数控机床机械系统

数控机床的组成及基本工作原理数控机床是一种利用数字编程控制工作的机床。

它由三个基本部分组成：机械系统、传动系统和控制系统。

下面将详细介绍数控机床的组成和基本工作原理。

一、机械系统机械系统是数控机床的基础，它由床身、主轴箱、伺服系统等组成。

1.床身：床身是数控机床的基础，主要承载着机床其他部件。

床身通常由铸铁或钢板焊接而成，具有较高的强度和刚性，以保证机床的稳定性。

2.主轴箱：主轴箱包含了主轴系统和进给系统，主轴通过驱动系统将切削工具与工件连接，实现切削加工。

进给系统控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，使切削工具能沿指定路线精确地切削工件。

3.伺服系统：伺服系统负责控制切削工具和工件的相对运动。

它由伺服电机、伺服控制系统、逆变器和编码器等组成。

伺服电机通过接受数控系统发送的控制信号，精确控制机床的位置和速度，从而实现精确的切削加工。

二、传动系统传动系统负责传递电能和运动，将数控机床的控制信号传递给各个运动部件。

主要由电源、变频器、伺服电机、传感器等组成。

1.电源：电源为数控机床提供所需的电能。

通常使用三相交流电源。

2.变频器：变频器将交流电源转换为直流电源，以满足数控机床的要求。

3.伺服电机：伺服电机是数控机床的关键部件，它负责实现机床的精准运动。

伺服电机通常由电动机、编码器和速度控制器组成。

4.传感器：传感器用于检测机床各个部件的状态，将检测到的信号转换为电信号，反馈给数控系统。

三、控制系统控制系统是数控机床的大脑，它由数控装置、软件系统、输入输出设备等组成。

1.数控装置：数控装置是数控机床的核心，主要负责数控程序的编写和生成。

它接收操作员输入的加工参数和控制命令，经过处理之后发送给伺服系统。

3.输入输出设备：输入输出设备用于与数控装置进行交互。

常用的输入设备有键盘、鼠标和触摸屏；输出设备有显示器、打印机和数控机床本身。

基本工作原理：1.数控编程：操作员使用数控装置进行编程，编写出所需的加工程序。

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。

数控机床的主运动系统依据数控机床的要求和目前大多数数控机床的配置现状，主运动系统的配置大致有以下四类：1.一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式：图1 一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满意各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较简单，所以现在仅有少数经济型数控机床采纳该配置，其他已很少采纳。

2.变频器—沟通电机—1～2机械变速—主轴部件配置方式这种配置如图5-3所示，变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。

其优点是能够满意各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化力量，相对上述配置方案具有结构简洁、安装调试便利，且在传动上能满意转速与转矩的输出要求，但其调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。

主要用于经济型或中低档数控机床上。

3.交、直主轴电机— 主轴部件配置方式这种配置形式如图5-4(a)所示，电机经同步齿形带传动主轴，电机是性能更好的交、直流主轴电机(图5-4(b))，其优点是变速范围宽，最高转速可达8000 r/min，在传动上能基本能满意目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的掌握功能、其结构简洁、安装调试便利，可满意现在中高档数控机床的掌握要求。

但对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满意。

4.电主轴传统的主轴部件都是由主轴电机经传动机构带动主轴转动。

如若能将主轴与电机制成一体那么就可省去传动机构，使主轴驱动机构简化。

因而一种称为电主轴（或内装式主轴电机）应运而生，其结构示意图如图5-5(a)所示。

由图可知这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。

空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相像。

这种电机构成了较简洁的主运动部件。

机械制造数控机床操作（知识点）数控机床是现代机械制造中不可或缺的重要设备，通过计算机控制数控系统，实现对机床的精确控制和操作。

本文将介绍机械制造数控机床操作的一些基本知识点，以帮助读者更好地了解和运用这项技术。

一、数控机床的基本原理数控机床通过数控系统控制工具在加工对象上进行相应的运动，以达到加工目的。

其基本原理包括以下几个方面：1. 数字化编程：通过计算机软件对加工工艺进行编程，将加工过程转化为指令代码，并发送给数控系统进行解读和执行。

2. 坐标系统：数控机床采用坐标系来表达加工目标和刀具运动轨迹。

常用的坐标系统包括直角坐标系和极坐标系，通过确定坐标轴的原点和初始位置，确定加工对象和刀具的相对位置。

3. 机床轴线：数控机床通常具有多个轴线，用于描述工件和刀具在不同方向上的运动。

常见的轴线包括X轴、Y轴和Z轴，分别对应水平方向、纵向和垂直方向的运动。

4. 数控系统：数控系统是数控机床的核心部分，包括硬件和软件。

硬件主要包括计算机、接口电路、伺服控制器等；软件则包括操作系统、运动控制程序、加工程序等。

二、数控机床的操作步骤正确的操作流程是确保数控机床正常运行和高效加工的关键，下面将介绍数控机床的基本操作步骤。

1. 开机准备：按照机床的开机流程进行操作，确保各个部件和系统处于正常工作状态。

2. 设定工件坐标原点：根据加工要求，确定工件上的坐标原点，并通过数控系统进行设定。

一般情况下，可以通过工件上的参考点或特定零件的表面确定。

3. 选择加工刀具：根据加工要求选择合适的刀具，并进行装夹和夹紧。

要确保刀具的规格和性能符合加工任务，并进行必要的定位和校正。

4. 加工参数设置：根据加工零件的材料、形状和尺寸，设置数控系统的相关参数，如进给速度、切削速度、进给量等。

5. 编写加工程序：根据加工工艺和要求，编写相应的加工程序。

一般情况下，可以通过专业的数控编程软件进行操作，选择合适的指令代码和加工函数。

6. 加工操作：根据编写好的加工程序进行操作。