第四章数控机床的典型结构

1、数数 控控 技技 术术第四章数控机床的典型第四章数控机床的典型结构结构第四章数控机床的典型结构第四章数控机床的典型结构 4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统4.2 4.2 数控机床的整体布局数控机床的整体布局4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求4.1 4.1 数控机床机械

2、结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 机床本体机床本体是数控机床的是数控机床的主体部分。是完成各种切削主体部分。是完成各种切削加工的加工的机械结构机械结构，来自于数，来自于数控装置的各种运动和动作指控装置的各种运动和动作指令，都必须由机床本体转换令，都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动成真实的、准确的机械运动和动作，才能实现数控机床和动作，才能实现数控机床的功能，并保证数控机床的的功能，并保证数控机床的性能要求。性能要求。 4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求1. 1. 主转动系统主转动系统包括动力源、传动件及主运动执行件包括

3、动力源、传动件及主运动执行件主轴等。主转主轴等。主转动系统的作用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，动系统的作用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，实实现主切削运动。现主切削运动。2. 2. 进给转动系统进给转动系统包括动力源、传动件及进给运动执行件包括动力源、传动件及进给运动执行件工作台、刀工作台、刀架等。进给转动系统的作用是将伺服驱动装置的运动和动架等。进给转动系统的作用是将伺服驱动装置的运动和动力传给执行件，力传给执行件，实现进给运动。实现进给运动。4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求3. 3. 基础支承件基础支承件包括包括床身、立柱、床身、立

4、柱、导轨、工作台导轨、工作台等。等。基础支承件的作用基础支承件的作用是支承机床的各主是支承机床的各主要部件，并使它们要部件，并使它们在静止或运动中保在静止或运动中保持相对正确的位置。持相对正确的位置。4. 4. 辅助装置辅助装置包括自动换刀包括自动换刀装置、液压气动装置、液压气动系统、润滑冷却系统、润滑冷却装置等。装置等。4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求5. 5.实现工件回转、分度定位的装置和附件，实现工件回转、分度定位的装置和附件， 如回转工作台。如回转工作台。 6. 6.刀库、刀架和自动换刀装置刀库、刀架和自动换刀装置 (ATC) (ATC)

5、 。 7. 7.自动托盘交换装置自动托盘交换装置 (APC) (APC) 。 8. 8.特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检 测和监控装置等。测和监控装置等。 4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求需要说明的是：需要说明的是： 其中，其中，机床基础件、主传动系统、进给系统以及液机床基础件、主传动系统、进给系统以及液压、润滑、冷却等辅助装置压、润滑、冷却等辅助装置是构成数控机床的机床本体是构成数控机床的机床本体的基本部件，是的基本部件，是必须必须的；其他部件则按数控机床的功能的；其他部件则按数控机床的功能和需要选用。和

6、需要选用。尽管数控机床的机床本体的基本构成与传尽管数控机床的机床本体的基本构成与传统的机床十分相似，但由于数控机床在统的机床十分相似，但由于数控机床在功能和性能功能和性能上的上的要求与传统机床存在着巨大的要求与传统机床存在着巨大的差距差距，所以数控机床的机，所以数控机床的机床本体在总体布局、结构、性能上与传统机床有许多明床本体在总体布局、结构、性能上与传统机床有许多明显的差异，出现了许多适应数控机床功能特点的完全新显的差异，出现了许多适应数控机床功能特点的完全新颖的机械结构和部件。颖的机械结构和部件。 4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求1、结构简单

7、、操作方便、自动化程度高结构简单、操作方便、自动化程度高 数控机床需要根据数控系统的指数控机床需要根据数控系统的指令，自动完成对进给速度、主轴转速、令，自动完成对进给速度、主轴转速、刀具运动轨迹以及其他机床辅助技能刀具运动轨迹以及其他机床辅助技能（如自动换刀，自动冷却）的控制。（如自动换刀，自动冷却）的控制。它必须利用伺服进给系统代替普通机它必须利用伺服进给系统代替普通机床的进给系统，并可以通过主轴调速床的进给系统，并可以通过主轴调速系统实现主轴自动变速。因此，在操系统实现主轴自动变速。因此，在操作上，作上，它不像普通机床那样，需要操它不像普通机床那样，需要操作者通过手柄进行调整和变速，操作作

8、者通过手柄进行调整和变速，操作机构比普通机床要简单多，机构比普通机床要简单多，许多机床许多机床甚至没有手动机械操作系统。甚至没有手动机械操作系统。数控机床的主数控机床的主轴箱、进给变速箱轴箱、进给变速箱结构一般非常简单；结构一般非常简单；齿轮、轴类零件、齿轮、轴类零件、轴承的数量大为减轴承的数量大为减少；电动机可以直少；电动机可以直接连接主轴和滚珠接连接主轴和滚珠丝杠，不用齿轮；丝杠，不用齿轮；在使用直线电动机，在使用直线电动机，电主轴的场合，甚电主轴的场合，甚至可以不用丝杠、至可以不用丝杠、主轴箱。主轴箱。数控机床数控机床的大部分辅助的大部分辅助动作都可以通动作都可以通过数控系统的过数控系统

9、的辅助技能（辅助技能（M技能）进行控技能）进行控制，因此，常制，因此，常用的操作按钮用的操作按钮也较普通机床也较普通机床少。少。4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高效、无间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。效、无间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。如：如：等高效执行部件，不仅可以减少进给系统的摩擦阻力，提高等高效执行部件，不仅可

10、以减少进给系统的摩擦阻力，提高传动效率；而且还可以使运动平稳和获得较高的定位精度。传动效率；而且还可以使运动平稳和获得较高的定位精度。 特别是随着新材料，新工艺的普及、应用，高速加工已特别是随着新材料，新工艺的普及、应用，高速加工已经成为目前数控机床的发展方向之一，经成为目前数控机床的发展方向之一，4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 “ “工艺复合化工艺复合化”和和“功能集成化功能集成化”是无人化、柔性加工的基本要求，是无人化、柔性加工的基本要求，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。因此，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。因此，等特殊

11、机械部件是等特殊机械部件是必不可少，有的机床还带有必不可少，有的机床还带有。 “功能集成化功能集成化”是当前数控机床的另一重要发展方向。在现代数控机是当前数控机床的另一重要发展方向。在现代数控机床上，自动换刀装置、自动工作台交换装置等已经成为基本装置。随着床上，自动换刀装置、自动工作台交换装置等已经成为基本装置。随着数控机床向无人化、柔性化加工发展，功能集成化更多体现在：数控机床向无人化、柔性化加工发展，功能集成化更多体现在：工件的工件的自动装卸、自动定位，刀具的自动对刀、破损检测、寿命管理，工件的自动装卸、自动定位，刀具的自动对刀、破损检测、寿命管理，工件的自动测量和自动补偿功能上自动测量和

12、自动补偿功能上，因此，国外还新近开发了集中突破传统机，因此，国外还新近开发了集中突破传统机床界限，集钻、铣、镗、车、磨等加工于一体的所谓床界限，集钻、铣、镗、车、磨等加工于一体的所谓“万能加工机床万能加工机床”，大大提高了附加值，并随之不断出现新的机械部件。大大提高了附加值，并随之不断出现新的机械部件。4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 高速、高效、高精度的加工要求，无人化管理以及工艺复高速、高效、高精度的加工要求，无人化管理以及工艺复合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生产率，同时，也合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生产率，同时，也必然会

13、使机床的开机时间，工作负载随之增加，机床必须在高必然会使机床的开机时间，工作负载随之增加，机床必须在高负荷下，长时间可靠工作。因此，对组成机床的各种零部件和负荷下，长时间可靠工作。因此，对组成机床的各种零部件和控制系统的可靠性要求很高。控制系统的可靠性要求很高。 此外，为了提高加工效率，充分发挥机床性能，数控机床此外，为了提高加工效率，充分发挥机床性能，数控机床通常都能够通常都能够同时进行粗细加工同时进行粗细加工。这就要求机床技能满足大切削。这就要求机床技能满足大切削量的粗加工对机床的刚度、强度和抗震性的要求，而且也能达量的粗加工对机床的刚度、强度和抗震性的要求，而且也能达到精密加工机床对机床

14、精度的要求。因此，数控机床的主轴电到精密加工机床对机床精度的要求。因此，数控机床的主轴电机的机的功率一般比同规格的普通机床大功率一般比同规格的普通机床大，主要部件和基础件的加，主要部件和基础件的加工精度通常比普通机床高，对组工精度通常比普通机床高，对组成机床各部件的动、静态性能成机床各部件的动、静态性能以及热稳定性的精度保持性以及热稳定性的精度保持性也提出了更高的要求。也提出了更高的要求。4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求1 1、具有较高的静、动刚度和良好抗震性、具有较高的静、动刚度和良好抗震性 机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力。机床变机床的

15、刚度反映了机床机构抵抗变形的能力。机床变形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方法予以彻形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方法予以彻底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、高可靠性底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、高可靠性以及自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应具有以及自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应具有更高的静刚度。此外，为了充分发挥机床的效率，加大更高的静刚度。此外，为了充分发挥机床的效率，加大切削用量，还必须提高机床的抗震性，避免切削时产生切削用量，还必须提高机床的抗震性，避免切削时产生的共振和颤振。而提高机构的动刚度是提高机床抗震性的共振和颤振。而提高机构的动刚度

16、是提高机床抗震性的基本途径。的基本途径。封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 （2 2）提高动刚度的措施（与）提高动刚度的措施（与抗振性有关）抗振性有关） 1 1、改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）、改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料） 2 2、床身表面喷涂阻尼涂层、床身表面喷涂阻尼涂层 3 3、充分利用结合面的摩擦阻尼、充分利用结合面的摩擦阻尼 4 4、采用新材料，提高抗震性、采用新材料，提高抗震性4.1 4.1 数控机床机械结构的组

17、成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 人造大理石床身（混凝土聚合物）人造大理石床身（混凝土聚合物）4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求2 2、具有较好的热稳定性、具有较好的热稳定性 机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、丝杠、床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、丝杠、轴

18、承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削产生的切轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削产生的切屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普通机床要严屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普通机床要严重得多。虽然在先进的数控系统具有热变性补偿功能，重得多。虽然在先进的数控系统具有热变性补偿功能，但是它并不能完全消除热变性对于加工精度的影响，在但是它并不能完全消除热变性对于加工精度的影响，在数控机床上还应采取必要的措施，尽可能减小机床的热数控机床上还应采取必要的措施，尽可能减小机床的热变性。变性。4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求主轴冷却风管对机床热源进行强制

19、冷却4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求冷却风管主轴对机床热源进行强制冷却4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求3 3、具有较高的运动精度和良好的低速稳定性、具有较高的运动精度和良好的低速稳定性 利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一般只主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一般只有有0.001mm0.001mm，甚至更小；最低进给速度，一般只有，甚至更小；最低进给速度，一般只有1mm/min1mm/mi

20、n，甚至更低。这就要求进给系统具有较高的运动，甚至更低。这就要求进给系统具有较高的运动精度，良好的跟踪性能和低速稳定性，才能对数控系统的精度，良好的跟踪性能和低速稳定性，才能对数控系统的位置指令做出准确的响应，从而得到要求的定位精度。位置指令做出准确的响应，从而得到要求的定位精度。 传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽然在数传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽然在数控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施减小这一影控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施减小这一影响，但不能完全消除。特别是对于非均匀间隙，必须机械响，但不能完全消除。特别是对于非均匀间隙，必须机械消除间隙措施，才能得

21、到较好的解决。消除间隙措施，才能得到较好的解决。 1.1.低速进给运动平稳性的概念低速进给运动平稳性的概念 进给系统在低速进给时，在驱动速度是均匀的情况下，当系统的刚度不足、摩擦力偏大等系统参数不恰当时，就会出现执行部件运动时快时慢、甚至停顿的现象，这种现象称为爬行现象爬行现象。它是低速运动不平稳的体现。tTVminVmaxVtTt1t2sSt4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求2.爬行现象产生的原因爬行现象产生的原因DKMF（Fs ,Fd）X0XD D点均匀向右运动点均匀向右运动M M不动（不动（K K小和小和F Fs s作用）作用）弹簧（丝杆）被

22、压缩弹簧（丝杆）被压缩 K(XK(XX X0 0) M M加速加速 F Fd d F Fs sMM运动运动当当K(XK(XX X0 0)F)F时时储存能量储存能量 当当K(XK(XX X0 0)=F)=F时时 M M匀速匀速惯性惯性M M继续向右继续向右 K(XK(XX X0 0) M) M减速减速 D D点均匀向右运动点均匀向右运动M M 停顿停顿 X XX X0 0=0 =0 若若M M惯性较大惯性较大4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 爬行对加工精度的影响爬行对加工精度的影响爬行是在低速运动时产生的，因爬行是在低速运动时产生的，因此，在低速加

23、工过程中易产生爬此，在低速加工过程中易产生爬行现象，其危害是影响进行运动行现象，其危害是影响进行运动平稳性平稳性( (即均匀性即均匀性) )，其结果是；，其结果是；1 1、使被加工零件的加工精度和、使被加工零件的加工精度和表面光洁度变差；表面光洁度变差；2 2、机床的定位精度降低；、机床的定位精度降低；3 3、加剧导轨的磨损、加剧导轨的磨损XYYX4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求 抑制爬行产生的措施抑制爬行产生的措施一、衡量进行运动平稳性的指标一、衡量进行运动平稳性的指标 临界爬行速度临界爬行速度V Vc c。 爬行其本质是自激振动，可以证明Vc

24、与下列参数的关系为：二、抑制爬行措施二、抑制爬行措施（减小Vc的办法）1、改善导轨面间和摩擦特性 滚动-静压-滑动 (塑料)2、提高传动刚度3、减轻运动件的重量4、增加系统的阻尼dscfffkmfgkmV刚度阻尼比质量4上扬特性使sFf4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求4.1 4.1 数控机床机械结构的组成特点及要求数控机床机械结构的组成特点及要求4 4、具有良好的操作、安全防护性能、具有良好的操作、安全防护性能 方便、舒适的操作性能，是操作者普遍关心的问题。在方便、舒适的操作性能，是操作者普遍关心的问题。在大部分数控机床上，刀具和工件的装卸、刀具

25、和夹具的调整、大部分数控机床上，刀具和工件的装卸、刀具和夹具的调整、还需要操作者完成，机床的维修更离不开人，而且由于加工还需要操作者完成，机床的维修更离不开人，而且由于加工效率的提高，数控机床的工件装卸可能比普通机床更加频繁，效率的提高，数控机床的工件装卸可能比普通机床更加频繁，因此良好的操作性能是数控机床设计时必须的问题。数控机因此良好的操作性能是数控机床设计时必须的问题。数控机床是一种高度自动化的加工设备，动作复杂，高速运动部件床是一种高度自动化的加工设备，动作复杂，高速运动部件较多，对机床动作互锁、安全防护性能的要求也比普通机床较多，对机床动作互锁、安全防护性能的要求也比普通机床要高很多

26、。同时，数控机床一般都有高压、大流量的冷却系要高很多。同时，数控机床一般都有高压、大流量的冷却系统，为了防止切屑、冷却液的飞溅，数控机床通常都应采用统，为了防止切屑、冷却液的飞溅，数控机床通常都应采用封闭和半封闭的防护形式，增加防护性能。封闭和半封闭的防护形式，增加防护性能。 4.2 4.2 数控机床的整体布局数控机床的整体布局数控车床的布局数控车床的布局 数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与普通车床基本一致，而床数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与普通车床基本一致，而床身结构和导轨的布局形式则发生了根本变化，这是因为其直接影响数控车床的使身结构和导轨的布局形式则发生了根本

27、变化，这是因为其直接影响数控车床的使用性能及机床的结构和外观所致。用性能及机床的结构和外观所致。 数控车床的床身结构和导轨有多种形式，数控车床的床身结构和导轨有多种形式，主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑鞍及立床身等，其主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑鞍及立床身等，其 布局形式布局形式 如图所如图所示示 ： a a ） 为平床身为平床身 、b b ） 为斜床身为斜床身 、 c c ） 为平床身斜滑板为平床身斜滑板 、 d d ） 为为立床身。立床身。 4.2 4.2 数控机床的整体布局数控机床的整体布局 水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的水平床身的工艺性好，

28、便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控刀架可提高刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。的结构尺寸。 水平床身配上倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩，这种布局水平床身配上倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩，这种布局形式一方面有水平床身工艺性好的特点，另一方

29、面机床宽度方向的尺寸形式一方面有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。较水平配置滑板的要小，且排屑方便。 水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型数控车床所普遍采用。这是由于此两种布局形式排屑容易，热铁屑不型数控车床所普遍采用。这是由于此两种布局形式排屑容易，热铁屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器；操作方便，易于安装机械手会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器；操作方便，易于安装机械手 ，以实现单机自动化；机床占地面积小，外形简洁、美观，容易实现封闭以实现单机自动

30、化；机床占地面积小，外形简洁、美观，容易实现封闭式防护。式防护。 倾斜床身多采用倾斜床身多采用3030、4545、6060、7575和和9090（称为立式床身）角，（称为立式床身）角，常用的有常用的有4545、6060和和7575。 4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨4.3.1 4.3.1 数控机床对导轨的基本要求数控机床对导轨的基本要求导轨应满足以下基本要求：（1）足够的导向精度 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。影响导向精度的主要因素有:导轨的结构形式、导轨的制造精度和装配质量，以及导轨和基础件的刚度等。（2） 精度保持性好 精度保

31、持性好是指导轨在长期使用中保持一定导向精度的能力。导轨的耐磨性是保持精度的决定性因素。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨（3）足够的刚度 导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此要求导轨应有足够的刚度。（4）良好的摩擦特性（低速运动平稳性） 运动部件在导轨上低速运动或微量位移时，运动应平稳，无爬行现象。它与导轨的结构类型、润滑条件等有关。（5）结构简单、工艺性好 要求导轨便于制造加工、装配调整和维修。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨机床上常用的导轨，按其接触面间的摩擦性质的不同，可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三大类。（1）滑动导轨滑动导轨优点：结构简单、制

32、造方便、刚度好、抗振性强。为了克服其摩擦系数大、磨损快、使用寿命短等缺陷，现代数控机床使用塑料滑动导轨。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滑动导轨的结构4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨常用的导轨截面形状有三角形、矩形、燕尾形及圆柱形四种，如图所示。（a）三角形 （b）矩形 （c）燕尾形 （d）圆柱形4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨各种截面导轨的特点： 三角形导轨同时控制水平和垂直方向的导轨精度，在载荷作用下能自动补偿而消除间隙，导轨精度较其他导轨高。 燕尾形导轨的结构紧凑、尺寸小，能承受颠簸力矩，但摩擦阻力较大。 圆柱形导轨制造容易，磨损后调整间隙很困难。4.

33、3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滑动导轨的材料 传统的铸铁一铸铁、铸铁-淬火钢导轨副，其缺点是静摩擦系数大，而且动摩擦系数随着速度的变化而变化，摩擦损失大，低速时易出现爬行现象，影响运动平稳性和定位精度。因此在数控机床上已不采用，而代之以铸铁一塑料或镶钢一塑料滑动导轨。目前，应用较多的塑料导轨材料有聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐脚涂料。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨（2）滚动导轨 在导轨工作面间放入滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使导轨面之间的摩擦成为滚动摩擦，这样导轨称为滚动导轨。它可以大大降低摩擦系数，提高运动灵敏度。现在广泛应用的直线运动导轨(滚动直线导轨副)就是一种滚动导

34、轨，润滑方便，易于安装，有成品部件可供选用 。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚动导轨4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚轮式导轨4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚动导轨滚动导轨4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨侧面导轨圆柱导轨4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚动导轨特点 滚动导轨由于摩擦系数小，一般为0.0025-0.005，动、静摩擦系数很接近，而且几乎不受运动速度变化的影响，因而有如下优点：n运动轻便灵活，所需驱动功率小；n摩擦发热少，磨损小，精度保持性好；n低速运动时，不易出现爬行现象，定位精度高。 滚动导轨的缺点：n结构较复杂，

35、制造较困难，因此成本较高；n对脏物较敏感，必须要有良好的防护装置。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚动导轨的结构形式4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚动导轨的结构形式4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨滚动导轨的结构形式 滚动导轨按滚动体的形状可分为滚珠导轨、滚柱导轨和滚针导轨，如图所示。（a）滚针导轨 （b）、（c）滚珠导轨 （d）滚柱导轨4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨三种滚动导轨的特点：1）滚珠导轨 这种结构紧凑，制造容易，成本较低，但接触面积小，刚度低，承载能力较小，适用于运动部件重量和切削力都不大的机床。2）滚柱导轨 这种导轨的接触面积比较

36、大，承载能力和刚度比滚珠导轨大，适用于载荷较大的机床。3）滚针导轨 这种导轨与滚柱导轨相比，尺寸小，结构紧凑，在同样长度内能排列更多的滚针，因此承载能力大，但摩擦系数也大，适用于尺寸受限制的机床。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨（3）静压导轨 静压导轨是在两个做相对运动的导轨工作面之间开设油腔，通入具有一定压强的润滑油.使运动导轨浮起，导轨面间充满润滑油形成的油膜。 工作时，油腔的油压能随外载荷的变化自动调整，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。静压导轨的基本形式有开式静压导轨和闭式静压导轨两种。数控机床上常用闭式静压导轨。4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨开式静压导轨工

37、作原理闭式静压导轨工作原理4.3 4.3 数控机床的导轨数控机床的导轨 导轨的润滑和防护十分重要: 导轨润滑的好，可以减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降低高速时的温升。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，滑动导轨主要用润滑油，而滚动导轨两种均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。 导轨防护的目的是为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上，引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的防护装置有刮板式、卷帘式和叠层式防护套，它们大多用于长导轨的机床，另外还有伸缩式防护罩等。 一、一、刀库刀库 1.1.刀库容量刀库容量 10-4010-40 塔式塔式2.2.类型类型 盘式

38、盘式 链式链式 顺序选刀顺序选刀3.3.选刀方式选刀方式 任意选刀任意选刀刀座编码刀座编码刀具编码刀具编码跟踪记忆编码跟踪记忆编码鼓轮式刀库：结构简单、紧凑、鼓轮式刀库：结构简单、紧凑、应用广应用广链式刀库：刀库容量大链式刀库：刀库容量大4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 盘式刀库盘式刀库链式刀库链式刀库 盘式刀库盘式刀库(刀座编码刀座编码)4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 识别码块识别码块识别传感器识别传感器刀柄编码刀柄编码4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 回转刀架换刀回转刀架换刀更换主轴头换刀更换主轴头换刀使

39、用刀库的换刀使用刀库的换刀 换刀方式换刀方式 刀库和机械手刀库和机械手机械手换刀机械手换刀刀库与主轴相对运动换刀刀库与主轴相对运动换刀4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 回转刀架换刀回转刀架换刀 机械手换刀机械手换刀 刀库与主轴相对运动换刀刀库与主轴相对运动换刀 刀库形式刀库形式a）b）c）d）链条链轮刀座导轨张紧板链式刀库链式刀库鼓轮式刀库鼓轮式刀库的几种形式的几种形式a.径向取刀径向取刀b.轴向取刀轴向取刀c.径向布置径向布置d.角度布置角度布置 JCS-018AJCS-018A机械手机械手传动结构示意图传动结构示意图4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床

40、的自动换刀系统 自动换刀装置的换刀过程由自动换刀装置的换刀过程由选刀选刀和和换刀换刀两部分组成。两部分组成。 当执行到当执行到 Txx Txx 指令即选刀指令后，刀指令即选刀指令后，刀库自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选库自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备；当执行到刀过程，为下面换刀做好准备；当执行到 M06M06 指令时即开始自动换刀，把主轴上用过的刀具指令时即开始自动换刀，把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。取下，将选好的刀具安装在主轴上。 换刀过程换刀过程4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 1 1、主轴箱回参考点，

41、主轴准停。、主轴箱回参考点，主轴准停。2 2、机械手抓刀、机械手抓刀（主轴上和刀库上）（主轴上和刀库上）3 3、取刀：、取刀： 活塞杆推动机械手下行活塞杆推动机械手下行4 4、交换刀具位置：、交换刀具位置：机械手回转机械手回转1801805 5、装刀：、装刀：活塞杆上行，将更换后的刀具活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库装入主轴和刀库油缸刀库换刀机械手主轴（b）（a）（c）（d）机械手换刀动作过程机械手换刀动作过程4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 刀库移动刀库移动- -主轴升降式换刀过程主轴升降式换刀过程 4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀

42、系统 分度：分度：将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。的预定位置。(b) 接刀：接刀：活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，并卡住刀柄定位槽。并卡住刀柄定位槽。(c) 卸刀：卸刀：主轴松刀，铣头上移至参考点。主轴松刀，铣头上移至参考点。(d) 再分度再分度：再次分度回转，将预选刀具转到主：再次分度回转，将预选刀具转到主轴正下方。轴正下方。(e)+(f): 装刀：装刀：铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘复位。回，刀盘复位。4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 加工中

43、心的编程除了增加了自动换刀的功能指加工中心的编程除了增加了自动换刀的功能指令外，其它和数控铣床编程基本相同。令外，其它和数控铣床编程基本相同。M06-自动换刀指令。本指令将驱动机械手进行自动换刀指令。本指令将驱动机械手进行 换换刀动作，但并不包括刀库转动的选刀动作。刀动作，但并不包括刀库转动的选刀动作。 M19-主轴准停。本指令将使主轴定向停止，确保主轴准停。本指令将使主轴定向停止，确保主轴停止的方位和装刀标记方位一致。主轴停止的方位和装刀标记方位一致。 Txx -选刀指令。是用以驱动刀库电机带动刀库转选刀指令。是用以驱动刀库电机带动刀库转动而实施选刀动作的。动而实施选刀动作的。T指令后跟的两

44、位数字，是将指令后跟的两位数字，是将要更换的刀具地址号。要更换的刀具地址号。 4.4 4.4 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统(1)以在加工中心上安装形式分类 装在工作台里面；独立式。(2)按分度工作台回转轴态势分类 卧式；立式；倾斜式。(3)按分度机构分类 多齿盘方式亦叫鼠牙盘方式)；蜗轮副方式(亦叫数控分度方式)；分度盘方式；马氏机构方式。(4)按分度功能分类 任意角度分度方式；等分角分度方式。(5)按分度驱动方式分类 手动方式；电动方式；气动方式；液压方式； NC方式。4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台 除了有除了有X X、Y Y、Z Z轴的直线运动，还

45、要求有轴的直线运动，还要求有A A、B B、C C的旋转运动。的旋转运动。 作用：实现绕作用：实现绕X X、Y Y、Z Z轴的圆周进给运动；轴的圆周进给运动； 数控机床中常用的回转工作台有数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作分度工作台和数控回转工作台。台。 分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动。分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动。 1 1、鼠牙盘式分度工作台；、鼠牙盘式分度工作台； 2 2、定位销式分度工作台、定位销式分度工作台 数控回转工作台在外观上和分度工作台相似，但结构功用有很数控回转工作台在外观上和分度工作台相似，但结构功用有很大不同。其可以做任意

46、角度的回转和分度。大不同。其可以做任意角度的回转和分度。4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台数控回转工作台4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台数控分度头4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台数控回转工作台4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台4.5 4.5 数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台(1)工作台面尺寸及形状工作台尺寸 卧式数控机床工作台面的尺寸系列有：320 x320, 400 x400, 500 x500,630 x630, 800 x800,1000 x1000, 1250 x1250,1600 x1600, 2000 x2000mm。 立式数控机床工作台面的宽度尺寸系列有：250mm、 320mm、 400mm、 500mm、630mm、800mm等，而工作台长度尺寸则根据厂家及用户实际需要，可有：630mm、710mm、800mm、900mm、1000mm、1120mm、1250mm、1400mm、1600mm、1800mm、2000mm等。4.5 4.