机床数控技术教学课件：第7章 数控机床的机械结构与装置.ppt

1、主要内容主要内容 主要内容主要内容 数控机床机械结构的主要特点和一般要求数控机床机械结构的主要特点和一般要求 数控机床布局数控机床布局 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 进给传动系统进给传动系统 导轨的结构导轨的结构 其它辅助装置其它辅助装置 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 第一节第一节 概概 述述 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述概述 早期的数控机床，包括目前部分改造、改装的数控机床，早期的数控机床，包括目前部分改造、改装的数控机床， 大都是在普通机床的基础上，通过对进给系统的革新、改造而大都是在普通机床的

2、基础上，通过对进给系统的革新、改造而 成的。因此，在许多场合，普通机床的构成模式、零部件的设成的。因此，在许多场合，普通机床的构成模式、零部件的设 计计算方法仍然适用于数控机床。但是，随着数控技术（包括计计算方法仍然适用于数控机床。但是，随着数控技术（包括 伺服驱动、主轴驱动）的迅速发展，为了适应现代制造业对生伺服驱动、主轴驱动）的迅速发展，为了适应现代制造业对生 产效率、加工精度、安全环保等方面越来越高的要求，现代数产效率、加工精度、安全环保等方面越来越高的要求，现代数 控机床的机械结构已经从初期对普通机床的局部改造，逐步发控机床的机械结构已经从初期对普通机床的局部改造，逐步发 展形成了自己

3、独特的结构。特别特别是近年来，随着电主轴、展形成了自己独特的结构。特别特别是近年来，随着电主轴、 直线电动机等新技术、新产品在数控机床上的推广应用，部分直线电动机等新技术、新产品在数控机床上的推广应用，部分 机械结构日趋简化，新的结构、功能部件不断涌现，数控机床机械结构日趋简化，新的结构、功能部件不断涌现，数控机床 的机械机构正在发生重大的变化，虚拟轴机床的出现和实用化，的机械机构正在发生重大的变化，虚拟轴机床的出现和实用化， 使传统的机床结构面临着更严峻的挑战。使传统的机床结构面临着更严峻的挑战。 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述概述 机械结构的组成：机械结构的

4、组成： 1.1.主传动系统主传动系统：包括动力源、传动件及主运动执行件（主轴）等。：包括动力源、传动件及主运动执行件（主轴）等。 功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。 2.2.进给传动系统进给传动系统：包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台、：包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台、 刀架）等，功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实刀架）等，功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实 现进给切削运动。现进给切削运动。 3.3.机床基础件机床基础件：指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机

5、：指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机 床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。 4.4.辅助装置：辅助装置：实现某些部件动作和某些辅助功能的装置。如液压，实现某些部件动作和某些辅助功能的装置。如液压， 气动，润滑，冷却，防护，排屑。气动，润滑，冷却，防护，排屑。 5.5.实现工件回转、分度定位的装置和附件，回转工作台。实现工件回转、分度定位的装置和附件，回转工作台。 6.6.刀库、刀架和自动换刀装置（刀库、刀架和自动换刀装置（ATCATC） 7.7.托盘交换装置托盘交换装置(APC)(APC) 8.8.特殊功

6、能装置，如刀具破损监测、精度检测和监控装置等。特殊功能装置，如刀具破损监测、精度检测和监控装置等。 主要内容 导轨导轨 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 机机 械械 结结 构构 组组 成成 床身辅助装置床身辅助装置 立柱立柱 进给系统进给系统 主主 轴轴 部部 件件 工作台工作台 刀架和刀库刀架和刀库 自动换刀装置自动换刀装置 主轴箱、进给箱结构简单；主轴箱、进给箱结构简单； 机机 械械 结结 构构 的的 主主 要要 特特 点点 1)1)结构简单、操作方便、自动化程度高结构简单、操作方便、自动化程度高 电机直接连主轴、滚珠丝杠；电机直接连主轴、滚珠丝杠； 采用直线电机、电主

7、轴则不需丝杠、主轴箱；采用直线电机、电主轴则不需丝杠、主轴箱； 不需手柄等操作机构；不需手柄等操作机构； 2)2)广泛采用高效、无间隙传动装置广泛采用高效、无间隙传动装置 滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、 直线滚动导轨直线滚动导轨 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述概述 3)3)具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件 工艺复合化、功能集成化；工艺复合化、功能集成化； 自动换刀装置、动力刀架、自动排屑装置、自动自动换刀装置、动力刀架、自动排屑装置、自动

8、 润滑装置、自动工作台交换装置、自动装卸、自润滑装置、自动工作台交换装置、自动装卸、自 动对刀、破损检测、立卧转换等。动对刀、破损检测、立卧转换等。 4)4)对机械结构、零部件要求高（刚度、功率、精度）对机械结构、零部件要求高（刚度、功率、精度） 高速、高精度、高效；高速、高精度、高效； 无人化、工艺复合、功能集成；无人化、工艺复合、功能集成； 开机时间长、工作负载增加、粗精合一；开机时间长、工作负载增加、粗精合一； 的基 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 对机械结构的基本对机械结构的基本要求: 较高的静、动刚较高的静、动刚度和良好的抗振性；度和良好的抗振性； 良好的热稳定

9、性（热变形补偿）；良好的热稳定性（热变形补偿）； 较高的运动精度和低速稳定性；较高的运动精度和低速稳定性； 充足满足人性化要求。充足满足人性化要求。 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述概述 1.1.数控机床应具有更高的静、动数控机床应具有更高的静、动刚度刚度 （1 1）提高静刚度的原因提高静刚度的原因 在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变 形，引起刀具和工件的相对位置的变化形，引起刀具和工件的相对位置的变化 机床刚度差机床刚度差影响机床抗振性影响机床抗振性 封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构 措施一：基础大件采用封闭

10、整体箱形结构措施一：基础大件采用封闭整体箱形结构 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 （2）提高静刚度的措施）提高静刚度的措施 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 措施二：合理布置支撑件隔板的加强筋；措施二：合理布置支撑件隔板的加强筋； CNC 7.1 概述 （2）提高静刚度的措施）提高静刚度的措施 “T”形隔板连接，形隔板连接， 主要提高水平面主要提高水平面 抗弯刚度，对提抗弯刚度，对提 高垂直面抗弯刚高垂直面抗弯刚 度和抗扭刚度不度和抗扭刚度不 显著，多用在刚显著，多用在刚 度要求不高的床度要求不高的床 身上。身上。 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置

11、 CNC 措施二：合理布置支撑件隔板的加强筋；措施二：合理布置支撑件隔板的加强筋； CNC 7.1 概述 （2）提高静刚度的措施）提高静刚度的措施 “W”形隔板，能形隔板，能 较大地提高水平较大地提高水平 面上的抗弯抗扭面上的抗弯抗扭 刚度，对中心距刚度，对中心距 超过超过1500mm的长的长 床身，效果最为床身，效果最为 显著。显著。 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 措施二：合理布置支撑件隔板的加强筋；措施二：合理布置支撑件隔板的加强筋； CNC 7.1 概述 （2）提高静刚度的措施）提高静刚度的措施 斜向拉筋，床斜向拉筋，床 身刚度最高，身刚度最高， 排屑容易。排屑容易。

12、 主要内容 纵纵 向向 隔隔 板板 主要提高抗弯刚度主要提高抗弯刚度 横横 向向 隔隔 板板 主要提高抗扭刚度主要提高抗扭刚度 斜斜 向向 隔隔 板板 兼有提高抗弯刚度、兼有提高抗弯刚度、 抗扭刚抗扭刚度的效果度的效果 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 措施三：提高部件之间的接触刚度。措施三：提高部件之间的接触刚度。 CNC 7.1 概述 （2）提高静刚度的措施）提高静刚度的措施 u 采用刮研的方法增加单位面积上的接触点；采用刮研的方法增加单位面积上的接触点； u 在结合面之间施加足够大的预加载荷在结合面之间施加足够大的预加

13、载荷, ,增加增加 接触面积。接触面积。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 （3）提高动刚度的措施 改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料） 床身表面喷涂阻尼涂层 充分利用结合面的摩擦阻尼 采用新材料，提高抗震性 提高抗振性 实心混凝 土底座 第七章数控机床的机械结构与装置 内封 泥沙 增加阻尼， CNC 7.1 概述 在铸件中不清除砂心，在铸件中不清除砂心， 在焊接件中灌注混凝土在焊接件中灌注混凝土 或砂增加摩擦阻力。或砂增加摩擦阻力。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 人造大理石床身（混凝土聚合物）人造大理石床身（混凝土聚合物） 第七章数控机床的机械结构

14、与装置 CNC 7.1 7.1 概述概述 2.2.数控机床应有更小的热变形数控机床应有更小的热变形 机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。由于数机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。由于数 控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机床，机床又长时控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机床，机床又长时 间处于连续工作状态，电动机、丝杠、轴承、导轨的发热都比较间处于连续工作状态，电动机、丝杠、轴承、导轨的发热都比较 严重，加上高速切削产生的切屑的影响，使得数控机床的热变形严重，加上高速切削产生的切屑的影响，使得数控机床的热变形 影响比普通机床要严重得多。影响比普通机床要严重得多。

15、 （1）产生热变形的原因：）产生热变形的原因： 内外热源的影响内外热源的影响 不能人工修正热变形误差不能人工修正热变形误差 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 7.1 概述概述 （2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 减少发热减少发热将热源从主机中分离出去将热源从主机中分离出去 措施措施1 主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速 减少传动轴和传动齿轮数量减少传动轴和传动齿轮数量 减少主传动箱内的发热量减少主传动箱内的发热量 措施措施2 2 采用低摩擦系数的导轨和轴承采用低摩擦系数的导轨和轴承 采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承采用滚

16、动导轨、静压导轨或滚动轴承 下午6时20分 （2 2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 控制温升控制温升 措施措施 通过散热和冷却方法通过散热和冷却方法 第七章数控机床的机械结构与装置 主轴主轴 冷却风管冷却风管 对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 冷却风管 主主 轴轴 对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 主要内容 （2 2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 改善机床结构改善机床结构 措施措施1 采用对采用对 称原则设计数称原则设计数 控机床结构控机床结构

17、 热对称结构立柱热对称结构立柱 下午6时20分 （2 2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 改善机床结构改善机床结构 措施措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上 第七章数控机床的机械结构与装置 下午6时20分 （2 2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 改善机床结构改善机床结构 措施措施3 采用排屑系统采用排屑系统 第七章数控机床的机械结构与装置 机床排屑系统机床排屑系统 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 主要内容 采用热变形补偿装置减小热变形采用热变形补偿装置减小热变形 进行热变形补偿进行热变形补偿 （

18、2 2）减少热变形的措施：）减少热变形的措施： 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 3. 3. 高的运动精度和低速运动的平稳性高的运动精度和低速运动的平稳性 利用伺服系统代替普通机床的进给系统是利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的数控机床的 主要特点主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一般只。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一般只 有有0.001mm0.001mm，甚至更小；最低进给速度，一般只有，甚至更小；最低进给速度，一般只有1mm/min1mm/min， 甚至更低。这就要求进给系统具有较高的运动精度，良好甚至更低。这就要求进给系统具有较高的运动精度，

19、良好 的跟踪性能和低速稳定性，才能对数控系统的位置指令做的跟踪性能和低速稳定性，才能对数控系统的位置指令做 出准确的响应，从而得到要求的定位精度。出准确的响应，从而得到要求的定位精度。 传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽然在传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽然在 数控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施减小这一数控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施减小这一 影响，但不能完全消除。特别是对于非均匀间隙，必须机影响，但不能完全消除。特别是对于非均匀间隙，必须机 械消除间隙措施，才能得到较好的解决。械消除间隙措施，才能得到较好的解决。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7

20、.1 概述 3. 3. 高的运动精度和低速运动的平稳性高的运动精度和低速运动的平稳性 机床的机床的运动精度和稳定性运动精度和稳定性，不仅和数控系统的，不仅和数控系统的分辨率分辨率、 伺服系统的伺服系统的精度和稳定性精度和稳定性有关，而且还在很大程度上取决有关，而且还在很大程度上取决 于于机械传动的精度机械传动的精度。传动系统的刚度、间隙、摩擦死区、。传动系统的刚度、间隙、摩擦死区、 非线性环节都对机床的精度和稳定性产生很大的影响。非线性环节都对机床的精度和稳定性产生很大的影响。 减小运动部件的质量，采用低摩擦系数的导轨和轴承减小运动部件的质量，采用低摩擦系数的导轨和轴承 以及滚珠丝杆副、静压导

21、轨、直线滚动导轨、塑料滑动导以及滚珠丝杆副、静压导轨、直线滚动导轨、塑料滑动导 轨等高效执行部件，可减少系统的摩擦阻力，提高运动精轨等高效执行部件，可减少系统的摩擦阻力，提高运动精 度，避免低速爬行。缩短传动链，对传动部件进行消隙，度，避免低速爬行。缩短传动链，对传动部件进行消隙， 对轴承和滚珠丝杠进行预紧，可减消机械系统的间隙和非对轴承和滚珠丝杠进行预紧，可减消机械系统的间隙和非 线性影响，提高机床的运动精度和稳定性。线性影响，提高机床的运动精度和稳定性。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 双螺母齿差调隙式结构双螺母齿差调隙式结构 双螺母垫片调隙式结构双螺母垫片调隙式结构

22、 消除间隙的结构：消除间隙的结构： 措施措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 措施措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动消除传导中间隙消除传导中间隙. 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 措施措施1 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦 措施措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动消除间隙消除间隙. 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副+ +滚动导轨副滚动导轨副 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.1 概述 主要 4

23、.4.充足满足人性化要求充足满足人性化要求 方便、舒适的操作性方便、舒适的操作性 能，是操作者普遍关心的能，是操作者普遍关心的 问题。在大部分数控机床问题。在大部分数控机床 上，刀具和工件的装卸、上，刀具和工件的装卸、 刀具和夹具的调整、还需刀具和夹具的调整、还需 要操作者完成，机床的维要操作者完成，机床的维 修更离不开人，而且由于修更离不开人，而且由于 加工效率的提高，数控机加工效率的提高，数控机 床的工件装卸可能比普通床的工件装卸可能比普通 机床更加频繁，因此良好机床更加频繁，因此良好 的操作性能是数控机床设的操作性能是数控机床设 计时必须的问题。计时必须的问题。 便于操作的机床结构便于操

24、作的机床结构 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 第二节第二节 数控机床的布局特点数控机床的布局特点 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 合理选择机床布局，不但可以使机床满足数合理选择机床布局，不但可以使机床满足数 控化的要求，而且能使机械结构简单、合理、经济。控化的要求，而且能使机械结构简单、合理、经济。 数控机床大都采用数控机床大都采用机、电、液、气机、电、液、气一体化布一体化布 局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，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。易于操作及实现自动化。 第七章数控机床的机械结

25、构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 一一. .数控车床的布局结构特点数控车床的布局结构特点 水平床身：加工观察与排屑均不易。一般经济型、普及型水平床身：加工观察与排屑均不易。一般经济型、普及型 数控车床以及数控化改造的车床数控车床以及数控化改造的车床. 主要内容 数 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 倾斜床身：排屑较方便。倾斜床身：排屑较方便。 性能要求较高的中、小规格性能要求较高的中、小规格 数控车床采用斜床身（有的数控车床采用斜床身（有的 机床是用平床机床是用平床 身斜滑板）身斜滑板） 立式数控车床：立式数控车床： 排屑最方便

26、，切排屑最方便，切 屑直接落入自动屑直接落入自动 排屑的运输装置。排屑的运输装置。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 大型数控车床或大型数控车床或 精密数控车床采精密数控车床采 用立式床身。用立式床身。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 在其他方面，三种布局方式各具特点：在其他方面，三种布局方式各具特点： （1 1）热稳定性：）热稳定性：当主轴箱因发热使主轴轴线产生热变形时，斜床身的影响最小；当主轴箱因发热使主轴轴线产生热变形时，斜床身的影响最小； 斜床身、立式床身因排屑性能好，受切屑产生的热量影响也小。斜床身、立式床身因排屑性能

27、好，受切屑产生的热量影响也小。 （2 2）运动精度：）运动精度：平床身布局由于刀架水平布置，不受刀架、滑板自重的影响，平床身布局由于刀架水平布置，不受刀架、滑板自重的影响， 容易提高定位精度；立式床身受自重的影响最大，有时需要加平衡机构消除；斜容易提高定位精度；立式床身受自重的影响最大，有时需要加平衡机构消除；斜 床身介于两者之间床身介于两者之间。 （3）加工制造）加工制造 ： 平床身的加工工艺性较好，部件精度较容易保证。另外，平床平床身的加工工艺性较好，部件精度较容易保证。另外，平床 身机床工件重量产生的变形方向竖直向下，它和刀具运动方向垂直，对加工精度身机床工件重量产生的变形方向竖直向下，

28、它和刀具运动方向垂直，对加工精度 的影响较小；立式床身产生的变形方向正好沿着运动方向，对精度影响最大；斜的影响较小；立式床身产生的变形方向正好沿着运动方向，对精度影响最大；斜 床身介于两者之间。床身介于两者之间。 （4）操作、防护、排屑性能）操作、防护、排屑性能 ：斜床身的观察角度最好、工件的调整比较方便，斜床身的观察角度最好、工件的调整比较方便， 平床身有刀架的影响，加上滑板突出前方，观察、调整较困难。但是，在大型工平床身有刀架的影响，加上滑板突出前方，观察、调整较困难。但是，在大型工 件和刀具的装卸方面，平床身因其敞开面宽，起吊容易，装卸比较方便。立式床件和刀具的装卸方面，平床身因其敞开面

29、宽，起吊容易，装卸比较方便。立式床 身因切屑可以自由落下，排屑性能最好，导轨防护也较容易。在防护罩的设计上，身因切屑可以自由落下，排屑性能最好，导轨防护也较容易。在防护罩的设计上， 斜床身和立式床身结构较简单，安装也比较方便；而平床身则需要三面封闭，结斜床身和立式床身结构较简单，安装也比较方便；而平床身则需要三面封闭，结 构较复杂，制造成本较高。构较复杂，制造成本较高。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 二二. .数控铣床的布局和结构特点数控铣床的布局和结构特点 立式数控铣床立式数控铣床 特点特点： 适应较轻工件；适应较轻工件； 第七章数

30、控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 特点特点： 适应较大尺寸工件；适应较大尺寸工件； 数 控 铣 床 常 见 布 局 卧式数控铣床 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 特点特点： 适应较重工件；适应较重工件； 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 龙门数控铣床龙门数控铣床 特点特点： 适应更重更大工件。适应更重更大工件。 加工中心加工中心, ,简称简称CNCCNC， 是由机械设备与数控是由机械设备与数控 系统组成的适用于加系统组成的适用于加 工复杂形状工件的高工复杂形状工件的高 效率自动化机床。效率自动化机床。 加

31、工中心备有加工中心备有刀库刀库， 具有自动换刀功能具有自动换刀功能， 是对工件一次装夹后是对工件一次装夹后 进行多工序加工的数进行多工序加工的数 控机床。控机床。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 三三. .加工中心的布局和结构特点加工中心的布局和结构特点 主要内容主要内容 控控 铣铣 固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心 加工中心的特点：加工中心的特点： 1.1.全封闭防护全封闭防护 2.2.工序集中，加工连续工序集中，加工连续 进行；进行； 3.3.使用多把刀具，自动使用多把刀具，自动 进行刀具交换；进行刀具交换； 4.4.使用多

32、个工作台，自使用多个工作台，自 动进行工作台交换；动进行工作台交换； 5.5.功能强大，趋向复合功能强大，趋向复合 加工；加工； 6.6.高自动化、高精度、高自动化、高精度、 高效率高效率 7.7.高投入高投入 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 三三. .加工中心的布局和结构特点加工中心的布局和结构特点 主要内容主要内容 控控 铣铣 固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 三.加工中心的布局和结构特点 主要内容 控 铣 同类型的加工中心的同类型的加工中心的 结构布局相似，

33、主要结构布局相似，主要 在刀库的结构和位置在刀库的结构和位置 上有区别，一般由床上有区别，一般由床 身、主轴箱、工作台、身、主轴箱、工作台、 底座、立柱、横梁、底座、立柱、横梁、 进给机构、自动换刀进给机构、自动换刀 装置、辅助系统（气装置、辅助系统（气 液、润滑、冷却）、液、润滑、冷却）、 控制系统等组成。控制系统等组成。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 三三. .加工中心的布局和结构特点加工中心的布局和结构特点 卧卧 式式 加加 工工 中中 心心 区别在于立柱的结构形式和区别在于立柱的结构形式和X X、Z Z坐标轴的移动方式上坐标轴

34、的移动方式上 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床总体布局数控机床总体布局 三三. . 加工中心的布局和结构特点加工中心的布局和结构特点 立式加工中心立式加工中心 (a) 中、小规格机床的常用结构形式中、小规格机床的常用结构形式 (b) 多见于长床身（大多见于长床身（大X轴行程）或采用交换工作台的立式数控机床轴行程）或采用交换工作台的立式数控机床 主要内容 立式加工中心：立式加工中心： 其主轴垂直于工作台，其主轴垂直于工作台， 特点是装夹工件方便，特点是装夹工件方便， 便于操作、观察，适便于操作、观察，适 宜加工板材类、壳体宜加工板材类、壳体 类等高度方向尺寸相类等

35、高度方向尺寸相 对较小的工件。对较小的工件。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 滑枕立式加工中心滑枕立式加工中心 主要内容 O形整体床身立式加工中心 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 移动立柱卧式加工中心移动立柱卧式加工中心： 其主轴是水平设置的，其主轴是水平设置的， 工作台是具有精确分度的工作台是具有精确分度的 数控回转工作台，可实现数控回转工作台，可实现 工件一次装夹的多工位加工件一次装夹的多工位加 工，定位精度高，适合箱工，定位精度高，适合箱 体类零件的批量加工，但体类零件的批量加工，但 装夹不方便，观察不便，装夹不方便，观

36、察不便， 且体积大，价格高。且体积大，价格高。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 龙门加工中心：龙门加工中心： 在数控龙门铣床基础在数控龙门铣床基础 上加装刀具库和换刀上加装刀具库和换刀 机械手，以实现自动机械手，以实现自动 换刀功能，达到比数换刀功能，达到比数 控铣床更广泛的应用控铣床更广泛的应用 范围。范围。 数 控 铣 床 常 见 布 局 双驱卧式加工中心双驱卧式加工中心 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2

37、 数控机床总体布局数控机床总体布局 四四. .数控电火花线切割机床的布局和结构特点数控电火花线切割机床的布局和结构特点 主要内容主要内容 快走丝电火花线切割机床快走丝电火花线切割机床 垂直慢走丝电火花线切割机床垂直慢走丝电火花线切割机床 水平慢走丝电火花线切割机床水平慢走丝电火花线切割机床 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床总体布局 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床的总体布局 五五. 五面加工中心与多坐标加工中心五面加工中心与多坐标加工中心 三坐标加工中心：三坐标加工中心： 除具有普通铣床的工艺性能外，还具除具有普通铣床的工艺性能外，还具 有加工形

38、状复杂的二维以至三维复杂有加工形状复杂的二维以至三维复杂 轮廓的能力。由于具有自动换刀功能，轮廓的能力。由于具有自动换刀功能， 可完成需要铣、钻、绞和攻螺纹等多可完成需要铣、钻、绞和攻螺纹等多 工序加工的零件。特别是在卧式加工工序加工的零件。特别是在卧式加工 中心，可实现四面加工，而若主轴方中心，可实现四面加工，而若主轴方 向可换，则可实现五面加工，特别适向可换，则可实现五面加工，特别适 合于加工复杂箱体类、泵体、阀体或合于加工复杂箱体类、泵体、阀体或 壳体的加工。壳体的加工。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 7.2 数控机床的总体布局数控机床的总体布局 五五. 五面加工中心与

39、多坐标加工中心五面加工中心与多坐标加工中心 四坐标加工中心：四坐标加工中心： 在在XYZXYZ三个平动坐标轴基础上增加一个转三个平动坐标轴基础上增加一个转 动坐标轴，且四个轴一般可以联动。其动坐标轴，且四个轴一般可以联动。其 中，转动轴既可以作用于刀具，也可以中，转动轴既可以作用于刀具，也可以 作用于工件；机床既可以是立式也可以作用于工件；机床既可以是立式也可以 是卧式。此外，转动轴既可以是绕是卧式。此外，转动轴既可以是绕X X轴转轴转 动，也可以是绕动，也可以是绕Y Y轴转动。刀具的运动位轴转动。刀具的运动位 置不仅是任意可控的，而且刀具轴线的置不仅是任意可控的，而且刀具轴线的 方向在刀具摆

40、动平面内也是可以控制的。方向在刀具摆动平面内也是可以控制的。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床的总体布局 五五. 五面加工中心与多坐标加工中心五面加工中心与多坐标加工中心 五坐标加工中心：五坐标加工中心： 都具有两个回转坐标。相对于静止的工件来说，都具有两个回转坐标。相对于静止的工件来说， 其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内任意其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内任意 控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干 涉的能力。特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加涉的能力。特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加 工

41、及异型复杂零件的加工。工及异型复杂零件的加工。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.2 数控机床的总体布局 五五. 五面加工中心与多坐标加工中心五面加工中心与多坐标加工中心 五坐标机床的类型及加工实例五坐标机床的类型及加工实例 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 虚轴机床虚轴机床 传统机床的串联机构传统机床的串联机构 虚轴机床的并联机构虚轴机床的并联机构 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 虚轴机床虚轴机床 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 虚轴机床虚轴机床 德国德国MikromatMikromat 公司的公司的6X6X型机床型机床 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC

42、 第三节第三节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 7.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 主传动系统主传动系统作作用用 产生主切削产生主切削力力 对主传动系统的要求对主传动系统的要求 1)1)足够的转速范围足够的转速范围 2)2)足够的功率和扭矩足够的功率和扭矩 3)3)各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性 4)4)噪声低、运行平稳噪声低、运行平稳 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 1. 1. 主传动的变速方式主传动的变速方式 1)1)采用变

43、速齿轮传动采用变速齿轮传动 2)2)采用同步齿形带传动采用同步齿形带传动 3)3)采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴） 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3数控机床的主传动系统 1）采用变速齿轮传动 通过少数几通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速。滑对齿轮降速，使之成为分段无级变速。滑 移齿轮的移位采用液压拨叉或电磁离合器控制。移齿轮的移位采用液压拨叉或电磁离合器控制。 应用：大中型数控机床应用：大中型数控机床 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 1)1)采用变速齿轮传动采用变速齿轮传动

44、 作用：作用： 为了使主轴在低速时获得大转矩和扩大恒功率调为了使主轴在低速时获得大转矩和扩大恒功率调 速范围，通常在使用无级变速传动的基础上，再增加速范围，通常在使用无级变速传动的基础上，再增加 两级或三级辅助机械变速机构作为补充。两级或三级辅助机械变速机构作为补充。 通过分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大通过分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大 恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩的要求。恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩的要求。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.37.3数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 例：例：TND360TND360型数控车床型数控车床 主

45、要内容主要内容 作用：慢速对刀和手作用：慢速对刀和手 动调整机床动调整机床 两级齿轮变速两级齿轮变速 液压拔叉实现齿轮滑移液压拔叉实现齿轮滑移 同步齿形带同步齿形带 主轴电机主轴电机 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 2 2）采用带传动）采用带传动 主要应用在小型数控机床，可避免齿轮传动引起的振主要应用在小型数控机床，可避免齿轮传动引起的振 动和噪声，但它只适用于低扭矩特性要求的主轴。动和噪声，但它只适用于低扭矩特性要求的主轴。 常用带：多楔带、同步带常用带：多楔带、同步带 主轴脉冲编码器主轴脉冲编码器 主轴主轴 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.

46、3 数控机床的主传动系统 例：JCS-017型立式加工中心 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 多楔带:兼有v带和平带的优点，既有平带柔软、强韧的 特点，又有v带紧凑、高效等优点。 主要内容 梯形齿同步带梯形齿同步带圆弧齿同步带圆弧齿同步带 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 同步带同步带: : 利用带齿与带轮的啮合同步传动力的一种利用带齿与带轮的啮合同步传动力的一种 新型传动带。不仅具有带传动的特点，适用于大中心新型传动带。不仅具有带传动的特点，适用于大中心 距传递，而且又具有齿轮传动和链传动的特点，能够距传递，而且又具有齿

47、轮传动和链传动的特点，能够 保证准确的传动比保证准确的传动比。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 3）电主轴直接驱动：主轴与电机制成一体，使主轴驱动机 构简化。电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度 检测元件。检测元件。 内容 定子定子 转子转子 主轴电机直接驱动主轴电机直接驱动 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 主要内容 电主轴电主轴 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传

48、动系统 主要内容 3 3）电主轴直接驱动 电机轴与主轴用联轴器同轴联接。这种方式大大简化主轴结构，有效电机轴与主轴用联轴器同轴联接。这种方式大大简化主轴结构，有效 地提高主轴刚度。但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响大。地提高主轴刚度。但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响大。 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 数控机床的主传动系统 3 3）电主轴直接驱动：）电主轴直接驱动： 优点：优点：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启 动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。大大简化了动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。大大简化了

49、主运动系统结构，实现了所谓主运动系统结构，实现了所谓“零传动零传动”，使传动精度大，使传动精度大 大提高，在高速数控机床大量采用。大提高，在高速数控机床大量采用。 缺点缺点: :电机运转产生的振动和热量将直接影响电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因到主轴，因 此，主轴组件的整机此，主轴组件的整机平衡平衡、温度控制和、温度控制和冷却冷却是内装式主是内装式主 轴电机的关键问题。轴电机的关键问题。 主要内容 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 7.3 7.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 3 3）电主轴直接驱动：）电主轴直接驱动： 电主轴采用变频调速，磁场矢量控制；电主轴采用

50、变频调速，磁场矢量控制； 安装安装 前后轴承间（中大型高速加工中心前后轴承间（中大型高速加工中心) ) 后轴承之后（小型）后轴承之后（小型） 发热问题发热问题 电主轴定子外面带螺旋槽，冷却电主轴定子外面带螺旋槽，冷却 轴承发热：磁悬浮、陶瓷轴承发热：磁悬浮、陶瓷轴承轴承 第七章数控机床的机械结构与装置 CNC 轴承配置轴承配置 角接触陶瓷球轴承，滚动体小而多角接触陶瓷球轴承，滚动体小而多. . 7.3 7.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统 3 3）电主轴直接驱动：）电主轴直接驱动： 平衡问题平衡问题 结构严格对称；结构严格对称；问：能否键问：能否键连接？连接？ 可拆的阶梯过盈连接可