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第2章数控机床的典型结构与部件2.1 数控机床的结构特点及要求2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。
（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。
（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。
（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。
（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。
2.1.2数控机床的结构要求及措施1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。
而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。
因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。
为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。
1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。
2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。
表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。
从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。
表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度1 1 11.24 1.17 1.381.34 1.21 8.861.63 1.32 17.73）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。
常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。
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（2）主轴准停装置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。
数控机床的主传动方式
现代数控机床的主运动系统广泛采用交流调速电机或直流调速电机作为驱动元件，随着电机性能的日趋完善，能方便地实现宽范围的无级变速，且传动链短，传动件少，变速的可靠性高。
数控机床的主传动方式主要有三种，如图1所示。
图1 数控机床的主传动方式
1．带有二级齿轮变速的主传动方式如图（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2．通过定比传动的主传动方式如图（b）所示，主轴电机经定比传
动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。
带传动方式主要应用于小型数控机床上，可以避免齿轮传动的噪声与振动。
3．由主轴电机直接驱动的主传动方式如图（c）所示，电机轴与主轴用联轴器同轴连接。
这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。
但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响较大。
近年来出现了一种电主轴，该主轴本身就是电机的转子，主轴箱体与电子定子相连。
其优点是主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提高启动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。
同步齿形带主传动方式电主轴（电机直接驱动的主传动方式）。
数控机床的工作原理及基本结构数控机床是一种通过数字控制系统实现自动化加工的机床。
其工作原理是通过将加工程序编码为数字信号，由数控系统控制机床进行加工操作。
数控机床的基本结构主要包括数控装置、执行机构和传动机构。
数控装置是数控机床的控制核心，其功能是编程、存储、计算和控制。
编程是将加工过程描述为特定格式的程序代码，存储是将程序代码保存在数控装置中，计算是根据程序代码进行数学运算，控制是通过输出控制信号控制机床执行具体操作。
数控装置通常由数控主轴驱动器、数控伺服驱动器和数控系统组成。
执行机构是数控机床进行加工操作的部分，包括主轴、工作台和刀架。
主轴是主要进行切削加工的部分，可以通过数控主轴驱动器控制主轴转速和进给速度。
工作台是用于装夹和固定工件的部分，可以通过数控伺服驱动器控制工作台的运动。
刀架是用于刀具固定和切削动作的部分，可以通过数控伺服驱动器控制刀架的运动。
传动机构是传递数补百控机床各部分运动的机构，包括伺服驱动系统、传感器、传动装置和工具切换系统。
伺服驱动系统通过输入旋转或直线运动的指令，控制执行机构的运动。
传感器用于测量机床各部分的运动状态，如位置、转速和力等。
传动装置用于传递数控装置的输出信号，驱动执行机构进行运动。
工具切换系统用于更换不同形状或尺寸的切削工具，以适应不同加工需求。
1.编写加工程序：根据零件的尺寸、形状和加工要求，使用专门的编程语言编写加工程序，描述整个加工过程和刀具路径。
2.存储和计算：将编写好的加工程序输入数控装置中，通过数控系统进行存储和计算。
数控系统根据加工程序进行数学运算，计算出每个工序的切削速度、进给速度、切削深度等参数。
3.执行加工操作：数控系统将计算出的加工参数转换为控制信号，发送给数控装置中的伺服驱动器和主轴驱动器。
伺服驱动器通过控制执行机构的运动，使机床的主轴和工作台按照预定程序进行切削和定位。
4.监控和调整：在加工过程中，数控系统通过传感器和编码器实时监测机床的运动状态和切削力。
第一章绪论简答题答案，没有工艺题的1 什么是数控机床答：简单地说，就是采用了数控技术（指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机床机械设备进行控制的一门技术）的机床；即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的道具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。
2 数控机床由哪几部分组成？各组成部分的主要作用是什么？答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。
（2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。
（3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。
（4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。
执行部件和基础部件。
3 数控机床按运动轨迹的特点可分为几类？它们特点是什么？答：（1）点位控制数控机床：要求保证点与点之间的准确定位（它只能控制行程的终点坐标，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求；对于此类控制的钻孔加工机床，在刀具运动过程中，不进行切削加工）。
（2）直线控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。
（3）轮廓控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行；即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。
4 什么是开环、闭环、半闭环伺服系统数控机床？它们之间有什么区别？答：(1)开环：这类机床没有来自位置传感器的反馈信号。
数控系统将零件程序处理后，输出数字指令后给伺服系统，驱动机床运动；其结构简单、较为经济、维护方便，但是速度及精度低，适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。
