模块一 数控机床机械结构

模块一

数控机床机械结构1.1数控机床简介知识目标1、了解数控技术相关概念2、了解数控机床的分类3、了解常见数控机床及其功能1.1.1数控机床概念数控技术以数字化信息实现控制的应用技术NC、CNC数控机床是采用数字技术形式控制的机床。数控程序（数字化代码）控制工件和刀具按照预定轨迹相对运动，从而加工出工件的机床。01020304数控机床金属切削类金属成型类特种加工类其他类1.1.2数控机床类型010203金属切削类数控机床数控车床数控铣床数控磨床04数控钻床数控机床类型06复合机床05多功能数控机床07专用机床按有无反馈装置分类图1-6开环控制系统图1-7半闭环控制系统图1-8闭环控制系统数控车床简介一、数控车床及车削中心数控车床是完成车削加工工艺为主要功能的数控机床，多为2坐标轴联动控制型，高性能的有3轴或5轴控制型。1）数控车床：数控车床是用计算机数字化信号控制的车床。2）车削中心：添加了C轴和动力铣头的数控车床。二、数控车床类型按数控车床的功能分经济型数控车床普通数控车床车削加工中心主轴配置形式分立式数控车床卧式数控车床水平导轨式数控车床倾斜导轨式数控车床

图1-2立式数控车床图1-3水平导轨式数控车床图1-4倾斜导轨式数控车床图1-5卧式车削中心表1-1按数控车床主轴位置分类表1-2按数控车床刀架数量分类表1-3按数控车床功能分类数控铣床简介一、数控铣床用计算机数字化信号控制的铣床。数控铣床是完成镗铣加工工艺为主要功能的数控机床，基本控制类型为3轴联动型，如数控系统许可，也可扩展至5轴联动型。数控铣床主要加工非回转类零件。

图1-9立式数控铣床二、数控铣床种类1.按机床形态分类立式（图）卧式（图）龙门式（图）

2.按控制方式分开环控制系统（说明）半闭环控制系统（说明）闭环控制系统（说明）

3.按数控系统分FANUC（发那科）SIEMENS（西门子）KNC（华中数控）加工中心卧式加工中心立式加工中心龙门加工中心万能加工中心图1-10立式加工中心外形图1-11卧式加工中心图1-12龙门式加工中心表1-6加工中心按换刀形式分类表1-7加工中心按布局方式分类表1-7加工中心按布局方式分类（续）其它数控设备简介图1-14磨削中心图1-13数控磨床一、数控磨床二、数控钻床图1-15数控电火花成型机床三、数控电火花成型机床图1-15数控电火花线切割机床四、数控线切割机床1.2数控机床组成知识目标1、了解数控机床的基本组成2、了解数控机床主要机械部件3、了解数控系统的构成1.2数控机床组成数控机床=机床本体+数控系统+辅助装置图1-1数控机床的组成1.2.1机床本体基础部件——床身（底座）、立柱、工作台进给部件主轴箱部件刀库及换刀机构……主传动机构电动机→主轴传动类型齿轮变速带传动变速电主轴直接驱动进给部件——坐标运动相关部件组成：滚珠丝杠螺母副、直线导轨副滚珠丝杠螺母副：由滚珠丝杠、螺母及返回机构组成直线滚动导轨副：由滚动导轨、滚动体和滑块组成工件夹持、工件承载部件工作台：直线工作台、回转工作台、交换工作台卡盘：三爪卡盘、四爪卡盘尾座：由尾座基体、尾座紧固机构、顶尖套及其驱动机构和顶尖套锁紧装置等四部分构成刀辅机构数控车床刀架：立式、卧式自动换刀装置：由换刀机构和刀库组成类型圆盘式刀库(YP)链式刀库(LS)货架式刀库(HJ)斗笠式刀库无换刀机械手，结构简单，价格低廉，用于立式主轴的换刀圆盘刀库由换刀机械手动作进行刀具的拔插及交换刀具数量一般在30T以下链式刀库链环按矩形或折返式分布储存刀具，结构紧凑刀库容量大，一般链式刀库有40T-120T等不同的容量1.2.2数控系统数控系统简介日本数控系统FANUC（法那克）数控系统FANUC（法那克）系统从0i到23i三菱数控系统等德国SIEMENS（西门子）数控系统SIEMENS（西门子）系统从SINUMERIK802S、802C到802D、810D、840D等。国内数控系统华中数控系统广州数控系统1.3数控机床机械部件知识目标1、了解数控车床、加工中心机械部件组成及其功能2、了解各部件技术要求能力目标1、会选择机械部件装调所用工具2、会检测并调整主要部件3、能够熟练使用各种检测工具进给部件3主轴箱组件2基础部件1换刀机构41.3数控机床机械部件5其他1.3.1床身位置：机床的底部功能：机床的基本支承体，用于安装各部件并保持正确位置材料：高强度铸铁结构：要求：动静刚度要求高数控车床床身加工中心底座床身的研磨和调整床身（底座）的研磨部位是其与其他部件的结合部位。以加工中心为例，主要研磨部位有导轨安装基面以及床身和立柱的结合面。技术要求：导轨安装基面的直线性；两导轨安装基面的扭曲度；床身和立柱结合面要求贴合紧密。导轨安装基面的检测与调试检测项目：（1）导轨安装基面的直线性；（2）两导轨安装基面的扭曲度。检测工具：水平仪2个、等高量块2个、大理石平尺1个。检测过程：（1）床身调平（2）导轨安装基面直线性检查（3）导轨安装基面平行度检查床身调平导轨安装基面直线性检查导轨安装基面扭曲度检查安装基面的调整（1）直线性超差的调整超差较小的调整：用砂纸或油石打磨安装基面。超差较大的调整：用刮刀刮削安装基面，然后研磨安装基面。超差过大的调整：返修。（2）扭曲度超差的调整：返修。直线导轨的安装与调整技术要求：导轨类别正确；导轨安装基面与导轨基准面接触；单根导轨直线度小于允差；两根导轨平行度小于允差。安装工具：丝锥；导轨螺钉；调整垫块及螺钉；扭力扳手；塞尺。检测工具：大理石平尺；等高垫块；移动滑块；百分表及磁性表座。直线导轨的安装安装要求（1）从导轨中间向两端依次把紧压块的螺钉，用力矩扳手从导轨中间位置处，向导轨两端依次拧紧直线导轨的螺钉。（2）保证直线导轨的安装基准面（安装基面及侧基面）0.02塞尺不入安装过程：①清理直线导轨②安装直线导轨导轨的检测调整复查导轨直线度（1）垂直面内直线度检查：平尺两端对零→检查→计算→判断（2）水平面内直线度检查：平尺两端对零→检查→计算→判断（3）直线度超差的调整垂直面直线度超差：松开基准导轨的安装螺钉然后重新把紧，多次检查调整。若误差过大，则需加工返修。水平面直线度超差：松开基准导轨的调整垫块螺钉然后重新把紧，多次检查调整。若误差过大，则需加工返修。导轨的检测调整②复查两导轨平行度1）垂直面内平行度检查：平尺两端对零→检查→计算→判断（2）水平面内平行度检查：平尺两端对零→检查→计算→判断（3）平行度超差的调整垂直面平行度超差：松开非基准导轨螺钉然后重新把紧，多次检查调整。若误差过大，则需加工返修。水平面平行度超差：松开非基准导轨的调整垫块螺钉然后重新把紧，多次检查调整。若误差过大，则需加工返修。床身与立柱结合面的检查①检查方法：涂色法②检查过程：③要求：每25×25mm内，不少于10个点。1.3.2主传动机构主轴组件主轴箱主传动形式①齿轮传动——手动有级变速②变频主轴——分段无级调速③带传动变速④电主轴直接驱动——内置电动机主轴变速齿轮传动——手动有级变速传统主轴利用齿轮啮合实现转速和运动的传递，通过PLC控制电磁离合器实现有级变速。例如CKA6150可在手挡L、M、H范围内实现四级自动变速。变频主轴——分段无级调速主轴电动机采用普通交流电动机加变频器。为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，即解决电机驱动和主轴传动功率的匹配问题，使之成为分段无级变速。分段无级调速常用的变速操作方式有液压拨叉和电磁离合器两种。带传动变速带传动变速主要是将电机的旋转运动通过带传动传递给主轴。这种传动方式多见于数控车床和中、小型加工中心。它可避免齿轮传动时引起的振动与噪声。伺服主轴的控制系统分为支流和交流两种，目前多采用交流的控制系统。带传动多用同步齿形带或多楔带。电主轴直接驱动——内置电动机主轴变速电主轴就是把电动机转子和主轴做成一体而得到的主轴。机床采用集成内装形式电主轴的结构，取消了带传动和齿轮传动等中间传动环节，主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床主轴的“零间隙传动”主轴箱检测主轴箱体的主要技术要求（1）轴承座孔的圆度、圆柱度、同轴度圆度误差允差：0.012圆柱度误差：0.012前后孔的同轴度允差：0.015（2）孔径与轴承外圈的配合允差：0.02（3）轴孔对定位端面的垂直度允差：0.015检测项目及部位前后轴孔的圆度和圆柱度检测轴孔同轴度检测孔中心线与孔端面垂直度检验孔中心线与基面平行度检验孔距检查孔系平行度检查（1）轴孔的圆度圆柱度检查检测工具：内径百分表检测过程（2）轴孔同轴度检测检测工具仪器：工作台、可调千斤顶、检验棒、检验套、内径百分表、内径杠杆表（3）孔中心线与孔端面垂直度检验检验工具：a.带圆盘检验棒，塞尺；b.检验棒，检验工艺套及止推套；百分表及磁性表座。（4）孔中心线与基面平行度检验检验工具：检验棒、百分表、等高量块、高度游标尺（5）孔距检验检验工具：游标卡尺检验方法：间接测量（6）孔系平行度检验检验工具：检验棒2个、检验套、千分尺（或游标卡尺）检验方法：间接测量主轴的检测主轴的主要技术要求（1）主轴旋转时的径向圆跳动误差不得超过限差；（2）主轴旋转时的轴向窜动误差不得超过限差；（3）主轴旋转时必须保持动平衡。主轴的检测项目（1）径向圆跳动检测检测部位及允差：a）主轴端部，允差0.008mm；b）据主轴根部300mm处，允差0.020mm。（2）轴向窜动检测检测允差：0.008mm（3）主轴轴线与导轨的平行度技术要求：卧式数控车床的主轴轴线与床身导轨，卧式数控铣床、卧加的主轴轴线与Z向导轨，立式铣床、立加的主轴轴线与Z向导轨要求平行。允差：0.01/150或0.015/300.（4）动平衡试验主轴部件装配后，必须在专用动平衡试验机上测试动平衡，通过加减配重进行调整（1）径向圆跳动检测检测工具：等高块，方筒，检验棒，百分表及磁性表座。检测过程：将检验棒插入主轴锥孔，在导轨上放置等高块和方筒，百分表磁性表座吸附在方筒上表面，指针指向检验棒根部；旋转主轴1-2圈，观察百分表指针变化，计算最大读数差；每次转动90度，取四次的最大读数差平均值即为主轴根部的径向圆跳动误差。同理，将指针指向检验棒距根部300mm处，即可得300mm处的径向圆跳动误差。（2）轴向窜动检测

检测工具：检验棒，钢球，百分表及磁性表座检测过程将检验棒插入主轴锥孔，在导轨上放置等高块和方筒，百分表磁性表座吸附在方筒上表面，钢球粘附在检验棒锥孔内，指针指向钢球；旋转主轴1-2圈，观察百分表指针变化，计算最大读数差即为轴向窜动误差。（3）主轴轴线与导轨的平行度检测工具：移动滑块，检查棒，百分表及磁性表座检测过程：将移动滑块安装在相应的导轨上，磁性表座吸附在滑块上面；检验棒插入主轴锥孔，百分表指针指向检验棒上母线；移动滑块，读出百分表变化最大读数差；拔出检验棒，旋转180°重新插入主轴锥孔，再次检测；两次的平均值即为垂直面内的平行度误差。同理，将百分表指针指向检验棒侧母线，即可得在水平面内的平行度误差。平行度误差修复：若主轴轴线与相应导轨的平行度误差超限，则需修磨主轴箱安装底面或侧基面。1.3.3数控机床进给部件数控机床进给部件由动力装置（进给伺服电机）、传动装置（滚珠丝杠副）、导向装置（直线导轨副）以及支撑辅助装置（轴承及轴承座、电机座）等部分构成，其功能是带动车床床鞍或铣床、加工中心的工作台沿着坐标轴方向直线移动。滚珠丝杠副组成直线导轨副轴承座、电机座进给部件技术要求常见机床进给部件主要部位数控车床：Z轴部件立式加工中心：①立加Y轴进给部件（十字滑台安装）②立加X轴进给部件（工作台安装）③立加Z轴部件（主轴箱安装）卧式加工中心：①X轴进给部件；②Z轴进给部件；③Y轴进给部件进给部件主要技术要求单根导轨的直线度一对导轨的平行度滚珠丝杠的预紧三孔同心要求：①轴承座、电机座轴线的直线度要求；②轴承座、电机座的等距度要求；③轴承座、电机座的等高度要求导轨的安装与调整——以立加为例Y向导轨的安装与调试十字滑台1）基准导轨辨别2）导轨的安装3）导轨直线度、扭曲度复查4）安装十字滑台基准导轨的辨别直线导轨装配的技术要求运行平行度——导轨与滑块基准面之间的平行度综合精度导轨的安装与检测Y向导轨的安装Y向导轨检测直线度检测平行度检测导轨与滑块运行平行度检测安装后运行平行度≤0.010mm；安装后普通导轨对基准轨的运行平行度≤0.015～0.02mm；滚珠丝杠安装要求滚珠丝杠的预紧三孔同心检测检测过程

1)将轴承座用螺钉固定在床身上，然后装上检验棒和检验套。

2)将螺母座用螺钉固定在螺母架体上，然后装上检验套和检验棒。

3)电机座用螺钉固定在床身上，然后装上检验套和检验棒。4)以床身导轨为准，检验轴承座、电机座、螺母座对床身导轨的平行度和等距度三孔同心的调整上母线精度超差，修磨电机座、轴承座底面侧母线超差，调整侧基准面螺钉满足要求后，配作定位销孔，打上销钉去掉检查棒和检查套，穿上滚珠丝杠，安装轴承和端盖。电动机、带轮装配1)将齿形带轮、胀紧套、压盖、装在电动机上,并用螺钉固定好。

2)将齿形带装在带轮上。

3)将电动机板固定在伺服电动机上，然后用螺钉、螺母将电动机组件固定在支架上。十字滑台安装将Y向滑块处调整垫修磨成等高，装上十字滑台检查并调整X向导轨安装基面安装X向导轨复查X向导轨直线度、扭曲度并调整装上X向滑块检查X向运行平行度检查X向和Y向垂直度X向与Y向垂直度检验检测工具：压块（顶丝）、板桥、方尺、百分表及磁性表座检测过程：1）、十字滑台侧面用顶丝或压块挤靠，保证：0.02塞尺不入。2）、将板桥横跨在十字滑台的两个X向滑块上，按如下步骤进行Y轴轴线运动和X轴轴线运动间的垂直度检查：①将方尺（500X500）放在工装检具中央位置处。②将一个百分表固定在十字滑台处，指针指在方尺侧面，移动工作台，将方尺两端校零。③固定另一百分表表座，指针指在方尺另一侧面（即垂直面），移动十字滑台，检查Y轴轴线运动和X轴轴线运动间的垂直度。精度不对时，依据实际情况修刮Y向直线导轨的侧基准。1.3.4刀辅机构装调数控车床刀架加工中心刀库及换刀机构数控车床刀架数控刀架安装在数控车床的滑板上。它上面可以装夹多把刀具，在加工中实现自动换刀刀架的作用是装夹车刀，孔加工刀具及螺纹刀具并能准确迅速的选择刀具进行对工件的切削。刀架滑板由纵向（Z轴）滑板和横向（X轴）滑板组成，Z轴滑板安装在床身导轨上，可以沿床身纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上，能沿纵向滑板的导轨进行横向运动，刀架滑板的作用是安装在其上的刀架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动。数控车床刀架类型1.排刀式刀架一般用于小规格的数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，是一种最简单的自动换刀装置。回转刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转、分度和定位，实现机床的自动换刀。回转刀架分度准确、定位可靠、重复定位精度高、转位速度快、夹紧性好，可以保障数控车床的高精度和高效率。数控机床使用的回转刀架是比较简单的自动换刀装置，常用的类型有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。回转刀架根据刀架回转轴与安装地面的相对位置，又分为立式刀架和卧式刀架两种，立式回转轴垂直于机床主轴，多用于经济型数控车床，卧式回转刀架的回转轴平行于机床主轴，可径向与轴向安装刀具。图2-70电动刀架结构图1—电动机2—电动机座3—接线盒4—传动套5—蜗杆轴6—调整垫7—底盘8—底座9—蜗轮10—定齿盘11—动齿盘12—定位盘13—夹紧齿盘14—定位销

15—传动销16—螺杆17—方刀台18—传动盘19—连接盘20—固定环

21、25—螺母22—机械开关23—上端罩24—立轴26、27—堵四工位回转刀架工作原理传动路线：电动机1——蜗杆轴5——涡轮9-——螺杆16——传动盘18——夹紧齿盘13——连接盘19——方刀台17基本动作：主机控制系统发出指令——电动机1转动——螺杆16带动夹紧齿盘13升起——传动销15与螺杆16上的传动盘18结合，-——带动夹紧盘、连接盘、方刀台一起转动到达位置后，机械开关发出信号，主机控制系统发出指令，电动机反向旋转，方刀盘反向粗定位后，螺杆带动夹紧齿盘下降，三个齿盘啮合锁紧后，终结者发出指令，电动机停止旋转电动刀架的拆卸电动机的拆卸：打开接线盒3拨开接线头，松开电动机1螺钉，取下电动机方刀台的拆卸：取下上端罩23，松开螺母25拆下机械开关22，螺母21，再松开连接盘19螺钉，拆下连接盘、固定环20和传动盘18，旋转夹紧齿盘使其脱离螺杆，即可向上取下方刀盘。蜗杆轴的拆卸：取下电机座2，拆下堵27将蜗杆轴向右推出底部的拆卸取下上端罩23，松开螺母25，拆下机械开关22、抽出导线，松开底盘7螺钉即可将立轴和底盘卸下。四工位回转刀架结构刀架拆装（1）拆下闷头，用内六角扳手顺时针转动蜗杆，使离合盘松开，其外形结构如图所示。（2）拆下铝盖，罩座。3）拆下刀位线，拆下小螺母，取出发讯盘。如图（4）拆下大螺母，止退圈，取出键，轴承。（5）取下离合盘，离合销（球头销）及弹簧。（6）夹住反靠销逆时针旋转上刀体，取出上刀体。（7）拆下电机罩，电机，联接座，轴承盖，蜗杆。（8）拆下螺钉，取出定轴，蜗轮，螺杆，轴承（9）拆下反靠盘，防护圈。（10）拆下外齿圈。刀架拆卸刀架安装（1）装配时所有零件清洗干净，传动部件上润滑脂。（2）按拆卸反顺序装配。转动电动机，是否能轻松实现刀架抬起、刀架转位、刀架定位、刀架锁紧，若无法实现则未装配好，必须拆卸蜗轮丝杆、转位套、球头销、刀架体、定位销等重新装配。加工中心刀库斗笠式刀库斗笠式刀库组装工艺1.刀盘组装

1)组装前，刀盘去各处毛刺，清洗干净，钉上号码牌。

2)装配左、右夹刀臂，紧固刀臂螺钉，左、右夹刀臂按配对标记装配，不得混淆。

3)装刀臂弹簧，配定位键，紧固螺钉。2.刀库滑座，界面板组装

1)装配前，刀库滑座、界面板各结合面及配合处去毛刺，清洗干净。

2)将直线轴承依次装入刀库滑座内，装上锁圈，装上导轨轴。

3)将气缸支架装在界面板上，装上气缸，紧固螺钉，气缸工作平滑顺畅后配作定位销。3.活动门组装

1)装配前，应检查活动门、吊板，是否符合图样要求，外露表面及喷漆处是否有划伤，合格后，方可进行装配。

2)将刀盘主轴装在刀库滑座上紧固螺钉，然后装入活动门、曲线板及滑块，锁紧螺钉。

3)安装活动门上垫圈，然后装在活动门上，调整好间隙后，装入下垫圈及吊板、间隔环，最后锁紧螺钉。4.刀盘与滑座组装

1)将轴承装入分装好的刀盘轴承孔内，然后将刀盘装于芯轴上，装上垫圈，锁紧螺母。

2)装活动门上下支架和曲线轴承，调整活动门行程，锁紧螺钉。.电动机座组装

1)将曲线滚轮轴承装于驱动轴上，装上垫圈，锁紧螺母。

2)将组装后的驱动轴连同电动机座一同装于刀库滑座上，调整驱动轴与刀盘工作面之间的接触精度，合格后，紧固螺钉，配作定位销，最后装上减速装置及驱动电动机6.试车

1)整机上试车台，固定。

2)装上原点开关和计数开关，调整开关的位置满足工作距离要求，接通电源。

3)装上气缸磁环开关，根据气缸行程调整开关位置，接通电源。

4)开动电动机，检查刀盘是否抖动，气缸动作是否准确，缓冲装置是否工作正常。5)刀盘上装上8只重量为8kg的刀具，以自动循环方式连续工作4h，检查动作是否工作正常，有无异常的噪声、振动或冲击。

6)上述试车工作完成后，检查各零件是否有松动、脱落现象，检查外露表面是否有滑伤，油漆处是否有脱落，如果有要及时修复。

7)整机清理干净，电源线、信号线固定，运动部件固定，涂防锈油，盖上包装纸，装上防护罩后，入成品库。第一单元复习题一、填空1、数控机床按照按控制方式可以分为：①开环控制数控机床②半闭环控制数控机床③闭环控制数控机床2、金属切削类数控机床主要有：数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床等3、数控车床的主运动是主轴带着工件的旋转运动，数控铣床的主运动是主轴带着铣刀的旋转运动，数控磨床的主运动是主轴带着砂轮的旋转运动4、车削中心是在数控车床的基础上增加了C轴和动力铣头的数控机床。加工中心是在数控铣床的机床上增加了刀库和自动换刀装置的数控机床，有些还有交换工作台。5、加工中心有卧式加工中心、立式加工中心、龙门加工中心和万能加工中心几种类型。6、数控机床一般由机床本体、数控系统（数控装置、伺服系统、检测装置）等部分组成，另外还有冷却、润滑、排屑、防护、照明等辅助装置。7、主传动形式主要有三种：①变速齿轮传动；②同步齿形带传动；③电主轴直接驱动。8、滚动导轨副由滚动导轨、滚动体和滑块组成。滚珠丝杠副主要由滚珠丝杠、螺母及返回机构组成。9、导轨副起到支承和导向作用10、尾座是用于配合主轴箱支承工件或工具的机床配件，主要由尾座基体、尾座紧固机构、顶尖套及其驱动机构和顶尖套锁紧装置等四部分构成。11、加工中心的自动换刀装置由换刀机构和刀库组成12、按刀具储备刀库结构的不同，刀库分为：斗笠式刀库（DL）、圆盘式刀库(YP)、链式刀库(LS)及货架式刀库(HJ)等。13、用涂色法检查床身和立柱的结合面，要求每25×25mm内，不少于10个点。14、二、简答题1、床身如何调平？2、导轨安装基面直线度、扭曲度如何检查及调整？3、导轨安装过程？基准导轨如何辨别？4、导轨直线度检测过程？5、导轨平行度检测过程？6、主轴箱箱体孔主要检测项目有哪些？7、主轴径向圆跳动如何检测？8、主轴轴向窜动如何检测？9、主轴和导轨平行度如何检测？超差时如何调整？10、主轴检测主要有哪几项？11、滚珠丝杠副的作用是什么？由哪些部分构成？12、滚动导轨的作用是什么？滚动导轨副由哪些部分构成？13、滚珠丝杠预紧的目的是什么？有哪些预紧方法？14、轴承座孔轴线与导轨的平行度如何检测？15、电机座孔轴线与导轨的平行度如何检测？16、电机座孔与轴承座孔轴线与导轨的等距度如何检测？17、电机座孔与轴承座孔轴线与导轨的等高度如何检测？18、主轴轴线与导轨的平行度如何检测？19、X向导轨与Y向导轨垂直度如何检测？20、刀库有哪几种形式？1.2数控机床典型结构学习内容1、数控机床的结构设计特点2、数控机床的主传动特点3、数控机床进给传动特点4、数控机床压力控制系统数控机床虽然也有普通机床所具有的床身、立柱、导轨、工作台和刀架等部件，但设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密。在数控机床设计时，采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施，使得数控机床的外部造型、整体布局、传动系统以及刀具系统等方面与普通机床相比都发生了很大变化。主要介绍数控机床机械结构设计的特点、数控机床的主传动系统、进给传动机构、床身和压力控制系统等典型结构。数控机床的典型结构一、基础部件的结构特点组成及功能：数控机床的基础件主要包括床身、立柱、工作台等支承件，它们的基本功能是支承承载和保持各执行部件的相对位置。要求：数控机床加工集粗精于一体，既要能够承受粗加工时大背吃刀量、大进给的最大切削力、又要能够保证精加工时的高精度。对基础件的结构设计在强度、刚度、抗振性、热变形和内应力等都提出了很高的要求。主要措施：铸件采用全封闭截面，合理布置内部隔板和肋条，含砂造型或填充混凝土等材料，导轨面加宽，车床采用倾斜的床身和导轨利于排屑，床身、立柱采用钢质焊接结构，可以明显提高其刚度，根据热对称原则布局能增加散热隔热效果。1.2.1数控机床机械结构设计的特点二、主传动系统的结构特点主传动系统能提供刀具或工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采用高性能的伺服主轴电动机，较普通机床的机械分级变速传动链大为简化。对主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用高精度专用轴承加以保证。为提高生产率和自动化程度，主轴应有刀具或工件的自动夹紧、松开、切屑清理及主轴准停机构。新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。三、进给传动结构特点数控机床的进给传动系统是由伺服电动机驱动，通过滚珠丝杠螺母副带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以“无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度”为原则，具体措施有：1）采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨。2）采用大转矩、宽调速的伺服电动机直接与滚珠丝杠相联接，缩短和简化进给传动链。3）通过消隙装置消除滚珠丝杠螺母副和联轴器的传动间隙。4）对滚动导轨和滚珠丝杠预加载荷、预拉伸。四、数控回转工作台和自动交换工作台数控镗床、数控铣床和加工中心，采用内部结构具有数控进给驱动机构特点的回转工作台，实现圆周任意角度的分度和进给运动。对多工序数控机床，配置自动交换工作台，进一步缩短辅助加工时间。五、刀架系统回转刀架、加工中心的自动换刀系统及多刀架、多主轴布局对提高生产效率和自动化水平发挥了重要作用。为使刀具在机床上迅速定位、夹紧，普遍采用标准刀具系统和机夹刀。六、数控附件数控机床附件的作用是配合机床实现自动化加工。数控机床专用的附件有：1）对刀仪。2）自动编程机。3）自动排屑器。4）物料储运及上下料装置。5）自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代特征的集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂的多面型表面。安全防护罩可防止高压、大流量切削液及铁屑飞溅，减少粉尘入侵，隔声降噪，有利于机床的精度保持和环境保护。1.2.2数控机床的外观造型特点一、主轴传动系统数控机床主轴的传动形式有三种：带有变速齿轮、通过带传动、高速主轴。主传动的形式见图1-1。1）带有变速齿轮的主传动，见图1-1a，通过两对齿轮变速，实现了高、低两档变速范围，在低档变速范围扩大了输出转矩，以满足主轴对高输出转矩特性的要求。主轴正反转、启停与制动均是靠直接控制电动机来实现的。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮实现。1.2.3.数控机床的主传动系统a)b)c)图1-1主传动的形式

a)带有变速齿轮的主传动b)通过带传动的主传动c)高速主轴的主传动一、主轴传动系统2）通过带传动的主传动，见图1-1b，这种传动主要应用在小型数控机床上，由伺服电动机通过皮带直接带动主轴。这种传动方式可以避免齿轮传动所引起的振动与噪声。常用的皮带是同步齿形带,它综合了带、链传动的优点，可实现主动、从动带轮无相对滑动的同步传动。3）高速主轴的主传动，见图1-1c，高速主轴是由内装交流高频伺服电动机直接驱动，又称电主轴，具有转速高、功率大、结构简单，高转速下可保持良好的动平衡。二、主轴部件主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，对零件加工质量有着直接的影响，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成，对其润滑、冷却与密封要重视。见图1-3，数控车床为加工螺纹需配有主轴编码器，加工中心要完成自动换刀需配有刀具自动夹紧装置等。图1-3主轴和主轴编码器一、滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型传动装置。见图1-4为滚珠丝杠螺母副的结构图，在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当它们套装在一起时形成了螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。图1-4滚珠丝杠螺母副的结构图由于滚珠丝杠螺母副具有传动效率高、运动平稳、寿命高以及可以预紧(以消除间隙，并提高系统刚度)等特点。数控机床进给传动结构所用的滚珠丝杠螺母副必须具有可靠的轴向间隙消除机构、合理的安装结构和有效的防护装置。1.2.4.数控机床的进给传动系统二、轴向间隙的消除轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动。除了结构本身的游隙之外，在施加轴向载荷之后，轴向间隙还包括弹性变形所造成的窜动。通过预紧方法消除滚珠丝杠副间隙时应考虑以下情况：预加载荷能够有效地减小弹性变形所带来的轴向位移，但过大的预加载荷将增加摩擦阻力，降低传动效率，并使寿命大为缩短。所以，一般要经过几次调整才能保证机床在最大轴向载荷下，既消除了间隙，又能灵活运转。除少数用微量过盈滚珠的单螺母结构消除间隙外，常用双螺母结构消除间隙。1）双螺母齿差调隙式结构，见图1-5，两个螺母凸缘上加工有外圆柱齿轮，他们的齿数是Z1和Z2，齿数差为1，两个内圆柱齿轮用螺钉和销钉固定在螺母座的两端，分别与外圆柱齿轮相啮合。调整时先取下内齿轮，根据间隙的大小使两个外圆柱齿轮（螺母）分别在相同方向转过一个齿，然后再插入内齿轮，使两个螺母产生相对角位移，其轴向位移量为：

式中Ph—滚珠丝杆的导程；

Z1、Z2—外圆柱齿轮的齿数。

图1-5双螺母齿差调隙式结构2）双螺母垫片调隙式结构，见图1-6，其螺母本身的结构和单螺母相同，它通过修磨垫片的厚度来调整轴向间隙。这种调整方法具有结构简单、刚性好和装拆方便等优点，但很难在一次修磨中调整完毕，调整的精度也不如双螺母齿差调隙式好。a)b)图1-6双螺母垫片调隙式结构a)中间加垫片b)端部加垫片3）双螺母螺纹调隙式结构，见图1-7，它用平键限制了螺母在螺母座内的转动。调整时，只要拧动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后将其锁紧。这种调整方法具有结构简单、调整方便等优点，但调整精度较差。图1-7双螺母螺纹调隙式结构三、滚珠丝杠的安装滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度是不可忽视的因素。螺母座的孔与螺母之间必须保持良好的配合。在支承配置方面，对于行程小的短丝杠可以采用悬臂的单支承结构。当滚珠丝杠较长，为了防止热变形所造成丝杠伸长的影响，希望一端的轴承同时承受轴向力和径向力，而另一端的轴承只承受径向力，并能够作微量的轴向浮动。由于数控机床经常要连续工作很长时间，因而应特别重视摩擦热的影响。目前也有一种两端都用止推轴承固定的结构，在其一端装有碟形弹簧和调整螺母，这样既能对滚珠丝杠施加预紧力，又能在补偿丝杠的热变形后保持近乎不变的预紧力。用在垂直升降传动或水平放置的高速大惯量传动中，由于滚珠丝杠不具有自锁性，当外界动力消失后，执行部件可在重力和惯性力作用下继续运动，因此通常在无动力状态下需要锁紧。滚珠丝杠螺母副和其他滚动摩擦的传动零件一样，只要避免磨料微粒及化学活性物质进入，就可以认为这些元件几乎是在不产生磨损的情况下工作。因此有效地防护、密封和保持润滑油的清洁就显得十分必要。通常采用毛毡圈对螺母进行密封，毛毡圈厚度为螺距的2～3倍，而且内孔做成螺纹的形状，使之紧密地包住丝杠，并装入螺母或套筒两端的槽孔内。对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套管以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这几种防护罩与导轨的防护罩有相似之处，一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。四、滚珠丝杠的防护

数控机床的床身是整个机床的基础支承件，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。数控机床床身主要在3个方面提出了高要求：很高的精度和精度保持性，具有足够的静、动刚度，较好的热稳定性。一、床身结构根据数控机床的类型不同，床身的结构形式有各种各样。例如，数控车床床身的结构形式有平床身、斜床身、平床身斜导轨和直立床身等四种类型。另外，斜床身结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了床身的刚度。数控铣床、加工中心等这一类数控机床的床身结构与数控车床有所不同，加工中心的床身有固定立柱式和移动立柱式两种。1.2.5.床身

由于床身导轨的跨距比较窄，致使工作台在横溜板上移动到达行程两端时容易出现翘曲，见图1-9a，这将影响加工精度。为了避免工作台翘曲，有些立式加工中心增设了辅助导轨，见图1-9b。

图1-9立式加工中心床身导轨

二、床身的截面形状床身中常用的几种截面肋板布置见图1-10，图1-10a是日本三井精机HS6A型超精密重切削卧式加工中心采用的床身结构，该床身为整体式结构，截面为封闭箱形结构，整体结构刚度很高。为了加强导轨连接的局部刚度，采用两条V形肋支撑导轨。图1-10b、c是两种立式加工中心立柱的横截面图，截面采用接近正方形的封闭外形，为了进一步提高抗弯、抗扭刚度，内部采用了斜方双层壁，相当于斜纵向肋板和对角线交叉肋板。所以，这两种立柱都有很高的抗弯、抗扭刚度。

a)b)c)图1-10床身的截面形状

a)V形肋b)斜方肋c)对角肋三、钢板焊接结构的床身随着焊接技术的发展和焊接质量的提高，焊接结构的床身在数控机床中应用越来越多。而轧钢技术的发展，提供了多种形式的型钢，焊接结构床身的突出优点是制造周期短，一般比铸铁结构的制造周期缩短1.7～3.5倍，省去了制作木模和铸造工序，而且不易出废品。焊接结构设计灵活，便于产品更新、结构改进。焊接件能达到与铸件相同，甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减轻质量。

四、树脂混凝土材料的床身树脂混凝土是一种新兴的结构材料，在国内也叫人造花岗岩，是由天然矿石和环氧树脂(作为粘合剂)为主的混合物。他相对与传统床身材料铸铁而言，有吸振性能好、对热不敏感、整合性能强、易于成型、环保、低能耗等优点，特别是在铸铁材料价格飞涨的今天，其优越的性价比更有实用价值。目前，树脂混凝土在欧美等国家已得到广泛应用，特别在高精度数控机床床身的材料方面，正逐步地替代传统的铸铁，见图1-11d。树脂混凝土（人造花岗岩）床身的结构形式一般有三种，见图1-11。

图1-11树脂混凝土床身的结构形式a)整体结构b)框架结构c)分块结构d)树脂混凝土床身树脂混凝土床身和其他金属零部件的连接一般是通过和预埋件的机械连接来实现的，见图1-12。多块金属预埋件经过加工后，通过一定的连接方式固定其他零部件(如导轨等)。图1-12树脂混凝土床身和其他金属零部件的连接1—树脂混凝土床身2—预埋件3—销钉4—螺钉5—被连接件导轨的作用是导向和承载，即支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。导轨副(如工作台和床身导轨)中，运动部件(如工作台)叫动导轨，不动部件(如床身导轨)叫支承导轨。一、对导轨的要求1）导向精度高

2）耐磨性好、寿命长

3）足够的刚度

4）低速运动的平稳性

5）工艺性好1.2.6导轨数控机床的工作部件，是在指定的导轨上运动，导轨形式有各种各样，如平面导轨、斜面导轨和垂直导轨等。

1）按运动形式分为直线运动导轨和圆运动导轨

2）按工作性质分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨

3）按受力情况分为开式导轨和闭式导轨

4）按接触面间摩擦性质分为滑动导轨（两导轨之间为滑动摩擦）、滚动导轨（两导轨面之间为滚动摩擦，导轨面间采用滚珠、滚柱或滚针等滚动体）

5）导轨的截面形状主要有矩形、三角形、燕尾形和圆形等，见图1-13二、导轨类型图1-13导轨的截面形状a）矩形导轨b）三角形导轨c）燕尾形导轨d）圆形导轨

矩形和三角形导轨见图1-13a、b，M面是支承面，主要起支承作用；N面是导向面，用来保证直线移动的精度；J面是压板面，防止运动部件的抬起。燕尾形导轨见图1-13c，M面是导向面和压板面，起导向和压板作用；J面是支承面，起支承作用。1）塑料滑动导轨滑动导轨结构简单，便于制造，易于获得较高的精度，因而应用广泛，但滑动导轨摩擦因数大，易于磨损和产生爬行现象。所以在数控机床上已经不采用。2）滚动导轨滚动导轨具有摩擦因数小（一般在0.003左右），动、静摩擦因数相差很小，且几乎不受运动变化的影响，定位精度和灵敏度高，精度保持性好等优点。现代数控机床常采用的滚动导轨有直线滚动导轨副和滚动导轨块两种。三、常见导轨①滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球做滚动体，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，见图1-16。图1-16滚动直线导轨副

滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、反向器、保持架、密封端盖及挡板等组成，见图1-17。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，接触角为45°时，四个方向具有相同的承载能力。在滑块端部钢球又通过返回装置（反向器）再进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。图1-17滚动直线导轨副工作原理图

②滚动导轨块是一种滚动体作循环运动的滚动导轨，其结构见1-18。使用时，滚动导轨块安装在运动部件的导轨面上，每一导轨至少用两块，导轨块的数目取决于导轨的长度和负载的大小，与之相配的导轨多用镶钢淬火导轨。图1-18滚动导轨块的结构a）外形图b）结构图1—固定螺钉