数控技术第7章数控机床的机械结构
数控技术自学指导书
《数控技术》自学指导书一、课程名称:数控技术二、自学学时:30课时三、教材名称:《数控技术》,赵玉刚宋现春编著,机械工业出版社四、课程简介:本课程是高等学校机械类专业学生必修的一门专业基础课程。
通过本课程的学习，使学生掌握现代数控技术的基本理论体系、方法和应用工具;具有综合运用所学知识，正确使用数控设备的能力;了解与本课程有关的机电一体化新技术及发展趋势;提高分析问题和动手动脑的综合能力;为学习其他有关课程和将来从事数控技术方面的工程设计与开发打好必要的基础。
本课程主要研究数控机床的工作原理、各组成部分及其在机械生产中的应用．基本教学内容有:数控技术概述、数控加工程序的编制、计算机数控装置、进给伺服系统、数控技术的发展、数控机床的故障诊断与维修等。
六、考核方式：开卷考试七、自学内容指导:第一章绪论1、本章内容概述:了解机床数控技术基本概念及其发展概况;掌握数控机床的工作流程、基本组成、工作原理、分类、特点和适用范围.２、自学学时安排：2学时3、知识点:概述、数控技术概念，数控机床概念。
数控机床的基本工作原理，数控机床的工作流程,数控机床的组成。
数控机床的特点,数控机床的适用范围。
点位、直线、轮廓控制数控机床概念,开环、闭环、半闭环数控机床概念,多轴联动数控机床的含义和实例。
４。
本章重点:点位、直线、轮廓控制数控机床概念,开环、闭环、半闭环数控机床概念,多轴联动数控机床的含义和实例.5。
习题1．数控机床是由哪几部分组成,它的工作流程是什么?2.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？4.数控机床有哪些特点？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?第二章数控机床的加工程序的编制1、本章内容概述:掌握数控编程基础知识;掌握常用G、M指令的编程方法；掌握数控编程的工艺处理原则；了解程序编制中的数学处理方法。
2、自学学时安排：103、知识点:数控编程基本概念，数控编程的一般步骤，数控编程代码的含义，手工编程和自动编程两种方法的异同数控机床的坐标系和坐标轴的确定,机床原点与机床坐标系，工件原点和工件坐标系,绝对坐标与相对坐标,尺寸设定单位,数控加工程序的结构常用的准备功能G指令（包括坐标系相关指令、运动方式相关指令、刀具补偿指令、子程序调用指令),常用的辅助功能M指令，F、S、T指令。
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？
2019春西南大学《数控技术》[0937]作业题附答案
![2019春西南大学《数控技术》[0937]作业题附答案](https://img.taocdn.com/s3/m/2a307dbef8c75fbfc77db279.png)
1、数控机床的驱动执行部分是（）。
1.数控机床本体2.数控装置3.伺服系统4.控制介质与阅读装置2、刀位点是（）上的点。
1.刀具2.工件3.夹具3、闭环控制系统的位置反馈元件应（）。
1.装在电机轴/传动丝杆上2.装在执行部件上3.装在传动丝杆上4、改变步进电机定子绕组的通电顺序，则（）。
1.步进电机的脉冲当量发生变化2.转子的旋转方向发生变化3.步进电机的步距角发生变化4.步进电机转子转速发生变化5、逐点比较法是用（）来逼近曲线的。
1.折线2.直线3.圆弧和直线6、所谓插补就是根据输入线型和速度的要求（）。
1.实时分配各轴在每个插补周期内的位移量2.计算各轴下一插补周期的位移量3.实时计算刀具相对与工件的合成进给速度7、建立刀具长度正补偿的指令是（）。
1. G432. G443. G498、为确定工件在机床中的位置，要确定（）。
1.机床坐标系2.工件坐标系3.笛卡尔坐标系9、数控机床上交流伺服电机的变频调速常采用（）方式。
1.交-直-交变频调速2.交-交变频调速3.直-交-直变频调速4.直-直变频调速10、步进电动机的转速主要取决于（）。
1.电脉冲的总数2.电流的大小3.电脉冲的频率4.电压的高低多项选择题11、伺服系统是一种以（）为控制对象的自动控制系统。
1.功率2.机械位置或角度3.加速度4.速度12、数控机床适合加工（）。
1.大批量生产的标准件2.结构比较复杂精度要求高的零件3.加工批量小、改型频繁的零件4.多品种小批量生产的零件。
13、对于步进电机的特性，以下说法正确的是（）。
<br< span="" style="box-sizing: border-box;"></br<>1.启动频率(突跳频率)fq是反映步进电机快速性能的重要指标，若启动时的频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动，而造成失步；2.步进电机连续运行的工作频率fmax通常低于步进电机的启动频率fq；3.最大静态转矩Mjmax反应了步进电机的自锁能力；4.步进电机采用单相轮流通电方式与单双相轮流通电方式的步距角相同，采用双相轮流通电方式时步距角可减半。
数控机床机械结构设计与制造技术分析
数控机床机械结构设计与制造技术分析数控机床是一种集机电一体、工作自动化的高科技机械设备，其应用领域日益扩大。
在现代制造领域，数控机床已经成为不可缺少的工具，具有工作高效、精度稳定、自动化程度高等优势。
因此，数控机床的机械结构设计和制造技术的分析对于提高机床的性能和质量意义重大。
本文将从数控机床机械结构设计和制造技术两个方面进行探讨。
数控机床机械结构设计是数控技术的重要组成部分，其主要目的是实现工件的高精度加工。
机械结构设计的核心是构建合理的机械结构，它必须实现切削力的传递，确保传动精度和稳定性，并满足机床高速、高精度加工的需要。
1.数控机床结构布局设计数控机床的结构设计以其性能和稳定性为基础，应该尽可能减少结构的复杂度和重量，提高加工精度和效率。
必须综合考虑机床结构与传动系统，并结合数控系统决定结构的布局设计。
2.数控机床动力传动系统数控机床的动力传动系统是保证机床高速、高精度运动的重要组成部分。
传动系统的设计要求高传动精度、高刚性、低噪声、低能耗等。
在设计中，应当选择合适的传动方式和传动件，合理布置传动方式和传动件，保证传动精度和稳定性。
3.数控机床加工台面数控机床加工台面的设计与制造是实现高精度加工关键，加工台面的设计包括机床工作台的结构和运动方式等，制造应当满足加工、表面平整度和精度等要求。
加工时台面应确保精度修整及完整性，保证工件与工具成定心运动，达到加工工件的精度要求。
数控机床的制造技术包括各种机床部件的加工装配工艺和制造工具。
制造过程中应严格遵守工艺规程，保证机床实现高精度加工的要求。
同时，应该使用高品质的材料和制造工具。
数控机床结构部件加工的精度要求高，包括螺旋齿轮的加工、齿轮啮合的匹配、齿轮的零件标记、联轴器的面精度等。
因此，必须采用高精度的加工设备和工具，采用精细的加工工艺。
2.数控机床结构部件的装配数控机床结构部件的装配是保证机床高精度、高效率的关键。
在装配过程中，应根据机床的设计规格，对各个零部件进行精密配合或插配，确保机床的高稳定性和高度精度。
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。
数控机床机械结构设计与制造技术分析
数控机床机械结构设计与制造技术分析一、数控机床机械结构设计1.刚性设计机床的刚性直接关系到加工质量和加工效率。
在数控机床的设计中，要考虑到各种受力情况，保证机床在工作时不会产生过大的变形，从而影响加工精度。
数控机床的机械结构设计中应该采用合理的刚性设计，包括机床整体结构的布局、选材、连接方式等方面的考虑。
2.传动系统设计传动系统是数控机床的核心部件之一，影响机床的加工精度和效率。
在传动系统的设计中，要考虑到传动的稳定性、精度和寿命等因素，选择合适的传动方式和传动件，使其能够满足机床的工作要求。
3.导轨设计4.加工台设计加工台是数控机床上用来装夹工件和进行加工的部件，其设计直接关系到机床的加工范围和稳定性。
在加工台的设计中，要考虑到其结构刚性、稳定性和变位量控制等因素，保证其能够满足各种加工要求。
1.材料选择与加工数控机床的机械结构制造中，材料的选择和加工是至关重要的。
一方面，要选择具有良好机械性能和加工性能的材料，如钢铁、铝合金等；要采用先进的材料加工技术，如数控加工、热处理、表面处理等，保证机床的零部件能够满足设计要求。
2.组装技术数控机床的机械结构由众多零部件组成，其组装质量直接关系到机床的使用效果。
在机床的制造过程中，要采用先进的组装技术，如精密装配、振动测试、调试等，保证机床能够具有良好的工作稳定性和加工精度。
3.工艺控制三、技术发展趋势随着科技的不断进步，数控机床的机械结构设计与制造技术也在不断发展。
未来，数控机床的机械结构设计将更加注重刚性、稳定性和精度；制造技术则将更加倚重先进的材料加工技术和自动化装配技术，以满足越来越高的加工要求。
随着人工智能、大数据等新技术的发展，数控机床的制造将朝着智能化、信息化的方向发展，提高生产效率和制造质量。
数控机床的机械结构设计与制造技术是数控机床制造的重要环节，其质量直接关系到机床的使用效果和加工质量。
随着技术的不断进步，数控机床的机械结构设计与制造技术也将不断完善，为现代制造业的发展做出更大的贡献。
第7章 数控机床机械装置故障诊断与维修
2)用顺序选刀方式选刀时，必须注意刀具放置在 刀库上的顺序要正确。其他选刀方式也要注意所 换刀具号是否与所需刀具一致，防止换错刀具导 致事故发生。
3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装刀到位、 装牢靠。检查刀座上的锁紧是否可靠。
4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床 主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则 不能完成换刀动作。 5)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。 6)开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各 部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀 能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否 正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正 常及时处理。
在操作过程中会出现不正常现象
二、机械部件故障常见类型
1．按照故障发生的原因分 1）磨损性故障：正常磨损而引发的故障； 2）错用性故障：使用不当而引发的故障； 3）先天性故障：由于设计或制造不当而造成机械系统 中存在某种薄弱环节而引发的故障。 2．按照故障的性质分 1）间歇性故障：只是短期内丧失某些功能，稍加修理 调试就能恢复，不需要更换零件； 2）永久性故障：某些零件已损坏，需要更换或修理才 能恢复。
1）突发性故障：不能靠早期测试检测出来的故障； 2）渐发性故障：故障发展有一个过程，可以对其进行 预测和监视。
机械部件故障常见类型
6．按照故障发生的频次 1）偶发性故障：发生频率很低的故障；
2）多发性故障：经常发生的故障。
7．按照故障发生、发展的规律分 1）随机性故障：故障发生的时间是随机的； 2）有规则故障：故障发生比较有规则。
15)经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值。足够 的气压能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。
七、主轴常见故障诊断与维修
（1）主轴发热 （2）主轴在强力切削时停转
《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。
数控技术 第七章 数控机床的进给伺服系统
三 步进电动机的基本控制方法
（2） 双电压功率放大电路 优点：功耗低，改善了脉冲 优点：功耗低， 前沿。 前沿。 缺点：高低压衔接处电流波 缺点： 形呈凹形， 形呈凹形，使步进电机 输出转矩降低， 输出转矩降低，适用于 大功率和高频工作的步 进电机。 进电机。
三 步进电动机的基本控制方法
（3） 斩波恒流功放电路 优点： 优点：1）R3较小（小 R3较小（ 较小 于兆欧） 于兆欧）使整个 系统功耗下降， 系统功耗下降， 效率提高。 效率提高。 2）主回路不串 电阻， 电阻，电流上升 快，即反应快。 即反应快。 3）由于取样绕 组的反馈作用， 组的反馈作用， 绕组电流可以恒定在确定的数值上， 绕组电流可以恒定在确定的数值上，从而保证在很大频率范 围内，步进电机能输出恒定的转矩。 围内，步进电机能输出恒定的转矩。
二 数控机床对伺服系统的基本要求
1 高精度 一般要求定位精度为0.01~0.001mm； ； 一般要求定位精度为 高档设备的定位精度要求达到0.1um以上。 以上。 高档设备的定位精度要求达到 以上 2 快速响应 3 调速范围宽 调速范围指的是 max/nmin 。 调速范围宽:调速范围指的是 调速范围指的是:n 进给伺服系统:一般要求 进给伺服系统 一般要求0~30m/min，有的已达到 一般要求 ，有的已达到240m/min 主轴伺服系统:要求 主轴伺服系统 要求1:100~1:1000恒转矩调速 要求 恒转矩调速 1:10以上的恒功率调速 以上的恒功率调速
一 直流伺服电动机调速原理
7-30 直流电动机的机械特性
二 直流电动机的PWM调速原理 直流电动机的 调速原理
7-24 脉宽调制示意图 脉宽调制示意图
Ud =
τ
T
U = δ T U δ T 称为导通率
数控技术第二版课后答案
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它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数控机床的组成及各部分基本功能答：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。
．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。
．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．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。
（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。
7 机床数控技术-第7章 进给系统的机械传动结构-JIN
7.2 齿轮传动副
1.圆柱齿轮传动消除间隙
图示为另一种双片齿轮周 向弹簧错齿消隙结构，两 片薄齿轮1和2套装一起， 每片齿轮各开有两条周向 通槽，在齿轮的端面上装 有短柱3，用来安装弹簧4。 装配时使弹簧4具有足够的 拉力，使两个薄齿轮的左 右面分别与宽齿轮的左右 面贴紧，以消除齿侧间隙。 适合读数装置，不适合驱 动装置。
6.滚珠丝杆副的支承方式 2）一端装止推轴承，另一端装向心深沟球轴承（双推－支承 式）
图7-16（ b）一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
此种方式可用于丝杠较长的情况。为了减少丝杠热变形的影 响，热源应远离推力轴承一端。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
6.滚珠丝杆副的支承方式 3）两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）
结构简单，工艺性好，承载 能力较高，但径向尺寸较大。应 用最为广泛，也可用于重载传动 系统。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
7.3.1
2）内循环反向器式
靠螺母上安装的反 向器接通相邻滚道， 使滚珠成单圈循环， 反向器２的数目与滚 珠圈数相等。
丝杠螺母尺寸较小、 结构紧凑，刚度好，滚 珠流通性好，摩擦损失 小，但制造较困难。适 用于高灵敏、高精度的 进给系统，不宜用于重 载传动中。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 1）双螺母垫片式消隙
调整垫片1的厚度，可使 两螺母2产生相对位移，以 达到消除间隙、产生预紧拉 力之目的。其特点是结构简 单刚度高、预紧可靠，但使 用中调整不方便。
（b）端部加垫片 （a）中间加垫片
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 2）双螺母螺纹式消隙
7.1 概述 7.2 齿轮传动副 7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承 7.4 数控机床导轨
数控机床的组成及基本工作原理
1．2 数控机床的组成及基本工作原理一、数控机床组成数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。
1、程序的存储介质，又称程序载体1)穿孔纸带（过时、淘汰）；2)盒式磁带（过时、淘汰）；3)软盘、磁盘、U盘；4)通信。
2、输人/输出装置1)对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）；2)对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）；3)对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；4)现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)；5)DNC网络通讯、RS232串口通讯。
3、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。
其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。
准备功能：G00,G01,G02,G03,辅助功能：M03，M04刀具、进给速度、主轴：T，F，S4、伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它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。
对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。
每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。
如三轴联动的机床就有三套驱动系统。
脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。
常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。
5、位置反馈系统（检测反馈系统）伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。
包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。
（作业：让同学们网上查找反馈元件，下节课用5分钟自述所查内容）反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。
数控机床的机械结构
数控机床的机械结构在数控机床进展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架与工作台自动转位与手柄操作等方面作些改变。
随着数控技术的进展，考虑到它的操纵方式与使用特点，才对机床的生产率、加工精度与寿命提出了更高的要求。
数控机床的主体机构有下列特点：1）由于使用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为习惯连续的自动化加工与提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度与阻尼精度，与较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙与获得更高的加工精度，更多地使用了高效传动部件，如滚珠丝杠副与滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，使用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。
根据数控机床的适用场合与机构特点，对数控机床结构因提出下列要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或者手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。
由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架与主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，务必把各处机械结构部件产生的弹性变形操纵在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。
为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常使用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承与角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向与轴向变形。
为了提高机床大件的刚度，使用封闭界面的床身，并使用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。
为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，使用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。
这些措施都能有效地提高接触刚度。
为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还务必提高动态刚度。
数控机床第7章 典型数控系统通信接口与系统连接(2015-08)
周德卿 2015.8
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图7-7 802S/802C型经济型数控系统组成各主要单元连接示意图
周德卿 2015.8
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(3)802D普及型数控系统
SINUMERIK 802D是输出数字量插补指令信号的半闭环数控系统， 核心部件是CNC的面板控制单元(PCU210)，可控制4个联动进给轴和1 个模拟主轴或串行数字主轴。
【教学课时】 6课时
周德卿 2015.8
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7.1 典型数控系统产品简介
根据我国机床行业数控系统应用和发展的水平情况，机床数控系统 产品大致可分为经济型(步进电动机，二至三轴联动开环控制)、普及 型(交流伺服电动机、三轴联动、半闭环控制)、中高档或高档型(交流 伺服电动机、三轴以上联动、全闭环控制)。随着我国国民经济的发展， 机械加工制造业技术水平正在迅速提高，近年来主流数控机床也以普 及型和中高档数控系统为主。
新系统与同类产品相比，具有精度高、硬件结构简单可靠、操作 便捷、智能编程、连接与安装调试容易、性价比高及采用了现场总 线技术等特点，有的功能甚至巳达到原高档系统才具有的水平。西 门子公司机床数控系统产品系列型谱进程表如图7-6所示。
周德卿 2015.8
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图7-6 西门子SINUMERIK机床数控系统产品系列型谱进程表
802D无论在处理速度、功能等都提供了良好的性能/价格比，到了 中档数控系统水平，被广泛应用于数控铣床、加工中心上。但是目前 有被性能价格比更高的828D系统取代的趋势。
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图7-1 KND-100Ti-D数控系统各单元产品图
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
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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。
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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
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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。
第7章 数控机床的进给伺服系统PPT课件
式中 J1、J2——齿轮的转动惯量(N·m·s2)；J3——丝杠的转动惯量 d ——冲当量(mm／脉冲)。
然后进行负载启动频率fqF 的估算； 式中 fq——空载启动频率(Hz)，T——由矩频特性决定的力矩(Nm)
J——电机转子转动惯量(N·m·s2)。 依照机床要求的启动频率fqF ，可选择fq
第七章 数控机床的进给伺服系统
7-1 概述 7-2 步进电动机及其驱动系统 7-3 直流伺服电动机及其速度控制 7-4 交流伺服电动机及其速度控制 7-5 主轴驱动 7-6 位置控制
§ 7-1 概述
立式铣床
加工中心 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机
带制动器伺服电机 主轴电机
伺服电机
伺服驱动系统（Servo System)
称做空载运行频率fmax。它也是步进电动机的重要性能指标，对于提高 生产率和系统的快速性具有重要意义。
fmax 应能满足机床工作台最高运行速度。
6. 运行矩频特性 运行矩频特性T＝f(F)是描述步进电动
机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行 T 频率之间的关系。它是衡量步进电动机运转 时承载能力的动态性能指标。
f
三、步进电动机驱动电源 1. 作用 发出一定功率的电脉冲信号，使定子励磁绕组顺序通电。 2. 基本要求 （1）电源的基本参数与电动机相适应； （2）满足步进电动机起动频率和运行频率的要求； （3）抗干扰能力强，工作可靠； （4）成本低，效率高，安装维修方便。
1.步距角 步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式：
θ＝ 360 (°) Z mK
式中 m—步进电动机相数 Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m
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轴承：高速精密轴承。具有高速性能好、动载荷承载 能力高、润滑性能好、发热量小等优点。
定子与转子：定子由具有高磁导率的优质矽钢片叠压而成， 叠压成型的定子内腔带有冲制嵌线槽。定子通过一个冷却 套固装在电主轴的壳体上。
大扭矩和扩大恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩 的要求。 通常采用2-3级齿轮变速。
额定扭矩140N.m，额定转速1500rpm，22KW的交流无级 变速电动机，经过机械变速后的扭矩、功率曲线
2、多见于数控车床。减少了
噪声和振动。
TND360型数控机床的主传动系统
高速主轴单元的油-水冷却系统
三、主轴组件
主轴组件包括主轴、主轴轴承、传动零件等。
1、主轴轴承
一般采用滚动轴承
①轴承类型
（a） 锥孔双列圆柱滚子轴承：内 圈为1：12的锥孔，当内圈沿锥 形轴轴向移动时，内圈胀大，可 以调整滚道间隙。滚子与内外圈 线性接触，承载能力大，刚性好。 允许极限转速较高。对箱体孔、 主轴颈的加工精度要求高，且只 能承受径向载荷。
②轴承配置：
（a）后端定位：推力轴承布置在后支承两侧，并承受双向 轴向载荷。优点：简化主轴端部结构，缺点：主轴热膨胀， 向前端伸长或横向弯曲，影响精度。
3、电主轴（Electrospindle, Motor Spindle)
主轴电动机与机床主轴合而为一，传动链为零，又称 “零传动”。
优点：结构轻、惯性小、高转速、高精度、高功率，高刚 度，结构紧凑。
应用：高速数控机床
电主轴结构
结构
轴壳：通常将轴承座孔直接设计在轴壳上。电主轴为加 装电动机定子，必须开放一端。大型或特种电主轴，为 方便制造、节省材料，可将轴壳两端均设计成开放型。
（b）双列推力向心球 轴承，接触角为60°。 球径小、数量多，允 许转速高，轴向刚度 较高，能承受双向轴 向载荷。该种轴承一 般与双列圆柱滚子轴 承配套用作主轴的前 支承。
（c）双列圆锥滚子轴承。 这种轴承的特点是内、 外列滚子数量相差一个， 能使振动频率不一致， 因此，可以改善轴承的 动态性能。轴承可以同 时承受径向载荷和轴向 载荷，通常用作主轴的 前支承。
②在经济型、普及型数控机床上，为了降低成本， 可以采用变频器带变频电动机或普通交流电动机 实现无级变速的方式。
③在高速加工机床上，广泛使用主轴和电动机一体 化的新颖功能部件———电主轴。电主轴的电动 机转子和主轴一体，无需任何传动件，可以使主 轴达到数万转、甚至十几万转的高速。
二、主传动变速方式
1、电动机+变速齿轮+主轴 应用于大、中型数控机床上，目的是使主轴在低速时获得
第七章 数控机床机械结构
与普通机床相比，数控机床的机械结构有以下特点：
（1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统， 数控机床的机械传动结构大为简化，传动链也大大缩短；
（2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机 床机械结构具有较高的静、动态刚度，以及较高的耐磨性， 而且热变形小；
（3）为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度， 更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、 消隙齿轮传动副等；
应用最多是混合陶瓷球轴承，即滚动体使用热压 或热等静压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈。
滚动体采用氮化硅陶瓷球的原因：①质量轻，相当于钢球 的40%，因而离心力下降；②弹性模量高，为钢球的1.5 倍，因而主轴和轴承的刚度、临界转速提高。③线膨胀系 数低，约为钢球的25%；④硬度高，1600-1700HV.为 钢球的2.5倍；⑤陶瓷与金属不产生咬合。
（4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提 高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换 刀装置及自动排屑装置等辅助装置。
§7.3 数控机床的主传动系统
一、数控机床对主传动系统的基本要求 1、机床主传动系统功能
主传动系统是实现机床主运动的传动系统，通过变速，使 主轴获得不 同的转速，以适应不同的加工要求。在变速 的同时，还要求传递一定的功率和足 够的扭矩，满足切 削的需要。
（d）带凸肩的双列圆锥 滚子轴承。结构和图 （c）相似，特点是滚 子被做成空心，故能进 行有效润滑和冷却；此 外，还能在承受冲击载 荷时产生微小变形，增 加接触面积，起到有效 吸振和缓冲作用。
（e）高速电主轴轴承：
随着速度的提高，轴承的温度升高，离心力增加, 振动和噪声增大，寿命降低。
可采用磁浮轴承、液体动静压轴承、陶瓷球轴承 三种形式。磁浮轴承的高速性能好、精度高，容 易实现诊断和在线监控，但电磁测控系统过于复 杂。液体动静压轴承综合了液体静压轴承和液体 动压轴承的优点，但这种轴承必须根据具体机床 专门进行设计，单独生产，标准化程度低，维护 保养也困难。
②主轴转速的变换迅速可靠，调速范围广，无级变 速，使切削工作始终在最佳状态下进行。
③为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设 有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切 屑清除装置。
④为实现对C轴位置（主轴回转角度）的控制，主 轴还需要安装位置检测装置。
3、主传动的无级变速方法：
①采用交流电动机驱动系统实现无级变速传动，在 早期的数控机床或大型数控机床上，也有采用直 流主轴驱动系统的情况。
传统机床主传动系统：从动力源（电动机）到执行件（主 轴、工作台），中间需要经过一系列的传动机构：皮带轮、 齿轮。存在问题：转动惯量大、振动和噪声、摩擦磨损、 传动误差等。不能达到高转速。
2、数控机床主传动系统 的基本要求：
①转速高，功率大，能使数控机床进行大功率切削 和高速切削，实现高效率加工。
转子由转子铁心、鼠笼、转轴三部分组成。位于前后轴承 之间，用热压装配法与主轴产生过盈配合，用由过盈力传 递扭矩。
电主轴制造商： 国外：德国GMN公司；瑞士FISCHER公司、IBAG公司； 国内：洛阳轴承研究所
发热问题的解决 热源：内置电动机的发热和主轴轴承的发热。 可用循环切削液冷却。
电主轴内置电动机的发热与散热