第七章数控机床

1、金属切削机床金属切削机床 第七章第七章 数控机床数控机床 2022年年5月月25日日第7章 数 控 机 床学习目标：学习目标： u数控机床的组成、结构和基本原理。u数控机床的主要性能指标。u加工中心的用途和分类。第7章 数 控 机 床7.1 7.1 概概 述述一、数控机床的产生一、数控机床的产生 1 1、大批大量生产大批大量生产：采用专用机床、组合机床、生产线、自动线以及相应的工装。 这种生产方式的投资大、周期长、产品不易更新换代。 2、单件、中小批的生产：单件、中小批的生产：采用通用万能机床和仿形机床。 这种生产方式需要制造靠模和调整机床，要求工人技术高，同时生产准备周期长，加工精度很难达到

2、更高的要求。 第7章 数 控 机 床 3、复杂、精密、单件小批量以及多变的零件复杂、精密、单件小批量以及多变的零件加工：加工：数控机床 数控机床的特点 ： a可以加工形状复杂的工件； b灵活性较强； c生产率较高 ； d加工精度较高和加工质量较稳定； e改善了劳动条件，减轻了工人的劳动强度； f便于实现生产过程的 自动化管理。第7章 数 控 机 床二、数控机床的定义二、数控机床的定义 数控机床数控机床(CNC)(CNC)：装有程序控制系统（数控系统）的机床（COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL SYSTEM）。 数控机床将加工过程中的各种机床动作，用数字化的代码表示，然

3、后通过程序载体把信息输入数控系统，数控系统对输入信息进行处理，输出控制信号，控制机床伺服电机或其他执行元件，使机床加工出所需要的工件。 第7章 数 控 机 床数控程序数控程序(NC Program)(NC Program)：输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其他符号编码的一系列指令。数控编程数控编程：生成让数控机床进行零件加工的数控程序的过程。数控加工：数控加工：根据零件图样和工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序、输入数控系统，控制数控机床中刀具和工件的相对运动，从而完成零件的加工。第7章 数 控 机 床三、数控机床的组成三、数控机床的组成 数控机床组成框图

4、 数控机床由加工程序加工程序、输入装置输入装置、计算机数计算机数控装置控装置、伺服系统伺服系统、辅助控制装置辅助控制装置、机床本体机床本体、位置检测反馈伺服系统位置检测反馈伺服系统等部分组成。第7章 数 控 机 床加工程序加工程序：加工程序存储着加工零件的全部信息和刀具相对工件的位移信息等。加工程序可存储在控制介质上，如各种存储卡、磁盘等。目前最常用的是数控内存及外围存储设备，如计算机硬盘、U盘等。输入装置输入装置：将控制介质上的加工程序输入数控系统。输入方式也可以通过手工（ MDI）通过键盘输入和通讯的方式输入。计算机数控装置：计算机数控装置：是最重要的控制核心，其作用相当于人的大脑，主要负

5、责接收输入装置的输入的加工信第7章 数 控 机 床号、存储和计算有关数据、逻辑判断以及控制输入输出等，同时向机床的各个驱动机构发出运动指令，协调机床各个部件并准确执行零件的加工程序。伺服系统伺服系统：接收来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息要求驱动机床的移动部件，以便加工出符合图样要求的零件。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部件。反馈系统（位置检测装置）：反馈系统（位置检测装置）：测量元件将数控机床各坐标轴的位移指令值检测出来并经反馈系统输入第7章 数 控 机 床到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与设定值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。

6、机床本体机床本体：与传统机床比较，数控机床本体仍然由主传动装置、进给传动装置、床身、工作台、辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统以及冷却系统等组成。但数控机床的整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构和操作结构等方面都发生了很大的改变，主要为了满足数控系统对数控机床的要求。第7章 数 控 机 床 数控装置逻辑框图第7章 数 控 机 床四、数控机床的工作原理四、数控机床的工作原理 u 根据被加工零件的图样和工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序u 将编好的程序输入到数控系统中u 数控装置将程序进行译码、运算，生产一系列指令，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出控制信号，驱动相应的

7、部件动作，以加工出合格的零件。第7章 数 控 机 床五、数控机床的特点五、数控机床的特点 适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负责运动实现负责运动经济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的。这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和迅速发展的主要原因。第7章 数 控 机

8、床五、数控机床的特点五、数控机床的特点 适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负责运动实现负责运动经济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下工作过程不需要人工干预，消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控机床工作台的移动当量普遍达到了0.010.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，高档数控机床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。数控机床的加工精度由过去的0.01 mm提高到0.005mm甚至

9、更高。第7章 数 控 机 床适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负责运动实现负责运动经济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性。通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。五、数控机床的特点五、数控机床的特点 第7章 数 控 机 床五、数控机床的特点五、数控机床的特点 适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负杂运动实现负杂运动经济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 零件加工所需的时间包括机动

10、时间和辅助时间。数控机床主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，可选用最有利的切削用量；结构刚性好，允许进行大切削用量的强力削，这就提高切削效率；移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。更换被加工零件时几乎不需重新调整机床，节省了零件安装调整时间。加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，节省了停机检验时间。在加工中心上加工时，一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为显著。第7章 数 控 机 床五、数控机床的特点五、数控机床的特点 适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负杂运动实现负杂运动经

11、济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 普通机床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面；而数控机床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适应于复杂异形零件的加工。第7章 数 控 机 床五、数控机床的特点五、数控机床的特点 适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负责运动实现负责运动经济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。

12、 数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。 此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。第7章 数 控 机 床五、数控机床的特点五、数控机床的特点 适应性强适应性强精度高精度高质量稳定质量稳定生产效率高生产效率高实现负责运动实现负责运动经济效益好经济效益好利于管理现代化利于管理现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。第7章 数 控 机 床六、数控机床的分类六、数控机床的分类 1

13、、按机床的工艺用途进行分类：、按机床的工艺用途进行分类：l金属切削类数控机床金属切削类数控机床 如数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。如数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。l金属成型类数控机床金属成型类数控机床 如数控冲床、数控折弯机、数控弯管机如数控冲床、数控折弯机、数控弯管机l数控特种加工机床数控特种加工机床 如数控线切割机床、数控电火花加工机床等如数控线切割机床、数控电火花加工机床等l其它类型的数控加工机床其它类型的数控加工机床 如数控激光加工设备、数控火焰切割机、数控三坐如数控激光加工设备、数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。标测量机等。第7章 数 控 机 床2、按机床运动

14、轨迹进行分类：、按机床运动轨迹进行分类：l点位控制数控机床点位控制数控机床 这类机床这类机床只控制运动部件从一个只控制运动部件从一个位置到另一个位置的准确定位，位置到另一个位置的准确定位，不管中间的移动轨迹如何，在移不管中间的移动轨迹如何，在移动的过程中不进行切削加工，对动的过程中不进行切削加工，对两点之间的移动速度及运动轨迹两点之间的移动速度及运动轨迹没有严格要求没有严格要求。但通常为了提高但通常为了提高加工效率，一般先快速移动，在加工效率，一般先快速移动，在以慢速接近终点。常见的有数控以慢速接近终点。常见的有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。等。点位控制加工示

15、意图第7章 数 控 机 床l直线控制数控机床直线控制数控机床 这类机床的特点是这类机床的特点是运动部件不仅要实现由一个位运动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位，而且能够控制两置到另一个位置的精确移动定位，而且能够控制两点之间移动的速度和轨迹点之间移动的速度和轨迹。常见的有简易数控车床、。常见的有简易数控车床、数控铣镗床等数控铣镗床等。l轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床 这类机床能够对这类机床能够对两个或两个以上的运动坐标的位两个或两个以上的运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，具有插补功能移及速度进行连续相关的控制，具有插补功能。它。它不仅要控制起点和终点的位置，而且要控制加

16、工过不仅要控制起点和终点的位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线第7章 数 控 机 床和曲面组成的复杂零件。常见的有数控车床、铣床、和曲面组成的复杂零件。常见的有数控车床、铣床、加工中心等。加工中心等。轮廓控制加工示意图第7章 数 控 机 床3按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类 开环控制系统框图l开环数控机床开环数控机床 开环数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置，通开环数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置，通常使用步进电机作为伺服执行机构。常使用步进电机作为伺服执行机构。 开环控制系统机构简单、制造成本低，系统对

17、移动部开环控制系统机构简单、制造成本低，系统对移动部件的实际位移量不进行测量，也不进行误差校正。开环件的实际位移量不进行测量，也不进行误差校正。开环系统仅适用于加工精度要求不是很高的中小型数控机床。系统仅适用于加工精度要求不是很高的中小型数控机床。第7章 数 控 机 床l 闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统框图闭环控制系统框图 这类机床带有检测装置，直接对工作台的位移量进行这类机床带有检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误测量。该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误差，定位精度高，调节速度快。但调试工作比较苦难，差，定位精度高，调节速度快。但调

18、试工作比较苦难，制造成本高，适用于精度要求很高的数控机床。制造成本高，适用于精度要求很高的数控机床。第7章 数 控 机 床l 半闭环控制系统半闭环控制系统半闭环控制系统框图 这类机床是在步进电机的轴端安装角位移测量元件，这类机床是在步进电机的轴端安装角位移测量元件，通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代替测量工作台的直线位移。这类系统没将丝杠螺母副、替测量工作台的直线位移。这类系统没将丝杠螺母副、齿轮传动副等传动误差包括在控制系统中，其精度介于齿轮传动副等传动误差包括在控制系统中，其精度介于开环和闭环之间，但调试方便，应用广泛。开环和闭

19、环之间，但调试方便，应用广泛。第7章 数 控 机 床4按控制机床的性能分类按控制机床的性能分类 l 高档数控机床高档数控机床l 中等数控机床中等数控机床l 低等数控机床低等数控机床 第7章 数 控 机 床1.1.坐标轴的命名坐标轴的命名 坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。1 1）坐标轴的命名规定）坐标轴的命名规定第六节第六节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系七、数控机床的坐标七、数控机床的坐标第7章 数 控 机 床2) 2) 机床坐标系的确定方法机床坐标系的确定方法Z Z轴轴：与主轴线平行的坐标轴即为Z轴。 工件旋转的机床（车、磨等），平行于工件轴

20、线的坐标为z坐标； 刀具旋转的机床（铣、钻、镗等），平行于旋转刀具轴线的坐标为z坐标； 没有主轴的机床（牛头刨床等），垂直于工件装夹面的方向为z坐标。方向方向：正方向为增大工件与刀具之间距离的方向。第7章 数 控 机 床 X X轴轴：水平方向为x坐标，x坐标垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。 工件旋转的机床，取平行于横向滑座的方向（工件径向）为x坐标，且刀具离开工件旋转中心的方向为X的正方向； 刀具旋转的机床，如果z轴是垂直的，则面向刀具主轴向立柱方向看时，向右的方向x轴的正方向；如果z轴是水平的，则当从刀具主轴后端向工件方向看时，向右方向为x轴的正方向。第7章 数 控 机 床 Y Y轴轴：Y坐

21、标垂直于x及z坐标轴，当x和z确定后，按右手定则判断y的正方向。 A A、B B、C C的转向的转向：相应地对应x、y、z坐标的旋转运动，正方向按右手螺旋法则确定。 编程坐标编程坐标：在所有的数控机床的程序编制中，为使编程方便，一律假定工件固定不动、全部用刀具运动的坐标系编程，即使用标准坐标系编程。 附加坐标系附加坐标系：x、y、z为主坐标系（标准坐标系）如有第二组坐标和第三组坐标平行于x、y、z，则分别指指定为U、V、W和 P、Q、R。第7章 数 控 机 床（）Z轴 （）X轴（）Y轴（）A、B、C的转向（）附加坐标第7章 数 控 机 床 2. 2. 机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标

22、系（1 1） 机床坐标系与机床原点及机床参考点机床坐标系与机床原点及机床参考点 数控机床坐标系是机床固有的坐标系统，它是通过操作数控机床坐标系是机床固有的坐标系统，它是通过操作刀具或工件返回机床零点刀具或工件返回机床零点M的方法建立的。在大多数情况下，的方法建立的。在大多数情况下，当装好刀具和工件时，机床的零点已不可能返回，因而需当装好刀具和工件时，机床的零点已不可能返回，因而需设参考点设参考点R。 机床参考点机床参考点R是由机床制造厂家定义的一个点，是由机床制造厂家定义的一个点，R和和M的坐标位置关系是固定的，其位置参数存放在数控系统中。的坐标位置关系是固定的，其位置参数存放在数控系统中。当

23、数控系统启动时，都要执行返回参考点当数控系统启动时，都要执行返回参考点R，由此建立各种，由此建立各种坐标系。坐标系。 参考点参考点R R的位置是在每个轴上用和限位开关精确地预先的位置是在每个轴上用和限位开关精确地预先确定好，参考点确定好，参考点R R多位于加工区域的边缘。多位于加工区域的边缘。 第7章 数 控 机 床八、数控机床的主要技术参数八、数控机床的主要技术参数 对数控车床主要规格尺寸有床身上最大工件回转直对数控车床主要规格尺寸有床身上最大工件回转直径、加工最大工件长度、最大车削直径等；对数控铣床、径、加工最大工件长度、最大车削直径等；对数控铣床、加工中心主要规格尺寸有工作台面尺寸（长、

24、宽）、工加工中心主要规格尺寸有工作台面尺寸（长、宽）、工作台作台T T形槽、工作行程等。形槽、工作行程等。 数控机床主轴驱动方式、转速、调速范围、主轴回数控机床主轴驱动方式、转速、调速范围、主轴回转精度等。数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，转精度等。数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽调速范围和较高回转精度，主轴本身刚度与抗具有较宽调速范围和较高回转精度，主轴本身刚度与抗振性比较好。现在数控机床主轴普遍达到振性比较好。现在数控机床主轴普遍达到5000-10000r5000-10000rminmin，甚至更高的转速，主轴可以通过操作面板上的，甚至更高的转速，主轴可以通过操作面板上的

25、转速倍率开关直接改变转速。转速倍率开关直接改变转速。第7章 数 控 机 床 进给系统有进给速度范围、快速（空行程）速度范围、进给系统有进给速度范围、快速（空行程）速度范围、运动分辨率（最小移动增量）、定位精度等主要技术参数。运动分辨率（最小移动增量）、定位精度等主要技术参数。 是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度的限制。进给速度可通过操作面板上的进给倍率开系统刚度的限制。进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。关调整。 是指两个相邻分散细节之间

26、可是指两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔，是重要的精度指标。有其两个方面的内以分辨的最小间隔，是重要的精度指标。有其两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度（可以控制的最小位容，一是机床坐标轴可达到的控制精度（可以控制的最小位移增量），移增量），表示数控装置每发出一个脉冲时坐标轴移动的距表示数控装置每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量；二是内部运算的最；二是内部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量。小单位，称之为内部脉冲当量。 目前数控机床的脉冲当量一般为目前数控机床的脉冲当量一般为0.001mm0.001mm，精密或超精密

27、，精密或超精密 第7章 数 控 机 床数控机床的脉冲当量采用数控机床的脉冲当量采用0. 1m0. 1m。脉冲当量越小，数控。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。机床的加工精度和加工表面质量越高。 是指数控是指数控机床工作台机床工作台等移动部件在等移动部件在确定确定的终点所达到的实际位置的精度的终点所达到的实际位置的精度。移动部件。移动部件实际位置实际位置与与理想位置理想位置之间的误差称为之间的误差称为定位误差定位误差。定位误差定位误差包括包括伺服伺服系统系统、检测系统、进给系统检测系统、进给系统等误差，还包括等误差，还包括移动部件移动部件导导轨的轨的几何误差等几何误差等。定位误

28、差将直接影响零件加工的。定位误差将直接影响零件加工的位置位置精度精度。是指在同一台数控机床上，应用相同程是指在同一台数控机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。刚性以及摩擦特性等因素的影响。第7章 数 控 机 床 数控车床包括数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度换刀时间、重复定位精度等各项内容。等各项内容。 加工中心包括加工中心包括

29、刀库容量与换刀时间刀库容量与换刀时间等。刀库容量与换等。刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，通常中小型加工中心的刀库容刀时间直接影响其生产率，通常中小型加工中心的刀库容量为量为16-6016-60把，大型加工中心可达把，大型加工中心可达100100把以上。把以上。5.5.数控机床的可控轴数与联动轴数数控机床的可控轴数与联动轴数 数控机床的可控轴数数控机床的可控轴数：指机床数控装置能够控制的坐：指机床数控装置能够控制的坐标数目。可控轴数和数控装置的运算处理能力、运算速度标数目。可控轴数和数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。世界上最高级数控装置的可控轴数已及内存容量等有关。世界上最高

30、级数控装置的可控轴数已达到达到2424轴。轴。 数控机床的联动轴数数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目。同时达到空间某一点的坐标数目。第7章 数 控 机 床九、对机械结构的要求九、对机械结构的要求1、高精度2、高速度3、高自动化要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性 因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面： 1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能； 2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性； 3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。第7章

31、 数 控 机 床1 1、数控机床应具有更高的静、动刚度、数控机床应具有更高的静、动刚度（1）提高刚度的原因）提高刚度的原因 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形，引起刀具和工件的相对位置的变化 机床刚度差影响机床抗振性刚度:是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力(静刚度静刚度)(动刚度动刚度)第7章 数 控 机 床（2）提高刚度的措施）提高刚度的措施 合理选择支承件的结构形式措施1 支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面 或采用封闭型床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构第7章 数 控 机 床措施2 合理布置支承件隔板的筋条 隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传

32、递给其它壁板,从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度“T”形隔板连接，主要提高水平面抗弯刚度，对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不显著，多用在刚度要求不高的床身上第7章 数 控 机 床“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著第7章 数 控 机 床“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多第7章 数 控 机 床斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易第7章 数 控 机 床措施3 增加导轨与支承件的连接部分的刚度连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的连 接刚度.第7章 数 控 机 床措施4

33、增加机床各部件的接触刚度和承载能力u 采用刮研的方法增加单位面积上的接触点u 在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接触面积第7章 数 控 机 床 合理的结构布局第7章 数 控 机 床 采用补偿变形的措施测出受力点的相对变形的大小和方向，或者预知构件的变形规律，就可采取补偿变形的方法消除受力变形的影响第7章 数 控 机 床 合理选用构件的材料措施1 床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接 增加刚度、减轻重量、提高抗振性铸件: 容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼 系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需 做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比

34、铸件减轻20%-50%， 不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品第7章 数 控 机 床措施2 采用封砂床身结构在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力第7章 数 控 机 床人造大理石床身（混凝土聚合物）措施3 采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料第7章 数 控 机 床2 2、减少机床的热变形、减少机床的热变形（1）产生热变形的原因：）产生热变形的原因： 内外热源的影响 不能人工修正热变形误差（2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 减少发热将热源从主机中分离出去措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速 减少传动轴和传动齿轮数量 减少主传动箱内的发热

35、量第7章 数 控 机 床 进行热变形补偿措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承 控制温升措施 通过散热和冷却方法 改善机床结构措施1 采用对称原则设计数控机床结构措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上措施3 采用排屑系统第7章 数 控 机 床主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却第7章 数 控 机 床主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却第7章 数 控 机 床对称结构立柱措施1 采用对称原则设计数控机床结构第7章 数 控 机 床措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上第7章 数 控 机 床机床排屑系统措施3 采用排屑系统第7章 数 控 机 床倾斜

36、床身措施3 采用排屑系统第7章 数 控 机 床措施4 将热源置于易散热的位置将主传动箱和主电动机放在机床的外面第7章 数 控 机 床3 3、减少运动副的摩擦，提高传动精度、减少运动副的摩擦，提高传动精度4 4、提高机床寿命和精度保持性、提高机床寿命和精度保持性措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动减小摩擦措施1 采用耐磨性好的零部件措施2 机床运动部件间具有良好的润滑第7章 数 控 机 床滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副第7章 数 控 机 床5 5、自动化的机构、宜人的操作性、自动化的机构、宜人的操作性便于操作的机床结构第7章 数 控 机 床 数控机

37、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。6 6、安全防护和宜人的造型、安全防护和宜人的造型第7章 数 控 机 床十、数控机床布局特点十、数控机床布局特点1 1、不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量、不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量 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。 第7章 数 控 机 床2 2、不同布局有不同的运动分配及工艺范围、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

38、顶面进行加工；（b）主轴卧式布置，加上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。 第7章 数 控 机 床3 3、不同布局有不同的机床结构性能、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。第7章 数 控 机 床4 4、不同布局影响机床操作方便程度、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

39、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；第7章 数 控 机 床（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。第7章 数 控 机 床十一、数控机床的主传动系统十一、数控机床的主传动系统1 1、 数控机床主传动的特点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（1001000）的恒转矩调速范围和110的恒功率调速范围。 2）具有较

40、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）有旋转轴联动功能。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。第7章 数 控 机 床2 2 数控机床主轴的变速方式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。数控机床主传动的四种配置方式数控机床主传动的四种配置方式(a)(a)齿轮变速；齿轮变速；(b)(b)带传动；带传动；(c)(c)两个电机分别驱动；两个电机分别驱动；(d)(d)调速电机直接驱动调速电机直接驱动 第7章

41、 数 控 机 床主轴电动机第7章 数 控 机 床 2）通过带传动的主轴传动主要用在转速较高、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。带的结构形式带的结构形式 (a)(a)多楔带多楔带;(b);(b)同步齿形带同步齿形带 第7章 数 控 机 床同步齿形带传动是一种综合了带传动和链传动优点的新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型传动方式，带型有梯形齿和圆弧齿。 同步齿形带的结构和传动同步齿形带的结构和传动 第7章 数 控 机 床主轴电动机带轮传动比第7章 数 控 机 床3

42、）用两个电机分别驱动主轴传动高速时，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。 第7章 数 控 机 床4）调速电机直接驱动主轴传动 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。 直接驱动式直接驱动式 第7章 数 控 机 床特点：有效提高主轴部件刚度，但主轴输出扭矩小第7章 数 控 机 床3 3、主轴部件、主轴部件主轴轴承常见的支撑形式主轴轴承常见的支撑形式 (a)(a)形式一；形式一；(b)(b)形式

43、二；形式二；(c)(c)形式三形式三 1 1）主轴轴承的支撑形式）主轴轴承的支撑形式a a、前支撑采用双列短、前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和圆柱滚子轴承和6060角接角接触双列向心推力球轴承组触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对角接合，后支撑采用成对角接触球轴承。可触球轴承。可提高主轴的提高主轴的综合刚度综合刚度，满足强力切削，满足强力切削的要求。普遍用于各类数的要求。普遍用于各类数控机床主轴。控机床主轴。第7章 数 控 机 床 b b、前支撑采用、前支撑采用高精度双列角接触球轴承高精度双列角接触球轴承。角接触球轴承有。角接触球轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达良好的高速性，主轴最高转速

44、可达4000r4000rminmin，但承载能力小，但承载能力小，适于适于高速、轻载、高精密高速、轻载、高精密的数控机床主轴。的数控机床主轴。 c c、前后支撑分别采用、前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承双列和单列圆锥滚子轴承。径向和轴向刚度高，能承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，其安装、调整受重载荷，其安装、调整性能好，但限制了性能好，但限制了主轴转主轴转速和精度，因此可用于速和精度，因此可用于中中等精度、低速、重载等精度、低速、重载的数的数控机床的主轴。控机床的主轴。 第7章 数 控 机 床2 2）刀具自动装卸、切屑清除装置）刀具自动装卸、切屑清除装置 机床执行换刀指令，机械手从主轴拔

45、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。 加工中心主轴前端有724号锥孔，内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。第7章 数 控 机 床第7章 数 控 机 床 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。第7章 数 控 机 床机床采用的是724号锥柄刀具，锥柄的尾端

46、安装有拉钉，拉杆通过4个钢球拉住拉钉的凹槽，使刀具在主轴锥孔内定位及夹紧。第7章 数 控 机 床3 3）主轴的准停）主轴的准停主轴准停换刀示意图主轴准停换刀示意图 又称为主轴定位功能，这是自动换刀所必需的功能。在自动换刀的镗铣加工中心上，切削的转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能。 第7章 数 控 机 床十二、数控机床的进给传动系统十二、数控机床的进给传动系统1 1、进给传动系统作用、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运动，是进给伺服系统的重要组成部分。2 2、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别、

47、传统进给传动系统与数控伺服进给系统的区别传统进给传动系统：多采用一个电机，执行件之间采用大量的齿轮传动，以实现内外传动链的各种传动比要求。故传动链很长，结构相当复杂数控伺服进给系统：每一个运动都由单独的伺服电机驱动，传动链大大缩短，传动件大大减少，有利于减少传动误差，提高传动精度第7章 数 控 机 床3 3、对进给传动系统的要求、对进给传动系统的要求 减少运动件的摩擦阻力提高机床进给系统的快速响应性能和运动精度，减少爬行现象响应性能：是进给伺服系统动态性能的指标， 反映了系统的跟踪精度运动精度：是机床的主要零、部件在以工作状态 的速度运动时的精度爬行现象：低速时运动不平衡的现象称为爬行现象第7

48、章 数 控 机 床机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主动件1作匀速运动时，被动件3往往会出现明显的速度不均匀，产生跳跃式的时停时走的运动状态，或时快时慢现象第7章 数 控 机 床 提高传动精度和刚度措施1 保证部件加工精度措施2 在传动链中加入减速齿轮减小脉冲当量，提高传动精度措施3 预紧支撑丝杠的轴承消除齿轮、蜗轮传动件间隙措施4 预紧消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙第7章 数 控 机 床 减小各运动零部件的惯量 稳定性好，寿命长稳定性好：保证低速时不产生爬行，外负载变化时不发生振动寿命：是指数控机床保持传动精度和定位精度时间的长短， 即保持原制造精度的能力第7章 数 控 机

49、 床4 4、滚珠丝杠螺母副、滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副结构第7章 数 控 机 床丝杠丝杠滚珠滚珠螺母螺母作用：将回转运动转换成直线运动作用：将回转运动转换成直线运动滚珠丝杠螺母副的结构滚珠丝杠螺母副的结构第7章 数 控 机 床特点 传动效率高，摩擦损失小传动效率高，摩擦损失小 滚珠丝杆螺母副滚珠丝杆螺母副的传动效率的传动效率0.920.920.960.96，可实现高速运，可实现高速运动。动。 运动平稳无爬行运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，故运动平稳，不易出现摩擦系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。爬行现象。 传动精度高，反向时无空程传动精

50、度高，反向时无空程 滚珠丝杆副经滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向间隙。预紧后，可消除轴向间隙。 磨损小磨损小 精度保持性好，使用寿命长精度保持性好，使用寿命长。第7章 数 控 机 床特点 不能自锁具有运动的可逆性不能自锁具有运动的可逆性可以将旋转运可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换成动转换成直线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杆和螺母均可作主动件或从旋转运动，即丝杆和螺母均可作主动件或从动件。动件。 制造成本高制造成本高 由于结构复杂，丝杆和螺母由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，故制等元件的加工精度和表面质量要求高，故制造成本高。造成本高。第7章 数

51、 控 机 床5 5、数控机床导轨、数控机床导轨l对导轨的基本要求对导轨的基本要求l导轨的功能：导轨的功能：支承和导向支承和导向导向精度：是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性导向精度：是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性 和它与有关基面之间相互位置的准确性和它与有关基面之间相互位置的准确性精度保持性：是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力精度保持性：是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力低速运动平稳性：运动部件在导轨上低速运动或微量移动低速运动平稳性：运动部件在导轨上低速运动或微量移动时，运动应平稳，无爬行现象。时，运动应平稳，无爬行现象。结构简单、工艺性好：要便于加工、装备、调整和维修。结

52、构简单、工艺性好：要便于加工、装备、调整和维修。 第7章 数 控 机 床l导轨的分类和特点导轨的分类和特点按运动轨迹按运动轨迹按工作性质按工作性质按接触面的摩擦性质按接触面的摩擦性质直线运动导轨：相对运动轨迹为直线直线运动导轨：相对运动轨迹为直线圆周运动导轨：相对运动轨迹为圆圆周运动导轨：相对运动轨迹为圆主运动导轨：动导轨作主运动，导轨副间相对运动速度高主运动导轨：动导轨作主运动，导轨副间相对运动速度高进给运动导轨：动导轨作进给运动，导轨副间相对运动速度低进给运动导轨：动导轨作进给运动，导轨副间相对运动速度低调整导轨：实现部件之间的相对位置调整，在机床工作时无相调整导轨：实现部件之间的相对位置

53、调整，在机床工作时无相对运动对运动滑动导轨滑动导轨滚动导轨滚动导轨静压导轨静压导轨第7章 数 控 机 床 滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优点点, , 在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称为贴塑导轨或注塑导轨。常用导轨截面形状有三角形、矩形、燕为贴塑导轨或注塑导轨。常用导轨截面形状有三角形、矩形、燕尾形及圆柱形等四种。尾形及圆柱形等四种。 u滑动导轨滑动导轨注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉 等混合而成等混合而成贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨