任务二 加深对数控机床的理解

加深对数控机床的理解任务二任务二加深对数控机床的理解数控机床的特点1数控机床的工作原理2数控机床的分类3数控机床机械部件4能力要求数控机床的特点自动化程度高加工对象改型的适应性强良好的经济效益有利生产管理的现代化加工精度高生产效率高数控机床数控机床的工作原理CAX是计算机辅助设计CAD﹙Design﹚例;AutoCAD计算机工程CAE﹙Engineering﹚ 计算机辅助制造CAM﹙Manufacture﹚例;宇龙数控仿真UG计算机辅助工艺计划CAPP﹙ProcessPlanning﹚产品数据管理PDM﹙DataManagement﹚数控技术是制造业实现自动化柔性化集成化生产的基础CA;ComputerAided加工程序译码

刀补处理插补处理进给伺服系统PLC控制成形运动

切削运动﹑I/O装置数控加工中数据转换的工作原理

数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的程序可储存备用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长特点中，加工对象改型的适应性强+生产效率高程序控制介质﹝穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带﹞数控系统伺服系统机床本体测量环节输出装置输出装置控制类﹝钮与键﹞+显示类﹝状态灯+显示器﹞→人机交换设备数控装置是数控机床的中枢伺服控制电路+功率放大电路+伺服电动机﹝步进电动机，直、交流伺服电动机﹞→↑作用:测量装置→检测转换信号→反馈CNC装置→程序软件→自动加工机床电器控制﹝PLC+I/O电路与装置﹞操纵面板←按钮站+按键阵列加工过程操作面板PLC计算机数控装置输入输出装置主轴伺服单元进给伺服单元主轴驱动装置进给驱动装置机床进给传动机构机床I/O电路和装置测量装置计算机数控系统机电电气控制结构原理主运动机构辅助控制机构操作面板PLC计算机数控装置输入输出装置主轴伺服单元进给伺服单元主轴驱动装置进给驱动装置机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构机床I/O电路和装置测量装置数控机床组成示意图开闭环系统CNC插补指令位置控制单元﹝位置控制调节器﹞速度控制单元﹝速度控制调节与驱动﹞电动机↓机械执行部件检测与反馈单元数控伺服系统控制图半闭环控制全闭环控制闭环控制系统半闭环控制系统开环控制系统开环数控系统特点系统稳定性好、结构简单、价格低廉等一般应用于经济性数控机床半闭环数控系统特点稳定性较开环差、调试方便、精度较高、结构简单应用广泛闭环数控系统特点精度最高系统不稳定设计安装调试困难主要应用于精度要求很高的镗铣床超精车床及较大型数控机床等数控机床的分类按运动方式分类点位控制系统例：直线控制系统例：轮廓控制系统例：数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床等数控铣床、数控钻床、数控车床等数控坐标铣床、数控车床、数控齿轮加工机床及加工中心等数控镗床数控铣床加工中心2．按机床运动的控制轨迹分类

（1）点位控制数控机床

1)点位控制只要求控制机床的移动部件从某一位置移动到另一位置的准确定位，对于两位置之间的运动轨迹不作严格要求，在移动过程中刀具不进行切削加工，如图1.2所示。

2)为了实现既快又准的定位，常采用先快速移动，然后慢速趋近定位点位的方法来保证定位精度。

3)主要有数控钻床、数控冲床、数控镗床、数控点焊机等。图1.2点位数控机床加工示意图数控机床的分类数控机床的分类1）直线控制数控机床的特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条与机床坐标轴平行的直线。

2）对移动的速度也要进行控制，因为这类数控机床在两点之间移动时要进行切削加工，如图1.3所示。图1.3直线数控机床加工示意图（2）直线控制数控机床数控机床的分类（3）轮廓控制数控机床1）轮廓控制能够对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，因而可以进行曲线或曲面的加工，如图1.4所示。

2）具有轮廓控制功能的数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等。图1.4轮廓数控机床加工示意图数控镗床、钻床、铣床、数控钻床、车床、齿轮加工机床等压床、冲床、弯管机、电火花切割机、火焰切割机等按工艺用途分类数控车床型加工机床数控电火花成数控机床的分类数控机床机械部件变速传动装置主轴系统进给传动机构结构联轴器工作台导轨丝杠螺母副数控机床机械部件

此外还有冷却、润滑、转位、夹紧等辅助装置。对于加工中心类，还有刀库，交换刀具的机械手等部件加工中心刀库结构1，刚度要求2，抗震性要求3，热变形和内应力要求4，其他要求1,对支撑件的基本要求2，支撑件的刚度、抗震性和抗热变形2，支撑件的抗震性3，支撑件的热变形1，支撑件的刚度抗震性影响因素的静强度、固有频率、阻尼、支撑情况、材料等热变形影响因素的结构、运动部位的发热和平外面热源（如室温、切屑和电动机）等刚度

影响承受件刚度的因素是承受件的受力状态、材料和结构等合理结构根据受力选择好截面形状配置好加强肋板和加强肋机床主要支撑件结构床身立柱

移动立柱式卧式床身固定立柱式卧式床身数控卧式车床床身卧式机床的立柱立式机床的床身1，刚性好2，热对称性好3，稳定性好3，立柱通常采用T形床身大．中型卧室机床常用的结构形式小型卧式机床多数采用床身不大多采用整体结构为提高床身的刚性数控卧式车床床身一般采用斜床身斜床身可以改善机床切削加工时的受力情况截面可以形成封闭的腔形结构床身刚度好目前普遍采用双立柱框架结构形式足够高的静、动刚度和精度保持性缺点是制造工艺性差装配调试不方便因为主轴箱悬挂在立柱一侧一般配采用封闭的话箱形结构内部肋板常采用米字的由于米字形肋板铸造时较为困难有些立柱仍采用井字形的肋板主轴主轴的传动方式主轴主轴组件数控机床主轴系统的要求主轴组件的类型主轴组件的要求主轴主轴支撑主轴轴承的配置与调整影响主轴旋转精度的因素具有变速齿轮的传动方式具有带传动的传动方式有调速电动机直接驱动的主轴传动主轴数控机床主轴系统的要求1，具有更大的调速范围并实现无级调速2，具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低3，良好的抗震性和热稳定性各式各样的主轴主轴的传动方式TwoThreeOne具有变速齿轮的传动方式具有带传动的传动方式有调速电动机直接驱动的主轴传动液压差拨变速电磁离合器变速

这是大中型机床采用较多的，输出扭矩大

这种传动方式多见于数控车床于中小型加工中心，当需要时，优先考虑采用圆弧齿形同步带简化了结构，提高了主轴部件的刚度，但电动机发热影响了精度。主轴组件耐磨性回转精度刚度抗震性温升要求主轴组件主轴组件回转精度

回转精度的测量一般分为三种：静态测量、动态测量和间接测量.目前我国在生产中使用静态测量，使用精密检测棒和百分表。刚度主轴组件的刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形单的能力。主轴组件的刚度与主轴结构尺寸支撑跨距所选用的轴承类型及配置形式轴承间隙的调整主轴传动元件的位置等有关系。抗震性主轴组件的抗震性是指切削加工时，主轴保持平稳的运转而不发生震动的能力，采用较大阻尼的前轴承等。主轴组件耐磨性温升主轴运转时，温升会影响精度和轴承的正常工作，可采用恒温主轴箱解决。主轴组件必须有足够的耐磨性，以保持精度。滚子轴承滑动轴承主轴组件的类型只做旋转运动的主轴组件既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件既有旋转运动又有轴向调整运动的主轴组件既有旋转运动又有径向进给运动的主轴组件既有旋转运动又作行星运动的主轴组件主轴主轴主要尺寸参数悬伸长度OneTwo主轴直径；主轴直径越大，其刚度越高主轴内孔直径；主轴的内孔直径用来通过棒料用于通过刀具加紧装置固定刀具，传动气动或液压卡盘等主轴悬伸长度越短，其刚度越高，于主轴的前端结构的形状尺寸，前轴承的类型组合方式等有关。主轴的支撑跨距主轴的轴端结构ThreeFour主轴组件的支撑跨距对主轴本身刚度和支撑刚度有很大影响。主轴的材料与热处理Five主轴的轴端结构用来安装夹具和刀具，要求夹具和刀具在轴端定位精度高定位刚度好装卸方便。主轴材料的选择主要根据刚度载荷特点耐磨性和热处理变形大小等因素确定。主轴主要精度指标Six1，前支撑轴承轴颈的同轴度约5微米左右。2，轴承轴颈需按轴承内孔“实际尺寸”磨合，且保证配合过盈1-5微米。3，锥与轴承轴颈的同轴度为3-5微米，于锥规的接触面积不小于80%，且大端接触较好。4，装318200调心圆柱滚子轴承的1：12锥面，于轴承内圈接触面积不小于85%。滑动轴承，最常用静压滑动轴承，刚度大，回转精度高，但需要一套液压装置，成本较高。静压滑动轴承装置有供油系统，节流器与轴承三部分构成。主轴支撑滑动轴承滚动轴承主轴支撑主轴轴承滚动轴承，滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在一定的转速范围和载荷变动范围下稳定工作。主轴轴承的配置与调整1，主轴轴承的主轴轴承的结构配置主轴轴承的精度配置配置2，主轴轴承的安装与调整单个轴承的装配两个轴承的装配滚动轴承间隙与预紧A适应高强度的结构类型B三个轴承的组合形式影响主轴旋转精度的因素主轴定向装置轴承制造的误差轴承间隙的影响主轴制造误差的影响主轴箱支撑孔制造误差的影响影响主轴旋转精度的因素主轴定向装置：凸键油脂润滑方式油液润滑方式油雾润滑方式油气润滑方式主轴部件的润滑与密封1，主轴轴承润滑方式润滑方式2,主轴的密封：接触式与非接触式密封进给传动机构稳定性方面精度要求方面快速响应特征方面要求满足1，尽量采用低摩擦的传动2，选用最佳的传动比，以提高机床分辨率3，缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度4，尽量消除传动间隙，减少反向死区误差

数控机床的进给运动是数字控制的直接对象被加工件的最后轮廓精度和加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响.设计进给系统时，应充分注意减少摩擦阻力、提高传动精度和刚度、消除传动间隙、减少运动部件惯量。快速进给变速传动装置圆柱齿轮传动变速传动装置齿轮齿条传动锥齿轮传动偏心套调整法轴向垫片调整法双片齿轮错齿调整法轴向弹簧式+可调拉弹簧式直齿圆柱齿轮传动间隙1、偏心套调整如图所示,电动机1通过偏心套2装到壳体上，通过转动偏心套就能够方便地调整两齿轮的中心距，从而消除齿侧间隙。垫片调整如图所示，在加工相互啮合的两个齿轮1、2时，将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有变化，装配时只需改变垫片3的厚度，使齿轮2作轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。双片齿轮错齿调整如图所示，两个齿数相同的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。薄片齿轮1、2套装在一起，并可作相对回转运动。每个薄片齿轮上分别开有周向圆弧槽，并在齿轮1、2的槽内压有装弹簧的短圆柱3，由于弹簧4的作用使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。锥齿轮传动间隙的消除1、周向压簧调整如图所示,将大锥齿轮加工成1和2两部分，齿轮的外圈1开有三个圆弧槽8，内圈2的端面带有三个凸爪4，套装在圆弧槽内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上，使内外齿圈1、2的锥齿错位与小锥齿轮啮合达到消除间隙的作用。螺钉5将内外齿圈相对固定是为了安装方便，安装完毕后即刻卸去。如图所示，锥轮1、2相互啮合。在锥齿轮1的轴5上装有压簧3，用螺母4调整压簧3的弹力。锥齿轮1在弹力作用下沿轴向移动，可消除锥齿轮1和2的间隙。轴向压簧调整对于工作行程很大的大型数控机床，一般采用齿轮齿条传动来实现进给运动。齿轮齿条传动也同齿轮传动一样存在齿侧间隙，因此也存在消除间隙问题。当载荷较小进给力不大时，齿轮齿条可采用双片薄齿轮错齿调整，分别与齿条的齿槽左、右二侧贴紧来消除间隙。齿轮齿条传动当载荷较大所需进给力较大时，通常采用双厚齿轮的传动结构，其原理如图所示。进给运动由轴2输入，通过两对斜齿轮将运动传给轴1和轴3，然后由两个直齿轮4和5去传动齿条，带动工作台移动。齿轮齿条传动轴2上两个斜齿轮的螺旋线的方向相反。在轴2上作用一个轴向力F，弹簧弹力使斜齿轮产生微量的轴向移动。这时轴1和轴3以相反的方向转过一个角度，使齿轮4和5分别与齿条的两齿面贴紧，消除了间隙。齿轮齿条传动联轴器

伺服电机与滚珠丝杠连接使用，保证传动无间隙，只有这样才能准确执行脉冲指令，而不丢掉脉冲。常用三种方式直联式（最常用）齿轮减速方式齿形带方式安全联轴器由联轴器与安全离合器组成直联式通过挠性联轴器把伺服电机与滚珠丝杠连接起来。这种无键无隙直联方式的联轴器已编入机床零部件标准，名称为膜片弹性联轴器。丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副1,滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠工作原理：如图是滚珠丝杠结构图，其工作原理是：在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，按照滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种方式。外循环式（如图）螺母旋转槽的两端由回珠管4连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，用以避免滚珠沿滚道滑出。滚珠丝杠螺母副内循环方式（如图）带有反向器5，返回的滚珠经过反向器和丝杠外圆之间返回。滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副螺纹滚道型面的形状单圆弧型面双圆弧型面滚珠丝杠副的参数有：丝杠螺纹小径d1，螺纹全长l，螺母螺纹大径D等滚珠丝杠副轴向间隙的调整垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式滚珠丝杠副滚珠丝杠副精度等级：1，2，3，4，5，7，10共七个等级滚珠丝杠副尺寸系列：根据ISO标准，公称直径系列为6mm，8mm，10mm等，尽量选用2.5mm，5mm，10mm，20mm，40mm。滚珠丝杠副支撑与制动支撑方式制动装置一端装推力轴承一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承两端装推力轴承1，承载能力选择

2，压杆稳定性核算

3，低速运转的情况

4，刚度的验算滚珠丝杠副1，滚珠丝杠副结构的选择2，滚珠丝杠副结构尺寸的选择3，滚珠丝杠副的选择步骤静压蜗杆螺母条传动副1，工作特点和应用：1，2，3，4，5，6，72，工作原理和结构类型静压丝杠螺母副钢蜗杆配铸铁蜗母条钢蜗杆配铸铁基体涂有SKC3耐磨涂层的螺母条钢蜗杆配钢蜗母或铸铁蜗母条前两种多采用材料导轨导轨导轨的润滑与防护导轨的类型和基本要求滑动导轨滚动导轨液压导轨导轨缺陷对导向精度、运动平稳性的影响滑动导轨材料和技术要求导轨用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动导轨的类型和基本要求运动部件运动轨迹直线运动导轨圆周运动导轨导轨结合面摩擦性质滑动导轨静压导轨滚动导轨液压导轨气压导轨→介质高度值最小，能承受颠覆力矩，摩擦阻力较大有两导向面，同时控制了垂直方向和水平方向承载大结构简单，精度低制造容易，磨损后调整间隙困难

燕尾槽导轨

三角形导轨矩形导轨圆柱形导轨

滑动导轨的结构

结构简单，应用广泛滑动导轨滑动导轨OneTwoThreeFour高的导向精度良好的耐磨性足够的强度具有低速运动的平稳性对导轨的基本要求滑动导轨导轨的组合形式和应用根据工作要求组合，数控机床上主要是三角形-矩形式与双矩形式双矩形导轨滑动导轨材料和技术要求滑动导轨的材料合理选择材料与热处理，降低摩擦因数，提高导轨耐磨性

铸铁材料常用材料，HT200和HT300常用，还可应用孕育铸铁、高磷铸铁及合金铸铁镶钢导轨材料常用形式之一，T10A、Gcr15、38CrMn常用，硬度高、耐磨性好，但其制造工艺复杂、安装费时、成本较高。塑料导轨材料一层，降低导轨摩擦因数、动静摩擦因数趋于稳定，耐磨性好，吸振性好。可分两种；贴塑材料，涂塑材料滑动导轨材料和技术要求导轨的技术要求导轨的精度要求平面度与侧向侧导直线度:0.01-0.015mm长度方向直线度与侧导相面对导轨底面的垂直度0.005-0.01mm导轨的热处理导轨应具有耐磨性，大多需淬火处理导轨的间隙调整修刮﹝费时﹞，采用垫片，采用镶条﹝方便但刚度较差﹞滚动导轨滚动导轨摩擦因数小，且动静摩擦因数相近，磨损小，润滑容易，但防护不易，一般不用在垂直导轨上，常用两种。滚动导轨快:一种滚动体做循环运动的滚动导轨直线滚动导轨：单元直线滚动导轨，专业厂家生产。直线滚动导轨液压导轨液压导轨在机床上主要使用静压导轨，其摩擦因数小，功率消耗少，不会磨损，精都保持好，寿命长。吸振好，承载大，刚性高。但其结构复杂，成本高，应用于大重型数控机床上。静压导轨安导轨形式分，分为开式和闭式两种，机床上用闭式静压导轨液压导轨静压导轨导轨缺陷对导向精度、运动平稳性的影响影响直线运动导轨的导向精度主要有导轨在垂直面内的直线度和水平面内的直线度、平行度。导轨在垂直面内的直线度误差；对于卧式车床，使刀具在纵向进给