数控机床的结构

数控车床主轴部件结构示意图
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1—驱动爪； 2—卡爪； 3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸； 6、7—行程开关
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液压驱动动力的自定心夹盘
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第六章 数控机床的结构
2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构 （1）带刀具夹紧装置和切屑清除装置的主轴部件
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统
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第六章 数控机床的结构
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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1—转子；2—定子；3—箱体；4—主轴
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数控车床电主轴部件
第六章 数控机床的结构
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。 （2）高速轴承技术 电主轴通常采用复合陶瓷轴承、磁悬 浮轴承和静压轴承。 （3）润滑 电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑方式； 也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。 （4）冷却装置 冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。 （5）内置脉冲编码器 电主轴有内置的脉冲编码器，在自 动换刀以及刚性攻螺纹时，可以实现准确的相角控制以及与进 给的配合。 （6）自动换刀装置 加工中心用电主轴，还须配备自动换 刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等。 （7）高速刀具的装卡方式 常用的BT、ISO刀具，已被实 践证明不适合于高速加工。从而出现了HSK、SKI等高速刀具； （8）高频变频装置 要实现电主轴每分钟几万甚至十几万 转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电 动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。
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第六章 数控机床的结构
3．高速加工中心的布局特点
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
（a）固定门式立柱布局 （b）“箱中箱” 结构布 局 两种高速加工中心的布局型式
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高速切削概念始于1931年德国所罗门（Carl Salomon）博 士的研究成果，21世纪初，高速切削技术在工业发达国家得到 普遍应用，正成为切削加工的主流技术。
1．数控车床的布局特点
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（a）水平床身 （b）倾斜床身 （c）立式床身
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数控车床常见的布局型式
第六章 数控机床的结构
水平床身数控车床常用于经济型、普及型数控车床 以及数控改造的车床。其结构特点是：制造水平床身的 6.1 概述 加工工艺性较好，部件精度较容易保证；其刀架水平布 6.2 数控机床的 置，不受刀架、滑板自重的影响，有利于提高刀架的运 主传动系统 数控机床的 动精度；但该结构床身下部空间小，排屑困难，且受热 6.3 进给传动系统 变形影响较大。 性能要求较高的中、小型数控车床多采用倾斜床身 或水平床身斜滑板结构。其结构特点是：占地面积小， 易于排屑，便于操作与观察，易于安装上、下料机械手。 还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，提高床身的 目 录 页 刚度。床身导轨倾斜角度有45°、60°和75°，但倾斜 角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。 大型数控车床常采用立式床身布局。立式床身的排 第8页共65页 屑性能最好；但受自重的影响最大，有时需要加平衡机 返 回 构来消除。 退 出
高速加工：集高速度、高精度、高刚度于一身。
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第六章 数控机床的结构
机床本体
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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第六章 数控机床的结构
高速加工机床总体结构特点： （1）将三轴进给系统的结构全部（或大部分） 移出工作台外，以最大限度减轻移动部件的质量和 运动惯量，这也是高速加工中心结构布局设计的总 原则。 （2）改进基础件结构和材料 机床的基本结构 有床身、底座和立柱等，高速切削会产生很大的附 加惯性力，因而机床床身、立柱等必须具有足够的 强度、刚度和高水平的阻尼特性。很多高速机床的 床身和立柱材料采用聚合物混凝土（或人造花岗 岩），这种材料阻尼特性为铸铁的7～10 倍，比重 只有铸铁的1/3。提高机床刚性的另一个措施是改革 床体结构，如将立柱和底座合为一个整体，使得机 床可以依靠自身的刚性来保持机床精度。
第六章 数控机床的结构
2．数控铣床、加工中心的布局特点
• （1）卧式数控镗铣床（加工中心）的常用布局型式
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
（a） （b） （c）
卧式数控镗铣床（加工中心）常见的布局型式
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（a）移动式 （b）回转式
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数控机床的进给传动系统
一、进给传动系统的特点及基本型式 二、丝杠螺母副 三、回转工作台 四、机床导轨 五、数控机床进给系统的间隙消除
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第六章 数控机床的结构
6.4 其他装置
一、自动换刀装置 二、排屑装置 三、液压和气动装置
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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第六章 数控机床的结构
4．主轴部件的支承
性能 旋转 精度
数控机床的主轴轴承及其性能
气体静压轴承
滚动轴承
一般或较高，预 紧无间隙时较高 一般或较高，预 紧无间隙时较 高，且取决于所 用轴 较差，阻尼比 ξ＝0.02～0.04 用于中、低速， 特殊轴承用于较 高速 较小 μ＝0.002－0.008 疲劳强度限制 轴向小，径向大 专业化、标准化 生产 简单，油脂润滑 低
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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
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CNC
第六章 数控机床的结构
电 主 轴
6.1 概述
主要内容
6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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第六章 数控机床的结构
• 引言 • 普通机床的弱点:
• • • • • • • 1)结构刚性不足; 2)抗震性能差; 3)滑动面的摩擦阻力较大; 4)传动件中的间隙较大； 5）电动机不能伺服驱动； 6）加工精度和效率远远不能满足要求。 所以，不能简单地认为，在普通机床上增加一 套数控装置，就变成了数控机床。
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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第六章 数控机床的结构
4．虚拟轴机床
虚拟轴机床是最近出现的一种全新概念的机床， 它和传统的机床相比，在机床的机构、本质上有了 巨大的飞跃，它的出现被认为是机床发展史上的一 次重大变革。
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6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
（4）良好的操作性能和安全防护性能
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第六章 数控机床的结构
三、数控机床的布局特点 数控机床总体方案设计由下列三部分组成：
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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第六章 数控机床的结构
二、数控机床对机械结构的基本要求 1．数控机床及其加工过程的特点 （1）结构简单、操作方便、自动化程度高 （2）高的加工精度和切削效率 （3）多工序和多功能集成 （4）高的可靠性和精度保持性 2．数控机床对机械结构的基本要求 （1）高的动、静刚度和良好的抗振性能 （2）良好的热稳定性 （3）高的运动精度与良好的低速稳定性
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主 轴
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主轴准停装置的工作原理
第六章 数控机床的结构
3．内装电主轴的主轴部件结构
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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
6.3 数控机床的 进给传动系统
数控立式加工中心主轴部件
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第六章 数控机床的结构
（2）主轴准停装置
电滚珠 丝杠
数控回转 工作台
电主轴
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第六章 数控机床的结构 6.2 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、机械手的准确动作。 （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）
6.1 概述 6.2 数控机床的 主传动系统 6.3 数控机床的 进给传动系统
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（a）
（b）
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虚拟轴机床结构原理
虚拟轴机床的布局型式