。
是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的辅助控制系统。
（5）伺服系统：接受数控装置输出的进给指令脉冲，经转换和功率放大，带动机床的移动部件或执行部件产生指令规定的运动，是一个位置控制系统，要求准确的控制机床刀具或工作台的位置。
由伺服驱动装置（位置和速度控制单元）、伺服电机和检测反馈装置组成。
它是整个数控系统的执行部分。
（6）检测反馈装置：测量运动部件的实际位移和速度，并转换成数字反馈信号后送回NC装置，从而构成机床伺服控制的闭合路径。
通常安装在机床的工作台或丝杠上。
（7）机床：主轴、床身、立柱、导轨、滚珠丝杠、工作台、刀架（库）等机床的机械构件。
1.2.1 按工艺用途分类1、普通数控机床 NC：包括：切削类.成型类.特种加工类.测量绘图类等2、数控加工中心机床 Machining Center－MC：结构：普通NC机床＋刀库和自动换刀装置（ATC）特点：一次装夹后能完成多个工序，又称多工序数控机床3、多坐标数控机床：结构特点：可以进行多坐标轴的联动控制，常用4～6轴,多则可达24轴4、计算机群控： Direct Numerical Control －DNC即直接数控1.2.2 按运动方式分类1．点位控制数控机床点位控制NC机床能控制工件相对于刀具运动，从一个位置精确地移动到另一个位置，在移动过程中不进行任何切削加工。
加工中心
4). 切削余量大的零件； 5). 加工精度高的零件； 6). 工艺设计会经常变化的零件； 7). 贵重零件； 8). 需全部检测的零件 缺点：实现数控加工的要求 1). 初次设备投资大； 2). 对使用者技术要求高
数控机床的分类
点位控制数控机床 1.2.1 按运动控制的特点分类 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床 开环控制的数控机床 1.2.2 按伺服系统的类型分类 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床
机械手回转180°。
5、装刀：
活塞杆上行，将更换后的刀 具装入主轴和刀库。
（ c） （ d）
(a) 分度：将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预
定位臵。
(b)住
刀柄定位槽。
(c) 卸刀：主轴松刀，铣头上移至参考点。 (d) 再分度：再次分度回转，将预选刀具转到主轴正下
方。
(e)+(f): 装刀：铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘
复位。
三、 加工中心的工艺准备
一、加工中心的工艺特点
由于加工中心工序集中和具有自动换刀的特点，故零件 的加工工艺应尽可能符合这些特点，尽可能地在一次
装夹情况下完成铣、钻、镗、铰、攻丝等多工序 加工。 由于加工中心具备了高刚度和高功率的特点，故 在工艺上可采用大的切削用量，以便在满足加工 精度条件下尽量节省加工工时。 选用加工中心作为生产设备时，必须采用合理的 工艺方案，以实现高效率加工。
1.2.3 按工艺方法分类
金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控机床 高档 中档 低档
1.2.4 按功能水平分类
数控技术的产生发展及技术水平
1 数控技术的产生与发展
1952年，电子管控制数控机床 1959年，晶体管控制数控机床，加工中心 60年代，集成电路数控机床 70年代，计算机数控机床 80年代，计算机集成制造系统
数控铣床-加工中心的认识
伺服系统是数控铣床执行机构的驱动部件，主要包括主轴伺服系统和进给
伺服系统。它把来自数控装置的运动指令进行放大，驱动机床的运动部件，使 工作台按规定轨迹移动或准确定位。
（2）数控铣床/加工中心的工作原理 加工中心的基本工作原理如图1.6所示。根据被加工零件的图样、尺寸、材
料及技术要求等内容进行工艺分析，确定加工顺序、走刀路线、切削用量等， 把加工程序输入到数控装置中，经过驱动电路控制和放大，使伺服电机转动， 经滚珠丝杠驱动铣床工作台，最终完成整个加工。加工结束机床自动停止。
3.数控铣床加工范围与常用的刀具 （1）数控铣床的加工范围
1)平面类零件 平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工米昂与水平面的夹角为 一定值的零件，这类加工面可展开为平面。
1.数控铣床/加工中心的分类 （1）按控制轴数可分为： 1）三轴数控铣床（加工中心） 2）四轴数控铣床（加工中心） 3）五轴数控铣床（加工中心） （2）按主轴与工作台相对位置分类 1）立式加工中心 2）卧式加工中心
2.数控铣床的组成和工作原理 （1）数控铣床的组成
数控铣床与其他数控机床一样，由数控系统、伺服系统、机床本体三部分 组成。其中数控系统是核心部件。
项目
配分
刀具识别
50பைடு நூலகம்
机床面板识别
50
考核标准 能正确识别刀具的种类并说明其加工场合
能正确识别面板上的所有功能按键
得分
【复习与思考】
1.判断题。
（1）数控机床产生于1958年。（ ）
（2）二轴半的数控铣床是指具有二根半轴的数控铣床。（ ）
（3）加工中心不适宜加工箱体类零件。（ ）
数控加工工艺 (3)
背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm 。端铣时ap为切削层深度；而圆周铣时，ap为被加工表面的宽度
。
侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。 端铣时ae为被加工表面的宽度；而圆周铣时为切削层的深度。
背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求 决定。
4.铣削内外轮廓的进给路线
当内部几何元素相切无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处 留下凹口，刀具切入切出点应远离拐角。
当整圆加工完毕时，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线 方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰， 造成工件报废。
铣削外圆的切入切出路径
从拐角切入切 出，容易产 生过切现象。
(1)直角沟槽的铣削 直角通槽主要用三面刃铣刀来铣削，也可用立铣刀、槽铣刀和
合成铣刀来铣削。对封闭的沟槽则都采用立铣刀或键槽铣刀。 (2)键槽的铣削方法 ①铣通键槽 ②铣封闭键槽 (3)T形槽的铣削 ①铣T形槽的步骤 ②铣T形槽应注意的事项
T形槽的铣削步骤
22
数控加工工艺
二、常见零件的数控铣削方法
二、数控铣削加工工序的划分 1.加工阶段的划分
(1)加工阶段 (2)数控铣加工工序的划分原则
按所用刀具划分。如加工中心，减少换刀次数。 按安装次数划分。减少定位误差。 按粗、精加工划分。减少误差复映，提高加工精度。 按加工部位划分。减少空行程，提高效率。
30
数控加工工艺
二、数控铣削加工工序的划分
14
数控加工工艺
三、铣刀的选择
1.铣刀形式的选择
铣刀的选择必须符合铣刀使用的规范；超规范的使用会损坏铣刀， 造成废品。
数控铣床及加工中心概述
700x320
150 BT40 10000 5.5 1.1
切削进给率（mm/min）
定位精度（mm） 重复定位精度（mm）
气压（kg/cm2） 刀库（选装）
机器重量（kg）
1-20000
±0.005/300 ±0.0025 ≥6
20（机械手） 2920
6、数控铣床及加工中心技术参数识读 数控铣床及加工中心主要技术参数识读可分成尺寸参数、接口参数、运动参数、动力
铣床主体是数控铣床的机械部件，包括床身、主轴箱、铣头、工作台、
进给机构等。与传统的普通铣床相比较，其整体布局、外观造型、传动机 构、工具系统等方面都发生了很大的变化。如：主传动及主轴部件具有传 递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点；进给传动件具有传动链 短、结构简单、传动精度高等特点；机床本身具有很高的动、静刚度；采 用全封闭罩壳。
数控铣床是一种用途广泛的机床，主要用于完成铣削平面加工或镗削加 工的数控机床，有立式、卧式及龙门铣3种。主轴在空间处于垂直状态的， 称为立式数控铣床；主轴在空间处于水平状态的，称为卧式数控铣床。主 轴可作垂直和水平转换的，称为立卧两用数控铣床。
（1）立式数控铣床
如图1.1.1所示为立式数控铣床。立式数控铣床是数控铣床中数量最多的一种， 应用范围最广。小型数控立式铣床的X、Y、Z方向的移动一般都由工作台完成，主 运动为主轴旋转，与普通立式升降台铣床相似。中型数控立铣的纵向和横向移动一 般由工作台完成，且工作台还可手动升降，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向 伸缩。大型数控立铣，由于需要考虑扩大行程、缩小占地面积、刚性等技术问题， 多采用龙门架沿床身作纵向移动，主轴在龙门架的横向与垂直溜板上运动。
内容包括：主轴电机功率；伺服电机额定转矩。作用：影响到切削负荷。 （5）精度参数。
第一章数控铣床概述
图1-1 数控铣床
图1-2 加工中心
第一节 数控铣床（加工中心）的组成和工作原理 一 、数控铣床（加工中心）的 数控铣床（加工中心）大体由输入装臵、数 控装臵、伺服系统、检测及其辅助装臵和机床本 体等组成。 1、输入装臵 数控程序编制后需要存储在一定的介质上， 按目前的控制介质大致分为纸介质和电磁介质， 相应地通过不同方法输入到数控装臵中去。纸带 输入方法，即在专用的纸带上穿孔，用不同孔的 位臵组成数控代码，再通过纸带阅读机将代表不 同含义的信息读入。手动输入是将数控程序通过 数控机床上的键盘输入，程序内容将存储在数控 系统的存储器内，使用时可以随时调用。
伺服系统接收数控装臵输出的各种信号，经 过分配、放大、转换等功能，驱动各运动部件， 完成零件的切削加工。 4、检测装臵 位臵检测、速度反馈装臵根据系统要求不断 测定运动部件的位臵或速度，转换成电信号传 输到数控装臵中，与目标信号进行比较、运算， 进行控制。 5、运动部件 由包括床身、主轴箱、工作台、进给机构等 组成的机械部件，伺服电机驱动运动部件运动， 完成工件与刀具之间的相对运动。
基础篇 数控铣床（加工中心）的编程 第一章 数控铣床（加工中心）概述
数控铣床是主要采用铣削方式加工零件的 数控机床，它能够进行外形轮廓铣削、平面 或曲面型腔铣削及三维复杂型面的铣削，如 凸轮、模具、叶片等，另外数控铣床还具有 孔加工的功能，通过特定的功能指令可进行 一系列孔的加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗 孔和攻丝等，如图1-1所示。
第二节 数控铣床（加工中心）的分类和特点 数控机床加工与普通机床有着一定的区别： １）工序集中 数控机床一般带有可以自动换 刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行 ，因此，工序比较集中，减少机床占地面积，节 约厂房，同时减少或没有中间环节（如半成品的 中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。 ２）自动化程度高 数控机床加工时，不需人 工控制刀具，自动化程度高，对操作工人的要求 降低。数控操作工在数控机床上加工出的零件比 普通工在传统机床上加工出的零件精度高，而且 省时、省力，降低了工人的劳动强度。
数控机床组成、工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点第一节数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图2-1。
图2-1数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。
在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。
在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。
数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。
早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。
二、数控装置数控装置是数控机床的核心。
其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。
一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT 显示器等硬件以及相应的软件组成。
数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。
它具备的主要功能如下：1）多轴联动控制。
2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。
3）输入、编辑和修改数控程序功能。
4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。
5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。
6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。
7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。
数控机床特点与组成以及分类
数控机床特点与组成以及分类【数控英才网提供】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。
该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。
特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。
与普通机床相比，数控机床有如下特点：●对加工对象的适应性强[1]，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；●加工精度高，具有稳定的加工质量；●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；●机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；●有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；● 可靠性高。
组成在数控加工中，数控铣削加工最为复杂，需解决的问题也最多。
除数控铣削加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程各有其特点，伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
具体有以下部分构成：数控机床的构造.主机他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
他是用于完成各种切削加工的机械部件。
数控装置是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信数控机床息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
分类和应用按工艺用途分类数控折弯机金属切削类数控机床,包括数控车床,数控钻床，数控铣床,数控磨床，数控镗床发及加工中心.这些机床都有适用于单件、小批量和多品种的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。
数控机床的结构概述
4.3.2主传动机械结构
数控机床机械结构要求：高抗振性 1）强迫振动 使机床产生强迫振动的内部振源有高速转动零部件的动态不平衡力、 往复运动件的换向冲击力、周期变化的切削力等。 2）自激振动 这里是指切削自激振动，也称颤振。如图所示。 3）提高机床抗振性的措施 (1) 减少机床的内部振源 (2) 提高静刚度 (3) 增加构件或结构的阻尼
4.3.2主传动机械结构
主轴部件结构： 数控机床的主轴部件，既要满足精加工时精度较高的要求， 又要具备粗加工时高效切削的能力，因此应有更高的动、静刚度 和抵抗变形的能力。主轴部件主要包括主轴、轴承、传动件和密 封件，对于具有自动换刀能力的数控机床，主轴部件还应有刀具 自动装卸装置、主轴准停装置和吹屑装置等。
当换刀时，在主轴上端油缸的上腔A通入压力 油，活塞12的端部推动拉杆7向下移动，同时压 缩蝶形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣卡爪5的下 端移出套筒14时，在弹簧6的作用下，卡爪张开， 喷气头13将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔除。
待机械手将新刀装入后，油缸10的下腔通入 压力油，活塞12向上移，蝶形弹簧伸长将拉杆7 和双瓣卡爪5拉着向上，双瓣卡爪5重新进入套筒 14，将刀柄拉紧。
4.3.2主传动机械结构
数控机床机械结构要求：热变形对加工精度的影响小 数控机床的热变形，是影响加工精度的重要因素。引起机床热变形的 热源主要是机床的内部热源，如主电动机、进给电动机发热，摩擦热以及切 削热等。 减少机床热变形及其影响的措施是： 1）减少机床内部热源和发热量； 2）改善散热和隔热条件； 3）均热； 4）合理设计机床的结构布局，减小热变形对精度的影响； 5）采取热变形补偿措施。
4.2 数控机床的整体布局形式
（1）
图具有可编程尾架座双刀架数控车床。
数控铣床的基本知识和特点
第一章数控铣床的基本知识和特点1.1数控铣床的特性数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别.数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：1.1.1主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。
1.1.2进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。
1.1.3控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。
1.1.4辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。
1.1.5机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。
1.2数控铣床的工作原理1.2.1根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺选择加工参数。
通过手工编程或利用CAM 软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。
控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。
伺服装置向伺服电机发出控制信号。
主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。
数控铣床主要由床身、铣头、纵向工作台、横向床鞍、升降台、电气控制系统等组成。
能够完成基本的铣削、镗削、钻削、攻螺纹及自动工作循环等工作，可加工各种形状复杂的凸轮、样板及模具零件等。
数控铣床的床身固定在底座上，用于安装和支承机床各部件，控制台上有彩色液晶显示器、机床操作按钮和各种开关及指示灯。
纵向工作台、横向溜板安装在升降台上，通过纵向进给伺服电机、横向进给伺服电机和垂直升降进给伺服电机的驱动，完成X、Y、Z坐标的进给。
电器柜安装在床身立柱的后面，其中装有电器控制部分。
1.2.2 数控铣床的性能指标1.2.3 点位控制功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。
数控铣床加工中心概述
程序段格式
1
2
3
4
5
6
7
8
顺 序 号
准 备 功 能
坐 标 字
进 给 功 能
主 轴 功 能
刀 具 功 能
辅 助 功 能
结 束 符 号
.
Fanuc数控系统
坐标系统
坐标系的确定原则
刀具相对于静止的工件而运动 标准坐标系的确定
右手笛卡尔直角坐标系
.
坐标轴的确定及步骤
Z轴——产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀 具远离工件的方向为正。
自动编程适合于曲线轮廓、三维曲面、多轴加工的复 杂型面的零件的加工。
.
程序的基本结构
O1；
程序号
N10G54G17G40G49G90；
第一程序段
N20 M3 S300；第二程序段
N30 G0 Z30.0；
N40 X-60.0 Y0；
N50 Z5.0；
N60 G1 Z-5.0 F80；
N70 G1 G42 X-50.0 Y10.0 D1；
.
工艺特点
主要加工对象
立式数控铣床/加工中心一般适用于加工平面凸 轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及 模具的内、外形腔等。卧式数控铣床/加工中心 适用于加工箱体、泵体、壳体等零件。
.
加工工序的划分
刀具集中分序法 粗、精加工分序法 按加工部位分序法
.
加工路线的确定
1、尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间。 2、铣削零件轮廓时，尽量采用顺铣(顺铣
.
编程坐标系的建立原则
编程零点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于 坐标值的计算，并减少错误和编程错误。
编程零点尽量选在精度较高的工件表面，以提高 被加工零件的加工精度。
数控机床的机械结构
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。
数控机床
二、 电火花线切割机床的工作原理
图２－２８ 数控电火花线切割机床的工作原理图 数控电火花线切割机床利用金属线或各种镀层金属线作为负电极，导电或半导电 材料的工件作为正电极，在线电极和工件之间加上脉冲电压，同时在线电极和 工件之间浇注矿物油、乳化液或去离子水等工作液。
• 一、 数控铣床的用途与分类
１．数控铣床的用途
数控铣床作为一种用途广泛的机床，可以加工平面（水平面、垂直面）、 沟槽（键槽、Ｔ 形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、螺旋形表面） 及各种曲面。 此外，数控铣床还可用于回转体表面、内孔的加工，并能作切断加工。
２．数控铣床的 分类
（１） 数控立式铣床(见图2-21) （２） 数控卧式铣床 （３） 数控立卧转换铣床
六、 典型镗铣加工中徎介绍
图２－２６ ＪＣＳ－０１８Ａ 型加工中心 １—X 轴伺服电动机；２—换刀机械手；３—数控柜；４—刀库；５—主轴箱；
６—操纵台；７—驱动电源柜；８—纵向工作台；９—滑座；１０—床身
第5 节 电火花成形加工机床
一、 电火花成形加工机床的用途和分类
１．电火花成形加工机床的用途
图２－１ 数控系统控制方式
２．按执行机构的控制方式分类
（１） 开环控制系统 （２） 闭环控制系统 （３） 半闭环控制系统
图２－２ 按执行机构的控制方式分类示意图
３．按工艺用途分类
（１） 金属切削类数控机床 （２） 金属成形类数控机床 （３） 数控特种加工机床 （４） 其他类型的数控机床
４．按数控机床的性能分类
第 2 章 数控机床
• 第１节 • 第２节 • 第３节 • 第４节 • 第５节 • 第６节
概述 数控车床 数控铣床 加工中心 电火花成形加工机床 电火花线切割机床
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• 图1.2数控铣床的组成 • 1-X向导轨防护 2-Y轴伺服驱动 3-Z向导轨防护 4-立柱 5-冷却水箱 6-底座 7-Y向导轨
防护 8-工作台 9-十字滑台 10-X轴伺服驱动 11-操纵台 12-主轴箱 13-主轴总成 14Z轴伺服驱动
• （1）铣床主体 铣床主体是数控铣床的机械部 件，包括床身、主轴箱、工作台、进给机构等。
作台，便于加工零件的不同侧面。目前单纯的数控卧式铣床现在 已比较少。 • 3.数控龙门铣床 • 对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构龙门铣床， 保证机床的整体刚性和强度，数控龙门铣床有工作台移动和龙门 架移动两种形式，它适用于加工整体结构件零件、大型箱体零件 和大型模具等。
• 加工中心的分类 • 加工中心品种繁多，形态各异，分类方法有多种。按照
• 3.加工中心的主要结构特点 • （1）具有刀库和自动换刀装置,加工中心是由
数控系统控制机床自动更换刀具。 • （2）加工中心一般带有自动分度回转工作台或
可自动转角度的主轴箱，从而使工件在一次装 夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多 工序加工。 • （3）有的加工中心具有自适应控制功能，在加 工过程中能随着加工条件的变化而自动调整最 佳切削参数，自动改变机床主轴转速、进给量 和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能， 从而可得到更好的加工质量。
• （2）控制部分(CNC装置) 控制部分是数控铣 床的控制核心，实际上是一台机床专用计算机， 由印刷电路板、各种电器元件、监视器、键盘 等组成。
• （3）驱动装置 驱动装置是数控铣床执行机构 的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电动 机等。
• （4）辅助装置 辅助装置是指数控铣床的一些 配套部件，包括液压和气动装置、冷却和润滑 系统、排屑装置等。
【知识拓展】
• 数控机床坐标轴通常分两类：一类是直线坐标轴X、Y、Z,另一类是 指分别围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴。
• （1）二轴联动 主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣床等加 工曲线柱面。
• （2）二轴半联动 主要用于三轴以上控制的机床，其中二轴联动， 另一个轴作周期性进给。
• （3）三轴联动 一般分成两类，一类就是X、Y、Z三个直线坐 标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等；另一类是除 了同时控制X、Y、Z中的两个直线坐标轴外，还同时控制围绕其 中某一直线坐标旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了 纵向(Z轴)、横向(X轴)两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围 绕Z轴旋转的主轴(C轴)联动。
• （4）四轴联动 同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与某一旋转 坐标轴联动。
• （5）五轴联动 除同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动外， 还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴中的两 个旋转坐标轴，形成同时控制五个轴联动。这时刀具可以被定 在空间的任意方向。
数控铣床和加工中心的分类及主要加工对 象
数控铣床和加工中心 的组成与结构特点
工匠精神视频短片
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• 数控铣床的组成与结构特点 • 数控铣床是由普通铣床发展而来的一种数字控
制机床，其加工能力很强，加工灵活，通用性 强，数控铣床的最大特点是高柔性，即具有灵 活、通用、万能性，可以加工不同形状的工件。 • 1.数控铣床的用途 • 数控铣床能够铣削加工各种平面、斜面轮廓和 立体轮廓零件，如各种形状复杂的凸轮、样板、 模具、叶片、螺旋桨等。此外，配上相应的刀 具还可进行钻、扩、铰、锪、镗孔和攻螺纹等。
图1.4 加工中心的组成
l-底座 2-立柱 3-X轴伺服驱动 4-Y轴伺服驱动 5-Z轴伺服驱动 6-十字滑台与工 作台 7-操作箱 8-斗签式刀库 9-主轴 10-主轴箱 11-Z向防护罩 12-水箱 13-排 屑装置 14-整体防护 15-电器柜 16-X向导轨防护 17-Y向导轨防护 18-气动与润 滑
• 3.数控铣床的主要结构特点 • 数控铣床在结构上要比普通铣床复杂得多，与其他数控
机床(如数控车床)相比，数控铣床在结构上有下列特点: • （1）数控铣床的运动特征 为了将工件中各种复杂的形
状轮廓连续加工出来，必须控制刀具沿设定的直线、圆 弧或空间的直线、圆弧轨迹运动。这就要求数控铣床的 伺服系统能在多坐标方向同时协调动作并保持预定的相 互关系，即要求机床能实现多坐标联动。 • （2）数控铣床的主轴特性 在数控铣床的主轴套筒内一 般都设有自动夹刀、退刀装置，能在数秒钟内完成装刀 与卸刀，使换刀较为方便。
加工中心的组成
• 1.加工中心的用途 • 加工中心(Machining Center)是在数控铣床的基础上
发展而来的一种高度自动化的加工设备，它是一种带 有刀库和自动换刀装置(ATC)的数控机床，又称为自 动换刀数控机床或多工序数控机床。工件经一次装夹 后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择和更换 刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工 件的运动轨迹及其他辅助功能，连续地对工件各表面 自动进行铣(车)、钻、扩、铰、镗、攻螺纹等多种工 序的加工，适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板、模 具等各种复杂型面的零件。
卧式加工中心
• 卧式加工中心一般具有3～5个运动坐标，常见的是3个直 线运动坐标加一个回转运动坐标。
• 3.龙门式加工中心
龙门式加工中心
• 4.五面体加工中心 • 这类加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，工
件一次安装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等5个面的 加工。但是由于复合加工中心存在结构复杂、造价高、占地 面积大等缺点，所以它的生产和使用远不如其他类型的加工 中心广泛，适于加工复杂箱体类零件和具有复杂曲线的工件 ，如螺旋桨叶片及各种复杂模具。
换刀的形式可分为带刀库、机械手的加工中心、无机械 手的加工中心和回转刀架式的加工中心。按其运动坐标 数和控制坐标的联动数可分为三轴二联动、三轴三联动、 四轴三联动、五轴四联动和六轴五联动加工中心等。常 用分类方法是按机床结构分，一般可分为立式加工中心、 卧式加工中心、龙门式加工中心和五面体加工中心。
【相关链接】
• 变斜角零件多为飞机上的零件，如飞机上的整体梁、 框、椽条和肋板等，如图1.7为飞机外形，图1.8所 示为变斜角梁椽条，在第2肋到第5肋的斜角从 3°10ˊ均匀变化为2°32ˊ，从第5肋到第8肋均匀变化 为1°20ˊ，最后从第9肋到第12肋均匀变化为0°。
波音737飞机外形
飞机变斜角梁椽条
• 1.立式加工中心 • 立式加工中心指主图。其结构 形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功 能，主要适合加工板材类、壳体类工件，也可用于模具 加工。一般具有3个直线运动坐标，如果在工作台上安 装一个水平轴的数控回转台，还可加工螺旋线类零件。 • 2.卧式加工中心 • 卧式加工中心是指主轴轴心线为水平状态设置的加工中 心，如图1.5所示。
、复杂型面铣削、钻削、镗削、螺纹切削及钻孔、扩 孔、铰孔、攻螺纹和镗孔加工等。 • • 1.箱体类零件 • 2.结构形状复杂的零件 • 3.外形不规则的异形件 • 4.盘、套、板类零件
作业： 1、数控铣床及加工中心的分类 2、加工中心的加工范围
• 数控机床组成和工作原理 • （1）数控机床组成 • 数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动
装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床 本体及测量反馈装置组成。如下图是数控机床的组成框图。
图 数控机床的组成
• （2）工作原理
• 使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几 何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加 工程序; 然后将加工程序输入到数控装置，按照 程序的要求，经过数控系统信息处理、分配，使 各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件 的相对运动，完成零件的加工。
• 数控铣床加工的主要对象 • 根据数控铣床的特点，从铣削加工角度考虑，适合数控铣削
的主要加工对象有以下几类。 • 1.平面轮廓零件 • 这类零件的加工面平行或垂直于定位面，如各种盖板、凸轮
以及飞机整体结构件中的框、肋等。平面类零件加工中简单， 一般只需用三坐标数控铣床的两轴半坐标联动，就可以把它 们加工出来。 • 2.变斜角类零件 • 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角零件， 变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中， 加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。
3.曲面类轮廓零件
加工面为空间曲面的零件如模具、叶片、螺旋桨等。曲面类零件不能展开为平面。 加工时，铣刀与加工面始终为点接触，一般采用球头刀在三坐标数控铣床上加工。 当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及相邻表面及需要刀具摆动时，需采用四坐标或 五坐标铣床加工。
• 加工中心加工的主要对象 • 加工中心可以进行平面铣削、型腔铣削、外轮廓铣削
• 数控铣床的分类 • 数控铣床常见的类型主要有数控立式铣床、数控卧式铣床和数
控龙门铣床等。 • 1.数控立式铣床 • 数控立式铣床主轴与机床工作台面垂直，一般采用固定式立柱
结构，工作台不升降，主轴箱作上下运动，主轴中心线与立柱 导轨面的距离不能太大，以保证机床的刚性。
• 2.数控卧式铣床 • 数控卧式铣床其主轴与机床工作台面平行。一般配有数控回转工