数控机床的机械结构
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一、数控机床机械结构特点 3）灵敏度高 4）热变形小 ❖ 在数控机床结构布局设计中可考虑尽量采用对称结构
（如对称立柱等），进行强制冷却（如采用空冷机）， 使排屑通道对称布置等措施。 5）自动化程度高，操作方便
6
回转交换式APC
移动交换式APC
二、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
二、数控机床布局特点 3、不同布局有不同的机床结构性能
数控卧式镗铣床中，（a）、 （b）为T形床身布局，工作 台支承于床身，刚度好，工 作台承载能力强；(c)、(d) 工作台为十字形布局，（c） 主轴箱悬挂于单立柱一侧， 使立柱受偏载，(d)主轴箱装 在框式立柱中间，对称布局， 受力后变形小，有利于提高 加工精度。
19
2）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。
3）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。
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.1 数控机床主传动的特点
1）具有更大的调速范围并实现无级调速。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。
2）具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低 3）良好的抗振性和热稳定性。 4）在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能。 5）在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。 6）具有恒线速度切削控制功能。
同步齿形带的结构和传动
16
4.3.2 数控机床主轴的变速方式
3、 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。
17
4.3.2 数控机床主轴的变速方式
4 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。
一、数控机床机械结构特点 1）静刚度和动刚度高 合理选择构件的结构形式，如基础件采用封闭的完整 箱体结构；合理选择及布局隔板和筋条，尽量减小 接合面，提高部件间接触刚度等；合理进行结构布 局；采取补偿构件变形的结构措施。 2）抗振性高
4
4.2 数控机床机械结构的特点
立柱结构
筋条结构
5
4.2 数控机床机械结构的特点
4.3.3 主轴部件
2、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。
4.3.2 数控机床主轴的变速方式
2、 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。
带的结构形式 (a)多楔带;(b)同步齿形带
15
4.3.2 数控机床主轴的变速方式
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。
13
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.2 数控机床主轴的变速方式 1、带有变速齿轮的主轴传动 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14 机分别驱动；(d)调速电机直接驱动
二、数控机床布局特点 4、不同布局影响机床操作方便程度
数控车床的四种不同布局方案，（a）为水平床身-水平滑板， 床身工艺性好，便于导轨面的加工，下部空间小，故排屑困难， 刀架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸；
二、数控机床布局特点 4、不同布局影响机床操作方便程度
（b）为倾斜床身-倾斜滑板，排屑亦较方便，中小规格的数控 车床其床身的倾斜度以60°为宜；（c）水平床身-倾斜滑板， 具有水平床身工艺性好，宽度方向的尺寸小，且排屑方便， 是卧式数控车床的最佳布局形式。
21
4.3.3 Biblioteka Baidu轴部件
2、刀具自动装卸切屑清除装置
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。
直接驱动式
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4.3 数控机床的主传动系统
4.3.3 主轴部件 1、主轴轴承的支撑形式
1）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
主轴轴承常见的支撑形式
数控机床主轴。
(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三
第4章 数控机床的机械结构
1 认识数控机床的机械结构
2 数控机床机械结构的特点
3 数控机床的主传动系统
4 数控机床进给传动系统
5 自动换刀装置
6 数控机床的回转工作台
7
项目训练
1
4.1 认识数控机床的机械结构
1、熟悉数控车床的机械结构
2
4.1 认识数控机床的机械结构
2、熟悉加工中心的机械结构
3
4.2 数控机床机械结构的特点
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。
二、数控机床布局特点 2、不同布局有不同的运动分配及工艺范围
数控镗铣床的三种布局方案 中，（a）主轴立式布置， 上下运动，对工件顶面进行 加工；（b）主轴卧式布置， 加工工作台上分度工作台的 配合，可加工工件多个侧面； （c）在（b）基础上再增加 一个数控转台，可完成工件 上更多内容的加工。
（如对称立柱等），进行强制冷却（如采用空冷机）， 使排屑通道对称布置等措施。 5）自动化程度高，操作方便
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回转交换式APC
移动交换式APC
二、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
二、数控机床布局特点 3、不同布局有不同的机床结构性能
数控卧式镗铣床中，（a）、 （b）为T形床身布局，工作 台支承于床身，刚度好，工 作台承载能力强；(c)、(d) 工作台为十字形布局，（c） 主轴箱悬挂于单立柱一侧， 使立柱受偏载，(d)主轴箱装 在框式立柱中间，对称布局， 受力后变形小，有利于提高 加工精度。
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2）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。
3）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。
4.3 数控机床的主传动系统
4.3.1 数控机床主传动的特点
1）具有更大的调速范围并实现无级调速。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。
2）具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低 3）良好的抗振性和热稳定性。 4）在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能。 5）在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。 6）具有恒线速度切削控制功能。
同步齿形带的结构和传动
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4.3.2 数控机床主轴的变速方式
3、 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。
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4.3.2 数控机床主轴的变速方式
4 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。
一、数控机床机械结构特点 1）静刚度和动刚度高 合理选择构件的结构形式，如基础件采用封闭的完整 箱体结构；合理选择及布局隔板和筋条，尽量减小 接合面，提高部件间接触刚度等；合理进行结构布 局；采取补偿构件变形的结构措施。 2）抗振性高
4
4.2 数控机床机械结构的特点
立柱结构
筋条结构
5
4.2 数控机床机械结构的特点
4.3.3 主轴部件
2、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。
4.3.2 数控机床主轴的变速方式
2、 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。
带的结构形式 (a)多楔带;(b)同步齿形带
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4.3.2 数控机床主轴的变速方式
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。
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4.3 数控机床的主传动系统
4.3.2 数控机床主轴的变速方式 1、带有变速齿轮的主轴传动 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14 机分别驱动；(d)调速电机直接驱动
二、数控机床布局特点 4、不同布局影响机床操作方便程度
数控车床的四种不同布局方案，（a）为水平床身-水平滑板， 床身工艺性好，便于导轨面的加工，下部空间小，故排屑困难， 刀架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸；
二、数控机床布局特点 4、不同布局影响机床操作方便程度
（b）为倾斜床身-倾斜滑板，排屑亦较方便，中小规格的数控 车床其床身的倾斜度以60°为宜；（c）水平床身-倾斜滑板， 具有水平床身工艺性好，宽度方向的尺寸小，且排屑方便， 是卧式数控车床的最佳布局形式。
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4.3.3 Biblioteka Baidu轴部件
2、刀具自动装卸切屑清除装置
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。
直接驱动式
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4.3 数控机床的主传动系统
4.3.3 主轴部件 1、主轴轴承的支撑形式
1）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
主轴轴承常见的支撑形式
数控机床主轴。
(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三
第4章 数控机床的机械结构
1 认识数控机床的机械结构
2 数控机床机械结构的特点
3 数控机床的主传动系统
4 数控机床进给传动系统
5 自动换刀装置
6 数控机床的回转工作台
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项目训练
1
4.1 认识数控机床的机械结构
1、熟悉数控车床的机械结构
2
4.1 认识数控机床的机械结构
2、熟悉加工中心的机械结构
3
4.2 数控机床机械结构的特点
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。
二、数控机床布局特点 2、不同布局有不同的运动分配及工艺范围
数控镗铣床的三种布局方案 中，（a）主轴立式布置， 上下运动，对工件顶面进行 加工；（b）主轴卧式布置， 加工工作台上分度工作台的 配合，可加工工件多个侧面； （c）在（b）基础上再增加 一个数控转台，可完成工件 上更多内容的加工。