数控机床机械结构

1、数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容主要内容主要内容概述概述数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统数控机床的导轨数控机床的导轨数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台第四章第四章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构CNC1数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容导轨导轨4.1 4.1 概述概述CNC机机械械结结构构组组成成辅助装置辅助装置床身床身立柱立柱主主轴轴部部件件进给系统进给系统工作台工作台刀架和刀库刀架和刀库自动换刀装置自动换刀装置2数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容机机械械结结构构的

2、的主主要要特特点点1)1)结构简单、操作方便、自动化程度高结构简单、操作方便、自动化程度高 主轴箱、进给箱结构简单；主轴箱、进给箱结构简单； 电机直接连主轴、滚珠丝杠；电机直接连主轴、滚珠丝杠； 采用直线电机、电主轴则不需丝杠、主轴箱；采用直线电机、电主轴则不需丝杠、主轴箱； 不需手柄等操作机构；不需手柄等操作机构； 2)2)广泛采用高效、无间隙传动装置广泛采用高效、无间隙传动装置 滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨等高效执行部件，减小摩擦力，直线滚动导轨等高效执行部件，减小摩擦力，提高传动效率。提高传动效率。4.1 4.1 概述概述CNC3数

3、控机床机械结构数控机床机械结构主要内容3)3)具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件工艺复合化、功能集成化工艺复合化、功能集成化自动换刀装置、动力刀架、自动排屑装置、自动润自动换刀装置、动力刀架、自动排屑装置、自动润滑装置、自动工作台交换装置、自动装卸、自动对滑装置、自动工作台交换装置、自动装卸、自动对刀、破损检测、立卧转换等。刀、破损检测、立卧转换等。4)4)对机械结构、零部件要求高（刚度、功率、精度对机械结构、零部件要求高（刚度、功率、精度和抗振性）和抗振性） 高速、高精度、高效高速、高精度、高效 无人化、工艺复合、功能集成无人化、工艺复合、功能集成 开机

4、时间长、工作负载增加、粗精合一开机时间长、工作负载增加、粗精合一4.1 4.1 概述概述CNC4数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容对机械结构的基本要求对机械结构的基本要求: 较高的静、动刚度和良好的抗振性较高的静、动刚度和良好的抗振性 良好的热稳定性良好的热稳定性 较高的运动精度和低速稳定性较高的运动精度和低速稳定性 良好的操作、安全防护措施良好的操作、安全防护措施4.1 4.1 概述概述CNC5数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容提高数控机床性能的措施提高数控机床性能的措施:合理选择数控机床的总体布局合理选择数控机床的总体布局 提高结构件的刚度提高结构件的刚度 提高机床抗振性提高机

5、床抗振性 改善机床的热变形改善机床的热变形 保证运动的精度和稳定性保证运动的精度和稳定性 4.1 4.1 概述概述CNC6数控机床机械结构数控机床机械结构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。4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局CNC7数控机床机械结构数控机床机械结构数控车床常用的布局型式有平床身、斜床身和立式床身这三种 4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局CNC4.2.1 4.2.1 数控车床常见布置型式数控车床常见布置型式8数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容 数控车床水平床身CNC平床身平床身:

6、: 经济型、普及型数控车床以及数控化改造的车床经济型、普及型数控车床以及数控化改造的车床 4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局4.2.1 4.2.1 数控车床常见布置型式数控车床常见布置型式9数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容数数控控铣铣床床常常见见布布局局数控车床数控车床倾斜床身倾斜床身CNC斜床身斜床身 性能要求较高的中、小规格数控车床性能要求较高的中、小规格数控车床4.2.1 4.2.1 数控车床常见布置型式数控车床常见布置型式4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局10数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容立式数控车床立式数控车床CNC立式床身立式床身 大型

7、数控车床或精密数控车床大型数控车床或精密数控车床 4.2.1 4.2.1 数控车床常见布置型式数控车床常见布置型式4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局11数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC4.2.2 4.2.2 卧式数控镗铣床卧式数控镗铣床( (卧式加工中心卧式加工中心) )的布局型式的布局型式 种类较多，主要区别在于立柱的结构型式和种类较多，主要区别在于立柱的结构型式和x、z坐标轴的移动方式上坐标轴的移动方式上(y轴移动方式无区别轴移动方式无区别)。常用的。常用的立柱有单立柱和框架结构双立柱两种型式立柱有单立柱和框架结构双立柱两种型式 4.2 4.2 数控机床总体布局

8、数控机床总体布局12数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC4.2.2 4.2.2 卧式数控镗铣床卧式数控镗铣床( (卧式加工中心卧式加工中心) )的布局型式的布局型式卧式数控铣床卧式数控铣床移动立柱卧式加工中心移动立柱卧式加工中心4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局13数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC4.2.2 4.2.2 卧式数控镗铣床卧式数控镗铣床( (卧式加工中心卧式加工中心) )的布局型式的布局型式卧式加工中心双交换工作台卧式加工中心双交换工作台4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局14数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.2.3 4.2

9、.3 立式数控镗铣床立式数控镗铣床( (立式加工中心立式加工中心) )的布局型式的布局型式与卧式数控镗铣床类似与卧式数控镗铣床类似 4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局15数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容数数控控铣铣床床常常见见布布局局立式数控铣床立式数控铣床CNC4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总体布局龙门数控铣床龙门数控铣床4.2.3 4.2.3 立式数控镗铣床立式数控镗铣床( (立式加工中心立式加工中心) )的布局型式的布局型式16数控机床机械结构数控机床机械结构O O形整体床身立式形整体床身立式加工中心加工中心CNC4.2 4.2 数控机床总体布局数控机床总

10、体布局4.2.3 4.2.3 立式数控镗铣立式数控镗铣床床( (立式加工中心立式加工中心) )的的布局型式布局型式17数控机床机械结构数控机床机械结构对对机机械械结结构构的的基基本本要要求求CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 数控机床的主传动系统必须通过变速，才能使主轴获数控机床的主传动系统必须通过变速，才能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，得不同的转速，以适应不同的加工要求。在变速的同时，还能传递一定的功率和足够的扭矩，满足切削的需要。还能传递一定的功率和足够的扭矩，满足切削的需要。 主传动的基本要求和变速方式主传动的基本要求和变速方式 主

11、传动系统的基本要求主传动系统的基本要求 ： 能够自动实现无级变速能够自动实现无级变速 具有足够高的转速和足够大的功率具有足够高的转速和足够大的功率 主传动系统应简化结构，减少传动件主传动系统应简化结构，减少传动件 具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置 安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制 18数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 主传动的无级变速的方法主传动的无级变速的方法 交流主轴驱动系统交流主轴驱动系统 采用变频器带变频电动机采用变频

12、器带变频电动机或普通交流电动机或普通交流电动机实现无级变速的方式实现无级变速的方式 （经济型、普及型数控经济型、普及型数控机床机床 ）使用主轴和电动机一体化的新颖功能部件使用主轴和电动机一体化的新颖功能部件电主轴电主轴 （高速加工机床高速加工机床 ）主传动的基本要求和变速方式主传动的基本要求和变速方式 19数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.2 主轴的联接型式主轴的联接型式 用辅助机械变速机构联接用辅助机械变速机构联接 在使用无级变速传动的基础上，再增加两级或在使用无级变速传动的基础上，再增加两级或三级辅助机械变速机构作为补充

13、。通过分段变速三级辅助机械变速机构作为补充。通过分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范方式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩的要求围，满足机床重切削时对扭矩的要求 辅助机械变速机构辅助机械变速机构 ：通过电磁离合器、液压通过电磁离合器、液压或气动带动滑移齿轮等方式实现或气动带动滑移齿轮等方式实现 20数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速。滑通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位采用液压拨叉或电磁离合器控制。移齿轮的移位采用液压拨叉或电磁离合器控制。应用：大中型数控机床应用：大中型数控机床

14、 CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.2 主轴的联接型式主轴的联接型式 21数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容例：例：TND360TND360型数控车床型数控车床两级齿轮变速两级齿轮变速液压拔叉实现齿轮滑移液压拔叉实现齿轮滑移作用：慢速对刀和手作用：慢速对刀和手动调整机床动调整机床CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.2 主轴的联接型式主轴的联接型式 22数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.2 主轴的联接型式主轴的联接型式 定传动比的联结型式定传动比的

15、联结型式 主电动机和主轴一般采用定传动比的联结型主电动机和主轴一般采用定传动比的联结型式，或是主电动机和主轴直接联结的型式，在使式，或是主电动机和主轴直接联结的型式，在使用定传动比传动时，通常采用用定传动比传动时，通常采用三角皮带或同步皮三角皮带或同步皮带传动带传动 电动机和主轴直接联结的型式，可以电动机和主轴直接联结的型式，可以大大简大大简化主轴传动系统的结构，有效地提高主轴刚度和化主轴传动系统的结构，有效地提高主轴刚度和可靠性。可靠性。 23数控机床机械结构数控机床机械结构主轴脉冲编码器主轴脉冲编码器同步齿形带同步齿形带主轴电机主轴电机主轴主轴主要应用在小型数控机床，可避免齿轮传动引起的振

16、动主要应用在小型数控机床，可避免齿轮传动引起的振动和噪声，但它只适用于低扭矩特性要求的主轴。和噪声，但它只适用于低扭矩特性要求的主轴。常用带：多楔带、同步带常用带：多楔带、同步带 CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 定传动比的联结型式定传动比的联结型式 24数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容多楔带多楔带兼有兼有V V带和平带的优点，既有平带柔软、强韧的带和平带的优点，既有平带柔软、强韧的特点，又有特点，又有V V带紧凑、高效等优点。带紧凑、高效等优点。CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 定传动比的联结型式定传动比的联结型式 25数控

17、机床机械结构数控机床机械结构主要内容同步带同步带是利用带齿与带轮的啮合同步传动力的一种是利用带齿与带轮的啮合同步传动力的一种新型传动带。不仅具有带传动的特点，适用于大中心新型传动带。不仅具有带传动的特点，适用于大中心距传递，而且又具有齿轮传动和链传动的特点，能够距传递，而且又具有齿轮传动和链传动的特点，能够保证准确的传动比。保证准确的传动比。 梯形齿同步带梯形齿同步带 圆弧齿同步带圆弧齿同步带 CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 定传动比的联结型式定传动比的联结型式 26数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统

18、采用电主轴采用电主轴 电主轴的电动机转子和主轴为一体。外电主轴的电动机转子和主轴为一体。外壳有进行强制冷却的水槽，中空套筒用于安装壳有进行强制冷却的水槽，中空套筒用于安装各种机床主轴。各种机床主轴。 27数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容 电主轴：电主轴：主轴与电机制成一体。定子定子转子转子CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 采用电主轴采用电主轴28数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC主轴主轴前轴承前轴承转子转子磁极磁极定子定子磁极磁极后轴承后轴承4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 采用电主轴采用电主轴29数控机床机械结构数控机

19、床机械结构主要内容优点：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高优点：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。简化了启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。简化了主运动系统结构，实现了所谓主运动系统结构，实现了所谓“零传动零传动”，使传动精，使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。度大大提高，在高速数控机床大量采用。缺点缺点: :电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。式主轴电机的关键问题。CN

20、C4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 采用电主轴采用电主轴30数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.3 主轴部件的支承主轴部件的支承 数控机床的主轴一般都采用滚动轴承作为支承数控机床的主轴一般都采用滚动轴承作为支承 主轴轴承主轴轴承31数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC后端定位：推力轴承布置在后支承的两侧，轴向载荷后端定位：推力轴承布置在后支承的两侧，轴向载荷由后支承承受。由后支承承受。4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.3 主轴部件的支承主轴部件的支承 前后两端定

21、位：推力轴承布置在前后支承的两外侧，前后两端定位：推力轴承布置在前后支承的两外侧，轴向载荷由前后支承，轴向间隙由后端调整。轴向载荷由前后支承，轴向间隙由后端调整。前端定位：推力轴承布置在前支承，轴向载荷由前支前端定位：推力轴承布置在前支承，轴向载荷由前支承承受。承承受。轴承的配置轴承的配置32数控机床机械结构数控机床机械结构高速度轴承配置高速度轴承配置CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.3 主轴部件的支承主轴部件的支承 轴承的配置轴承的配置33数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.4 主轴部件

22、结构主轴部件结构主轴和电机间采用的是皮带联接的定传动比传动方式主轴和电机间采用的是皮带联接的定传动比传动方式34数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.3 4.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 4.3.4 主轴部件结构主轴部件结构内装电主轴的主轴部件结构内装电主轴的主轴部件结构35数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容主要内容 进给传动系统作用进给传动系统作用 进给传动系统是将伺服电机的旋转运动转变为执行进给传动系统是将伺服电机的旋转运动转变为执行部件的直线运动或回转运动。部件的直线运动或回转运动。进给系统组成进给系统组成: :伺服电机及检测元件、传动机构、运动伺服电机及检测元

23、件、传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件。变换机构、导向机构、执行件。常用的传动机构常用的传动机构: :一到两级传动齿轮和同步带；一到两级传动齿轮和同步带； 运动变换机构运动变换机构: :丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副等；等；导向机构导向机构: :滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等。滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等。4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC36数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容主要内容 4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC37进给传动系统结构简图进给传动系统结构简图

24、 数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 影响数控机床定位精度和轮廓加工精度的决定影响数控机床定位精度和轮廓加工精度的决定性因素性因素 传动系统的刚度和惯量；传动系统的刚度和惯量； 传动部件精度与传动系统的非线型传动部件精度与传动系统的非线型 数控机床对机械传动系统的要求数控机床对机械传动系统的要求 提高传动部件的刚度提高传动部件的刚度 减小传动部件的惯量减小传动部件的惯量 减小传动部件的间隙减小传动部件的间隙 减小系统的摩擦阻力减小系统的摩擦阻力 数控机床对进给传动系统的要求数控机床对进给传动系统的要求 38数控机床机械结构数控机床

25、机械结构主要内容主要内容 4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC（1 1）传动刚度要高）传动刚度要高 传动刚度主要取决于丝杠螺母副传动刚度主要取决于丝杠螺母副( (直线运动直线运动) )或或蜗轮蜗杆副蜗轮蜗杆副( (回转运动回转运动) )及其支撑部件的刚度。传动及其支撑部件的刚度。传动刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。象以及造成反向死区，影响传动准确性。 措施：措施：缩短传动链，合理选择丝杠尺寸以及对缩短传动链，合理选择丝杠尺寸以及对丝杠螺母副及支撑部件等进行预紧是提高传动刚

26、度丝杠螺母副及支撑部件等进行预紧是提高传动刚度的有效途径。的有效途径。 4.4.1 数控机床对进给传动系统的要求数控机床对进给传动系统的要求 39数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容主要内容 4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC（2 2）转动惯量要小）转动惯量要小 进给系统中每个部件的转动惯量对进给系统的启进给系统中每个部件的转动惯量对进给系统的启动、制动特性等都有直接的影响，尤其是高速运转零动、制动特性等都有直接的影响，尤其是高速运转零件的转动惯量。件的转动惯量。 措施：措施：在满足传动强度和刚度的前提下，应尽可在满足传动强度和刚度的前提下，应尽可能使各零

27、件的结构、配置合理，减小旋转零件的直径能使各零件的结构、配置合理，减小旋转零件的直径和质量，以减少运动部件的转动惯量。和质量，以减少运动部件的转动惯量。4.4.1 数控机床对进给传动系统的要求数控机床对进给传动系统的要求 40数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容主要内容 4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC（3 3）传动间隙要小）传动间隙要小 机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要原因，因此，对传动链的各个环节，包括齿轮副、原因，因此，对传动链的各个环节，包括齿轮副、丝杠螺母副、联轴器及其支撑部件等均应采用消除丝杠螺

28、母副、联轴器及其支撑部件等均应采用消除间隙的结构措施。间隙的结构措施。 4.4.1 数控机床对进给传动系统的要求数控机床对进给传动系统的要求 41数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容主要内容 4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC（4 4）摩擦阻力要小）摩擦阻力要小 在进给系统中要尽量减少传动件之间的摩擦阻力，在进给系统中要尽量减少传动件之间的摩擦阻力，尤其是减少丝杠传动和工作台运动导轨之间的摩擦，尤其是减少丝杠传动和工作台运动导轨之间的摩擦，以消除低速进给爬行现象，从而提高整个伺服进给系以消除低速进给爬行现象，从而提高整个伺服进给系统的稳定性。广泛采用滚珠丝

29、杠和滚动导轨以及塑料统的稳定性。广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨。导轨和静压导轨。 数控机床对进给传动系统的要求数控机床对进给传动系统的要求 42数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4.4.2 数控机床进给传动系统的基本型式数控机床进给传动系统的基本型式 数控机床的进给运动有两大类数控机床的进给运动有两大类 直线进给运动直线进给运动: :机床的基本坐标轴机床的基本坐标轴(X、Y、Z轴轴)以及和基本坐以及和基本坐标轴平行的坐标轴标轴平行的坐标轴(U、V、W等等)的运动的运动 圆周进给运动圆周进给运动: :指绕基本坐标

30、轴指绕基本坐标轴X、Y、Z回转的坐标轴运动。回转的坐标轴运动。 实现直线进给运动主要有三种型式实现直线进给运动主要有三种型式 通过通过丝杠丝杠(通常为滚珠丝杠或静压丝杠通常为滚珠丝杠或静压丝杠)螺母副螺母副，将伺服电动机，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动。的旋转运动变成直线运动。 通过通过齿轮、齿条副齿轮、齿条副，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动 直接采用直接采用直线电动机直线电动机进行驱动进行驱动 实现圆周运动除少数情况直接使用齿轮副外，一般都采用蜗实现圆周运动除少数情况直接使用齿轮副外，一般都采用蜗轮蜗杆副轮蜗杆副 43数控机床机械结构数控机床机械结

31、构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是目前中、小型数控机床使用滚珠丝杠螺母副是目前中、小型数控机床使用最为广泛的传动型式。最为广泛的传动型式。 44数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止出为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止出现爬行现象，必须要降低数控机床进给系统的摩擦现爬行现象，必须要降低数控机床进给系统的摩擦力，减少静、动摩擦系数之差。力，减少静、动摩擦系数之差。滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什滚珠丝

32、杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于么差别。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。因此，行程不太长的直线运提高定位精度和刚度。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。滚珠丝杠由专门工厂制造动机构常用滚珠丝杠副。滚珠丝杠由专门工厂制造。 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副45数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 直线电机作为高效驱动元件正被广为应用，尤其在直线电机作为高效驱动元件正被广为应用，尤其在激光切割和高速加工中。激光切割和高速加工中。 直线电动机直线电动机 46数控机

33、床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 直线电动机直线电动机 直线电动机是高速、高精度数控机床最有代表性的先进制造技直线电动机是高速、高精度数控机床最有代表性的先进制造技术之一。利用直线电动机驱动，可以完全取消传动中将旋转运术之一。利用直线电动机驱动，可以完全取消传动中将旋转运动变为直线运动的环节，大大简化机械传动系统的结构，即动变为直线运动的环节，大大简化机械传动系统的结构，即“零传动零传动”。优点优点 采用直线电动机驱动，不需要丝杠、齿轮齿条等转换装置即能直接实现采用直线电动机驱动，不需要丝杠、齿轮齿条等转换装置即能直接实现直线运动，它

34、大大简化了进结系统结构，提高了传递效率。直线运动，它大大简化了进结系统结构，提高了传递效率。 采用直线电动机驱动时，速度可以达到采用直线电动机驱动时，速度可以达到大于大于100 m100 mminmin的进给速度和大的进给速度和大于于10m10ms s2 2的加速度的加速度 直线电动机从根本上消除传动环节，故进给系统的直线电动机从根本上消除传动环节，故进给系统的精度高精度高、刚度大刚度大、快快速性速性和和稳定性好稳定性好，噪声很小噪声很小或无噪声或无噪声 缺点缺点效率和功率因数要低，特别在低速时更明显效率和功率因数要低，特别在低速时更明显 直线感应电动机的起动推力受电源电压的影响较大，故对驱动

35、器的要求直线感应电动机的起动推力受电源电压的影响较大，故对驱动器的要求较高较高 和导轨、工作台做成一体，必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的和导轨、工作台做成一体，必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的影响影响 47数控机床机械结构数控机床机械结构按丝杠与螺母的摩擦性质分：按丝杠与螺母的摩擦性质分：滑动丝杠螺母副：主要用于旧机床的数控化改造、经济滑动丝杠螺母副：主要用于旧机床的数控化改造、经济型数控机床等；型数控机床等；滚珠丝杠螺母副：广泛用于中、高档数控机床；滚珠丝杠螺母副：广泛用于中、高档数控机床；静压丝杠螺母副：主要用于高精度数控机床、重型机床。静压丝杠螺母副：主要用于高精度数控机床、

36、重型机床。4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC4.4.3 4.4.3 滚珠丝杠螺母副的原理滚珠丝杠螺母副的原理48数控机床机械结构数控机床机械结构丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。直线运动。4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC4.4.3 4.4.3 滚珠丝杠螺母副的原理滚珠丝杠螺母副的原理49数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容滚珠循环方式常用的有两种：滚珠循环

37、方式常用的有两种：外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC4.4.3 4.4.3 滚珠丝杠螺母副的原理滚珠丝杠螺母副的原理50数控机床机械结构数控机床机械结构4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC内循环：始终与丝杠保持接触。内循环：始终与丝杠保持接触。内循环结构：反向器尺寸较长，承载钢球数减少，且钢球高速时流内循环结构：反向器尺寸较长，承载钢球数减少，且钢球高速时流畅性差；而外循环插管式结构简单，承载能力大，不受导程限制。畅性差；而外循环插管式结构简单，

38、承载能力大，不受导程限制。 4.4.3 4.4.3 滚珠丝杠螺母副的原理滚珠丝杠螺母副的原理51数控机床机械结构数控机床机械结构4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC4.4.3 4.4.3 滚珠丝杠螺母副的原理滚珠丝杠螺母副的原理 滚珠丝杠螺母副的预紧滚珠丝杠螺母副的预紧是提高刚度、减小传动系统是提高刚度、减小传动系统间隙的重要措施。滚珠丝杠间隙的重要措施。滚珠丝杠螺母副的预紧方法与螺母的螺母副的预紧方法与螺母的型式有关。对于单螺母结构型式有关。对于单螺母结构主要有三种：主要有三种： 增加滚珠直径预紧法增加滚珠直径预紧法 螺母夹紧预紧法螺母夹紧预紧法 整体螺母变位

39、螺距预紧法整体螺母变位螺距预紧法52数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容( (车车) )滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副+ +滚动导轨副滚动导轨副4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 CNC4.4.3 4.4.3 滚珠丝杠螺母副的原理滚珠丝杠螺母副的原理53数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4.4.4 4.4.4 滚珠丝杠螺母副的支承滚珠丝杠螺母副的支承支承轴承支承轴承双向推力角接触球轴承；双向推力角接触球轴承；是滚针是滚针/推力圆柱滚子推力圆柱滚子轴承轴承54数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4

40、 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4.4.4 4.4.4 滚珠丝杠螺母副的支承滚珠丝杠螺母副的支承支承型式支承型式一端固定，一端自由支承方式一端固定，一端自由支承方式一端固定，一端游动支承方式一端固定，一端游动支承方式两端支承方式两端支承方式两端固定支承方式两端固定支承方式55数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.4 4.4 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4.4.5 4.4.5 滚珠丝杠螺母副与驱动电动机的联接型式滚珠丝杠螺母副与驱动电动机的联接型式 联轴器直接联接联轴器直接联接 ：这是一种最简单的联接型式这是一种最简单的联接型式挠性联轴器是数控机床上

41、广泛采用的一种联轴器，采用了柔性挠性联轴器是数控机床上广泛采用的一种联轴器，采用了柔性片，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的片，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉干涉”现象。现象。 通过齿轮联接通过齿轮联接 通过同步齿形带联接通过同步齿形带联接 具有带传动和链传动的共同优点，传动效率高，广泛用于一般具有带传动和链传动的共同优点，传动效率高，广泛用于一般数控机床和高速、高精度的数控机床传动。数控机床和高速、高精度的数控机床传动。 56数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容CNC4.5.1 4.5.1 数控机床对导轨的基本要求数控机床对导轨的基本要求4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的

42、导轨 1 1）较高的导向精度）较高的导向精度导轨副相对运动时的直线度或圆度导轨副相对运动时的直线度或圆度 影响导向精度的因素：几何精度、接触精度、结构型式和装配影响导向精度的因素：几何精度、接触精度、结构型式和装配 精度精度 2 2）良好的精度保持性）良好的精度保持性耐磨性耐磨性 导轨的磨损形式：导轨的磨损形式：磨料磨损、粘着磨损和疲劳磨损。磨料磨损、粘着磨损和疲劳磨损。 3 3）足够的刚度）足够的刚度导轨抵抗承载后的变形导轨抵抗承载后的变形 导轨的变形：接触变形、扭转变形、支承件变形而引起的变形。导轨的变形：接触变形、扭转变形、支承件变形而引起的变形。 4 4）良好的摩擦特性）良好的摩擦特性

43、 5 5）结构简单、工艺性好）结构简单、工艺性好57数控机床机械结构数控机床机械结构主要内容导轨按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种，其中，数控机床最常用的是镶粘塑料滑动导轨和滚导轨三种，其中，数控机床最常用的是镶粘塑料滑动导轨和滚动导轨。动导轨。CNC4.5.2 4.5.2 数控机床导轨的种类与特点数控机床导轨的种类与特点 4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的导轨 滑动导轨具有结构简单制造方便、刚度好、抗振性高等优点，滑动导轨具有结构简单制造方便、刚度好、抗振性高等优点，是机床上使用最广泛的导轨形式。是机床上使用

44、最广泛的导轨形式。 镶粘塑料导轨：通过在滑动导轨面上镶粘一层由多种成分复合镶粘塑料导轨：通过在滑动导轨面上镶粘一层由多种成分复合的塑料导轨软带，来达到改善导轨性能的目的。的塑料导轨软带，来达到改善导轨性能的目的。 常用的塑料导轨软带主要有以下几种：常用的塑料导轨软带主要有以下几种： 以聚四氟乙烯以聚四氟乙烯(PTFY)为基体，通过添加不同的填充料构成为基体，通过添加不同的填充料构成的高分子复合材料。的高分子复合材料。 以环氧树脂为基体，加入以环氧树脂为基体，加入MoS2、胶体石墨、胶体石墨、TiO2等制成的等制成的抗磨涂层材料。抗磨涂层材料。 滑动导轨滑动导轨58数控机床机械结构数控机床机械结

45、构主要内容CNC滑动导轨滑动导轨4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的导轨镶粘塑料导轨的结构示意图镶粘塑料导轨的结构示意图59数控机床机械结构数控机床机械结构滚动导轨滚动导轨CNC滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚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。动体，使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦。 优点：优点： 灵敏度高灵敏度高 定位精度高，重复定位精度可达定位精度高，重复定位精度可达 摩擦阻力小，移动轻便，磨损小，精度保持性好，寿命长摩擦阻力小，移动轻便，磨损小，精度保持性好，寿命长。 滚动导轨的结构形式：滚动导轨的结构形式：滚

46、珠导轨滚珠导轨：用于运动部件质量不大，切削力较小的数控机：用于运动部件质量不大，切削力较小的数控机床床滚柱导轨滚柱导轨：适合载荷较大的机床：适合载荷较大的机床滚针导轨滚针导轨：滚针导轨的特点是尺寸小，结构紧凑。适用于：滚针导轨的特点是尺寸小，结构紧凑。适用于导轨尺寸受限制的机床导轨尺寸受限制的机床 4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的导轨60数控机床机械结构数控机床机械结构CNC静压导轨静压导轨在静压导轨两个相对运动的导轨面间通入压力油，在静压导轨两个相对运动的导轨面间通入压力油，可使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中可使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变

47、化自动调节，以平衡外加的油压能随外加负载的变化自动调节，以平衡外加负载，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。负载，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。静压导轨横截面的几何形状一船有静压导轨横截面的几何形状一船有v形和矩形两种，形和矩形两种，静压导轨在数控机床上应用较少静压导轨在数控机床上应用较少 。4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的导轨61数控机床机械结构数控机床机械结构CNC4.5.3 4.5.3 滚动导轨的结构原理与特点滚动导轨的结构原理与特点 结构原理结构原理特点特点 ：滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使得块与导轨之间的滑

48、动摩擦变为滚动摩擦，因此，在球，使得块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，因此，在大大降低两者间的运动摩擦阻力大大降低两者间的运动摩擦阻力 4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的导轨62数控机床机械结构数控机床机械结构滚珠安装孔安装孔安装孔导轨（通过安装孔用螺栓固定在床身上）滑块（通过安装孔滑块（通过安装孔用螺栓固定在移动用螺栓固定在移动部件上）部件上）CNC4.5 4.5 数控机床的导轨数控机床的导轨63数控机床机械结构数控机床机械结构自自动动换换刀刀装装置置CNC4.6 4.6 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置自动换刀装置的作用自动换刀装置的作用 自动换刀装置可帮助数控机床节省

49、辅助时间，并满足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。在一次安装中完成多工序、工步加工要求。 4.6.1 自动换刀装置基本要求和形式自动换刀装置基本要求和形式对自动换刀装置的要求对自动换刀装置的要求 64数控机床机械结构数控机床机械结构自自动动换换刀刀装装置置CNC4.6 4.6 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置4.6.1 自动换刀装置基本要求和形式自动换刀装置基本要求和形式换刀形式换刀形式 1 1、回转刀架换刀、回转刀架换刀 在在数控车床数控车床 ，其结构类似普通车床上回转刀架，根据加工对其结构类似普通车床上回转刀架，根据加工对象不同

50、可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转象不同可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。换刀。 2 2、使用、使用自动换刀装置和刀库换刀自动换刀装置和刀库换刀 在加工中心在加工中心 ，将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外，将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上取刀交换。轴上取刀交换。 (1) 机械手换刀机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交换的方是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交换的方式。式。 (2) 无机械手换刀方式无机械手换刀方式是通过刀库

51、与机床主轴的相对运动，结是通过刀库与机床主轴的相对运动，结合刀库的回转运动实现刀具自动交换的方式。合刀库的回转运动实现刀具自动交换的方式。 65数控机床机械结构数控机床机械结构自自动动换换刀刀装装置置回转刀架换刀装置，常用于数控车床。回转刀架换刀装置，常用于数控车床。可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架，并相应地安装可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架，并相应地安装四把、六把或更多的刀具。四把、六把或更多的刀具。回转刀架外观回转刀架外观CNC4.6.2 回转刀架回转刀架4.6 4.6 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置66数控机床机械结构数控机床机械结构自自动动换换刀刀装

52、装置置CNC4.6.3 加工中心刀库类型与布局加工中心刀库类型与布局 刀库刀库 刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具体结构对数控机床的总体设计有很大影响。体结构对数控机床的总体设计有很大影响。 刀库类型刀库类型一般有一般有链式刀库链式刀库、鼓轮式刀库鼓轮式刀库等几种：等几种： ( (1 1) ) 鼓轮式刀库鼓轮式刀库: :占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀动作复杂，多用于动作复杂，多用于 FMS FMS 的集中供刀系统。的集中供刀系统。 ( (2 2) ) 链式刀库：结构紧凑，容量

53、大，链环的形状也可随机床链式刀库：结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀，布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀，应用较为广泛应用较为广泛。 刀库容量刀库容量 指刀库存放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容指刀库存放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容量小，不能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地量小，不能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地面积大，选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造面积大，选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造成很大浪费。成很大浪费。4.6 4.6 数控机床的自动换刀