加深對數控機床的理解任務二任務二加深對數控機床的理解數控機床的特點1數控機床的工作原理2數控機床的分類3數控機床機械部件4能力要求數控機床的特點自動化程度高加工對象改型的適應性強良好的經濟效益有利生產管理的現代化加工精度高生產效率高數控機床數控機床的工作原理CAX是計算機輔助設計CAD﹙Design﹚例;AutoCAD計算機工程CAE﹙Engineering﹚ 計算機輔助制造CAM﹙Manufacture﹚例;宇龍數控仿真UG計算機輔助工藝計劃CAPP﹙ProcessPlanning﹚產品數據管理PDM﹙DataManagement﹚數控技術是制造業實現自動化柔性化集成化生產的基礎CA;ComputerAided加工程序譯碼

刀補處理插補處理進給伺服系統PLC控制成形運動

切削運動﹑I/O裝置數控加工中數據轉換的工作原理

數控機床具有很好的柔性，當加工對象變換時，只需重新編制加工程序即可，原來的程序可儲存備用，不必像組合機床那樣需要針對新加工零件重新設計機床，致使生產準備時間過長特點中，加工對象改型的適應性強+生產效率高程序控制介質﹝穿孔帶、穿孔卡、磁盤和磁帶﹞數控系統伺服系統機床本體測量環節輸出裝置輸出裝置控制類﹝鈕與鍵﹞+顯示類﹝狀態燈+顯示器﹞→人機交換設備數控裝置是數控機床的中樞伺服控制電路+功率放大電路+伺服電動機﹝步進電動機，直、交流伺服電動機﹞→↑作用:測量裝置→檢測轉換信號→反饋CNC裝置→程序軟件→自動加工機床電器控制﹝PLC+I/O電路與裝置﹞操縱面板←按鈕站+按鍵陣列加工過程操作面板PLC計算機數控裝置輸入輸出裝置主軸伺服單元進給伺服單元主軸驅動裝置進給驅動裝置機床進給傳動機構機床I/O電路和裝置測量裝置計算機數控系統機電電氣控制結構原理主運動機構輔助控制機構操作面板PLC計算機數控裝置輸入輸出裝置主軸伺服單元進給伺服單元主軸驅動裝置進給驅動裝置機床輔助控制機構進給傳動機構主運動機構機床I/O電路和裝置測量裝置數控機床組成示意圖開閉環系統CNC插補指令位置控制單元﹝位置控制調節器﹞速度控制單元﹝速度控制調節與驅動﹞電動機↓機械執行部件檢測與反饋單元數控伺服系統控制圖半閉環控制全閉環控制閉環控制系統半閉環控制系統開環控制系統開環數控系統特點系統穩定性好、結構簡單、價格低廉等一般應用于經濟性數控機床半閉環數控系統特點穩定性較開環差、調試方便、精度較高、結構簡單應用廣泛閉環數控系統特點精度最高系統不穩定設計安裝調試困難主要應用于精度要求很高的鏜銑床超精車床及較大型數控機床等數控機床的分類按運動方式分類點位控制系統例：直線控制系統例：輪廓控制系統例：數控坐標鏜床、數控鉆床、數控沖床等數控銑床、數控鉆床、數控車床等數控坐標銑床、數控車床、數控齒輪加工機床及加工中心等數控鏜床數控銑床加工中心2．按機床運動的控制軌跡分類

（1）點位控制數控機床

1)點位控制只要求控制機床的移動部件從某一位置移動到另一位置的準確定位，對于兩位置之間的運動軌跡不作嚴格要求，在移動過程中刀具不進行切削加工，如圖1.2所示。

2)為了實現既快又準的定位，常采用先快速移動，然后慢速趨近定位點位的方法來保證定位精度。

3)主要有數控鉆床、數控沖床、數控鏜床、數控點焊機等。圖1.2點位數控機床加工示意圖數控機床的分類數控機床的分類1）直線控制數控機床的特點是除了控制點與點之間的準確定位外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條與機床坐標軸平行的直線。

2）對移動的速度也要進行控制，因為這類數控機床在兩點之間移動時要進行切削加工，如圖1.3所示。圖1.3直線數控機床加工示意圖（2）直線控制數控機床數控機床的分類（3）輪廓控制數控機床1）輪廓控制能夠對兩個或兩個以上的運動坐標的位移及速度進行連續相關的控制，因而可以進行曲線或曲面的加工，如圖1.4所示。

2）具有輪廓控制功能的數控機床有數控車床、數控銑床、加工中心等。圖1.4輪廓數控機床加工示意圖數控鏜床、鉆床、銑床、數控鉆床、車床、齒輪加工機床等壓床、沖床、彎管機、電火花切割機、火焰切割機等按工藝用途分類數控車床型加工機床數控電火花成數控機床的分類數控機床機械部件變速傳動裝置主軸系統進給傳動機構結構聯軸器工作臺導軌絲杠螺母副數控機床機械部件

此外還有冷卻、潤滑、轉位、夾緊等輔助裝置。對于加工中心類，還有刀庫，交換刀具的機械手等部件加工中心刀庫結構1，剛度要求2，抗震性要求3，熱變形和內應力要求4，其他要求1,對支撐件的基本要求2，支撐件的剛度、抗震性和抗熱變形2，支撐件的抗震性3，支撐件的熱變形1，支撐件的剛度抗震性影響因素的靜強度、固有頻率、阻尼、支撐情況、材料等熱變形影響因素的結構、運動部位的發熱和平外面熱源（如室溫、切屑和電動機）等剛度

影響承受件剛度的因素是承受件的受力狀態、材料和結構等合理結構根據受力選擇好截面形狀配置好加強肋板和加強肋機床主要支撐件結構床身立柱

移動立柱式臥式床身固定立柱式臥式床身數控臥式車床床身臥式機床的立柱立式機床的床身1，剛性好2，熱對稱性好3，穩定性好3，立柱通常采用T形床身大．中型臥室機床常用的結構形式小型臥式機床多數采用床身不大多采用整體結構為提高床身的剛性數控臥式車床床身一般采用斜床身斜床身可以改善機床切削加工時的受力情況截面可以形成封閉的腔形結構床身剛度好目前普遍采用雙立柱框架結構形式足夠高的靜、動剛度和精度保持性缺點是制造工藝性差裝配調試不方便因為主軸箱懸掛在立柱一側一般配采用封閉的話箱形結構內部肋板常采用米字的由于米字形肋板鑄造時較為困難有些立柱仍采用井字形的肋板主軸主軸的傳動方式主軸主軸組件數控機床主軸系統的要求主軸組件的類型主軸組件的要求主軸主軸支撐主軸軸承的配置與調整影響主軸旋轉精度的因素具有變速齒輪的傳動方式具有帶傳動的傳動方式有調速電動機直接驅動的主軸傳動主軸數控機床主軸系統的要求1，具有更大的調速范圍并實現無級調速2，具有較高的精度與剛度，傳動平穩，噪聲低3，良好的抗震性和熱穩定性各式各樣的主軸主軸的傳動方式TwoThreeOne具有變速齒輪的傳動方式具有帶傳動的傳動方式有調速電動機直接驅動的主軸傳動液壓差撥變速電磁離合器變速

這是大中型機床采用較多的，輸出扭矩大

這種傳動方式多見于數控車床于中小型加工中心，當需要時，優先考慮采用圓弧齒形同步帶簡化了結構，提高了主軸部件的剛度，但電動機發熱影響了精度。主軸組件耐磨性回轉精度剛度抗震性溫升要求主軸組件主軸組件回轉精度

回轉精度的測量一般分為三種：靜態測量、動態測量和間接測量.目前我國在生產中使用靜態測量，使用精密檢測棒和百分表。剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形單的能力。主軸組件的剛度與主軸結構尺寸支撐跨距所選用的軸承類型及配置形式軸承間隙的調整主軸傳動元件的位置等有關系?？拐鹦灾鬏S組件的抗震性是指切削加工時，主軸保持平穩的運轉而不發生震動的能力，采用較大阻尼的前軸承等。主軸組件耐磨性溫升主軸運轉時，溫升會影響精度和軸承的正常工作，可采用恒溫主軸箱解決。主軸組件必須有足夠的耐磨性，以保持精度。滾子軸承滑動軸承主軸組件的類型只做旋轉運動的主軸組件既有旋轉運動又有軸向進給運動的主軸組件既有旋轉運動又有軸向調整運動的主軸組件既有旋轉運動又有徑向進給運動的主軸組件既有旋轉運動又作行星運動的主軸組件主軸主軸主要尺寸參數懸伸長度OneTwo主軸直徑；主軸直徑越大，其剛度越高主軸內孔直徑；主軸的內孔直徑用來通過棒料用于通過刀具加緊裝置固定刀具，傳動氣動或液壓卡盤等主軸懸伸長度越短，其剛度越高，于主軸的前端結構的形狀尺寸，前軸承的類型組合方式等有關。主軸的支撐跨距主軸的軸端結構ThreeFour主軸組件的支撐跨距對主軸本身剛度和支撐剛度有很大影響。主軸的材料與熱處理Five主軸的軸端結構用來安裝夾具和刀具，要求夾具和刀具在軸端定位精度高定位剛度好裝卸方便。主軸材料的選擇主要根據剛度載荷特點耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。主軸主要精度指標Six1，前支撐軸承軸頸的同軸度約5微米左右。2，軸承軸頸需按軸承內孔“實際尺寸”磨合，且保證配合過盈1-5微米。3，錐與軸承軸頸的同軸度為3-5微米，于錐規的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好。4，裝318200調心圓柱滾子軸承的1：12錐面，于軸承內圈接觸面積不小于85%。滑動軸承，最常用靜壓滑動軸承，剛度大，回轉精度高，但需要一套液壓裝置，成本較高。靜壓滑動軸承裝置有供油系統，節流器與軸承三部分構成。主軸支撐滑動軸承滾動軸承主軸支撐主軸軸承滾動軸承，滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍下穩定工作。主軸軸承的配置與調整1，主軸軸承的主軸軸承的結構配置主軸軸承的精度配置配置2，主軸軸承的安裝與調整單個軸承的裝配兩個軸承的裝配滾動軸承間隙與預緊A適應高強度的結構類型B三個軸承的組合形式影響主軸旋轉精度的因素主軸定向裝置軸承制造的誤差軸承間隙的影響主軸制造誤差的影響主軸箱支撐孔制造誤差的影響影響主軸旋轉精度的因素主軸定向裝置：凸鍵油脂潤滑方式油液潤滑方式油霧潤滑方式油氣潤滑方式主軸部件的潤滑與密封1，主軸軸承潤滑方式潤滑方式2,主軸的密封：接觸式與非接觸式密封進給傳動機構穩定性方面精度要求方面快速響應特征方面要求滿足1，盡量采用低摩擦的傳動2，選用最佳的傳動比，以提高機床分辨率3，縮短傳動鏈以及用預緊的辦法提高傳動系統的剛度4，盡量消除傳動間隙，減少反向死區誤差

數控機床的進給運動是數字控制的直接對象被加工件的最后輪廓精度和加工精度都會受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性的影響.設計進給系統時，應充分注意減少摩擦阻力、提高傳動精度和剛度、消除傳動間隙、減少運動部件慣量。快速進給變速傳動裝置圓柱齒輪傳動變速傳動裝置齒輪齒條傳動錐齒輪傳動偏心套調整法軸向墊片調整法雙片齒輪錯齒調整法軸向彈簧式+可調拉彈簧式直齒圓柱齒輪傳動間隙1、偏心套調整如圖所示,電動機1通過偏心套2裝到殼體上，通過轉動偏心套就能夠方便地調整兩齒輪的中心距，從而消除齒側間隙。墊片調整如圖所示，在加工相互嚙合的兩個齒輪1、2時，將分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，使齒輪齒厚在軸向稍有變化，裝配時只需改變墊片3的厚度，使齒輪2作軸向移動，調整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側間隙的目的。雙片齒輪錯齒調整如圖所示，兩個齒數相同的薄片齒輪1、2與另外一個寬齒輪嚙合。薄片齒輪1、2套裝在一起，并可作相對回轉運動。每個薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，并在齒輪1、2的槽內壓有裝彈簧的短圓柱3，由于彈簧4的作用使齒輪1、2錯位，分別與寬齒輪的齒槽左右側貼緊，消除了齒側間隙。錐齒輪傳動間隙的消除1、周向壓簧調整如圖所示,將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圈1開有三個圓弧槽8，內圈2的端面帶有三個凸爪4，套裝在圓弧槽內。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內外齒圈1、2的錐齒錯位與小錐齒輪嚙合達到消除間隙的作用。螺釘5將內外齒圈相對固定是為了安裝方便，安裝完畢后即刻卸去。如圖所示，錐輪1、2相互嚙合。在錐齒輪1的軸5上裝有壓簧3，用螺母4調整壓簧3的彈力。錐齒輪1在彈力作用下沿軸向移動，可消除錐齒輪1和2的間隙。軸向壓簧調整對于工作行程很大的大型數控機床，一般采用齒輪齒條傳動來實現進給運動。齒輪齒條傳動也同齒輪傳動一樣存在齒側間隙，因此也存在消除間隙問題。當載荷較小進給力不大時，齒輪齒條可采用雙片薄齒輪錯齒調整，分別與齒條的齒槽左、右二側貼緊來消除間隙。齒輪齒條傳動當載荷較大所需進給力較大時，通常采用雙厚齒輪的傳動結構，其原理如圖所示。進給運動由軸2輸入，通過兩對斜齒輪將運動傳給軸1和軸3，然后由兩個直齒輪4和5去傳動齒條，帶動工作臺移動。齒輪齒條傳動軸2上兩個斜齒輪的螺旋線的方向相反。在軸2上作用一個軸向力F，彈簧彈力使斜齒輪產生微量的軸向移動。這時軸1和軸3以相反的方向轉過一個角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，消除了間隙。齒輪齒條傳動聯軸器

伺服電機與滾珠絲杠連接使用，保證傳動無間隙，只有這樣才能準確執行脈沖指令，而不丟掉脈沖。常用三種方式直聯式（最常用）齒輪減速方式齒形帶方式安全聯軸器由聯軸器與安全離合器組成直聯式通過撓性聯軸器把伺服電機與滾珠絲杠連接起來。這種無鍵無隙直聯方式的聯軸器已編入機床零部件標準，名稱為膜片彈性聯軸器。絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副1,滾珠絲杠副的組成及特點滾珠絲杠工作原理：如圖是滾珠絲杠結構圖，其工作原理是：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當把它們套裝在一起時形成螺旋通道，并且滾道內填滿滾珠。當絲杠相對于螺母旋轉時，兩者發生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動，按照滾珠返回的方式不同可以分為內循環式和外循環式兩種方式。外循環式（如圖）螺母旋轉槽的兩端由回珠管4連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以作周而復始的循環運動，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。滾珠絲杠螺母副內循環方式（如圖）帶有反向器5，返回的滾珠經過反向器和絲杠外圓之間返回。滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副螺紋滾道型面的形狀單圓弧型面雙圓弧型面滾珠絲杠副的參數有：絲杠螺紋小徑d1，螺紋全長l，螺母螺紋大徑D等滾珠絲杠副軸向間隙的調整墊片調隙式螺紋調隙式齒差調隙式滾珠絲杠副滾珠絲杠副精度等級：1，2，3，4，5，7，10共七個等級滾珠絲杠副尺寸系列：根據ISO標準，公稱直徑系列為6mm，8mm，10mm等，盡量選用2.5mm，5mm，10mm，20mm，40mm。滾珠絲杠副支撐與制動支撐方式制動裝置一端裝推力軸承一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承兩端裝推力軸承1，承載能力選擇

2，壓桿穩定性核算

3，低速運轉的情況

4，剛度的驗算滾珠絲杠副1，滾珠絲杠副結構的選擇2，滾珠絲杠副結構尺寸的選擇3，滾珠絲杠副的選擇步驟靜壓蝸桿螺母條傳動副1，工作特點和應用：1，2，3，4，5，6，72，工作原理和結構類型靜壓絲杠螺母副鋼蝸桿配鑄鐵蝸母條鋼蝸桿配鑄鐵基體涂有SKC3耐磨涂層的螺母條鋼蝸桿配鋼蝸母或鑄鐵蝸母條前兩種多采用材料導軌導軌導軌的潤滑與防護導軌的類型和基本要求滑動導軌滾動導軌液壓導軌導軌缺陷對導向精度、運動平穩性的影響滑動導軌材料和技術要求導軌用來支撐和引導運動部件沿著直線或圓周方向準確運動導軌的類型和基本要求運動部件運動軌跡直線運動導軌圓周運動導軌導軌結合面摩擦性質滑動導軌靜壓導軌滾動導軌液壓導軌氣壓導軌→介質高度值最小，能承受顛覆力矩，摩擦阻力較大有兩導向面，同時控制了垂直方向和水平方向承載大結構簡單，精度低制造容易，磨損后調整間隙困難

燕尾槽導軌

三角形導軌矩形導軌圓柱形導軌

滑動導軌的結構

結構簡單，應用廣泛滑動導軌滑動導軌OneTwoThreeFour高的導向精度良好的耐磨性足夠的強度具有低速運動的平穩性對導軌的基本要求滑動導軌導軌的組合形式和應用根據工作要求組合，數控機床上主要是三角形-矩形式與雙矩形式雙矩形導軌滑動導軌材料和技術要求滑動導軌的材料合理選擇材料與熱處理，降低摩擦因數，提高導軌耐磨性

鑄鐵材料常用材料，HT200和HT300常用，還可應用孕育鑄鐵、高磷鑄鐵及合金鑄鐵鑲鋼導軌材料常用形式之一，T10A、Gcr15、38CrMn常用，硬度高、耐磨性好，但其制造工藝復雜、安裝費時、成本較高。塑料導軌材料一層，降低導軌摩擦因數、動靜摩擦因數趨于穩定，耐磨性好，吸振性好?？煞謨煞N；貼塑材料，涂塑材料滑動導軌材料和技術要求導軌的技術要求導軌的精度要求平面度與側向側導直線度:0.01-0.015mm長度方向直線度與側導相面對導軌底面的垂直度0.005-0.01mm導軌的熱處理導軌應具有耐磨性，大多需淬火處理導軌的間隙調整修刮﹝費時﹞，采用墊片，采用鑲條﹝方便但剛度較差﹞滾動導軌滾動導軌摩擦因數小，且動靜摩擦因數相近，磨損小，潤滑容易，但防護不易，一般不用在垂直導軌上，常用兩種。滾動導軌快:一種滾動體做循環運動的滾動導軌直線滾動導軌：單元直線滾動導軌，專業廠家生產。直線滾動導軌液壓導軌液壓導軌在機床上主要使用靜壓導軌，其摩擦因數小，功率消耗少，不會磨損，精都保持好，壽命長。吸振好，承載大，剛性高。但其結構復雜，成本高，應用于大重型數控機床上。靜壓導軌安導軌形式分，分為開式和閉式兩種，機床上用閉式靜壓導軌液壓導軌靜壓導軌導軌缺陷對導向精度、運動平穩性的影響影響直線運動導軌的導向精度主要有導軌在垂直面內的直線度和水平面內的直線度、平行度。導軌在垂直面內的直線度誤差；對于臥式車床，使刀具在縱向進給