数控机床结构与原理

主编陈劭（2007版）数控机床结构及主要部件数控机床认识一数控机床组成二数控机床结构性能与布局特点数控机床了解项目一数控机床坐标系二数控系统三数控机床的主传动系统四数控机床的进给传动系统五检测装置数控机床结构及主要部件六自动换刀装置七数控机床床身八刀具系统九夹具及附件数控机床结构及主要部件数控机床认识项目一、数控机床的组成与结构输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床伺服电机速度控制单元工作台位置检测反馈装置项目一数控机床组成二、数控机床工作过程数控机床结构及主要部件加工准备阶段机床调整阶段程序调试阶段试切加工阶段正式加工阶段检测数控机床结构及主要部件三、数控机床的性能指标1.精度指标定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量等2.坐标轴指标可控轴数、联动轴数3.运动性能指标主轴转速、进给速度、行程、换刀时间等4.加工能力指标每分钟最大金属切除率数控机床结构及主要部件项目二数控机床结构性能与布局特点一、对数控机床结构的基本要求1.数控机床应具有更高的静、动刚度（1）提高静刚度的措施1）基础大件采用封闭整体箱形结构2）合理布置加强筋3）提高部件之间的接触刚度。数控机床结构及主要部件封闭整体箱形结构数控机床结构及主要部件（2）提高动刚度的措施1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）2）床身表面喷涂阻尼涂层3）充分利用结合面的摩擦阻尼4）采用新材料，提高抗震性数控机床结构及主要部件人造大理石床身（混凝土聚合物）数控机床结构及主要部件天然大理石床身数控机床结构及主要部件2.数控机床应有更小的热变形控制热变形的措施：对机床热源进行强制冷却，采用热对称结构。数控机床结构及主要部件主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却数控机床结构及主要部件主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却数控机床结构及主要部件热对称结构立柱数控机床结构及主要部件机床排屑系统数控机床结构及主要部件3.数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。MOV2进给运动数控机床结构及主要部件4.数控机床应有更好的宜人性（人机关系及环保）便于操作的机床结构数控机床结构及主要部件二、数控机床布局特点数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。数控机床结构及主要部件1.数控车床的布局和结构特点水平床身数控机床结构及主要部件倾斜床身数控机床结构及主要部件垂直床身数控机床结构及主要部件垂直床身数控机床结构及主要部件立式数控车床数控机床结构及主要部件立式数控铣床2.数控铣床的布局和结构特点数控机床结构及主要部件卧式数控铣床数控机床结构及主要部件龙门数控铣床数控机床结构及主要部件固定立柱立式加工中心3.加工中心的布局和结构特点数控机床结构及主要部件固定立柱立式加工中心数控机床结构及主要部件滑枕立式加工中心数控机床结构及主要部件O形整体床身立式加工中心数控机床结构及主要部件移动立柱卧式加工中心模块二数控机床结构及主要部件移动立柱卧式加工中心数控机床结构及主要部件移动立柱卧式加工中心数控机床结构及主要部件移动立柱卧式加工中心数控机床结构及主要部件工作台移动式龙门加工中心数控机床结构及主要部件落地式5坐标加工中心数控机床结构及主要部件MOV3五坐标高速加工中心数控机床结构及主要部件实现2个回转坐标运动的工作台AC数控机床结构及主要部件快走丝电火花线切割机床4.数控电火花线切割机床的布局和结构特点数控机床结构及主要部件垂直慢走丝电火花线切割机床数控机床结构及主要部件水平慢走丝电火花线切割机床数控机床结构及主要部件水平慢走丝电火花线切割机床数控机床结构及主要部件水平慢走丝电火花线切割机床数控机床结构及主要部件工作台移动式电火花机床5.数控电火花成型加工机床的布局和结构特点数控机床结构及主要部件工作台固定式电火花机床数控机床结构及主要部件龙门架移动式电火花机床数控机床结构及主要部件数控机床学习项目一、数控机床坐标系的作用描述机床的运动，产生数据信息。二、数控机床坐标系确定的依据—JB3051-8（ISO841）为简化程序编制，保证数据的互换性。项目一数控机床坐标系数控机床结构及主要部件三、数控机床坐标系的确定方法1.假定刀具相对于固定的工件运动数控机床结构及主要部件2.采用右手笛卡儿坐标系直线坐标XYZ旋转坐标ABC附加坐标UVW数控机床结构及主要部件3.确定顺序：Z—X—Y4.增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向数控机床结构及主要部件四、数控机床坐标系坐标原点数控机床结构及主要部件卧式数控车床坐标系+X+Z主轴刀架数控机床结构及主要部件立式数控铣床坐标系+Z+X+Y数控机床结构及主要部件项目二数控系统一、数控系统的组成与作用1.组成CNC系统由输入输出设备、CNC装置、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。2.作用接受信息—计算处理—发出控制命令数控机床结构及主要部件二、数控系统工作过程数控机床结构及主要部件1.要求高效、稳定、可靠、开放2.类型电子管晶体管集成电路小型计算机微处理器工控PC机硬线连接数控系统（NC系统）软件数控系统（CNC系统）三、数控系统要求、类型及性能评价指标数控机床结构及主要部件3.数控系统的性能指标（1）分辨率和进给速度（2）可控轴数和联动轴数（3）显示功能（4）通信功能（5）主CPU性能（6）自诊断功能数控机床结构及主要部件四、常见数控系统SIEMENSFANUC数控机床结构及主要部件华中HNC数控机床结构及主要部件项目三数控机床的主传动系统产生主切削力一、主传动系统作用1.足够的转速范围2.足够的功率和扭矩3.各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性4.噪声低、运行平稳二、对主传动系统的要求数控机床结构及主要部件三、主传动的变速方式1.采用变速齿轮传动2.采用同步齿形带传动3.采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）数控机床结构及主要部件变速齿轮传动数控机床结构及主要部件同步齿形带传动数控机床结构及主要部件主轴电机直接驱动数控机床结构及主要部件电主轴数控机床结构及主要部件四、主轴部件1.主轴轴承2.主轴准停装置3.刀具自动夹紧和清洁装置数控机床结构及主要部件数控车床主轴结构数控机床结构及主要部件4.主轴的润滑、冷却方式（1）主轴轴承润滑方式：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑、油气润滑（2）主轴冷却方式：减少轴承及切割磁力线发热，有效地排除已产生的热量数控机床结构及主要部件主轴的润滑、冷却方式数控机床结构及主要部件项目四数控机床进给传动系统一、进给传动系统作用接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱动执行元件实现预期的运动。二、对进给传动系统的要求1.有较高的工作精度2.响应速度快3.调速范围宽4.稳定性好5.可靠性高数控机床结构及主要部件滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副数控机床结构及主要部件三、进给传动系统种类1.步进电机伺服进给系统2.直流电机伺服进给系统3.交流电机伺服进给系统4.直线电机伺服进给系统数控机床结构及主要部件电机支承丝杠螺母伺服进给系统数控机床结构及主要部件伺服电机数控机床结构及主要部件工作台床身直线电机数控机床结构及主要部件四、进给运动传动部件1.滚珠丝杠螺母副1）工作原理2）作用：将回转运动转换为直线运动3）特点：传动效率高，摩擦力小，寿命长，经预紧后可消除轴向间隙，无反向空行程，成本高，不能自锁，尺寸不能太大。4）用途：各类中小型数控机床的直线进给数控机床结构及主要部件滚珠丝杠螺母副数控机床结构及主要部件2.回转工作台1）作用：实现绕X、Y、Z轴的圆周进给运动2）种类：数控回转工作台、数控分度工作台数控机床结构及主要部件数控回转工作台数控机床结构及主要部件数控分度头数控机床结构及主要部件3.导轨导轨是进给系统的重要环节，是机床基本结构的要素之一。机床加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。对导轨的要求：高的导向精度、良好的精度保持性、良好的摩擦特性、运动平稳、高灵敏度、寿命长。数控机床结构及主要部件1）滑动导轨摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、速度较低。2）滚动导轨摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高。数控机床结构及主要部件滑动导轨数控机床结构及主要部件滚动导轨数控机床结构及主要部件项目五检测装置检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号，并将反馈信号转换成数字信号送回计算机与脉冲指令信号进行比较，以控制驱动元件正确运转。检测装置的精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。一、检测装置作用二、对检测装置的要求高的可靠性和抗干扰能力，满足机床加工精度和加工速度的要求，使用维护方便，成本低。数控机床结构及主要部件三、检测装置的分类直线型直线位移检测装置位置检测装置旋转型检测装置角度位移检测装置速度检测装置数控机床结构及主要部件感应同步器直线型检测装置光栅磁栅旋转变压器旋转型检测装置脉冲编码器测速发电机数控机床结构及主要部件光栅数控机床结构及主要部件脉冲编码器数控机床结构及主要部件项目六自动换刀装置（ATC）换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具容量，体积小，稳定可靠。一、自动换刀装置作用自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。二、对自动换刀装置的要求数控机床结构及主要部件回转刀架换刀更换主轴头换刀机械手换刀使用刀库的换刀刀库与主轴相对运动换刀三、换刀方式四、刀具交换装置数控机床结构及主要部件回转刀架换刀数控机床结构及主要部件机械手换刀数控机床结构及主要部件刀库与主轴相对运动换刀数控机床结构及主要部件五、刀库1.刀库容量10-40塔式2.类型盘式链式顺序选刀3.选刀方式任意选刀数控机床结构及主要部件盘式刀库链式刀库数控机床结构及主要部件项目七数控机床床身支承机床的零部件并保证这些零部件在加工过程中占有的准确位置。一、数控机床床身作用三、数控机床床身类型二、对床身的要求刚性高、抗振性好、热变形小、易于安装调整。1.铸铁2.人造大理石3.钢板焊接数控机床结构及主要部件三点支承床身数控机床结构及主要部件项目八刀具系统一、刀具系统作用数控车床刀具系统模块二数控机床结构及主要部件数控铣床刀具系统数控机床结构及主要部件加工中心刀具系统数控机床结构及主要部件二、刀具系统要求1.刀片或刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化2.刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件材料之间的匹配3.刀片或刀具耐用度及其经济寿命指标的合理性4.刀片或刀柄的定位基准的优化5.刀片或刀柄对机床主轴的相对位置精度的要求6.刀片或刀柄的转位、拆装的重复精度的要求7.刀柄强度、刚性和耐磨性的要求8.刀柄或工具系统的装机重量限度的要求9.刀片或刀柄切入位置和方向的要求10.刀片或刀柄的通用化、规格化、系列化11.整个工具系统和自动换刀系统的优化数控机床结构及主要部件三、刀具系统内容中国：GB10944-89国际：ISO7388-83美国：ANSI/ASMEB5.50-1985日本：MAS403-1982德国：DIN69871-19881.标准数控机床结构及主要部件整体式模块式2.类型数控机床结构及主要部件四、数控刀具结构与刀具材料1）整体式2）机夹式3）内冷式4）抗振式5）特殊型式1.刀具结构数控机床结构及主要部件机夹式可转位硬质合金立铣刀数控机床结构及主要部件刀具中心冷却数控机床结构及主要部件1）高速钢2）硬质合金3）陶瓷4）立方氮化硼5）金刚石2.刀具材料数控机床结构及主要部件项目九夹具及附件数控机床上常用的夹具及附件有：机用虎钳、平口虎钳、液压虎钳、卡盘、对刀仪等。数控机床结构及主要部件对刀仪数控机床结构及主要部件虎钳数控机床结构及主要部件虎钳数控机床结构及主要部件回转坐标轴数控机床结构及主要部件铣削用三爪卡盘数控机床结构及主要部件铣削用四爪卡盘主编：……撰稿教师：……（以姓氏为序）制作：……责任编辑：……电子编辑：……