下载文档原格式
数控机床各个组成部分的工作原理及结构第一节输入装置输入装置是整个数控系统的初始工作机构,它将准确可靠的接收信息介质上所记录的“工程语言"、运算及操作指令等原始数据，转为数控装置能处理的信息，并同时输送给数控装置。
输入信息的方式分手动输入和自动输入。
手动输入简单、方便但输入速度慢容易出错。
现代数控机床普遍采用自动输入,其输入形式有光电阅读机、磁带阅读机及磁盘驱动器以及无带自动输入方式.其它输入方式：1。
无带自动输入方式在高档数控机床上，设置有自动编程系统和动态模拟显示器(CRT).将这些设备通过计算机接口与机床的数控系统相连接，自动编程所编制的加工程序即可直接在机床上调用,无需经制控制介质后再另行输入。
2。
触针接触式阅读机输入方式又称为程控机头或电报机头,结构简单，阅读速度较慢,但输入可靠、价格低廉故在部分线切割机床加工中仍在用。
3。
磁带、磁盘输入方式磁带输入方式进行信息输入，其信息介质为“录音"磁带,只不过录制的不是声音，而是各种数据。
加工程序等数据信息一方面由微机内的磁盘驱动器“写入”磁盘上进行储存，另外也由磁盘驱动器进行阅读并通过微机接口输入到机床数控装置中去。
第二节数控装置数控装置是数控机床的核心,数控机床几乎所有的控制功能（进给坐标位置与速度，主轴、刀具、冷却及机床强电等多种辅助功能）都由它控制实现。
因此数控装置的发展，在很大程度上代表了数控机床的发展方向。
数控装置的作用是接收加工程序等送来的各种信息，并经处理分配后，向驱动机构发出执行的命令,在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后,发出新的命令。
一、数控装置的组成1、数字控制的信息1)几何信息——是指通过被加工零件的图样所获得的几何轮廓的信息。
这些信息由数控装置处理后，变为控制各进给轴的指令脉冲,最终形成刀具的移动轨迹。
几何信息的指令，由准备功能G具体规定。
2）工艺信息———通过工艺处理后所获得的各种信息。
车床变速原理
车床变速原理是通过调节主轴的转速来实现工件加工时各种切削速度的变化，从而适应不同的工艺要求和加工要求。
车床的变速系统一般采用机械传动方式，主要包括传动带、变杆、齿轮等。
其中，传动带可通过调节其松紧程度来改变传动比，从而改变主轴的转速。
变杆则是通过连接不同大小的齿轮或滑板，来实现主轴转速的变化。
具体来说，变速原理如下：当变速杆处于中间位置时，传动带紧绷，使得主轴与传动带一起转动，此时主轴的转速为最大值。
当将变速杆向左或向右移动时，松开或拉紧传动带，改变传动比，进而改变主轴的转速。
例如，将变速杆向左移动，松开传动带，传动比减小，主轴转速降低；将变速杆向右移动，拉紧传动带，传动比增大，主轴转速增加。
通过这种方式，车床可以根据加工要求调整主轴的转速，以适应不同工件的不同加工要求。
例如，对于硬度较高的工件，可以降低主轴转速，以减小切削力，提高加工质量。
而对于切削深度较大的工件，可以增加主轴转速，提高切削效率。
总之，车床的变速原理通过调节传动带的紧度和变杆的位置，实现主轴转速的变化，以适应不同的工艺要求和加工要求。
这种变速方式简单可靠，广泛应用于各种车床。
数控机床zf齿轮箱工作原理数控机床ZF齿轮箱是数控机床中的重要组成部分，它通过齿轮传动的方式实现不同转速和扭矩的变换，从而实现机床的不同工作功能。
下面就以数控机床ZF齿轮箱的工作原理为题，来详细介绍一下。
一、齿轮箱的作用数控机床ZF齿轮箱是数控机床中的重要传动装置，它的主要作用是将电机提供的动力传递到机床的主轴上，通过齿轮的传动比例，实现主轴转速的调节和扭矩的变换。
齿轮箱的设计和使用直接影响到数控机床的加工精度和工作效率。
二、齿轮箱的结构数控机床ZF齿轮箱通常由输入轴、输出轴、齿轮组、轴承等部分组成。
其中，输入轴是接收电机动力的轴，输出轴则是将动力传递给主轴的轴。
齿轮组是齿轮箱中最重要的部分，通过不同齿轮的组合，实现不同的传动比例。
三、齿轮箱的工作原理齿轮箱的工作原理主要是通过齿轮的啮合和传动来实现动力的变换。
当电机提供的动力传递到输入轴时，输入轴上的齿轮会和齿轮组中的其他齿轮进行啮合。
不同大小的齿轮组合会产生不同的传动比例，从而实现主轴转速的调节。
具体来说，当输入轴上的齿轮转动时，它会驱动齿轮组中的其他齿轮一起转动。
由于不同齿轮的齿数不同，它们之间的转速也会不同。
当齿轮组中的齿轮转动一周时，输出轴上的齿轮也会转动相应的圈数。
通过调节齿轮组中不同齿轮的大小和齿数，就可以实现不同的传动比例，从而实现主轴转速的调节。
四、齿轮箱的优点数控机床ZF齿轮箱具有以下几个优点：1. 传动效率高：齿轮传动具有高效率的特点，能够将电机提供的动力有效地传递到机床的主轴上。
2. 可靠性好：齿轮箱的结构简单，传动方式可靠，具有较高的工作稳定性和可靠性。
3. 传动比例范围广：通过调节齿轮组中不同齿轮的大小和齿数，可以实现较大范围的传动比例调节，适应不同加工需求。
4. 维护方便：齿轮箱的维护相对简单，更换齿轮组件较为方便，能够快速恢复机床的正常工作。
五、齿轮箱的应用数控机床ZF齿轮箱广泛应用于数控机床中，如车床、铣床、钻床等。
数控机械传动知识点总结一、数控机床的传动方式1. 机械传动机械传动是数控机床上常用的传动方式，主要包括齿轮传动、链传动、带传动等。
在数控机床中，齿轮传动多用于主轴传动，链传动多用于变速传动，而带传动则多用于传动副的传动。
2. 电气传动电气传动是借助电机实现传动，采用变频器和伺服系统实现步进传动或闭环控制，因此能够实现高速、高精度的传动效果。
3. 液压传动液压传动主要通过液压缸来实现工件夹紧、换刀、换位、旋转等功能。
液压传动具有功率密度大、传动平稳、操作方便等特点，因此在数控机床上应用广泛。
二、机械传动的知识点1. 齿轮传动(1) 齿轮传动的分类按传动方式分为平行轴齿轮传动和直角轴齿轮传动；按齿轮传动比分为等速齿轮传动和非等速齿轮传动。
(2) 齿轮的参数和计算齿轮的参数主要包括模数、齿数、分度圆直径、齿顶高等，计算齿轮的参数需要考虑传动比、中心距、齿轮厚度等。
(3) 齿轮的制造和精度齿轮的制造主要包括铸造、锻造、车削和磨削等工艺，在制造过程中需要控制齿轮的模数、齿数、齿顶隙、齿根圆等参数，以保证齿轮的精度。
2. 链传动(1) 链传动的工作原理链传动依靠链条的柔性来传递动力，链条包括链轮、链板和滚子，在传动过程中需要保证链条的张紧和润滑。
(2) 链条的计算和设计链条的计算主要包括链条的尺寸、链轮的选择、链条的轴距、链条的张紧方式等，需要根据实际传动功率和工作条件来确定。
3. 带传动(1) 带传动的分类带传动分为平动带传动和皮带传动，其中平动带传动主要用于长距离传递功率，而皮带传动主要用于变速传动和工作环境要求较严格的场合。
(2) 带传动的设计和计算带传动的设计需要考虑带速比、中心距、带轮尺寸、带条数、张紧装置等参数，同时还需要考虑带传动的强度和工作效率。
三、电气传动的知识点1. 电机的分类与特点电机根据使用场合可以分为交流电机和直流电机，根据工作原理可以分为异步电机和同步电机，根据结构形式可以分为开放式电机和封闭式电机。
数控机床的主传动系统一、主传动装置1．数控机床主传动系统的特点（1）转速高、功率大(2）调速范围宽（3）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（4）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和高的耐磨性能（5）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。
（6)为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现C轴功能（主轴回转角度的控制）2．数控机床主传动装置（1）带有二级齿轮的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。
（2)采用定比传动装置定比传动装置常用同步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。
（3）采用电主轴电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,主轴部件的刚性更好。
但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大,需对主轴进行强制冷却.二、主轴结构1．数控车床主轴部件结构1、5—螺钉；2—带轮连接盘；3、15、16—螺钉；4—端盖；6—圆柱滚珠轴承；7、9、11、12—挡圈；8—热调整套；10、13、17—角接触球轴承；14—卡盘过渡盘；18—主轴；19—主轴箱箱体数控车床主轴部件结构示意图1—驱动爪；2—卡爪；3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸；6、7—行程开关液压驱动动力的自定心夹盘2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构（1）刀具夹紧装置和切屑清除装置1－刀架；2－拉钉；3－主轴；4-拉杆；5－碟形弹簧；6－活塞；7－液压缸（或气缸）；8、10－行程开关；9－压缩空气管接头；11－弹簧；12－钢球；13－端面键数控立式加工中心主轴部件（2)主轴准停装置1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴主轴准停装置的工作原理3．内装电主轴的主轴部件结构1－刀具系统；2、9－捕捉轴承；3、8－传感器；4、7－径向轴承；5－轴向推力轴承；6－高频电动机；10－冷却水管路；11－气－液压力放大器用磁悬浮轴承的高速加工中心电主轴部件1—转子；2—定子；3—箱体；4—主轴数控车床电主轴部件电主轴主要融合了以下技术：（1）高速电机技术其关键技术是高速度下的动平衡。
1．2 数控机床的组成及基本工作原理一、数控机床组成数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。
1、程序的存储介质，又称程序载体1)穿孔纸带（过时、淘汰）；2)盒式磁带（过时、淘汰）；3)软盘、磁盘、U盘；4)通信。
2、输人/输出装置1)对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）；2)对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）；3)对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；4)现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)；5)DNC网络通讯、RS232串口通讯。
3、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。
其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。
准备功能：G00,G01,G02,G03,辅助功能：M03，M04刀具、进给速度、主轴：T，F，S4、伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。
每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。
如三轴联动的机床就有三套驱动系统。
脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。
常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。
5、位置反馈系统（检测反馈系统）伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。
包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。
（作业：让同学们网上查找反馈元件，下节课用5分钟自述所查内容）反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。
数控机床主传动齿轮变速机构及工作原理
为简化数控机床齿轮变速机构，现以沈阳机床股份有限公司沈一车床厂的电磁离合器变速机构为例，说明其结构设计及工作原理。
标签：电磁离合器;变速机构;传动比;扭矩;装配与调整
现有数控机床的齿轮变速操纵机构基本有以下三种形式：
（1）手动操纵机构。
（2）液压变速机构。
（3）电磁离合器变速机构。
其中第三种电磁离合器变速机构是属于我厂的发明专利，跟原始的手动操作机构和复杂的液压变速机构相比较，其结构简单、制造成本低、使用方便、灵活性好，具有很好的市场竞争力和广泛的应用前景。
1 电磁离合器变速机构的结构设计及工作原理
CAK6150主轴电磁离合器变速机构
上图为CAK6150主轴电磁离合器变速机构简易图，其基本结构是由：
（1）螺母（2）螺杆（3）电磁离合器（4）主轴（5）平衡杆（6）拨叉（7、8）双联组合齿轮（9）花键轴等组成。
它的基本工作原理是当给数控系统输入代码换档指令，系统通过对输入指令的处理后，给变频器输出一个较小的模拟电压而带动主电机正转或者反转，主电机通过皮带轮把动力传给主轴（4），此时只要离合器（3）吸合，便可把主轴（4）的动力传给螺杆（2），螺杆（2）的正反转可以带动与其配合的螺母（1）来回移动，镶嵌在螺母（1）上的拨叉（6）就可以带动双联齿轮（7、8）在花键轴（9）上来回移动，双联齿轮与其它轴上的齿轮相啮合，形成不同的传动比，以达到主轴变档变速的目的，在主轴变速过程中，我们可以利用平衡杆（5）上装有的接近开关检测双联齿轮（7、8）是否到达我们所需要的正确位置，换挡完成后，双联齿轮和拨叉之间不能粘连在一起，应有一定的间隙，装配时需要满足工艺要求。
2 实现主轴电磁离合器变速（换挡）应具备的条件
（1）电磁离合器在吸合时其吸盘转矩需大于阻力矩（阻力矩是由螺杆与螺母和拨叉以及双联齿轮在花键移上移动时相加后力矩之和），否则主轴无法实现变速（变档），下面用扭矩与时间的关系来说明这一重要原理。
横坐标表示主轴换档的积累时间t，纵坐标表示扭矩T，Td表示离合器吸合时的转矩，Tr表示阻力矩，属于合成的等效力矩。
由图可知，离合器吸合时的转矩Td随着时间的推移而逐渐减小，因为离合器由于经常做吸合、断开的动作，再加上电磁铁磁力的慢慢消退，所以转矩Td 随着时间的推移而逐渐减小；阻力矩Tr随着使用时间的增加先呈减小的趋势而后又逐渐增大，因为前期阻力矩处于磨合阶段，由于加工零件、装配的误差，螺母和螺杆以及双联齿轮和花键之间存在着磨粒，阻力较大，阻力矩Tr也就相对较大，但磨合期过后，阻力会减小，阻力矩Tr自然会随使用时间的增加而减小，但随着机床的长期使用，螺母和螺杆之间的磨损过大反而会引起阻力的增大，当
到达时间t0时，Td=Tr，此时不再具备换档的条件。
所以我们得出主轴电磁离合器变速（换挡）应具备的最重要也是最基本的条件Td>Tr。
此结论可以用来诊断电磁离合器无法换挡的依据，以便供机床维修工快速找到故障原因。
在实际生活中，电磁离合器变速机构动作时，其扭矩的大小主要取决于阻力矩的大小。
扭矩与时间关系图从扭矩与时间关系图也反映出主轴换档时各个部件的使用情况和离合器的使用寿命。
（2）离合器与吸盘之间吸合时的有效间隙是0.30~0.50mm，装配时，需用0.40mm的间隙隔套来调整，若间隙小于0.30mm时，主轴高速旋转时容易把当前的齿轮档位换成另一档位（主轴把动力传给操纵轴，螺母通过拨叉把双联齿轮拨到传动轴的其它位置）即我们所说的齿轮联动，造成齿轮打齿，若间隙大于0.50mm时，离合器不吸合，无法传动动力，不能实现主轴变速（变档）。
（3）螺母与螺杆之间的是通过螺纹连接的，其配合间隙不宜过小，否则会增加拨叉扭矩，组合齿轮无法在花键轴上来回滑动，如果间隙过大，有效扭矩不能很好的传给拨叉，检验此部件安装是否合格的方法如下：
在离合器失电的情况下，用手盘动螺杆2，使螺母带动拨叉在花键轴上来回移动，组合齿在轮移动的过程中，可以感受一下盘动力是否过大或者过小，其扭矩经验值不应大于10NM，若不符合要求，应该检查螺杆或者螺母是否为合格件，安装是否符合装配工艺要求。
（4）双联齿轮在花键轴上来回滑动性要良好，如果双联齿轮与花键轴配合过紧，会增大拨叉扭矩，主轴无法完成变速（换挡）。
（5）齿轮在齿侧倒角要倒成半圆弧形状，以免齿轮在变档时啮合错位，或者主轴旋转时，齿轮间互相碰撞。
但由于零件加工时，主轴箱孔存在误差，装配时螺母与螺杆的配合存在间隙误差，拨叉与螺母的垂直度误差等误差积累，都会造成主轴变档失灵、主轴变档超时，即前面所提的离合器的转矩小于拨叉的扭矩，要想实现主轴的顺利变档，各组件的加工精度和装配工艺都是至关重要的。
3 结语
电磁变速机构与手动操作机构相比较，可以实现自动编程变档，同时具备与目前数控机床上普遍采用的液压操纵机构完全等效的功效，但却不需要复杂的液压控制系统的支持，它没有独立驱动机构而是利用主传动电机驱动，这样就大大节约了成本，可在数控机床主传动齿轮变速的机构中广泛运用，此变速机构虽采用了电磁离合器来接通或断开变速轴的运动，但它不参与主动力的传动，所以电磁离合器的规格很小，一般仅为10NM。
此变速机构利用主传动电机带动螺杆变速，在变速过程中被操纵的齿轮也在慢速旋转，将方便滑移组合齿轮在变速过程中推入到正确位置上，避免出现齿轮相顶的现象，齿离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动比，以达到主轴变速的目的。
参考文献
［1］饶军,田宏宇.数控机床与数控技术［M］.北京:北京希望电子出版，2006.
［2］谭庆昌,赵洪志.机械设计［M］.吉林：吉林科学技术出版社，1999.
［3］陶维利.机床电气与PLC.西安：西安电子科技大学出版社,2005.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”。
