第八讲 数控车床的传动与结构特点
数控铣床的传动特点、结构组成（可编辑）
数控铣床的传动特点、结构组成数控铣床的传动特点、结构组成数控铣床的结构及总体布局 * 数控铣床适合于各种箱体类和板类零件的加工。
数控铣床对工件进行钻、扩、铰、锪、镗以及攻螺纹等，但它主要还是用来进行型面的铣削加工。
其主要加工对象： (1)平面类零件其特点是：各加工单元面是平面或可以展开为平面。
数控铣床加工的绝大多数零件属于平面类零件。
(2)曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，又称立体类零件。
其特点是：加工面不能展开为平面；加工面始终与铣刀点接触。
(3)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类零件，其特点是：加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线铣床通常的分类方法是按主轴的轴线方向来分，若垂直于水平面则称之为数控立式铣床；若平行于水平面则称之为数控卧式铣床；还有立卧两用的数控铣床，但较为少见。
数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最为广泛。
1、立式数控铣床 2、卧式数控铣床 3、立、卧两用数控铣床数控铣床的结构特点：（1）高刚度和高抗振性（1）提高静刚度的措施 1）基础大件采用封闭整体箱形结构 2）合理布置加强筋 3）提高部件之间的接触刚度。
封闭整体箱形结构（2）提高动刚度的措施1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）2）床身表面喷涂阻尼涂层3）充分利用结合面的摩擦阻尼4）采用新材料，提高抗震性人造大理石床身（混凝土聚合物天然大理石床身（2）减少铣床热变形的影响1）改进铣床布局和结构①采用热对称结构热对称结构立柱②采用倾斜床身和斜滑板结构。
③采用热平衡措施。
2）控制温度对铣床发热部位(如主轴箱等)，采用散热、风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量。
主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却主轴对机床热源进行强制冷却冷却风管 3）对切削部位采取强冷措施 4)热位移补偿。
预测热变形规律，建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。
数控机床的结构与传动
术
电机完全一致，低速性能的改善是其广泛应用的关键。
第
五
章 数 4) 内装电机主轴：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，振动噪声小、动态
响应特性和刚度好。但发热对主轴精度影响较大。
控 • 用于立式加工中心的内装电机主轴如图（最高转速可达20000rpm）
机
床
的
结
构
与
传
动
10
数 5-2 数控机床的主运动与主轴部件
术 • 功能：完成工作台的连续回转进给和任意角
度的分度。 第 五 • 作用：即能作为回转坐标轴实现坐标联动加
章 工，又能作为分度头完成工件的转位换面。
数 控 机
• 特点：采用伺服系统实现回转、精确分度和 定位。
床 • 种类：开环数控回转工作台
的 结
和闭环数控回转工作台
构
与
传
动
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数 5-4 回转工作台
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第
五
章
数
控
机
床
的
结
对应的动
构
作示意图
与
如下
传
动
12
数 5-2 数控机床的主运动与主轴部件
控
技
三
术
联 滑
第 五 章
移 齿 轮 液
数
压
控
变
机 床 的 结
速 动 作 示 意
构
图
与
传
动
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数 5-2 数控机床的主运动与主轴部件
控 技
2) 电磁离合器变速
术
第 五 章
数 控 机 床 的 结 构 与 传 动
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数控机床的机械结构与传动概述【精品】文档PPT
刀 用机械手配合 库 刀库进行换刀 式
用机械手、运 输装置配合刀 库换刀
刀库只有选刀运动，机械手进行换 刀运动，比刀库做换刀运动惯性小 ，速度快
换刀运动分散，由多个部件实现， 运动部件多，但布局灵活，适应性 好
各种自动换刀数控机床，尤其是对 使用回转类刀具的数控镗铣，钻镗 类立式、卧式加工中心机床，要根 据工艺范围和机床特点，确定刀库 容量和自动换刀装置类型，用于加 工工艺范围广的立、卧式车削中心 机床
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的工作原理
滚珠丝杠螺母副是机床上常用的将旋转运动转换为直线 运动的传动机构。
1—螺母； 2—滚珠； 3—丝杠； a—滚珠出口； b—滚珠回路通道； c—滚珠入口
图2-1 滚珠丝杠螺母副的结构原理
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠的支撑形式
为了提高螺母支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承及 其支撑方式是十分重要的。常用的支撑方式有下列几种， 如图2-4所示。
图2-4 常用的几种支撑方式
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
滚珠丝杠螺母副的循环方式
数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
4）行程长度不受限制。
1 滚珠丝杠螺母结构 减振性好，具有良好的阻尼性；
按滚珠在滚道
第四节 数控机床的进给传动系统 减振性好，具有良好的阻尼性；
内的循环方式分
第三节 数控机床的主传动系统
数控机床的机械传动结构
5. 2数控机床的主传动系统
(二)主轴组件 1.主轴组件的类型
(1)只作旋转运动的主轴组件。此类主轴结构较为简单，如车床、铣 床和磨床等的主轴组件。
(2)既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件。如钻床和锁床等的 主轴组件。其主轴组件与轴承装在套筒内，主轴在套筒内作旋转 主运动，套筒在主轴箱的导向孔内作直线进给运动。
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5. 2数控机床的主传动系统
(三)数控机床的主轴轴承的配置 主轴轴承也是主轴组件的重要组成部分，应根据数控机床的
规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中、小规格的数控机床(如 车床、铣床、钻锁床、加工中心、磨床等)的主轴部件多采用成组 高精度滚动轴承，重型数控机床采用液体静压轴承，高精度数控 机床(如坐标磨床)采用气体静压轴承，转速达(2~10 ) x 104 r/min的 主轴可采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承
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5. 2数控机床的主传动系统
2.通过带传动的主传动 如图5 -8所示为通过带传动的主传动，这种方式主要应用在小
型数控机床上，可克服齿轮传动时引起振动和噪声的缺点，但它 只能适用于低扭矩特性要求。
数控机床上采用的带传动通常是同步齿形带传动，如图5一9 所示。它是综合了带、链传动优点的新型传动方式，主要特点有: ①传动效率高，可达98%以上 ②无滑动，传动比准确 ③传动平稳，噪声小 ④使用范围较广，速度可达50 m/s，传递功率由几瓦至数千瓦 ⑤维修保养方便，不需要润滑 ⑥安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成2数控机床的主传动系统
3.由调速电机直接驱动的主传动 如图5一10所示为由调速电机直接驱动的主传动，电动机直接
带动主轴运动，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。其优点是主轴部件结构紧凑、惯性小、重量轻， 可提高启动和停止的响应特性，有利于控制振动和噪声;缺点是电 动机运转产生的热量使主轴产生热变形，并且主轴输出扭矩较小， 电动机发热对主轴的精度影响较大。
数控机床的组成工作原理与结构特点
数控机床的组成工作原理与结构特点数控机床是一种通过数字信号控制机床执行加工操作的机床设备，它在工业生产中起着重要的作用。
本文将从组成部分、工作原理和结构特点三个方面，详细介绍数控机床的相关知识。
一、组成部分1.机床主体：数控机床的主体是由床身、立柱、工作台等构件组成，它们构成了机床的基本骨架，提供了支撑和定位的功能。
2.动力系统：数控机床的动力系统包括主轴驱动系统和进给驱动系统。
主轴驱动系统负责驱动刀具进行加工，进给驱动系统则负责控制刀具在工件上的运动。
3.控制系统：数控机床的控制系统是通过计算机控制机床的加工动作和运动路径。
它由硬件和软件两个层面构成，硬件包括电气控制部分和传感器，软件则是控制程序和相关算法。
4.自动换刀系统：数控机床的自动换刀系统可以根据加工需要，自动实现刀具的更换，提高加工效率。
5.润滑系统：润滑系统负责对机床的各个部件进行润滑，保证机床的正常运行。
二、工作原理1.制定加工方案：操作人员根据产品的工艺要求，制定数控机床的加工方案，包括刀具选择、切削参数等。
2.编写加工程序：操作人员根据加工方案，采用特定的编程语言编写机床的加工程序，将其输入到数控机床的控制系统中。
3.加工准备：操作人员根据加工程序对机床进行设置和调试，包括刀具装夹、工件夹紧、原点设定等。
4.执行加工操作：数控机床的控制系统按照加工程序指令，依次控制主轴驱动和进给驱动系统，使刀具按照预定的路径进行切削。
5.完成加工任务：机床按照程序的设定，逐步完成加工任务，并根据需要进行刀具自动换位等操作。
三、结构特点数控机床相比于传统的机床在结构上有以下几个特点：1.高刚性和高精度：数控机床采用了优化的结构设计和高强度材料，使得机床的刚性和稳定性得以提高，能够满足高精度加工的要求。
2.自动化程度高：数控机床具有自动换刀、自动测量、自动补偿等功能，能够在一定程度上提高生产效率，减少人工操作。
3.多功能性：数控机床能够进行多种形式的加工，如铣削、钻孔、镗削、车削等，满足不同产品的加工需求。
数控机床结构-数控机床的典型结构
数控机床结构-数控机床的典型结构数控机床结构的主传动系统及主轴部分主传动系统1.数控机床主传动的特点（1）转速高，功率大，它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。
（2）主轴转数变换迅速可靠，并能自动无级变速，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，主轴上还必须设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。
主传动系统是实现主运动的传动系统，数控冲模它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一，对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。
2.主传动的变速方式（1）无级变速目前，数控机床的主传动电动机已经基本不再使用普通交流异步电动机和传统的直流调速电动机，它逐步被交、直流伺服电动机所代替。
数控机床的主传动系统要有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
数控机床主传动的无级变速通常有以下三种方法：1)交、直流主轴驱动系统现采用交流主轴驱动系统实现无级变速传动，在早期是采用直流主轴驱动系统，直流主轴驱动系统中的三相可控硅调速驱动装置功率大。
2)变频器带变频电动机在经济型、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来实现无级变速。
3)电主轴在高速加工机床上，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，无须任何传动件，可以使主轴达到每分钟数万转、甚至十几万转的高转速。
（2）分段无级变速无级变速主轴结构虽然大大简化了主轴箱，但由于数控机床结构的主传动的调速范围较大，单靠调速电机有时无法满足它的调速范围，另一方面调速电机的功率扭矩特性也难于直接与机床的功率和扭矩要求相匹配。
3.数控机床主轴的传动形式:一是如下图所示，电机直接带动主轴旋转，优点是结构紧凑，占用空间小，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，因而使用上受到一定限制。
试析数控车床的结构特点及保养措施
试析数控车床的结构特点及保养措施在当下的国际发展中，数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床以及生产过程数控化是当今制造业的发展方向，在当今的数控发展环境中，数控人才的市场需求是巨大的，而当下数控技术的人才需求主要是在是大学、高职和中职的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生以及从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训，以适应企业对数控人才的急需。
数控技术的有效发展就需要使用者更好的掌握数控技术的结构特点以及能够采取相应的保养措施，更好的完善数控车床技术的发展。
标签：数控车床的结构特点；保养措施；分析的意义引言：数控车床主要运用了数控技术，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），目它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。
一、数控机床的结构特点數控车床是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身，液压系统、冷却系统、润滑系统等部分组成的，只是数控车床的进给系统与卧式车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别，典型数控车床的机械结构组成图。
卧式车床主轴的运动经过挂轮架、进给箱、溜板箱传到刀架，实现纵向和横向进给运动。
而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z向（纵向）和置向（横向）进给运动。
数控车床也有女Ⅱ工各种螺纹的功能，主轴旋转与刀架移动间的运动关系通过数控系统来控制。
数控车床主轴箱内安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步齿形带11地传到脉冲编码器。
当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持加工螺纹所需的运动关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架z向移动工件一个导程。
数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与卧式车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本的变化，这是因为刀架和导轨的布局形式直接影响数控车床的使用性能及村L床J结J和外观。
数控车床的主传动系统的特点及结构
主转动系统是实现现实车床主运动的传动系统。
具有稳定的速比和一定的变速范围，并可以在一定的范围内实现恒线速度运转，以适应不同的刀具材料和零件材料、零件不同形状、尺寸对加工参数的不同需求，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。
数控车床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件。
它与普通车床的主传动系统相比在结构上更为简单，传动链大大缩短，变速功能全部或大部分由主轴电动机无极调速来实现，省掉复杂的齿轮变速机构。
目前大部分数控车床只有二级或三级齿轮变速系统，主要以扩大电动机无极调速的范围。
一、数控车床主动传动系统的特点1．主轴变速迅速可靠，变速范围宽。
由于采用直流或交流主轴电动机的调试系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无极变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面的质量。
2．转速高、功率大。
主传动系统能够让数控车床获得较大的切削参数性能，进行大功率切削，实现高效率加工。
3．具有良好的精度保持性。
主轴组件的耐磨性高，轴承、锥孔等都有足够的硬度，凡有机械摩擦的部位有良好的润滑系统作保证，因此数控车床主传动系统能够保证很高的主传动精度，并可以长久保持。
二、数控车床的主轴驱动系统数控车床的调速是按照M指令自动执行的，因此，变速机构必须适应自动操作的要求。
在主传动系统中，多采用交流主轴电动机或直流主轴电动机无极调速系统。
为了扩大主传动系统的调速范围，并且适应低速大转矩的要求，采用齿轮有级调速和电动机无极调速相结合的调速方式。
数控车床主传动系统主要有四种配置方式1. 带有变速齿轮的主传动大、中型数控车床采用这种变速方式，即通过少数几对齿轮降速传动，其设计主要是为了扩大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。
数控车床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，可以实现分段无级变速。
滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拔叉。
或者直接由液压缸带动齿轮。
数控机床的主传动系统
联轴器直接与主轴联接
其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全 受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
内装电机主轴
这种主传动方式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，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
数控机床的主传动系统
1.1 主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动 传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直 流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运 动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。
1）带有变速齿轮的主传动
排油泵强制排油到恒温邮箱，以达到润滑、冷却的目的。
2．主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于
（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑 主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种： （1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。 （2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
合机床的镗孔车端面头主轴组件。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证 定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸 方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用 的结构形式。
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。
数控车床分类和结构特点
这类车床的双刀 架配置平行分布， 也可以是相互垂 直分布。
（2）分类和结构特点
其它分类方法
按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床 可以分很多种类，如直线控制数控车床，两主轴控 制数控车床等;按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数 控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。
数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够 自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复 杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同， 为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。
（2）数控车床的结构特点
与传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：
为了拖动轻便，数控车床 的润滑都比较充分，大部 分采用油雾自动润滑。
由于数控机床的价格较高、控制 系统的寿命较长，所以数控车床 的滑动导轨也要求耐磨性好。数 控车床一般采用镶钢导轨，这样 机床精度保持的时间就比较长， 其使用寿命也可延长许多。
数控车床还具有加工冷却 充分、防护较严密等特点， 自动运转时一般都处于全 封闭或半封闭状态。
（3）数控车床的档次
高精度数控车床
高精度数控车床主要用于加工类似磁鼓、磁盘的合金铝基 板等需要镜面加工，并且形状、尺寸精度都要要求很高的零部 件，可以代替后续的磨削加工。这种车床的主轴采用超精密空 气轴承，进给采用超精密空间压导向面，主轴与驱动电动机采 用磁性联轴器等。床身采用高钢性后壁铸铁，中间填砂处理， 支撑也采用空气弹簧三点支撑。总之，为了进行高精度加工， 在机床各方面均采取了很多措施。
（2）分类和结构特点
按加工零件的基本类型分类
数控车床主传动系统的特点
数控车床主传动系统的特点
数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，它的机械部分较普通机床有更高的要求，如高精度、高刚度、高速度、低摩擦等。
因此，无论是从机床布局、基础件结构设计，还是轴承的选择与配置，都十分注意提高它们的刚度；零部件的制造精度和精度保持性都比普通机床提高很多，基本上按精密或高精密机床考虑，如主轴轴承都采用C级或超C级轴承，传动丝杠采用高精度的滚珠丝杠螺母副。
主传动和进给传动都广泛采用高性能的交、直流伺服电动机驱动。
此外为提高数控机床的灵敏度，改善摩擦特性，数控机床普遍采用了滚珠丝杠螺母副、滚动导轨、贴塑导轨以降低摩擦损失，减少动、静摩擦系数之差，以避免爬行。
为了防止不灵敏区产生，在进给传动系统中普遍采用消除间隙和预紧的措施。
数控车床是基于数字控制的它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：
1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。
2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。
CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。
第八章 数控机床的机械结构
提高动态刚度的措施
1）提高系统刚度、增加阻尼以及调整构件的 自振频率。
例如：钢板采用焊接结构，可以增加静刚度、 减小质量增加阻尼。 封砂铸件也有利于振动衰减。
（2）减少机床的热变形
1）机床运动部件本身的发热量要少 2）机床结构应当根据热对称的原则设计 3）改善主轴轴承、丝杠螺母副、高速运动导 轨副等的摩擦特性。
（3）可以实现主轴部件的单元化。电主轴可 以独立做成标准功能部件。专门厂生产。
8.2.3数控机床的主轴部件
• 数控机床的主轴部件包括主轴的支撑和安 装在主轴上的传动零件等。
• 主轴部件应具有良好的回转精度、结构刚 度、抗振性、热稳定性、部件的耐磨性和 精度保持性等。主轴上还要设计自动装卸、 主轴准停装置、和切屑清除装置。
8.2.2主轴的调速
数控机床的主传动系统的调速主要有：有级 变速、无级变速、分段的无级变速、内置电 动机主轴变速。 1）有级变速： 图8-1所示：有级变速系统 2）无级变速： 图8-2无级变速传动结构 3）分段无级变速 图8-3所示。
3）内置电动机主轴变速
图8-6电主轴：电动机转子和主轴一体。电主轴可以 使主轴转速达到每分钟数万甚至几十万转。主轴传 动的结构简单、刚性高。 电主轴传动方式有如下特点： （1）机械结构最为简单，传动惯量小，快速响应性 好，能实现极高的速度、加（减）速度和定角速度 的快速准停。 （2）通过采用交流变频调速和磁场适量控制的交流 主轴驱动装置，输出功率大，调速范围宽。并有理 想的转矩-功率特性。
按照调整好后侧向间隙能否自动补偿分为刚 性调整法和柔性调整法。 1）刚性调整法 （1）偏心套调整法 图8-23。 （2）轴向垫片调整法 图8-24
2）柔性调整法 （1）周向弹簧调整法 图8-25 （2）轴向压簧调整法 图8-26
数控机床机械传动系统课件
心推力球轴承。此种结构普遍应用于各种数控机床，
其综合刚度高，可以满足强力切削要求。
（b）为前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种 配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小， 适用于高速轻载和精密数控机床。
（C）为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列 圆锥滚子轴承，其经向和轴向刚度很高，能承受重 载荷。但这种结构限制了主轴最高转速，因此适用 于中等精度低速重载数控机床。
机
具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
床
“工艺复合化”和“功能集成化”是无人化、柔性加工的基
本要求，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。因此，自
动换刀装置（ATC）、动力刀架、自动换屑装置、自动润滑装置等特
殊机械部件是必不可少，有的机床还带有自动工作台交换装置
（APC）。
“功能集成化”是当前数控机床的另一重要发展方向。在现 代数控机床上，自动换刀装置、自动工作台交换装置等已经成为基 本装置。随着数控机床向无人化、柔性化加工发展，功能集成化更 多体现在：工件的自动装卸、自动定位，刀具的自动对刀、破损检 测、寿命管理，工件的自动测量和自动补偿功能上，因此，国外还 新近开发了集中突破传统机床界限，集钻、铣、镗、车、磨等加工 于一体的所谓“万能加工机床”，大大提高了附加值，并随之不断 出现新的机械部件。
轮；在使用直线电动机，电主轴的场合，甚至可以不用丝杠、主轴箱。
在操作上，它不像普通机床那样，需要操作者通过手柄进行调整和变
速，操作机构比普通机床要简单多，许多机床甚至没有手动机械操作
系统。此外，由于数控机床的大部分辅助动作都可以通过数控系统的
辅助技能（M技能）进行控制，因此，常用的操作按钮也较普通机床
数
主轴、支承、传动零件、装夹刀具或工件的附件
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CK7815型数控车床主轴箱结构
1、2塔级带轮 3 4主脉冲发生器 5螺钉 6带轮、齿形带 7、8、11 螺母 9 主轴 10 圆螺母
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CK7815型数控车床主轴箱结构
如图所示，电动机经过二级塔形带轮1、2和 三联V带带动主轴。
主轴前支承采用三个角接触球，形成背靠背 组合形式。轴承由圆螺母11预紧。
夹紧：液压缸内的压力油推动活塞6和拉杆2 向主轴后端移动时，通过楔形机构，使卡
06/09盘/10 夹紧工件。
液压卡盘的回转油缸
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液压卡盘的回转油缸
主轴编码器
数控车床主轴编码器采用与主轴同步的光电 脉冲发生器。
此装置通过中间轴上的齿轮或同步带轮1:1与 主轴同步转动，或通过弹性联轴器与主轴 同轴安装。
连接 b. 滚珠丝杠通过同步齿形带及带轮与伺服电
机连接。
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滚珠丝杠与伺服电机轴端通过联轴器直接连接
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1、4轴承座 2、5轴承 3滑板 6轴承盖 7联轴器 8伺服电机 9螺母 10、13缓冲块 11床鞍 12滚珠丝杠
滚珠丝杠与伺服电机轴端通过联轴器直接连接 特点：整个系统结构简单，减少产生误差的 环节。且是采用锥环连接，可消除进给传 动系统的传动间隙。依靠内外锥环面压紧 后产生的摩擦力传递动力。 应用场合：方泛用于进给传动链的各个环节。
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作业题 p79T3.2
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模刀块架三 数控车床与操作
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电动四方刀架
回转刀架
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电动（或液压）回转刀架
模块回转三刀数架控车床与操作
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电动（或液压）回转刀架
刀架
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排式刀架
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虎钳
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卡盘的夹紧与松开的工作原理
卡盘的夹紧与松开由回转液压缸通过一根空 心拉杆2来驱动，拉杆2后端别与拉杆2和滑套4连接。
松开：当液压缸内的压力油推动活塞6和拉 杆2向卡盘方向移动时，滑套4向右移动， 由滑套楔形槽的作用，使卡爪座11带动卡 爪12沿径向向外移动。
虎钳
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回转坐标轴
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铣削用三爪卡盘
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铣削用四爪卡盘
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工件装卸机器人
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工件装卸机械手
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工件装卸机械手
塔轮
step pulley 具有多种直径的带轮，改变转速用的传动件。通常两个塔轮配套使用。动力和 运动由主动轴输入，通过带和塔轮装置由从动轴输出。当带所处的主动轮和从 动轮直径相等时，实现等速传动。改变带的位置，当带处于主动轮直径小于从 动轮直径位置时，实现减速传动；处于主动轮直径大于从动轮直径位置时，实 现增速传动。塔轮传动可用于需要有级变速而功率较小的地方。由于塔轮传动 装置尺寸较大，虽然结构简单，在机械传动中已很少采用。
数控车床采用伺服电机驱动，通过滚珠丝杆 螺母副带动刀架移动。刀架的快速位移与 进给运动为同一传运动路线。
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进给传动系统
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滚珠丝杠螺母副+滑动导轨
数控车床的进给传动方式
中小型数控车床的进给普遍采用滚珠丝杠副传 动。
伺服电机与滚珠丝杠的传动连接方式有两种： a. 滚珠丝杠与伺服电机轴端通过联轴器直接
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主轴转速和功率特性
当电动机在45~6000r/min时，为恒功率输出。
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主轴转速和转矩特性
当电动机转速在70~1500r/min时，为恒转矩输出。
图3.11 主轴转速和转矩特性
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主轴箱结构
主轴箱作用：支承主轴和支承主轴运动的传动系统。
图3.12 HTC2050型数控车床主轴箱
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1、2 带轮 3 同步齿形带 4 压块 5 圆螺母 6 、10轴承 7 主轴 8、9圆螺母 11 主脉冲编码
器
12联轴器
HTC2050型数控车床主轴箱
如图所示，电动机通过带轮3和多楔带直接驱 动主轴。通过改变电机的旋转方向实现机床 主轴的正反转。主轴制动由电机制动实现。 ➢ 主轴前支承采且三个角接触球轴承，形成背 靠背组合形式。轴承由压块锁紧圆螺母9预紧， 为防止螺母回松，用圆螺母8锁紧。 ➢ 后支承采用两个角接触球轴承，形成背靠背 组合形式，轴承由压块锁紧圆螺母5预紧。 ➢ 主轴脉冲编码器11由主轴通过带轮1、2和齿 形带及联轴器12带动，和主轴同步运动转。
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液压动力自定心卡盘
为减少装夹工件的辅助时间，广泛采用液压或气动 动力自定心卡盘，卡盘的松夹是靠用拉杆连接 的液压卡盘和液压夹紧油缸的协调动作来实现 的。
应对主轴高速，卡盘结构的改进： 由卡爪、滑座和紧固螺钉组成的卡爪组件难以满 足主轴高速运转产生的离心力。因此，常采用 液压卡盘。
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液压卡盘
中实液压卡盘
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中空液压卡盘
卡盘
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弹簧夹头卡盘
液压卡盘结构图
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1 回转液压缸 2拉杆 3连接套 4滑套 5接套 6活塞 7 、10螺钉 8回转液压缸箱体 9卡盘体 11卡爪套 12卡爪
卡盘与主轴的同步回转工作原理
如图所示，液压卡盘固定安装在主 轴前端，回转液压缸1与接套5用螺 钉连接，接套通过螺钉与主轴后端 面连接，使回转液压缸随主轴一起 转动。
主传动系统
主轴
主轴电机
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主轴脉冲编码器 同步齿形带
数控车床主传动方式
a. 主传动系统一般采用交流主轴电动机， 通过带传动或2~4级齿轮变速传动主轴。
b. 也有采用交流调速电动机通过两级塔轮 直接驱动主轴，由电气系统无级调速。 该传动噪声小。
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主传动方式
如图所示HTC2050型数控车床，其主传动系统由功率为 1KW的变频电机驱动，经一级5：8带传动带动主轴放转， 使主轴在45~4000r/min的转速范围内实现无级调速。
主轴后支承采用双列向心短圆柱滚子轴承， 加强主轴刚性。
主轴脉冲编码器4通过一对带轮和齿形带带动 的，与主轴同步运转。齿形带的松紧由螺 钉5来调节。
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卡盘结构
卡盘是数控车床的主要夹具，随着高轴转速的提 高，普通卡盘巳不再适用，必须采用高速卡 盘才能保证安全可靠地加工。
目前数控车床的最高转速可达每分钟数千转，甚 至每分钟数万转。
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滚珠丝杠通过同步齿形带及带轮与伺服电机连接
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1、 4轴承座 2、 5 轴承 3滚珠丝杠 6螺母 7 轴承盖 8 、10 同步带轮 9同步带 11电动机座 12伺服电机 13外锥环 14内锥环 15法兰 16螺钉 17床身
滚珠丝杠通过同步齿形带及带轮与伺服电机连接 特点：通过带轮降速，提高驱动扭矩，且 安装精度要求不同。为消除同步齿形带 对传动精度的影响，可采用直接检测滚 珠丝杠的旋转状态。此结构允许伺服电 机的轴端朝外安装。
3.2 数控车床的传动与结构特点
本讲内容： ➢ 主传动系统及主轴箱 ➢ 进给传动系统
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主传动系统
主传动链两端部件是主电动机与主轴。 功用：把动力源的运动及动力传递给主轴，使主
轴带动工件旋转实现主运动，满足主轴变速 和换向的要求。
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主传动系统
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数控主传动系统
利用主轴编码器检测主轴的运动信号。
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主轴编码器的作用
利用主轴编码器检测主轴的运动信号的作用： a. 可实现主轴调速的数字反馈 b. 用于实现主轴的转动与进给运动之间的控
制联系，如车螺纹时，控制主轴与刀架之 间的准备运动关系。
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进给传动系统的特点
数控车床的进给传动系统是控制X、Z坐标轴 的伺服系统的主要组成部分，它将伺服电 机的旋转运动转化为刀架的直线运动，且 对移动精度要求很高。