数控机床结构与原理

数控机床结构及主要部件
项目二 数控机床结构性能与布局特点
一、对数控机床结构的基本要求 1.数控机床应具有更高的静、动刚度 （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。
数控机床结构及主要部件
封闭整体箱形结构
数控机床结构及主要部件
（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
数控机床床身
一、数控机床床身作用 支承机床的零部件并保证这些零部 件在加工过程中占有的准确位置。 二、对床身的要求 刚性高、抗振性好、热变形小、易于 安装调整。 三、数控机床床身类型 1.铸铁 2.人造大理石 3.钢板焊接
数控机床结构及主要部件
三点支承床身
数控机床结构及主要部件
一、刀具系统作用
项目八 刀具系统
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1）滑动导轨 摩擦特性好、耐磨性好、运动平 稳、工艺性好、速度较低。
2）滚动导轨 摩擦系数小、运动轻便、位移精 度和定位精度高、耐磨性好、抗震性 较差、结构复杂、防护要求较高。
数控机床结构及主要部件
滑动导轨
数控机床结构及主要部件
滚动导轨
项目五 检测装置 数控机床结构及主要部件
二、刀具系统要求
数控机床结构及主要部件 三、刀具系统内容
1.标准 中国：GB10944-89 国际：ISO7388-83 美国：ANSI/ASME B5.50-1985
日本：MAS403-1982 德国：DIN69871-1988
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2.类型
整体式
模块式
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滑枕立式加工中心
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O形整体床身立式加工中心
数控机床结构及主要部件
移动立柱卧式加工中心
模块二 数控机床结构及主要部件
移动立柱卧式加工中心
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移动立柱卧式加工中心
数控机床结构及主要部件
移动立柱卧式加工中心
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工作台移动式龙门加工中心
数控机床结构及主要部件
程 序 调 试 阶 段
试 切 加 工 阶 段
正 式 加 工 阶 段
检 测
数控机床结构及主要部件
三、数控机床的性能指标
1.精度指标 定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量 等 2.坐标轴指标 可控轴数 、联动轴数 3.运动性能指标 主轴转速、进给速度 、行程 、换刀时间等
4.加工能力指标 每分钟最大金属切除率
落地式5坐标加工中心
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MOV3 五坐标高速加工中心
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A
C
实现2个回转坐标运动的工作台
数控机床结构及主要部件 4.数控电火花线切割机床的布局和结
构特点
快走丝电火花线切割机床
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垂直慢走丝电火花线切割机床
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水平慢走丝电火花线切割机床
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三、主传动的变速方式 1.采用变速齿轮传动
2.采用同步齿形带传动 3.采用主轴电机直接驱动（一体化 主轴，电主轴）
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变速齿轮传动
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同步齿形带传动
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主轴电机直接驱动
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电主轴
数控机床结构及主要部件
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2.回转工作台
1）作用：实现绕X、Y、Z轴的圆周 进给运动
2）种类：数控回转工作台、数控 分度工作台
数控机床结构及主要部件
数控回转工作台
数控机床结构及主要部件
数控分度头
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3.导轨
导轨是进给系统的重要环节，是机 床基本结构的要素之一。机床加工精度 和使用寿命很大程度上取决于机床导轨 的质量。 对导轨的要求：高的导向精度、良 好的精度保持性、良好的摩擦特性、运 动平稳、高灵敏度、寿命长。
三、数控系统要求、类型及性能评价指标
1.要求 高效、稳定、可靠、开放
2.类型 电子管 晶体管 集成电路
硬线连接数控系统（NC系统）
小型计算机 微处理器 工控PC机
软件数控系统 （CNC系统）
数控机床结构及主要部件
3.数控系统的性能指标 （1）分辨率和进给速度 （2）可控轴数和联动轴数 （3）显示功能 （4）通信功能 （5）主CPU性能 （6）自诊断功能
主编
陈
劭
（2007版）
数控机床结构及主要部件
数控机床认识 一 数控机床组成 二 数控机床结构性能与布局特点 数控机床了解项目 一 数控机床坐标系 二 数控系统 三 数控机床的主传动系统 四 数控机床的进给传动系统 五 检测装置
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六 七 八 九 自动换刀装置 数控机床床身 刀具系统 夹具及附件
项目六 自动换刀装置（ATC） 数控机床结构及主要部件
一、自动换刀装置作用 自动换刀装置可帮助数控机床节 省辅助时间，并满足在一次安装中完 成多工序、工步加工要求。 二、对自动换刀装置的要求
换刀时间短，刀具重复定位精度高， 足够的刀具容量，体积小，稳定可靠。
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三、换刀方式
回转刀架换刀 更换主轴头换刀 机械手换刀 使用刀库的换刀 刀库与主轴相对运动换刀
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
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三、进给传动系统种类 1.步进电机伺服进给系统
2.直流电机伺服进给系统 3.交流电机伺服进给系统 4.直线电机伺服进给系统
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螺母
电机
丝杠 支承
伺服进给系统
数控机床结构及主要部件
伺服电机
数控机床结构及主要部件
工作台
床身
直线电机
四、主轴部件 1.主轴轴承
2.主轴准停装置 3.刀具自动夹紧和清洁装置
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数控车床主轴结构
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4. 主轴的润滑、冷却方式 （1）主轴轴承润滑方式：油脂润滑、 油液循环润滑、油雾润滑、油气润 滑
（2）主轴冷却方式：减少轴承及切 割磁力线发热，有效地排除已产生 的热量
对机床热源进行强制冷却
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热对称结构立柱
数控机床结构及主要部件
机床排屑系统
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3.数控机床运动件之间的摩擦要小， 要消除传动系统的间隙，达到低速时 无爬行，高速时快速响应。
MOV2 进给运动
数控机床结构及主要部件 4.数控机床应有更好的宜人性（人机
关系及环保）
直线坐标 X Y Z 旋转坐标 A B C
附加坐标 U V W
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3.确定顺序：Z—X—Y 4.增大工件和刀具之间距离的方向 为运动的正方向
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四、数控机床坐标系坐标原点
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主轴
刀架
+Z +X
卧式数控车床坐标系
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+Z
+X +Y
便于操作的机床结构
数控机床结构及主要部件
二、数控机床布局特点 数控机床大都采用机、电、液、气
一体化布局，全封闭或半封闭防护，机 械结构大大简化，易于操作及实现自动 化。
数控机床结构及主要部件
1.数控车床的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ局和结构特点
水平床身
数控机床结构及主要部件
倾斜床身
数控机床结构及主要部件
垂直床身
数控机床结构及主要部件
项目一 数控机床坐标系
一、数控机床坐标系的作用 描述机床的运动，产生数据信息。 二、数控机床坐标系确定的依据—JB3051-8 （ISO841） 为简化程序编制，保证数据的互换性。
数控机床结构及主要部件
三、数控机床坐标系 的确定方法 1.假定刀具相对于 固定的工件运动
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2.采用右手笛卡儿坐标系
数控机床结构及主要部件
水平慢走丝电火花线切割机床
数控机床结构及主要部件
水平慢走丝电火花线切割机床
数控机床结构及主要部件 5.数控电火花成型加工机床的布局和
结构特点
工作台移动式电火花机床
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工作台固定式电火花机床
数控机床结构及主要部件
龙门架移动式电火花机床
数控机床结构及主要部件 数控机床学习项目
数控机床结构及主要部件
主轴的润滑、冷却方式
数控机床结构及主要部件 项目四 数控机床进给传动系统
一、进给传动系统作用 接受数控系统发出的进给脉冲，经放 大和转换后驱动执行元件实现预期的运动。
二、对进给传动系统的要求 1.有较高的工作精度 2.响应速度快 3.调速范围宽 4.稳定性好 5.可靠性高
数控机床结构及主要部件
数控机床结构及主要部件
数控机床认识项目 项目一 数控机床组成
一、数控机床的组成与结构
输 入 装 置 主轴控制单元 主轴 机床 速度控制单元 伺服电机
输 出 装 置
计 算 机 数 控 装 置
PLC
工 作 台
位置检测反馈装置
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二、数控机床工作过程
加 工 准 备 阶 段
机 床 调 整 阶 段
数控车床刀具系统
模块二 数控机床结构及主要部件
数控铣床刀具系统
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加工中心刀具系统
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1.刀片或刀具几何参数和切削参数的规范化、典型 化 2.刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件材料之 间的匹配 3.刀片或刀具耐用度及其经济寿命指标的合理性 4.刀片或刀柄的定位基准的优化 5.刀片或刀柄对机床主轴的相对位置精度的要求 6.刀片或刀柄的转位、拆装的重复精度的要求 7.刀柄强度、刚性和耐磨性的要求 8.刀柄或工具系统的装机重量限度的要求 9.刀片或刀柄切入位置和方向的要求 10.刀片或刀柄的通用化、规格化、系列化 11.整个工具系统和自动换刀系统的优化
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人造大理石床身（混凝土聚合物）
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天然大理石床身
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2.数控机床应有更小的热变形 控制热变形的措施：对机床热源 进行强制冷却，采用热对称结构。
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冷却风管
主轴
对机床热源进行强制冷却
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主轴
冷却风管
一、检测装置作用
检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈 信号，并将反馈信号转换成数字信号送回计算机 与脉冲指令信号进行比较，以控制驱动元件正确 运转。检测装置的精度直接影响数控机床的定位 精度和加工精度。
二、对检测装置的要求
高的可靠性和抗干扰能力，满足机床加工精 度和加工速度的要求，使用维护方便，成本低。
数控机床结构及主要部件
四、进给运动传动部件 1.滚珠丝杠螺母副 1）工作原理 2）作用：将回转运动转换为直线运动 3）特点：传动效率高，摩擦力小，寿命长， 经预紧后可消除轴向间隙，无反向空行程， 成本高，不能自锁，尺寸不能太大。 4）用途：各类中小型数控机床的直线进给
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滚珠丝杠螺母副
四、数控刀具结构与刀具材料
立式数控铣床坐标系
数控机床结构及主要部件
项目二 数控系统
一、数控系统的组成与作用
1.组成 CNC系统由输入输出设备、CNC装 置、可编程控制器（PLC）、主轴驱 动装置和进给驱动装置等组成。 2.作用 接受信息—计算处理—发出控 制命令
数控机床结构及主要部件
二、数控系统工作过程
数控机床结构及主要部件
数控机床结构及主要部件
三、检测装置的分类
直线型
直线位移检测装置
位置检测装置
旋转型 检测装置
角度位移检测装置 速度检测装置
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直线型检测装置 感应同步器 光 栅 磁 栅 旋转变压器 脉冲编码器 测速发电机
旋转型检测装置
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光
栅
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脉冲编码器
四、刀具交换装置
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回转刀架换刀
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机械手换刀
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刀库与主轴相对运动换刀
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五、刀库 1.刀库容量
2.类型 塔式 盘式 链式 顺序选刀 3.选刀方式
10-40
任意选刀
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盘式刀库
链式刀库
项目七 数控机床结构及主要部件
数控机床结构及主要部件
四、常见数控系统
SIEMENS FANUC
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华中HNC
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项目三 数控机床的主传动系统
一、主传动系统作用
产生主切削力
二、对主传动系统的要求
1.足够的转速范围 2.足够的功率和扭矩 3.各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性 4.噪声低、运行平稳
垂直床身
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立式数控车床
数控机床结构及主要部件
2.数控铣床的布局和结构特点
立式数控铣床
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卧式数控铣床
数控机床结构及主要部件
龙门数控铣床
数控机床结构及主要部件
3.加工中心的布局和结构特点
固定立柱立式加工中心
数控机床结构及主要部件
固定立柱立式加工中心
数控机床结构及主要部件