第2章 数控机床

1、第第2章章 数控机床结构原理数控机床结构原理 2.1 认识数控机床认识数控机床 2.2 数控机床典型部件数控机床典型部件本章的地位本章的地位输入/输出装置数控装置主轴驱动系统辅助控制装置反馈系统机床本体伺服驱动系统 2.1.1 数控车床1普通数控车床 普通数控车床是机械制造业拥有量较多的一种车床，通常称之为经济型数控车床。2.1 认识数控机床CK6136数控车床 2全机能数控车床 一般采用45倾斜床身，具有回转式刀塔，使用滚动导轨支承刀塔溜板，通常称之为全功能数控车床。 2.1 认识数控机床 全机能数控车床 3车削加工中心 车削加工中心带车削加工中心带动力头、主轴具有动力头、主轴具有旋转进给功

2、能（旋转进给功能（C轴）轴）的数控车床，常用的数控车床，常用作精加工使用，其床身均为倾斜结构。作精加工使用，其床身均为倾斜结构。2.1 认识数控机床车削中心 2.1.2 数控镗铣床1数控铣床 数控铣床为三轴控制加工机床，与数控车床不同，其主运动由定尺寸刀具完成，加工过程所需的运动轨迹由X、Y、Z三轴共同运动实现。 2.1 认识数控机床数控铣床2镗铣加工中心 2.1 认识数控机床 卧式镗铣中心龙门式镗铣中心 2.1.3 其它数控机床其它数控机床包括数控线切割机床、数控冲床等数控线切割机床2.2 数控机床典型部件2.2.1 数控机床机械结构特点2.2.4 进给系统传动间隙的消除2.2.2 数控机床

3、主传动系统及主轴部件 2.2.3 数控机床进给传动系统2.2.5 回转工作台与导轨2.2.6 数控机床自动换刀装置2.2.1 数控机床机械结构特点 数控机床机械结构组成机床基础部件（床身、立柱、工作台等 ）主传动系统进给传动系统 工作台回转装置系统（数控工作台、分度工作台） 辅助功能系统和装置（液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、 防护装置和刀架、自动换刀装置） 特殊功能装置（监控装置、加工过程图形显示、精度检测等） 数控机床结构特点 模块化的设计 静、动刚度高 抗振性高 热稳定性好 运动件间的摩擦特性好、传动件间的传动间隙小 自动化程度高、操作方便 2.2.1 数控机床机械结构特点 2.2.

4、2 数控机床主传动系统 及主轴部件 与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点：转速高、功率大。变速范围宽，可实现无极调速。具有较高的精度和刚度，传动平稳。具有特有的刀具安装结构。数控机床主传动系统的特点2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 数控机床的主传动系统定义：由主轴电机、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。 三种传动形式带有变速齿轮的主传动 通过带传动的主传动 由调速电机直接驱动的主传动 2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。 是大、中型数控机床采用较多的

5、传动变速方式。 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，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴的精度影响较大。 （带有变速齿轮的主传动） （通过带传动的主传动） （由调速电机直接驱动的主传动） 2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 数控机床的主轴部件 数控机床的主轴部件是主运动的执行部件，负责夹持刀具或零件，并带动其旋转。主轴部件包括主轴、主轴支撑以及安装在主轴上的传动零件，对于具有换刀功能的数控机床还有刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。 2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 主轴端部结构2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 主

6、轴的支撑中小型数控机床的主轴部件 重型数控机床 高精度数控机床 滚动轴承 液体静压轴承 气体静压轴承 转速达（210）104r/min的主轴可采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。 2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 采用滚动轴承时的几种配置形式这种配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床。 适用于中等精度、低速与重载荷的数控机床主轴。适用于高速、重载的主轴部件。 适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。 (c)(b)(a)(d)2.2.2 数控机床主传动系统 及主轴部件 刀具自动夹紧、切屑清除及主轴准停装置2.2.3 数控机床进给传动系统 数控机床的进给运动是数字控制

7、的直接对象，它的进给系统一般具有以下特点：摩擦力小系统稳定动精度和刚度高运动部件惯量小数控机床进给传动的特点2.2.3 数控机床进给传动系统 在中、小型数控机床的进给系统中，滚珠丝杠螺母副的应用较为普遍。滚珠丝杠螺母副内循环外循环2.2.3 数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副 双螺母消隙单螺母消隙垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 轴向间隙的消除垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式单螺母消隙2.2.3 数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠的安装滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点： 丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须 三点成一线。 安装螺母时，尽量靠近

8、支撑轴承。 安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。 滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠上卸下来。如必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点： 辅助套外径应小于丝杠底径0.10.2mm。 辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺 纹轴肩。 卸装时，不可用力过大，以免螺母损坏。 装入安装孔时要避免撞击和偏心。 2.2.3 数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副 轴承的选择与支承配置 滚珠丝杠专用轴承 滚珠丝杠的支承配置 一端固定一端自由的支承形式一端固定一端浮动的支承形式两端固定的支承形式 2.2.3 数控机床进给传动系统滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠的防护 若滚珠丝杠副在机床

9、上外露，则应采用防护罩防护：用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管、锥形套管、折叠式的塑料或人造革等形式的防腐蚀及耐油的防护罩。 如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈对螺母进行密封，密封圈厚度为螺母的23倍，装在滚珠螺母的两端。密封圈有接触式和非接触式两种。 2.2.4 进给系统传动间隙的消除传动齿轮间隙的消除 刚性调整法调整后齿侧间隙不能自动补偿的方法 (c)(b)(a)宽齿轮宽齿轮垫片薄片齿轮2薄片齿轮1AA垫片齿轮电机偏心套2.2.4 进给系统传动间隙的消除传动齿轮间隙的消除 柔性调整法 调整之后，齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。 2.2.4 进给系统传动间隙的消除键连接间隙的消除 传动件

10、外弹性锥形胀套内弹性锥形胀套圆环螺钉轴键连接间隙的消除方法 无键连接结构 2.2.5 回转工作台与导轨数控回转工作台分度工作台 开环闭环回转工作台 回转工作台 1偏心环；2、6齿轮；3电机；4蜗杆；5垫圈；7调整环；8、10微动开关；9、1l挡块；12、13轴承；14液压缸；15蜗轮；16柱塞；17钢球；18、19夹紧瓦；20弹簧；21底座；22圆锥滚子轴承；23调整套；24支座； 开环数控回转工作台 1偏心环；2、6齿轮；3电机；4蜗杆；5垫圈；7调整环；8、10微动开关；9、1l挡块；12、13轴承；14液压缸；15蜗轮；16柱塞；17钢球；18、19夹紧瓦；20弹簧；21底座；22圆锥滚子轴承；23调整套；24支座； 开环数控回转工作台 闭环数控回转工作台 1工作台 2镶钢滚柱导轨 3、4夹紧瓦 5液压缸 6活塞 7弹簧 8钢球 9光栅 10、11轴承 12蜗杆 13蜗轮 14、16齿轮 15电机2.2.5 回转工作台与导轨导轨 摩擦系数很小（0.003左右），静摩擦系数相差很小，运动轻便灵活，所需功率小，精度好，无爬行。 运动不受速度和负载的限制，低速无爬行，承载能力大，刚度好，油液有吸振作用，抗振性好，导轨摩擦发热也小。 具有良好的摩擦特性、耐磨性及吸振性，目前在数