第二章数控机床的机械结构

目录第一章绪论近来来，数控技术的发展十分迅速，数控机床的普及率越来越高，在机械制造业中得到了广泛的应用。

制造业的工程技术人员和数控机床的操作与编程技术人员对数控机床及其操作与编程技术的需求越来越大。

数控机床是一种完全新型的自动化机床，是典型的机电一体化产品。

数控技术集计算机技术、成组技术、自动控制技术、传感检测技术、液压气动技术以及精密机械等高新技术于一体，是现代化制造技术的基础技术和共性技术。

随着数控机床的广泛应用，急需培养大批能熟练掌握现代数控机床编程、操作、维修的工程技术人员。

为普及与提高数控加工新技术，本教程针对目前广泛运用的FANUC和SIEMENS两种系统进行操作介绍。

第二章数控车床结构第一节数控车床简介数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。

立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件的车削加工。

卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。

相对于立式数控车床来说，卧式数控车床的结构形式较多、加工功能丰富、使用面广。

本教程主要针对卧式数控车床进行介绍。

卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。

1．经济型数控车床采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。

2．普通数控车床根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。

这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。

3．车削加工中心在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制 X、Z和 C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（、C）或（Z、C）。

由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。

电大：数控机床题及答案1-4(总8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--数控机床》作业（一）附答案第一章数控机床简介一、填空题 1、数控机床由_________、________、_________、_________和_________组成。

2、数控机床采用_________技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。

3、突破传统机床结构的最新一代的数控机床是_______机床。

4、世界上第一台数控机床是由____国制造的。

二、选择题 1、闭环控制系统的位置检测装置装在（）（A）传动丝杠上（B）伺服电动机轴上（C）数控装置上（D）机床移动部件上 2、数控钻、镗床一般常采用（）（A）直线控制系统（B）轮廓控制系统（C）点位控制系统（D）曲面控制系统 3、数控机床中把零件加工程序转换成脉冲信号的组成部份是（）（A）控制介质（B）数控系统（C）机床本体（D）伺服电机 4、适合于加工形状特别复杂（曲面叶轮）、精度要求较高的零件的数控机床是（）（A）加工中心（B）数控铣床（C）数控车床（D）数控线切割机床三、问答题简述数控机床的发展趋势。

简述数控机床各组成部分的作用。

四、判断题 1、开环控制系统用于高精密加工中心。

（） 2、数控机床的联动轴数和可控轴数是两个不同的概念，数控机床的联动轴数一般要大于可控轴数。

（） 3、数控机床适合于生产小批量复杂零件。

（）4、按照数控机床的控制轨迹分类，加工中心属于轮廓控制。

（）《数控机床》作业答案（一）第一章数控机床简介一、填空题 1、控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置 2、数字控制 3、并联4、美国二、单选题 1、D2、C 3、B4、A 三、简答题 1、数控机床的发展趋势：（1）高速度与高精度化（2）多功能化（3）智能化（4）高的可靠性 2、数控机床各组成部分的作用：（1）控制介质：是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。

数控机床组成、工作原理以及特点第一节数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。

数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体见图2 - 1。

图2-1 数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。

在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。

在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。

数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。

早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。

二、数控装置数控装置是数控机床的核心。

其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。

一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成。

数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

它具备的主要功能如下：1）多轴联动控制。

2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。

3）输入、编辑和修改数控程序功能。

4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。

5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。

6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。

7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。

数控机床的机械结构在数控机床进展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架与工作台自动转位与手柄操作等方面作些改变。

随着数控技术的进展，考虑到它的操纵方式与使用特点，才对机床的生产率、加工精度与寿命提出了更高的要求。

数控机床的主体机构有下列特点：1）由于使用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为习惯连续的自动化加工与提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度与阻尼精度，与较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙与获得更高的加工精度，更多地使用了高效传动部件，如滚珠丝杠副与滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，使用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。

根据数控机床的适用场合与机构特点，对数控机床结构因提出下列要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或者手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。

由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架与主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，务必把各处机械结构部件产生的弹性变形操纵在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。

为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常使用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承与角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向与轴向变形。

为了提高机床大件的刚度，使用封闭界面的床身，并使用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。

为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，使用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。

这些措施都能有效地提高接触刚度。

为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还务必提高动态刚度。

数控机床进给系统机械结构数控机床进给系统,尤其是轮廓控制系统,必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制,典型数控机床闭环控制的进给系统,通常由位置比拟和放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反应元件等几局部组成。

机械传动装置是指将驱动源旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链,包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等。

为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作稳定性,数控机床一般采用低摩擦的传动副,如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等。

1．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传动装置，在数控机床上得到了广泛的应用。

它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。

工作原理如图4-7所示。

图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。

在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合的回路管道。

图4-7 滚珠丝杠副的原理图滚珠丝杠副的优点是摩擦系数小，传动效率高， 可达～，所需传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；磨损小，寿命长，精度保持性好；可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度；运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动变为直线运动，也可将直线运动变为旋转运动。

缺点是制造工艺复杂，本钱高，在垂直安装时不能自锁，因而需附加制动机构。

〔1〕滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。

滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环；滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。

在内、外循环中，滚珠在同一个螺母上只有一个回路管道的叫单循环，有两个回路管道的叫双列循环。

循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。

外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺旋槽式。

《数控机床》作业参考答案（一）第一章数控机床简介一、填空题1、控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置2、数字控制3、并联4、自适应控制（AC）二、单选题1、C2、D3、A4、D5、B三、判断题1、×2、√3、×4、√5、√四、简答题1、简述数控机床的发展趋势。

答：（1）高速度与高精度化：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①数控系统采用位数、频率更高的微处理器；②采用全数字交流伺服系统，大大提高了系统的定位精度、进给速度；③机床静、动摩擦的非线性补偿技术；④应用高速大功率电主轴；⑤配置高速、功能强的内装式可编程控制器；⑥采用高性能和可靠的新型功能部件—电滚珠丝杠；（2）多功能化：数控机床采用一机多能；数控机床具有前台加工、后台编辑的前后台功能；数控机床除具有通讯口、DNC功能外，还具有网络功能；（3）智能化：数控机床引进自适应控制技术；采用故障自诊断、自修复功能；具有刀具寿命自动检测和自动换刀功能；数控机床引进模式识别技术；（4）高的可靠性：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①提高系统的硬件质量；②采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式；③增强故障自诊断、自恢复和保护功能。

2、简述数控机床各组成部分的作用。

答：数控机床一般由以下几个部分组成：（1）控制介质：控制介质是将零件加工信息传送到数控装置中去的信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。

常见的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁盘、磁带等。

（2）数控系统：数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在，主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各种输入/输出接口等组成。

主控制系统主要由CPU、存储器、控制器等组成，是数控系统的核心，一般称它为数控装置（CNC装置）。

（3）伺服系统：是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电机、伺服驱动控制器组成。

伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。