数控机床结构

1、、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 一、课程性质、目的和任务一、课程性质、目的和任务 1 1、课程性质、课程性质 数控机床数控机床作为数控技术专业作为数控技术专业的专业必修课，对于培养该专业学生的专业必修课，对于培养该专业学生掌握数控技术的核心技术有极其重要掌握数控技术的核心技术有极其重要的作用。的作用。 、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 以数控机床的机械结构为基础，以数控机床的机械结构为基础，以数控车床、数控铣床、加工中以数控车床、数控铣床、加工中心、电加工机床为典型数控机床，心、电加工机床为典型数控机床，对其结构、使用方法等进行学习，对其结构、使用方法等进行学习，同时对数控机床的电气

2、部分、日同时对数控机床的电气部分、日常维护、调试验收等内容也进行常维护、调试验收等内容也进行学习，为全面掌握数控机床打下学习，为全面掌握数控机床打下良好的基础良好的基础 。、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 2 2、目的和任务、目的和任务 培养学生五种基本能力和多培养学生五种基本能力和多种分析、思维能力和工程文化素种分析、思维能力和工程文化素质。质。五种基本能力：五种基本能力： 对数控机床进行结构分析的对数控机床进行结构分析的能力、对各种典型数控机床进行能力、对各种典型数控机床进行性能评价的能力、合理选择数控性能评价的能力、合理选择数控机床的能力、进行数控机床操作机床的能力、进行数控机床操作

3、的基本能力、对数控机床进行安的基本能力、对数控机床进行安装调试和日常维护的能力。装调试和日常维护的能力。、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 多种分析思维能力多种分析思维能力: 对数控机床进行分类和评价对数控机床进行分类和评价的能力、对数控机床各种结构布的能力、对数控机床各种结构布局进行分析和评价的能力、对机局进行分析和评价的能力、对机床进行选择和与工件加工进行匹床进行选择和与工件加工进行匹配的能力等。配的能力等。 、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 工程文化素质：工程文化素质： 认真负责、严谨细致的工作认真负责、严谨细致的工作态度和工作作风。态度和工作作

4、风。 、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 使学生达到既具有工程基础使学生达到既具有工程基础又有较高的工程文化素质，既有又有较高的工程文化素质，既有丰富的数控机床基础知识、基本丰富的数控机床基础知识、基本理论，又有较强的分析思维能力，理论，又有较强的分析思维能力，能够合理地选择、评价数控机床。能够合理地选择、评价数控机床。为今后在工作中进行数控机床的为今后在工作中进行数控机床的选用、调试、操作、日常维护和选用、调试、操作、日常维护和一般故障的检修打下坚实基础。一般故障的检修打下坚实基础。、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明 二、与相关课程的衔接、配合、二、与相关课程的衔接、配合、分工分工 本课

5、程是数控技术专业的必本课程是数控技术专业的必修专业课，学生在学习本课程前修专业课，学生在学习本课程前必须掌握机械制图、机械制造基必须掌握机械制图、机械制造基础、机械设计基础等知识。础、机械设计基础等知识。 与本科课程紧密相关的课程与本科课程紧密相关的课程是是数控编程技术数控编程技术、数控加数控加工工艺工工艺2门核心课程。门核心课程。、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明三、课程教学要求的层次三、课程教学要求的层次1. 了解：要求对有关教学内容有一了解：要求对有关教学内容有一般的了解。般的了解。2. 掌握：要求掌握有关内容的基本掌握：要求掌握有关内容的基本概念、基本理论、基本方法，并概念、基本理论

6、、基本方法，并能在掌握的基础上对相关问题进能在掌握的基础上对相关问题进行分析和判断，得出正确结论。行分析和判断，得出正确结论。、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明3. 熟练掌握：对于今后实际工作中熟练掌握：对于今后实际工作中需要应用的重要内容，要求熟练需要应用的重要内容，要求熟练掌握。这些内容，不仅要深入理掌握。这些内容，不仅要深入理解，还能够应用所学的知识解决解，还能够应用所学的知识解决实际工程问题。实际工程问题。、课程教学大纲说明、课程教学大纲说明四、各章学时分配四、各章学时分配、各章讲述要点、各章讲述要点第一章第一章 数控机床简介数控机床简介 一、目的与要求一、目的与要求 使学生掌握数控

7、机床的基本使学生掌握数控机床的基本概念、组成、分类、发展历程和概念、组成、分类、发展历程和方向。初步了解数控机床的基本方向。初步了解数控机床的基本工作原理和数控机床的适用范围工作原理和数控机床的适用范围 。二、教学内容二、教学内容1数控机床的基本概念数控机床的基本概念2数控机床的基本工作原理数控机床的基本工作原理3数控机床的基本组成数控机床的基本组成4数控机床的分类数控机床的分类 5数控加工的特点数控加工的特点6数控机床的适用范围数控机床的适用范围7. 数控机床的发展历程和方向数控机床的发展历程和方向三、重点与难点三、重点与难点 重点是数控机床的基本概念、重点是数控机床的基本概念、组成、分类组

8、成、分类。 1、基本概念、基本概念数字控制（数字控制（Numerical Control，NC） 简称数控，是用数字化信号对机床简称数控，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法。术方法。数控机床（数控机床（Numerical Control Machine） 采用数字控制技术对机床的加工过采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。程进行自动控制的一类机床。 四、考核点四、考核点2、数控机床的基本组成、数控机床的基本组成 反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测

9、速度检测速度检测3、数控机床的分类、数控机床的分类 （1 1）按数控机床伺服系统分类）按数控机床伺服系统分类开环数控系统开环数控系统 全闭环数控系统全闭环数控系统半闭环数控系统半闭环数控系统（2 2）按数控机床运动轨迹分类）按数控机床运动轨迹分类 点位控制数控机床点位控制数控机床直线控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床 知识点：可控轴数和联动轴数知识点：可控轴数和联动轴数 通常一台数控机床的联动轴数一般通常一台数控机床的联动轴数一般会小于或等于可控轴数。会小于或等于可控轴数。4、数控机床特点及应用范围、数控机床特点及应用范围特点：高特点：高精度、高效率、高速度、精度、高

10、效率、高速度、高刚性、高柔性、高自动化高刚性、高柔性、高自动化数控机床是为了解决单件、小批数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。工的自动化要求而产生的。5、数控机床的发展历程和发展方向、数控机床的发展历程和发展方向突破传统机床结构的最新一代的数突破传统机床结构的最新一代的数控机床：并联机床（虚轴机床）。控机床：并联机床（虚轴机床）。发展方向：发展方向：（1） 高速度与高精度化高速度与高精度化（2） 多功能化多功能化（3） 智能化智能化（4） 高的可靠性高的可靠性第一讲第一讲 数控机床简介数控机床简介 数字控制数字控制（Num

11、erical Control，NC） 简称数控，是用数字化信号对机床的简称数控，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方运动及其加工过程进行控制的一种技术方法。法。 数控机床数控机床（Numerical Control Machine） 采用数字控制技术对机床的加工过程采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。进行自动控制的一类机床。 1、数控机床的基本概念、数控机床的基本概念 数控系统数控系统（Numerical Control System） 一种自动输入载体上事先给定的数字一种自动输入载体上事先给定的数字量（零件加工程序），并将其译码，再进量（零件加工程序

12、），并将其译码，再进行必要的信息处理和运算后，控制机床动行必要的信息处理和运算后，控制机床动作和加工零件的控制系统。作和加工零件的控制系统。 最初的数控系统是由数字逻辑电路构最初的数控系统是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控系统。随着微型计算机成的专用硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统。而代之的是计算机数控系统。 利用数控机床完成零件数控利用数控机床完成零件数控加工的过程：加工的过程： 程序输送到程序输送到NC机床机床向向MCU输入零输入零件的加工程序件的加工程序机床控制单元（机床控制单元（MCU）显示刀具

13、路径显示刀具路径NC机床机床加工零件加工零件编写零件的加工程序编写零件的加工程序零件工艺分析确零件工艺分析确定零件的加工要定零件的加工要素素换刀装置换刀装置 根据零件加工图样进行工艺分析，确定根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；加工方案、工艺参数和位移数据；程序输送到程序输送到NC机床机床向向MCU输入零输入零件的加工程序件的加工程序机床控制单元（机床控制单元（MCU）显示刀具路径显示刀具路径NC机床机床加工零件加工零件编写零件的加工程序编写零件的加工程序零件工艺分析确零件工艺分析确定零件的加工要定零件的加工要素素换刀装置换刀装置 用规定的程序代码和格式编写零件加工

14、程用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；或用自动编程软件进序单；或用自动编程软件进CAD/CAM工工作，直接生成零件的加工程序文件；作，直接生成零件的加工程序文件；程序输送到程序输送到NC机床机床向向MCU输入零输入零件的加工程序件的加工程序机床控制单元（机床控制单元（MCU）显示刀具路径显示刀具路径NC机床机床加工零件加工零件编写零件的加工程序编写零件的加工程序零件工艺分析确零件工艺分析确定零件的加工要定零件的加工要素素换刀装置换刀装置 程序的输入或输出：手工编写的程序通程序的输入或输出：手工编写的程序通过数控机床的操作面板输入：软件生成过数控机床的操作面板输入：软件生成的程序通过计算机

15、的串行通信接口直接的程序通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元；传输到数控机床的数控单元；程序输送到程序输送到NC机床机床向向MCU输入零输入零件的加工程序件的加工程序机床控制单元（机床控制单元（MCU）显示刀具路径显示刀具路径NC机床机床加工零件加工零件编写零件的加工程序编写零件的加工程序零件工艺分析确零件工艺分析确定零件的加工要定零件的加工要素素换刀装置换刀装置 将输入到数控单元的加工程序，进行试将输入到数控单元的加工程序，进行试运行、刀具路径模拟等；运行、刀具路径模拟等；程序输送到程序输送到NC机床机床向向MCU输入零输入零件的加工程序件的加工程序机床控制单元（机床控制单元

16、（MCU）显示刀具路径显示刀具路径NC机床机床加工零件加工零件编写零件的加工程序编写零件的加工程序零件工艺分析确零件工艺分析确定零件的加工要定零件的加工要素素换刀装置换刀装置 通过对机床的正确操作，运行程序，完通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工；成零件的加工；2、数控机床的基本组成、数控机床的基本组成 反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测速度检测速度检测 1 1、控制介质、控制介质 又称信息载体，是人与数控机床之间又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中联系的中间媒介物质，反映了数控加

17、工中的全部信息。穿孔纸带、磁盘、磁带等。的全部信息。穿孔纸带、磁盘、磁带等。反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测速度检测速度检测 2 2、数控系统、数控系统 是机床实现自动加工的核心，是整是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输入装个数控机床的灵魂所在。主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各种输入器、各种输入/输出接口等组成。输出接口等组成。反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测速度检测速度

18、检测 3 3、伺服系统、伺服系统 是数控系统和机床本体之间的电传是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、伺服动联系环节。主要由伺服电动机、伺服驱动控制器组成。驱动控制器组成。反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测速度检测速度检测 4 4、反馈装置、反馈装置 主要包括光电脉冲编码器、光栅位主要包括光电脉冲编码器、光栅位移传感器、直线感应同步器等装置。移传感器、直线感应同步器等装置。反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测速度检测速度检测 5 5

19、、辅助装置、辅助装置 主要包括自动换刀装置、自动交换主要包括自动换刀装置、自动交换工作台机构、工件夹紧放松机构、回转工作台机构、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。等。反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质机机 床床数控系统数控系统位置检测位置检测速度检测速度检测 6 6、机床本体、机床本体 机械结构实体。整体布局、外观造机械结构实体。整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大变化。面

20、都发生了很大变化。（1）按工艺用途分类）按工艺用途分类n金属切削类数控机床金属切削类数控机床 3、数控机床的分类、数控机床的分类 数控车床数控车床数控铣床数控铣床加工中心加工中心数控磨床数控磨床（1）按工艺用途分类）按工艺用途分类n金属切削类数控机床金属切削类数控机床 n金属成型类数控机床金属成型类数控机床 3、数控机床的分类、数控机床的分类 数控弯管机数控弯管机 数控旋压机数控旋压机数控折弯机数控折弯机 数控压力机数控压力机（1）按工艺用途分类）按工艺用途分类n金属切削类数控机床金属切削类数控机床 n金属成型类数控机床金属成型类数控机床 n数控特种加工机床数控特种加工机床 3、数控机床的分类

21、、数控机床的分类 数控激光切割机床数控激光切割机床数控电火花成型机床数控电火花成型机床数控线切割机床数控线切割机床数控等离子数控等离子-火焰切割机床火焰切割机床 （1）按工艺用途分类）按工艺用途分类n金属切削类数控机床金属切削类数控机床 n金属成型类数控机床金属成型类数控机床 n数控特种加工机床数控特种加工机床 n其它类型的数控机床其它类型的数控机床3、数控机床的分类、数控机床的分类 三坐标测量仪三坐标测量仪数控绘图仪数控绘图仪数控对刀仪数控对刀仪 （2）按数控机床伺服系统分类按数控机床伺服系统分类n开环控制数控机床开环控制数控机床 n全闭环控制数控机床全闭环控制数控机床 n半闭环控制数控机床

22、半闭环控制数控机床 n混合控制数控机床混合控制数控机床 3、数控机床的分类、数控机床的分类 （3 3）按数控机床运动轨迹分类）按数控机床运动轨迹分类 n点位控制数控机床点位控制数控机床应用：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。应用：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。n直线控制数控机床直线控制数控机床应用：简易的数控车床、数控铣床等。应用：简易的数控车床、数控铣床等。n轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床应用：两轴以上联动的数控机床、加工中应用：两轴以上联动的数控机床、加工中心均采用轮廓控制。心均采用轮廓控制。3、数控机床的分类、数控机床的分类 可控轴数：可控轴数： 是指机床数控装置能够控制的坐标数是指机

23、床数控装置能够控制的坐标数目，即数控机床有几个运动方向采用了数目，即数控机床有几个运动方向采用了数字控制。字控制。联动轴数：联动轴数： 是指机床数控装置控制各坐标轴协调是指机床数控装置控制各坐标轴协调动作的坐标轴数目。动作的坐标轴数目。 3、数控机床的分类、数控机床的分类 通常一台数控机床的联动轴数一般会通常一台数控机床的联动轴数一般会小于或等于可控轴数。小于或等于可控轴数。 根据它所控制的联动坐标轴数不同，根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式又可以分为下面几种形式 ：二轴联动、二：二轴联动、二轴半联动、三轴联动、轴半联动、三轴联动、 四轴联动四轴联动 、五轴联、五轴联动等。

24、动等。3、数控机床的分类、数控机床的分类 两轴联动加工两轴联动加工 两轴半联动两轴半联动的曲面加工的曲面加工 三轴联动的曲面加工三轴联动的曲面加工 四轴联动的数控机床四轴联动的数控机床五轴联动的五轴联动的加工中心加工中心 （4 4）按数控机床功能水平分类）按数控机床功能水平分类 分为高级型、普通型和经济型数分为高级型、普通型和经济型数控机床。控机床。 3、数控机床的分类、数控机床的分类 4、数控机床的特点及应用范围、数控机床的特点及应用范围数控机床的特点：数控机床的特点：高高精度、高效率、高精度、高效率、高速度、高刚性、高柔性、高自动化。速度、高刚性、高柔性、高自动化。n 对零件的适应性强、灵

25、活性好；对零件的适应性强、灵活性好；n 加工精度高、质量稳定；加工精度高、质量稳定；n 生产效率高，经济效益明显；生产效率高，经济效益明显；n 有利于生产管理的现代化；有利于生产管理的现代化；n 改善工人的劳动条件，减轻工人劳动改善工人的劳动条件，减轻工人劳动强度。强度。 数控机床是为了解决单件、小批数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。自动化要求而产生的。 数控机床的应用范围：数控机床的应用范围： 4、数控机床的特点及应用范围、数控机床的特点及应用范围n 单件、多品种、小批量的生产零件单件、多品种、小批量的生产零件n

26、形状复杂，加工精度较高的零件形状复杂，加工精度较高的零件n 需进行多种工序集中加工的零件需进行多种工序集中加工的零件n 价格昂贵、不允许报废的零件价格昂贵、不允许报废的零件n 需要频繁改型的零件需要频繁改型的零件n 新产品的试制零件新产品的试制零件n 需要最少生产周期的急需件需要最少生产周期的急需件4、数控机床的特点及应用范围、数控机床的特点及应用范围5、数控机床的发展历程、数控机床的发展历程第一台数控机床（第一台数控机床（19521952年年 ） 第一台数控机床是由美国麻省理工学院和第一台数控机床是由美国麻省理工学院和Parsons公司合作于公司合作于1952年研制成功的。年研制成功的。 我

27、国从我国从1958年由北京机床研究所和清华等单年由北京机床研究所和清华等单位首先研制数控机床。位首先研制数控机床。我国第一台数控机床（我国第一台数控机床（19581958）5、数控机床的发展历程、数控机床的发展历程世代世代诞生年代诞生年代数控系统的构成方式数控系统的构成方式第一代第一代1952年年采用电子管元件采用电子管元件第二代第二代1959年年采用晶体管电路采用晶体管电路第三代第三代1965年年采用小、中规模集成电路采用小、中规模集成电路第四代第四代1970年年内装小型计算机内装小型计算机第五代第五代1974年年微型电子计算机微型电子计算机第六代第六代90年代年代开放式体系结构开放式体系结

28、构5、数控机床的发展历程、数控机床的发展历程 突破传统机床结构的最新一代的数控机床：突破传统机床结构的最新一代的数控机床：并联机床（虚轴机床）。并联机床（虚轴机床）。并联机床并联机床 5、数控机床的发展历程、数控机床的发展历程（1 1） 高速度与高精度化高速度与高精度化6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（1 1） 高速度与高精度化高速度与高精度化n 数控系统采用位数、频率更高的微处数控系统采用位数、频率更高的微处理器，或者多个理器，或者多个CPU，以提高系统的，以提高系统的基本运算速度；基本运算速度；6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（1 1） 高速度与高精度化高速度与高精度化

29、n 全数字交流伺服系统全数字交流伺服系统直线电机直线电机 6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（1 1） 高速度与高精度化高速度与高精度化n 机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术；机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术；n 高速大功率电主轴的应用；高速大功率电主轴的应用；电主轴电主轴 6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（1 1） 高速度与高精度化高速度与高精度化n 采用高性能和可靠的新型功能部件电采用高性能和可靠的新型功能部件电滚珠丝杆；滚珠丝杆；电滚珠丝杆电滚珠丝杆 6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（2 2） 多功能化多功能化n一机多能一机多能第一主轴第二主轴铣削动力头多轴

30、复合加工数控机床多轴复合加工数控机床6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（2 2） 多功能化多功能化n前后台功能前后台功能 n通讯功能通讯功能6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（2 2） 多功能化多功能化n前后台功能前后台功能 n通讯功能通讯功能6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（3 3） 智能化智能化n引进自适应控制技术引进自适应控制技术 n采用故障自诊断、自修复功能采用故障自诊断、自修复功能 n刀具寿命自动检测和自动换刀功能刀具寿命自动检测和自动换刀功能 n引进模式识别技术引进模式识别技术 6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向（4 4） 高的可靠性高的可靠性n提

31、高系统硬件质量。提高系统硬件质量。n采用硬件结构模块化、标准化、通用采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式。化方式。n增强故障自诊断、自恢复和保护功能。增强故障自诊断、自恢复和保护功能。6、数控机床的发展方向、数控机床的发展方向第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 一、目的与要求一、目的与要求 对数控机床的主要部件及其功对数控机床的主要部件及其功能加以阐述，使学习者进一步了解能加以阐述，使学习者进一步了解数控机床的机械结构，为后续学习数控机床的机械结构，为后续学习各种典型数控机床打好基础。使学各种典型数控机床打好基础。使学生掌握数控机床机械结构的组成和生掌握数控机床机械结构的组成

32、和 特点。对数控机床的主传动系统、特点。对数控机床的主传动系统、进给传动系统、导轨、工作台、进给传动系统、导轨、工作台、位置检测装置、自动换刀装置、位置检测装置、自动换刀装置、辅助装置等重要组成部分有一定辅助装置等重要组成部分有一定的认识。的认识。二、教学内容二、教学内容1数控机床机械结构组成及特点数控机床机械结构组成及特点2数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统3数控机床进给传动系统数控机床进给传动系统4数控机床的导轨数控机床的导轨5数控机床的工作台数控机床的工作台6数控机床的位置检测装置数控机床的位置检测装置7数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置8数控机床的辅助装置数控机床的辅助

33、装置三、重点与难点三、重点与难点 重点是数控机床机械结构组重点是数控机床机械结构组成及特点，主传动系统、进给传成及特点，主传动系统、进给传动系统的组成、特点、作用。难动系统的组成、特点、作用。难点是主要部件的工作原理。点是主要部件的工作原理。四、考核点四、考核点1 1、数控机床机械结构的主要组成和特点、数控机床机械结构的主要组成和特点u组要组成：组要组成：1）主传动系统）主传动系统2）进给传动系统）进给传动系统3）基础支承件）基础支承件4）辅助装置）辅助装置u主要特点主要特点1）高的静、动刚度）高的静、动刚度2）良好的抗振性能）良好的抗振性能3）良好的热稳定性）良好的热稳定性4）高的灵敏度）高

34、的灵敏度5）高效化装置、高人性化操作）高效化装置、高人性化操作2 2、数控机床的主传动系统、数控机床的主传动系统 u作用作用：产生不同的主轴切削速度：产生不同的主轴切削速度以满足不同的加工条件要求。以满足不同的加工条件要求。u组成组成：主要包括电动机、传动系：主要包括电动机、传动系统和主轴部件。统和主轴部件。u特点：特点：（1）转速高、功率大）转速高、功率大（2）变速范围宽）变速范围宽 （3）主轴变换迅速可靠）主轴变换迅速可靠 （4）主轴组件的耐磨性高）主轴组件的耐磨性高u变速方式：变速方式：(1) 带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动(2) 通过带传动的主传动通过带传动的主传动(3) 用

35、两个电动机分别驱动主轴用两个电动机分别驱动主轴 (4) 由调速电动机直接驱动的主传动由调速电动机直接驱动的主传动(5) 内装式电主轴内装式电主轴 u主轴部件主轴部件 ： （1）主轴轴承配置形式）主轴轴承配置形式 （2）主轴的润滑与冷却）主轴的润滑与冷却 作用：是控制主轴发热，保证主轴正常作用：是控制主轴发热，保证主轴正常工作的必要手段。工作的必要手段。 （3）主轴准停装置）主轴准停装置 作用：又称主轴定位功能。即当主轴停作用：又称主轴定位功能。即当主轴停止时，控制其停于固定的位置，这是自止时，控制其停于固定的位置，这是自动换刀所必须的功能。动换刀所必须的功能。u 高速主轴单元高速主轴单元 高速

36、主轴单元的类型主要有高速主轴单元的类型主要有电主轴和气动主轴。电主轴和气动主轴。 3 3、数控机床进给传动系统、数控机床进给传动系统 u作用：作用： 负责接受数控系统发出的负责接受数控系统发出的脉冲指令，并经放大和转换后脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期驱动机床运动执行件实现预期的运动。的运动。 图示 进给传动系统示意图1-滚珠丝杠 2-滚珠螺母 3-滚动直线导轨 4-工作台 5-支承轴承 6-连轴器 7-伺服电动机 8-床身u数控机床对进给系统的要求：数控机床对进给系统的要求：1）运动件间的摩擦阻力小）运动件间的摩擦阻力小2）消除传动系统中的间隙）消除传动系统中的间隙3）传

37、动系统的精度和刚度高）传动系统的精度和刚度高4）减少运动惯性，具有适当的阻尼）减少运动惯性，具有适当的阻尼u 传动齿轮副传动齿轮副 消除齿轮传动间隙的措施：消除齿轮传动间隙的措施：（1）刚性调整法）刚性调整法 1）偏心轴套调整法；）偏心轴套调整法； 2）锥度齿轮调整法。）锥度齿轮调整法。（2）柔性调整法）柔性调整法 1）轴向压簧调整法；）轴向压簧调整法； 2）周向弹簧调整法。）周向弹簧调整法。u滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副作用：作用： 是将旋转运动转换为直线运动。是将旋转运动转换为直线运动。特点特点： 传动效率高、摩擦损失小；通过预传动效率高、摩擦损失小；通过预紧可消除间隙，提高传动刚度；但紧

38、可消除间隙，提高传动刚度；但制造成本高，不能自锁。制造成本高，不能自锁。u轴向间隙的调整：轴向间隙的调整： 为了保证滚珠丝杠反向传动精为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠螺母副的传动间隙。螺母副的传动间隙。 u滚珠丝杠的支承与制动：滚珠丝杠的支承与制动： 滚珠丝杠螺母副运动具有可逆滚珠丝杠螺母副运动具有可逆性，不能自锁，立式使用时应增加性，不能自锁，立式使用时应增加制动装置。制动装置。 4、数控机床导轨、数控机床导轨 u作用作用：对运动部件起支承和导向作用对运动部件起支承和导向作用。u数控机床对导轨的基本要求：数控机床对导轨的基本要求： 1 1

39、）导向精度高）导向精度高 2 2）耐磨性能好）耐磨性能好 3 3）足够的刚度）足够的刚度 4 4）良好的摩擦特性）良好的摩擦特性 5 5）工艺性好）工艺性好 u类型与特点类型与特点 ： 滑动导轨滑动导轨 ；滚动导轨；滚动导轨 ；静压导轨。；静压导轨。5、数控机床的工作台、数控机床的工作台 u类型类型直线工作台直线工作台回转工作台回转工作台摆动工作台摆动工作台6、数控机床的位置检测装置、数控机床的位置检测装置 u作用：作用：构成闭环系统。精度直接影响数控机床构成闭环系统。精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。的定位精度和加工精度。 u分类分类 ： 根据运动型式分为回转型和直线型检测装置。根据

40、运动型式分为回转型和直线型检测装置。直线型位置直线型位置检测装置用来检测运动部件的直线位移量。检测装置用来检测运动部件的直线位移量。旋转型位置旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转动位移量。检测装置用来检测回转部件的转动位移量。u光栅光栅 分类：分类：长光栅（光栅尺）和圆光栅。长光栅（光栅尺）和圆光栅。特点：特点：响应速度快，精度高。响应速度快，精度高。应用：应用：高精度数控机床。高精度数控机床。u旋转变压器旋转变压器 作用：作用：一种常用的转角检测元件。一种常用的转角检测元件。 7、数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 8 8、数控机床的辅助装置数控机床的辅助装置u数控机床液压和气压

41、装置数控机床液压和气压装置u自动排屑装置自动排屑装置u工件自动交换系统工件自动交换系统第三章第三章 数控机床电气数控机床电气控制系统控制系统一、目的与要求一、目的与要求 使学生掌握数控机床电气控制使学生掌握数控机床电气控制系统的组成及其各部分的作用、特系统的组成及其各部分的作用、特点、选型。点、选型。 二、教学内容二、教学内容1数控机床电气控制系统概述数控机床电气控制系统概述 2数控系统的功能和特点数控系统的功能和特点3数控系统的插补原理数控系统的插补原理4典型数控系统及其应用典型数控系统及其应用5数控机床上的可编程控制器数控机床上的可编程控制器6伺服系统伺服系统三、重点与难点三、重点与难点

42、重点是数控系统的基本组成，重点是数控系统的基本组成，PLC在数控机床上的作用；难点在数控机床上的作用；难点是数控系统的插补原理和伺服驱是数控系统的插补原理和伺服驱动电动机的选型方法。动电动机的选型方法。1、数控机床电气控制系统的概述、数控机床电气控制系统的概述u组成组成 ：人机界面、数字控制以及机床逻人机界面、数字控制以及机床逻辑控制（顺序控制）辑控制（顺序控制） 。u数控系统是数控机床的核心。数控系统是数控机床的核心。u数控机床的控制可分为两大部分：数控机床的控制可分为两大部分： 一部分是坐标轴运动的位置一部分是坐标轴运动的位置 控制，另一部控制，另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。分是数

43、控机床加工过程的顺序控制。四、考核点四、考核点2、数控系统的功能和特点、数控系统的功能和特点u主要特点：主要特点：1）具有灵活性）具有灵活性2）具有通用性）具有通用性3）较强的环境适应性）较强的环境适应性4）复杂、高效的数控功能）复杂、高效的数控功能5）高可靠性）高可靠性6）完善的输入）完善的输入/输出通道输出通道7）易于实现机电一体化）易于实现机电一体化u主要功能主要功能 ：1）控制功能）控制功能 2）准备功能和辅助功能）准备功能和辅助功能3）点位与连续移动功能）点位与连续移动功能4）插补功能）插补功能5）固定循环加工功能）固定循环加工功能6）进给功能）进给功能7）主轴速度控制功能）主轴速度

44、控制功能8）刀具管理功能）刀具管理功能9）补偿功能）补偿功能10）人机对话功能）人机对话功能11）程序编制功能）程序编制功能12）输入、输出和通信功能）输入、输出和通信功能13）自诊断功能）自诊断功能u 数控系统的插补原理数控系统的插补原理分类：分类：基准脉冲插补和数据采样插补两大类。基准脉冲插补和数据采样插补两大类。逐点比较插补法：逐点比较插补法：是以折线来逼近直线或圆弧曲线，它与是以折线来逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。超过一个脉冲当量。 3、数控机床上的可编程控制器、数控机床上的可编程控制器（PLC ）u作用：作用

45、：代替数控机床上的继电器逻辑，代替数控机床上的继电器逻辑，完成逻辑控制。完成逻辑控制。u数控机床用数控机床用PLCPLC可分为两类：可分为两类：内装型和独立型。内装型和独立型。 PLC处于处于CNC和和MT之间，对之间，对NC侧和侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。侧的输入、输出信号进行处理。 4、关于数控伺服系统、关于数控伺服系统 u作用：作用： 伺服系统是把数控信息转化为机伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构。床进给运动的执行机构。u常用伺服电机：常用伺服电机： 步进电机、直流伺服电机、交流步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。伺服电机。u伺服电机选型伺服电机选型 伺服电机选型

46、要根据机床的伺服电机选型要根据机床的设计性能指标，以及机床实际应设计性能指标，以及机床实际应用条件，来选择合适的伺服电机。用条件，来选择合适的伺服电机。同时需要考虑该电机的过载能力同时需要考虑该电机的过载能力和过载的条件，并且要考虑机床和过载的条件，并且要考虑机床传动系统的丝杠与伺服电机转子传动系统的丝杠与伺服电机转子的惯量匹配。的惯量匹配。第四章第四章 典型数控机床典型数控机床一、目的与要求一、目的与要求 掌握典型数控机床的特点、分掌握典型数控机床的特点、分类和工艺使用范围，掌握典型数控类和工艺使用范围，掌握典型数控机床的基本构成及布局形式，了解机床的基本构成及布局形式，了解典型数控机床的主

47、要技术参数和精典型数控机床的主要技术参数和精度指标。度指标。二、教学内容二、教学内容1数控车床数控车床2数控铣床数控铣床3数控加工中心数控加工中心4并联机床并联机床5数控电加工机床数控电加工机床三、重点与难点三、重点与难点 重点是数控车床、数控铣床、重点是数控车床、数控铣床、加工中心的特点、分类、工艺使加工中心的特点、分类、工艺使用范围，基本构成及典型布局形用范围，基本构成及典型布局形式；难点是数控机床的结构布局式；难点是数控机床的结构布局原理，电加工机床主要部件的工原理，电加工机床主要部件的工作原理。作原理。1 1、数控车床、数控车床特点：特点： 发展趋势：发展趋势：数控车床的分类数控车床的

48、分类 ：（1）经济型数控车床）经济型数控车床（2）全功能型数控车床）全功能型数控车床（3）车削中心）车削中心 四、考核点四、考核点（1 1）经济型数控车床）经济型数控车床特点：它一般是在普通车床的基础上进特点：它一般是在普通车床的基础上进行改进设计，并采用步进电动机驱动行改进设计，并采用步进电动机驱动的开环伺服系统。其控制部分采用单的开环伺服系统。其控制部分采用单板机、单片机或档次比较低的数控系板机、单片机或档次比较低的数控系统来实现。此类车床结构简单，价格统来实现。此类车床结构简单，价格低廉。但无刀尖圆弧半径自动补偿和低廉。但无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速度切削等功能。恒线速度切削等功能。（

49、2 2）全功能型数控车床）全功能型数控车床特点：全功能型数控车床就是通常所说特点：全功能型数控车床就是通常所说的的“数控车床数控车床”，又称标准型数控车，又称标准型数控车床，即它的控制系统是标准型的，带床，即它的控制系统是标准型的，带有高分辨率的有高分辨率的CRT显示器以及各种显显示器以及各种显示、图形仿零点、刀具补偿等功能，示、图形仿零点、刀具补偿等功能，而且还有通信或网络接口。全功能型而且还有通信或网络接口。全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，服系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度和高效率等特点。具有高刚度

50、、高精度和高效率等特点。（3 3）车削中心）车削中心特点：车削中心是以全功能型数控车床特点：车削中心是以全功能型数控车床为主体，并配置有刀库、换刀装置、为主体，并配置有刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，分度装置、铣削动力头和机械手等，以实现多工序复合加工的机床。在工以实现多工序复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可完成回转类零件件一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序。其功能全面，但价格较高。工工序。其功能全面，但价格较高。u数控车床的组成及布局数控车床的组成及布局床身结构形式：床身结构形式： 水平床身、倾斜床身以及水

51、平床水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板、立式床身。身斜滑板、立式床身。 中小型数控车床多采用倾斜床身或水中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构。平床身斜滑板结构。 优点：优点： 1）机床外形美观，占地面积小：）机床外形美观，占地面积小： 2）易于排屑和冷却液的排流；）易于排屑和冷却液的排流； 3）便于操作者操作和观察；）便于操作者操作和观察； 4）易于安装上下料机械手，实现全面自）易于安装上下料机械手，实现全面自动化。动化。 5）可采用封闭截面整体结构，以提高床）可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。身的刚度。u数控铣床的分类数控铣床的分类（1）按机床主轴的布置形式及机床）按机

52、床主轴的布置形式及机床的布局特点分为：的布局特点分为： 立式、卧式和立卧两用式三种。立式、卧式和立卧两用式三种。2、数控铣床、数控铣床1 1）立式数控铣床）立式数控铣床特点：主轴轴线垂直于水平面。是数控特点：主轴轴线垂直于水平面。是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用铣床中最常见的一种布局形式，应用范围最广泛，其中以三轴联动铣床居范围最广泛，其中以三轴联动铣床居多。多。应用：主要用于水平面内的型面加工，应用：主要用于水平面内的型面加工，增加数控分度头后，可在圆柱表面上增加数控分度头后，可在圆柱表面上加工曲线沟槽。加工曲线沟槽。2 2）卧式数控铣床）卧式数控铣床特点：主轴线平行于水平面。特点：主

53、轴线平行于水平面。应用：主要用于垂直平面内的各种上型应用：主要用于垂直平面内的各种上型面加工，配置万能数控转盘后，还可面加工，配置万能数控转盘后，还可以对工件侧面上的连续回转轮廓进行以对工件侧面上的连续回转轮廓进行加工，并能在一次安装后加工箱体零加工，并能在一次安装后加工箱体零件的四个表面。通常采用增加数控转件的四个表面。通常采用增加数控转盘来实现四轴或五轴加工。盘来实现四轴或五轴加工。3 3）立卧两用式数控铣床）立卧两用式数控铣床特点：立卧两用式数控铣床的主轴轴特点：立卧两用式数控铣床的主轴轴线方向可以变换，既可以进行立式线方向可以变换，既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，使用加工，又可

54、以进行卧式加工，使用范围更大，功能更强。范围更大，功能更强。（2 2）按控数系统的功能分类：）按控数系统的功能分类： 简易型数控铣床简易型数控铣床 普通数控铣床普通数控铣床 数控仿形铣床数控仿形铣床 数控工具铣床数控工具铣床1 1）简易型数控铣床）简易型数控铣床特点：特点：简易型数控铣床是在普通铣床的基简易型数控铣床是在普通铣床的基础上，对机床的机械传动结构进行简单础上，对机床的机械传动结构进行简单的改造，并增加简易数控系统后形成的。的改造，并增加简易数控系统后形成的。这种数控铣床成本较低，自动化程度和这种数控铣床成本较低，自动化程度和功能都较差，一般只有功能都较差，一般只有X、Y两坐标联动两

55、坐标联动功能，加工精度也不高。功能，加工精度也不高。应用：应用：可以加工平面曲线类和平面型腔类可以加工平面曲线类和平面型腔类零件。零件。2 2）普通数控铣床）普通数控铣床特点：特点：普通数控铣床可以三坐标联动。普通数控铣床可以三坐标联动。应用：应用：用于各类复杂的平面、曲面和壳体类用于各类复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等。连杆等。3 3）数控仿形铣床）数控仿形铣床应用：应用：主要用于各种复杂型腔模具或工件的主要用于各种复杂型腔模具或工件的铣削加工，特别对不规则的三维曲面和复铣削加工，特别对不规则的三维曲面和复杂边界构成的工件

56、更显示出其优越性。杂边界构成的工件更显示出其优越性。u数控铣床的组成及布局数控铣床的组成及布局 1 1）运动的分配与部件的布局）运动的分配与部件的布局一般需要对工件的顶面进加工，则一般需要对工件的顶面进加工，则铣床主轴应布局成立式的。铣床主轴应布局成立式的。一般需要对工件的多个侧面进行加一般需要对工件的多个侧面进行加工，则主轴应布局成卧式的。工，则主轴应布局成卧式的。2）铣床的布局与结构性能）铣床的布局与结构性能 数控铣床的布局应能兼顾铣数控铣床的布局应能兼顾铣床有良好的精度、刚度、抗振性床有良好的精度、刚度、抗振性和热稳定性等结构性能。和热稳定性等结构性能。 T形床身布局的优点：刚性好。形床

57、身布局的优点：刚性好。 框式立柱布局的优点：热变形对框式立柱布局的优点：热变形对加工精度的影响小。加工精度的影响小。T形床身形床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构 组成：组成：（1）基础部件）基础部件（2）主轴部件）主轴部件（3）数控系统）数控系统（4）自动换刀系统（）自动换刀系统（ATC）（5）辅助系统）辅助系统（6）自动托盘交换系统（）自动托盘交换系统（APC）3、加工中心、加工中心最突出特点：最突出特点： 加工中心设置有刀库并能换刀具。加工中心设置有刀库并能换刀具。这是它与数控铣床、数控镗床等这是它与数控铣床、数控镗床等机床的主要区别。机床的主要区别。 （1 1）卧式加工中心）卧式加工中

58、心 应用：最适合加工箱体类工件。应用：最适合加工箱体类工件。（2 2）立式加工中心）立式加工中心 应用：适合于加工盘类工件，配合应用：适合于加工盘类工件，配合各种附件后，可满足各种工件的各种附件后，可满足各种工件的加工。加工。（3 3）五面加工中心）五面加工中心 特点：五面加工中心具有立式和卧特点：五面加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，通过回转工式加工中心的功能，通过回转工作台的旋转和主轴头的旋转，能作台的旋转和主轴头的旋转，能在工件一次装夹后，完成除安装在工件一次装夹后，完成除安装面以外的所有五个面的加工。面以外的所有五个面的加工。4、并联机床、并联机床传统机床：串联机构传统机床：串联机

59、构并联机床：并联机构并联机床：并联机构 是一种空间并联连杆机构。人们将这是一种空间并联连杆机构。人们将这种机构称为种机构称为Stewart平台。平台。基本结构基本结构：是一个动平台、一个定平台是一个动平台、一个定平台和六根长度可变的连杆动。和六根长度可变的连杆动。基本原理：基本原理： 基于工具和工件基于工具和工件(正、负电极正、负电极)之之间脉冲性火花放电时的电蚀现象间脉冲性火花放电时的电蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。的加工要求。 5、电加工机床、电加工机床电火花加工的特点：电火花加工的特点：（

60、1）电火花加工属不接触加工；）电火花加工属不接触加工；（2）加工过程中没有宏观切削力；）加工过程中没有宏观切削力；（3）易于实现加工过程自动化。）易于实现加工过程自动化。电火花加工的适用范围电火花加工的适用范围：（1）适合于难切削材料的加工；）适合于难切削材料的加工； （2）可以加工特殊的零件；）可以加工特殊的零件；（3）可以加工复杂形状的零件；）可以加工复杂形状的零件； （4）可以改进结构设计，改善结构）可以改进结构设计，改善结构的工艺性的工艺性 。电火花加工的局限性电火花加工的局限性（1）只能用于加工金属等导电材料；）只能用于加工金属等导电材料； （2）加工速度一般较慢；）加工速度一般较慢