1、数控技术及应用数控技术及应用0绪绪 论论0.1 机床数控技术组成机床数控技术组成0.2 数控机床加工特点数控机床加工特点0.3 数控机床基本控制数控机床基本控制0.4 数控技术发展趋势数控技术发展趋势0.5 本课程的任务和学习方法本课程的任务和学习方法0 绪绪 论论10.1 机床数控技术组成机床数控技术组成1.数控技术的基本概念数控技术的基本概念数控技术是指，用数字指令来实现一台或多台机数控技术是指，用数字指令来实现一台或多台机械设备运行的控制技术，数控技术所涉及的控制通常械设备运行的控制技术，数控技术所涉及的控制通常是位置、角度、速度等机械量以及与机械能量流向有是位置、角度、速度等机械量以及
2、与机械能量流向有关的开关量。数控机床就是采用了数控技术的机床，关的开关量。数控机床就是采用了数控技术的机床，是集机械制造、计算机、自动控制、电机及拖动、电是集机械制造、计算机、自动控制、电机及拖动、电力力 电电 子子、传传 感感 器器、机机 床床 电电 器器 及及 PLC、气气 液液 压压 以以 及及 网网 络络通信等技术为一体的自动化金属切削设备，是典型的通信等技术为一体的自动化金属切削设备，是典型的机电一体的产品。机电一体的产品。图图 0-1 机床数控技术组成机床数控技术组成20 绪绪 论论数控装置是数控技术的核心，是一种专门用于数数控装置是数控技术的核心，是一种专门用于数控机床控制的计算
3、机，承担着数控机床运行的数据输控机床控制的计算机，承担着数控机床运行的数据输入、处理和计算，控制信号的输入和输出，以及网络入、处理和计算，控制信号的输入和输出，以及网络通信。现代数控装置也称为计算机通信。现代数控装置也称为计算机 数控系统数控系统（C omputer N umerical C ontrol System，简称，简称 CNC）。）。30 绪绪 论论西门子数控系统西门子数控系统SINUMERIK 840Dsl 数控系统数控系统SINUMERIK 802Dsl 数控系统数控系统0 绪绪 论论4FANUC 数控系统数控系统0 绪绪 论论FANUC 16i 数控系统数控系统FANUC 0
4、iC 数控系统数控系统FANUC 30i 数控系统数控系统FANUC 0iD 数控系统数控系统5华中数控系统华中数控系统0 绪绪 论论6HMC-180XP 数控系统数控系统HMC-18i 数控系统数控系统华华 中中 8 系系 列列 数数 控控 系系 统统72.数控机床类型数控机床类型（1）数数 控控 车车 床床图图 0-2a 普通型数控车床（平床身）普通型数控车床（平床身）0 绪绪 论论8图图 0-2b 多功能数控车床（斜床身）多功能数控车床（斜床身）0 绪绪 论论9（2）数控铣床及加工中心）数控铣床及加工中心图图 0-3a 立式数控铣床立式数控铣床0 绪绪 论论10图图 0-3b 数控卧式铣
5、镗床数控卧式铣镗床0 绪绪 论论11图图 0-3c 数控龙门铣床数控龙门铣床0 绪绪 论论动梁式动梁式定梁式定梁式12图图 0-3d 立式加工中心（斗笠式刀库）立式加工中心（斗笠式刀库）0 绪绪 论论13图图 0-3e 卧式加工中心卧式加工中心0 绪绪 论论（3）数控磨床）数控磨床图图 0-4a 数控平面磨床数控平面磨床140 绪绪 论论图图 0-4b 数控外圆磨床数控外圆磨床150 绪绪 论论（4）数数 控控 电电 火火 花花 成成 型型 机机 床床 和和 线线 切切 割割 机机 床床图图 0-5 数控电火花成型机床数控电火花成型机床160 绪绪 论论图图 0-6 数控线切割机床数控线切割机
6、床170 绪绪 论论（5）数控冲床和数控折弯机）数控冲床和数控折弯机图图 0-7 数控冲床数控冲床180 绪绪 论论图图 0-8 数控折弯机数控折弯机190 绪绪 论论0.2数控机床加工特点数控机床加工特点零件图零件图编制加工程序编制加工程序输入加工程序输入加工程序加工完成后的工件加工完成后的工件200 绪绪 论论自动切削工件自动切削工件图图 0-9 数控车床加工过程数控车床加工过程n 加工过程中无需人的过多介入，把人对加工精度的加工过程中无需人的过多介入，把人对加工精度的影响降低到最小。影响降低到最小。n 数控机床本身机械精度和控制精度都较高，加工过数控机床本身机械精度和控制精度都较高，加工
7、过程中的每一步严格按照加工程序来执行，保证了零件程中的每一步严格按照加工程序来执行，保证了零件加工精度以及精度保持的一致性。加工精度以及精度保持的一致性。n 数控机床自动化程度高，如自动换刀、自动对刀等，数控机床自动化程度高，如自动换刀、自动对刀等，有效缩短了非切削时间，加工效率高。有效缩短了非切削时间，加工效率高。n 采用标准化和模块化的刀具和夹具后，加工不同的采用标准化和模块化的刀具和夹具后，加工不同的零件只需更换相应的加工程序即可，适应性强。零件只需更换相应的加工程序即可，适应性强。210 绪绪 论论0.3 数控机床基本控制数控机床基本控制加工中心机械结构加工中心机械结构电气控制柜电气控
8、制柜220 绪绪 论论1-回转式刀库回转式刀库 2-Z 轴伺服电动机轴伺服电动机3-主轴电动机主轴电动机 4-松紧刀气缸松紧刀气缸5-主轴箱主轴箱 6-主轴主轴 7-工作台工作台8-床鞍床鞍 9-床身床身 10-X 轴伺服电动机轴伺服电动机11-I/O 模块模块 12-驱动器（主轴和伺服一驱动器（主轴和伺服一体体 式驱动器）式驱动器）13-电源开关电源开关14-继电器继电器 15-机床变压器机床变压器 16-接触器接触器17-断路器断路器 18-电源变压器电源变压器 19-开关电源开关电源图图 0-10 加工中心机械结构和电气控制柜加工中心机械结构和电气控制柜数控车床机械结构及电气控制数控车床
9、机械结构及电气控制230 绪绪 论论图图 0-11 数控机床控制组成数控机床控制组成240 绪绪 论论251.主轴控制主轴控制主轴控制涉及到的机电技术包括：主轴结主轴控制涉及到的机电技术包括：主轴结构及主轴机械传动，主轴电动机及驱动，以及构及主轴机械传动，主轴电动机及驱动，以及主轴速度和位置检测等主轴速度和位置检测等控制本质控制本质 对主轴进行控制，实际上就是对主轴电动机进行控制，对主轴进行控制，实际上就是对主轴电动机进行控制，即主轴电动机的正反转决定了主轴的转向；主轴电动机的转速决即主轴电动机的正反转决定了主轴的转向；主轴电动机的转速决定了主轴的转速。定了主轴的转速。基本功能基本功能 正、反
10、转起动及停止，主轴调速，相应数控指令为正、反转起动及停止，主轴调速，相应数控指令为M03、M04、M05 及及 S。特殊功能特殊功能 主轴定向和定位控制、主轴齿轮换挡时的摆动控制、主轴定向和定位控制、主轴齿轮换挡时的摆动控制、螺纹车削及刚性攻丝同步控制等。螺纹车削及刚性攻丝同步控制等。0 绪绪 论论卸掉罩壳后卸掉罩壳后主轴电动机及驱动、主轴机械主轴电动机及驱动、主轴机械传动实现主轴的起停和转速控制传动实现主轴的起停和转速控制260 绪绪 论论2.进给控制进给控制进给控制涉及到的机电技术包括：进给进给控制涉及到的机电技术包括：进给机械传动机构、进给电动机及驱动、位置和机械传动机构、进给电动机及驱
11、动、位置和速度检测装置、伺服系统性能及调整等速度检测装置、伺服系统性能及调整等点位控制点位控制 加工中心钻孔、扩孔、铰加工中心钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及镗孔等均为点位控制。点孔、攻丝及镗孔等均为点位控制。点位控制中，刀具从当前位置快速移动位控制中，刀具从当前位置快速移动到下一位置的过程中不进行切削，移到下一位置的过程中不进行切削，移动路径可人为设置，但要保证点与点动路径可人为设置，但要保证点与点之间的位置精度。之间的位置精度。270 绪绪 论论图图 0-12a 点位控制点位控制轨迹控制轨迹控制 数控铣床、加工中心、数控车床和数控磨床进行轮廓加数控铣床、加工中心、数控车床和数控磨床进行轮廓加工均为
12、轨迹控制。轨迹控制中，刀具按规工均为轨迹控制。轨迹控制中，刀具按规 定定 的的 路路 径径 切切 削削 零零 件件，既既 要要 保保证位置精度，又要保证刀具运动速度的稳定。证位置精度，又要保证刀具运动速度的稳定。刀具进给轨迹刀具进给轨迹图图 0-12b 铣削轨迹控制铣削轨迹控制刀具进给轨迹刀具进给轨迹图图 0-12c 车削轨迹控制车削轨迹控制280 绪绪 论论卸掉罩壳后卸掉罩壳后进给电动机及驱动、进给机械进给电动机及驱动、进给机械传动实现刀架传动实现刀架 X 和和 Z 轴的进给运动轴的进给运动XZ290 绪绪 论论3.辅助功能的控制辅助功能的控制辅助功能是数控机床能顺利完成切削加工的重要辅助功
13、能是数控机床能顺利完成切削加工的重要保证，如数控车床中刀架换刀、液压卡盘和液压尾座保证，如数控车床中刀架换刀、液压卡盘和液压尾座的动作，加工中心中的刀库选刀和换刀动作等。辅助的动作，加工中心中的刀库选刀和换刀动作等。辅助功能由功能由 M 指令和指令和 T 指令通过数控系统的指令通过数控系统的 PLC 控制完成。控制完成。主轴正、反转和停止，冷却及润滑是主轴正、反转和停止，冷却及润滑是所有数控机床应具有的辅助功能控制所有数控机床应具有的辅助功能控制300 绪绪 论论卸掉罩壳后卸掉罩壳后液压卡盘夹紧液压卡盘夹紧/松开、转塔刀松开、转塔刀架换刀、液压尾座顶尖的伸出架换刀、液压尾座顶尖的伸出/缩缩回等
14、是数控车床的辅助功能控制回等是数控车床的辅助功能控制310 绪绪 论论数控车床辅助功能数控车床辅助功能32立式加工中心（斗笠式刀库）辅助功能立式加工中心（斗笠式刀库）辅助功能0 绪绪 论论卧式加工中心辅助功能卧式加工中心辅助功能330 绪绪 论论0.4数控技术发展趋势数控技术发展趋势1.高速化高速化2.高精度化高精度化3.高可靠性高可靠性4.多轴联动和功能复合化多轴联动和功能复合化5.工业机器人在数控加工生产线中的应用工业机器人在数控加工生产线中的应用6.智能化智能化7.网络化网络化8.绿色化绿色化340 绪绪 论论高高 速速 化化 电电 主主 轴轴350 绪绪 论论传统数控机床主轴驱动方式：
15、传统数控机床主轴驱动方式：主轴电动机主轴电动机+机械传动机构机械传动机构+主轴部件主轴部件电主轴电主轴电动机转子为主轴电动机转子为主轴高高 速速 化化 直直 线线 电电 机机传统数控机床伺服驱动方式：传统数控机床伺服驱动方式：伺服电动机伺服电动机+滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副+工作台工作台直线电机直线电机电动机的定电动机的定子、转子相对直线运动子、转子相对直线运动360 绪绪 论论车铣复合加工中心车铣复合加工中心车铣复合加工中心车铣复合加工中心 是是 一一 种种 以以 工工序集中为原则的新型数控机床，零序集中为原则的新型数控机床，零件通过一次装夹可完成多种加工工件通过一次装夹可完成多种加工工序
16、，如车削、钻孔、攻丝、平面铣序，如车削、钻孔、攻丝、平面铣削、铣槽等加工工序。削、铣槽等加工工序。37与普通加工时工与普通加工时工件在不同机床上加工件在不同机床上加工相比，大大降低了装相比，大大降低了装夹时间，提高了加工夹时间，提高了加工效率；同时，减少了效率；同时，减少了装夹定位误差，提高装夹定位误差，提高了加工精度。了加工精度。0 绪绪 论论工业机器人在数控加工生产线中的应用工业机器人在数控加工生产线中的应用0 绪绪 论论桁架式搬运机器人桁架式搬运机器人导轨式移动搬运机器人导轨式移动搬运机器人固定式回转搬运机器人固定式回转搬运机器人380 绪绪 论论39主轴部件中安装有主轴部件中安装有加速
17、度传感器、轴加速度传感器、轴承温度传感器等承温度传感器等智智 能能 化化 主主 轴轴 轴轴 承承 故故 障障 预预 警警由电流传感器（安装在主由电流传感器（安装在主轴电动机驱动器中）检测轴电动机驱动器中）检测主轴电动机运行电流主轴电动机运行电流网网 络络 化化 数数 控控 机机 床床 远远 程程 故故 障障 诊诊 断断0 绪绪 论论40本课程涉及的学科面广，需要有广泛的专本课程涉及的学科面广，需要有广泛的专业基础和理论知识。学好本课程的关键在于理业基础和理论知识。学好本课程的关键在于理论联系实际，要重视实验，善于借鉴，从整体论联系实际，要重视实验，善于借鉴，从整体上把握数控机床的运行原理和控制
18、过程，以及上把握数控机床的运行原理和控制过程，以及加工程序的基本指令和程序编制的方法。加工程序的基本指令和程序编制的方法。0.5本课程的任务和学习方法本课程的任务和学习方法410 绪绪 论论本章结束，感谢您的聆听学习！本章结束，感谢您的聆听学习！数控技术及应用数控技术及应用1数控机床机械传动数控机床机械传动1.1 进给机械传动进给机械传动1.2 主轴机械传动主轴机械传动1.3 辅助装置辅助装置1.4 进给机械传动特性进给机械传动特性1 数控机床机械传动数控机床机械传动11.1 进给机械传动进给机械传动1.1.1 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副1.作作 用用滚珠丝杠螺母副是数控机床进给机械传动的重
19、要部件，是一种将滚珠丝杠螺母副是数控机床进给机械传动的重要部件，是一种将旋转运动转换成直线运动的传动部件。旋转运动转换成直线运动的传动部件。图图 1-1a 滚珠丝杠与伺服电动机直联滚珠丝杠与伺服电动机直联图图 1-1b 滚珠丝杠通过同步带与伺服电动机连接滚珠丝杠通过同步带与伺服电动机连接21 数控机床机械传动数控机床机械传动2.滚珠丝杠螺母副的特点滚珠丝杠螺母副的特点（1）循循 环环 方方 式式图图 1-2a 内循环内循环图图 1-2b 外循环外循环（2）丝杠螺距及累积误差）丝杠螺距及累积误差3图图 1-3a 丝杠螺距丝杠螺距由丝杠螺距累积误差引起的机床坐标轴定位误差，可通过数控由丝杠螺距累积
20、误差引起的机床坐标轴定位误差，可通过数控系统的软件进行补偿（丝杠螺距累积误差补偿），以提高轴的定位系统的软件进行补偿（丝杠螺距累积误差补偿），以提高轴的定位精度。精度。1 数控机床机械传动数控机床机械传动（3）定定 位位 误误 差差 测测 量量干涉镜固定，反光镜随运动部件（工干涉镜固定，反光镜随运动部件（工作台）移动。激光器发出的输入光束经干作台）移动。激光器发出的输入光束经干涉镜中的半反半透镜后分为两路，一路为涉镜中的半反半透镜后分为两路，一路为参考光束，另一路为测量光束并经角锥反参考光束，另一路为测量光束并经角锥反光镜反射。当反射镜随工作台一起移动时，光镜反射。当反射镜随工作台一起移动时，
21、测量光束的光路长度发生改变，由于多普测量光束的光路长度发生改变，由于多普勒效应，测量光束的频率相对参考光束的勒效应，测量光束的频率相对参考光束的频率产生平移，由此，测量光束和参考光频率产生平移，由此，测量光束和参考光束在干涉镜处产生干涉，其叠加光束产生束在干涉镜处产生干涉，其叠加光束产生明暗相间的周期变化。侦测器通过测量叠明暗相间的周期变化。侦测器通过测量叠加光束明暗变化的条纹，计算出角锥反光加光束明暗变化的条纹，计算出角锥反光镜的移动距离。镜的移动距离。1 数控机床机械传动数控机床机械传动41 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-4 激光干涉仪定位误差测量示意图激光干涉仪定位误差测量示
22、意图51 数控机床机械传动数控机床机械传动6图图 1-3b 丝杠螺距累积误差曲线丝杠螺距累积误差曲线补偿前补偿前丝杠螺距累积误差补偿前后定位误差曲线比较丝杠螺距累积误差补偿前后定位误差曲线比较1 数控机床机械传动数控机床机械传动7（4）丝丝 杠杠 螺螺 距距 累累 积积 误误 差差 补补 偿偿误差补偿是人为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误误差补偿是人为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度的方法。误差补偿采用的差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度的方法。误差补偿采用的是是“软软 技技 术术”，即即 将将 测测 量量 得得 到到 的的
23、 实实 际际 位位 置置 误误 差差 按按 数数 控控 系系 统统 规规 定定 的的 格格 式式，输输入到数控系统中作为补偿值，在系统软件的控制下将补偿值叠加到位置入到数控系统中作为补偿值，在系统软件的控制下将补偿值叠加到位置控制指令中。控制指令中。补偿后补偿后1 数控机床机械传动数控机床机械传动3.丝杠螺母预紧丝杠螺母预紧图图 1-5a 双螺母垫片预紧双螺母垫片预紧图图 1-5b 单螺母错位预紧单螺母错位预紧由丝杠螺母副反向间隙引起的坐由丝杠螺母副反向间隙引起的坐标轴定位误差，可通过数控系统的软标轴定位误差，可通过数控系统的软件进行补偿（反向间隙补偿），以提件进行补偿（反向间隙补偿），以提高
24、轴的定位精度。高轴的定位精度。8一端固定、一端自由一端固定、一端自由一端固定、一端游动一端固定、一端游动两端固定两端固定4.丝杠支承及预紧丝杠支承及预紧（1）丝丝 杠杠 轴轴 承承 预预 紧紧1 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-6d 支承支承 A 结构结构9支承支承 B 放大放大两端固定两端固定（2）丝丝 杠杠 预预 紧紧10图图 1-6d 支承支承 B 结构结构通过使丝杠产生微拉伸实现丝杠预紧。丝杠预紧一方通过使丝杠产生微拉伸实现丝杠预紧。丝杠预紧一方面能提高丝杠传动刚度，有利于进给传动的稳定性；另一面能提高丝杠传动刚度，有利于进给传动的稳定性；另一方面还能抵消丝杠传动时的热变形。
25、方面还能抵消丝杠传动时的热变形。1 数控机床机械传动数控机床机械传动5.反向间隙测量及补偿反向间隙测量及补偿反向间隙测量循环反向间隙测量循环反向间隙补偿就是数控系统在执行运反向间隙补偿就是数控系统在执行运动指令过程中，当进给方向改变时自动地动指令过程中，当进给方向改变时自动地在位置指令上叠加一个补偿值，以补偿由在位置指令上叠加一个补偿值，以补偿由于反向间隙造成的位置精度的降低，该补于反向间隙造成的位置精度的降低，该补偿值就是通过测量得到的反向间隙值。反偿值就是通过测量得到的反向间隙值。反向间隙补偿值设定在数控系统的参数中。向间隙补偿值设定在数控系统的参数中。11数数 控控 车车 床床 Z 轴轴
26、 反反 向向 间间 隙隙 测测 量量立立 式式 数数 控控 铣铣 床床 X 轴轴 反反 向向 间间 隙隙 测测 量量1 数控机床机械传动数控机床机械传动当伺服电动机连接垂直安装的滚珠丝当伺服电动机连接垂直安装的滚珠丝杠时，由于滚珠丝杠无自锁功能，当机床杠时，由于滚珠丝杠无自锁功能，当机床断电且无锁紧装置时，丝杠在主轴箱或刀断电且无锁紧装置时，丝杠在主轴箱或刀架重力的作用下产生自旋，主轴箱或刀架架重力的作用下产生自旋，主轴箱或刀架会自行下落。为防止这一现象，在伺服电会自行下落。为防止这一现象，在伺服电动机中安装有电磁制动器（又称电磁抱动机中安装有电磁制动器（又称电磁抱闸），在伺服电动机断电时由抱
27、闸锁紧电闸），在伺服电动机断电时由抱闸锁紧电动机转子，不使丝杠转动。动机转子，不使丝杠转动。斜斜 床床 身身 数数 控控 车车 床床 X 轴轴 伺伺服电动机（带电磁抱闸）服电动机（带电磁抱闸）6.垂直轴防下滑与平衡垂直轴防下滑与平衡（1）电电 磁磁 制制 动动 器器 防防 下下 滑滑立立 式式 数数 控控 铣铣 床床/加加 工工 中中 心心 Z 轴轴伺服电动机（带电磁抱闸）伺服电动机（带电磁抱闸）121 数控机床机械传动数控机床机械传动链条链条主轴箱主轴箱（2）平平 衡衡 方方 式式n 平衡块平衡块13图图 1-7a 平衡块平衡平衡块平衡1 数控机床机械传动数控机床机械传动n 平衡液压缸平衡液
28、压缸平衡液压缸平衡液压缸14图图 1-7ba 液压平衡液压平衡1 数控机床机械传动数控机床机械传动1 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-8a 矩形矩形-矩形组合矩形组合1.1.2 导导 轨轨1.滑动导轨滑动导轨（1）导导 轨轨 类类 型型 及及 导导 向向 方方 式式15铸铁铸铁-铸铁摩擦系数为铸铁摩擦系数为 0.18压板用来调整导轨支承面的间隙，压板用来调整导轨支承面的间隙，保证在垂直面内的直线移动精度，并承保证在垂直面内的直线移动精度，并承受颠覆力矩。受颠覆力矩。镶条用来调整导轨侧面的间隙，保镶条用来调整导轨侧面的间隙，保证导轨在水平面内直线移动精度。证导轨在水平面内直线移动精度。
29、16AB1 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-8b 三角形三角形-矩形组合矩形组合以三角形导轨作为主要导向以三角形导轨作为主要导向面，侧向间隙能自动补偿，无需面，侧向间隙能自动补偿，无需镶条调整。镶条调整。n 压板调整方式压板调整方式修磨刮研式修磨刮研式垫片式垫片式1 数控机床机械传动数控机床机械传动17镶条式镶条式图图 1-9a 压板压板n 镶条调整方式镶条调整方式平镶条平镶条斜镶条斜镶条1 数控机床机械传动数控机床机械传动18图图 1-9b 镶条镶条（2）塑塑 料料 导导 轨轨金属对金属的滑动导轨由于金属对金属的滑动导轨由于 静静 摩摩 擦擦 系系 数数 和和 动动 摩摩 擦擦 系
30、系 数数 不不 同同，存存 在在 低低 速速爬行爬行 的现象，表现为，在低速进给（的现象，表现为，在低速进给（0.05mm/min）切削时，刀架或工作）切削时，刀架或工作台时走时停，机床产生振动，影响工件表面加工质量。台时走时停，机床产生振动，影响工件表面加工质量。为了改善滑动导轨的摩擦特性，提高导轨的耐磨性和定位精度，数为了改善滑动导轨的摩擦特性，提高导轨的耐磨性和定位精度，数控机床滑动导轨常采用控机床滑动导轨常采用 塑料导轨塑料导轨。塑料导轨是一种由高分子材料制成的塑料导轨是一种由高分子材料制成的复合材料，也称机床导轨软带，含有丰富复合材料，也称机床导轨软带，含有丰富的固体润滑剂微粒，具有
31、优异的摩擦和磨的固体润滑剂微粒，具有优异的摩擦和磨损特性。损特性。导轨软带用粘接剂粘贴在打磨后的金导轨软带用粘接剂粘贴在打磨后的金属导轨面上，一般粘贴在滑动导轨副的短属导轨面上，一般粘贴在滑动导轨副的短导轨（动导轨，如车床溜板导轨）上，与导轨（动导轨，如车床溜板导轨）上，与长导轨（静导轨）配合滑动。长导轨（静导轨）配合滑动。1 数控机床机械传动数控机床机械传动19201 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-10 塑料导轨结构示意图塑料导轨结构示意图铸铁铸铁-聚四氟乙烯摩擦系数为聚四氟乙烯摩擦系数为 0.06高耐磨：高耐磨：耐磨性是铸铁导轨的耐磨性是铸铁导轨的 10 倍，导轨精度保持性好。
32、倍，导轨精度保持性好。低摩擦：低摩擦：摩擦系数摩擦系数 0.06，仅为铸铁导轨的，仅为铸铁导轨的 1/3，大大降低了驱动能耗。，大大降低了驱动能耗。无爬行：无爬行：动、静摩擦系数接近，微动进给定位好，运行平稳。动、静摩擦系数接近，微动进给定位好，运行平稳。吸振好：吸振好：可减少噪音和振动，提高加工精度。可减少噪音和振动，提高加工精度。润滑佳：润滑佳：自润滑性能好，即使润滑系统出现故障也可避免导轨擦伤。自润滑性能好，即使润滑系统出现故障也可避免导轨擦伤。维修易：维修易：导轨维修只需更换新的软带。导轨维修只需更换新的软带。211 数控机床机械传动数控机床机械传动2.滚动导轨滚动导轨当滑块与导轨作相
33、对运动时，滚当滑块与导轨作相对运动时，滚动体沿着导轨上的滚道滚动，在滑块动体沿着导轨上的滚道滚动，在滑块端部滚动体通过反向器再进入滚道，端部滚动体通过反向器再进入滚道，由此循环运动。反向器两端装有防尘由此循环运动。反向器两端装有防尘密封端盖，可有效防止灰尘进入滑块密封端盖，可有效防止灰尘进入滑块中。滑块中滚动体采用脂润滑或通过中。滑块中滚动体采用脂润滑或通过油嘴进行油润滑。油嘴进行油润滑。反向器反向器滑轨滑轨滑块滑块滚珠滚珠滚珠滚动导轨摩擦系数为滚珠滚动导轨摩擦系数为 0.0020.003油嘴油嘴图图 1-11a 滚动导轨组成滚动导轨组成滚柱滚柱滚柱滚动导轨摩擦系数为滚柱滚动导轨摩擦系数为 0
34、.0050.011 数控机床机械传动数控机床机械传动螺钉固定螺钉固定压板固定压板固定楔形块固定楔形块固定22图图 1-11c 导轨和滑块侧向定位固定方式导轨和滑块侧向定位固定方式图图 1-11b 导轨安装位置导轨安装位置3.滚动导轨块滚动导轨块单列滚柱循环单列滚柱循环双列滚柱循环双列滚柱循环123456231-防护板防护板 2-盖板盖板 3-滚柱滚柱 4-导向片导向片 5-保持器保持器 6-本体本体图图 1-12a 结构组成结构组成图图 1-12b 单列滚动导轨块安装示意图单列滚动导轨块安装示意图1 数控机床机械传动数控机床机械传动1 数控机床机械传动数控机床机械传动1.2 主轴机械传动主轴机
35、械传动1.2.1 数控机床主轴传动方式数控机床主轴传动方式1.带传动带传动24图图 1-13 带传动带传动2.齿轮换挡传动齿轮换挡传动滑移齿轮滑移齿轮中间轴（花键轴）中间轴（花键轴）25图图 1-14 主轴齿轮液压换挡变速主轴齿轮液压换挡变速1 数控机床机械传动数控机床机械传动1 数控机床机械传动数控机床机械传动主轴采用齿轮换挡变主轴采用齿轮换挡变速的目的：获得主轴低速速的目的：获得主轴低速大转矩，并扩大恒功率调大转矩，并扩大恒功率调速范围。速范围。261 数控机床机械传动数控机床机械传动3.主轴直接驱动主轴直接驱动卸掉罩壳后卸掉罩壳后27某型号主轴直接驱动结构示意图某型号主轴直接驱动结构示意
36、图图图 1-15 主轴直接驱动主轴直接驱动1 数控机床机械传动数控机床机械传动1.2.2 数控车床主轴数控车床主轴1.主轴部件主轴部件图图 1-16 数控车床主轴部件及内部结构数控车床主轴部件及内部结构1-主轴电动机主轴电动机 2-主轴编码器主轴编码器 3-皮带轮皮带轮4-编码器同步带轮编码器同步带轮 5-后轴承圆螺母后轴承圆螺母6-后端角接触球轴承后端角接触球轴承 7-前端轴承圆螺母前端轴承圆螺母8-后端角接触球轴承组后端角接触球轴承组 9-法兰法兰10-密封圈密封圈 11-主轴主轴281 数控机床机械传动数控机床机械传动2.主轴辅助装置主轴辅助装置（1）主轴编码器（必装）主轴编码器（必装）
37、主轴编码器主轴编码器1:1 同步带连接同步带连接主轴编码器用于检主轴编码器用于检测主轴的实际转速和角测主轴的实际转速和角位移。位移。29（2）主主 轴轴 液液 压压 卡卡 盘盘（选选 装装）卸掉主轴箱、主轴及主轴编码器后卸掉主轴箱、主轴及主轴编码器后30图图 1-17a 主轴液压卡盘组成主轴液压卡盘组成1 数控机床机械传动数控机床机械传动1 数控机床机械传动数控机床机械传动31图图 1-17b 主轴液压卡盘结构主轴液压卡盘结构减减 压压 阀阀 1 调调 定定 压压 力力 为为 高高 压压，减减 压压 阀阀 2 调调 定定 压压力为低压，电磁阀力为低压，电磁阀 3 用于高压和低压切换，电用于高压
38、和低压切换，电磁阀磁阀 4 用于夹紧和松开切换。液压卡盘的夹紧用于夹紧和松开切换。液压卡盘的夹紧和松开由数控系统的和松开由数控系统的 PLC 控制。控制。图图 1-18 主轴液压卡盘的液压系统主轴液压卡盘的液压系统1.2.3 数控铣床及加工中心主轴数控铣床及加工中心主轴1 数控机床机械传动数控机床机械传动32主轴部件主轴部件图图 1-19 立式加工中心主轴立式加工中心主轴1 数控机床机械传动数控机床机械传动33图图 1-20 主轴内部结构及组成主轴内部结构及组成过滤器过滤器减压阀减压阀油雾器油雾器图图 1-21 主轴松紧刀气动控制回路主轴松紧刀气动控制回路1 数控机床机械传动数控机床机械传动3
39、41.3 辅助装置辅助装置数控车床辅助装置数控车床辅助装置n 冷却和润滑冷却和润滑n 刀架刀架n 液压卡盘及尾架等液压卡盘及尾架等数控铣床及加工中心辅助装置数控铣床及加工中心辅助装置n 冷却和润滑冷却和润滑n 主轴松紧刀装置主轴松紧刀装置n 刀库及换刀装置刀库及换刀装置n 数控转台等数控转台等辅助装置的动作由数控系统的辅助装置的动作由数控系统的 PLC 进行控制进行控制1 数控机床机械传动数控机床机械传动35换刀指令（换刀指令（T）刀刀架电动机正转架电动机正转 刀架体刀架体抬起抬起 刀架体正向旋转刀架体正向旋转选刀选刀 电动机停止并反电动机停止并反转转 刀刀 架架 体体 落落 下下 并并 锁锁
40、 紧紧1.3.1 数控车床刀架数控车床刀架1.四方电动刀架四方电动刀架36图图 1-22 四方电动刀架四方电动刀架1 数控机床机械传动数控机床机械传动端面分度齿盘（鼠齿盘）端面分度齿盘（鼠齿盘）凸轮绝对式码盘和接近开关凸轮绝对式码盘和接近开关2.转塔刀架转塔刀架1 数控机床机械传动数控机床机械传动37图图 1-23 液压转塔刀架液压转塔刀架换刀过程：换刀过程：刀塔松开伸出刀塔松开伸出 分度分度 预定位预定位 精定位精定位 缩回夹紧缩回夹紧液压马达通过驱动凸轮和齿轮机构实现刀塔分度（双向旋转和就液压马达通过驱动凸轮和齿轮机构实现刀塔分度（双向旋转和就近选刀），液压缸通过带动刀塔主轴实现刀塔夹紧和
41、松开，刀塔定位近选刀），液压缸通过带动刀塔主轴实现刀塔夹紧和松开，刀塔定位由端面齿盘实现，选刀由凸轮绝对式码盘和接近开关来检测。由端面齿盘实现，选刀由凸轮绝对式码盘和接近开关来检测。1 数控机床机械传动数控机床机械传动液压马达液压马达刀塔松开刀塔松开刀塔夹紧刀塔夹紧38电动转塔刀架电动转塔刀架n 刀刀 塔塔 无无 需需 伸伸 出出 和和 缩缩 回回 就就 可可 进进 行行 松松 开开、分分 度度 和和 夹夹 紧紧刀塔电动机通过齿轮和刀塔电动机通过齿轮和凸轮等传动机构实现刀塔凸轮等传动机构实现刀塔分度和夹紧、松开控制，分度和夹紧、松开控制，刀盘由端齿盘实现定位。刀盘由端齿盘实现定位。刀塔电动机的
42、正、反转和刀塔电动机的正、反转和停停 止止 由由 数数 控控 系系 统统 的的 PLC 和和继继 电电 器器-接接 触触 器器 控控 制制。1-刀塔电动机刀塔电动机 2-齿轮齿轮 3-电机齿轮电机齿轮 4-行星齿轮行星齿轮 5-空套齿轮空套齿轮6-锁紧接近开关锁紧接近开关 7-预分度到位接近开关预分度到位接近开关 8-预分度电磁铁预分度电磁铁9-插销插销 10-刀塔刀塔 11-挡圈挡圈 12-定齿盘定齿盘 13-分度主轴分度主轴 14-动齿盘动齿盘15-弹簧弹簧 16-滚轮架滚轮架 17-滚轮滚轮 18-驱动齿轮驱动齿轮 19-箱体箱体20-绝对式编码器绝对式编码器 21-后盖后盖 22-刀塔
43、电动机电磁抱闸刀塔电动机电磁抱闸n 刀刀 塔塔 可可 双双 向向 回回 转转 和和 任任 意意 刀刀 位位 就就 近近 选选 刀刀1 数控机床机械传动数控机床机械传动39刀塔电动机刀塔电动机伺服转塔刀架伺服转塔刀架伺服电动机伺服电动机用伺服电动机进行刀塔用伺服电动机进行刀塔分度，实现双向转位及最短分度，实现双向转位及最短路径选刀；用液压缸实现刀路径选刀；用液压缸实现刀塔的夹紧和松开，刀塔由端塔的夹紧和松开，刀塔由端齿盘实现定位。齿盘实现定位。刀刀 塔塔 伺伺 服服 电电 动动 机机 作作 为为 数数 控控 系系 统统 的的 PLC 轴轴，通通 过过 传传 动动 机机 构构 对对 刀刀塔进行分度
44、和定位。伺服电动机的运行是通过数控系统专门功能塔进行分度和定位。伺服电动机的运行是通过数控系统专门功能的的 PLC 程程 序序 和和 伺伺 服服 驱驱 动动 器器 来来 完完 成成 的的。PLC 轴轴 在在 数数 控控 机机 床床 中中 特特 别别 适适用于刀库或刀架选刀、回转工作台分度定位等场合。用于刀库或刀架选刀、回转工作台分度定位等场合。1 数控机床机械传动数控机床机械传动40钻孔钻孔攻丝攻丝铣键槽铣键槽铣曲线槽铣曲线槽铣侧平面铣侧平面动力刀架动力刀架在伺服转塔刀架上搭载驱动模块，为加工刀位上的旋转刀具提供在伺服转塔刀架上搭载驱动模块，为加工刀位上的旋转刀具提供动力。配合主轴动力。配合主
45、轴 C 轴功能，在数控车床上实现钻孔、攻丝及铣削等加工。轴功能，在数控车床上实现钻孔、攻丝及铣削等加工。配置动力刀架的数控车床又称为配置动力刀架的数控车床又称为“车削中心车削中心”。刀塔刀塔VDI 动力刀座动力刀座1 数控机床机械传动数控机床机械传动41单伺服动力刀架单伺服动力刀架 刀塔转刀塔转位和刀具旋转由同一个伺位和刀具旋转由同一个伺服电动机驱动实现。服电动机驱动实现。双伺服动力刀架双伺服动力刀架 刀塔转位和刀塔转位和刀具旋转分别由伺服电动机和刀具旋转分别由伺服电动机和动力头电动机驱动实现。动力头电动机驱动实现。1 数控机床机械传动数控机床机械传动421.3.2 车床液压尾架车床液压尾架1
46、 数控机床机械传动数控机床机械传动43图图 1-24 液压尾座液压尾座1.3.3 加工中心刀库及换刀加工中心刀库及换刀1.斗笠式刀库（适用于立式加工中心）斗笠式刀库（适用于立式加工中心）（1）结结 构构 及及 动动 作作 过过 程程44绝对式换刀：绝对式换刀：每次换刀后，每次换刀后，刀座号与刀具号是一一对应的。刀座号与刀具号是一一对应的。图图 1-25 斗笠式刀库的结构斗笠式刀库的结构1 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-26 刀库气缸气动控制回路刀库气缸气动控制回路1 数控机床机械传动数控机床机械传动45（2）换换 刀刀 过过 程程1）数数 控控 系系 统统 得得 到到 换换 刀刀
47、指指 令令 后后，主主 轴轴 自自 动动返回到换刀点，同时主轴实现准停控制。返回到换刀点，同时主轴实现准停控制。2）刀盘旋转，将与当前主轴上刀具号刀盘旋转，将与当前主轴上刀具号（设为旧刀具）对应的刀座号转到换刀点。（设为旧刀具）对应的刀座号转到换刀点。3）刀刀 盘盘 从从 原原 位位 由由 气气 缸缸 活活 塞塞 推推 出出，当当 卡卡 夹夹抓住主轴上旧刀具时，抓刀到位开关接通，抓住主轴上旧刀具时，抓刀到位开关接通，表示抓刀完成。表示抓刀完成。4）主主 轴轴 松松 紧紧 刀刀 气气 缸缸 动动 作作，主主 轴轴 旧旧 刀刀 具具 松松 刀刀，且且 对对 主主 轴轴 锥锥 孔孔 吹吹 气气，当当
48、 主主 轴轴 松松 刀刀 到到 位位开关接通时，表示松刀完成。开关接通时，表示松刀完成。5）主主 轴轴 上上 移移，主主 轴轴 中中 旧旧 刀刀 具具 留留 在在 刀刀 夹夹 上上，拔拔 刀刀 完完 成成。6）刀刀 库库 再再 次次 旋旋 转转，将将 指指 令令 刀刀 具具（设设 为为 新新 刀刀 具具）对对 应应 的的 刀刀 座座 号号 转转 到到 换换 刀刀 点点，选选 刀刀 完完成。成。7）主主 轴轴 再再 次次 下下 移移 至至 换换 刀刀 点点，新新 刀刀 具具 插插 入入 主主 轴轴 锥锥 孔孔 中中，插插 刀刀 完完 成成。8）主主 轴轴 松松 紧紧 气气 缸缸 动动 作作，新新
49、 刀刀 具具 在在 主主 轴轴 中中 紧紧 刀刀，当当 主主 轴轴 紧紧 刀刀 到到 位位 开开 关关 接接 通通 时时，表表 示示紧刀完成。紧刀完成。9）刀刀 盘盘 气气 缸缸 活活 塞塞 缩缩 回回，当当 刀刀 库库 复复 位位 开开 关关 接接 通通，换换 刀刀 过过 程程 结结 束束。1 数控机床机械传动数控机床机械传动462.圆盘式刀库及换刀机械手（适用于卧式加工中心）圆盘式刀库及换刀机械手（适用于卧式加工中心）A换刀机械手换刀机械手1 数控机床机械传动数控机床机械传动47刀套刀套主轴主轴1 数控机床机械传动数控机床机械传动48换刀机械手换刀机械手图图 1-27 圆盘式刀库换刀时机械
50、手和刀套的状态圆盘式刀库换刀时机械手和刀套的状态随机式换刀：随机式换刀：每次换刀后，同一个刀套中的刀具号是变化的每次换刀后，同一个刀套中的刀具号是变化的刀库选刀刀库选刀刀套翻转刀套翻转机械手抓刀机械手抓刀机械手拔刀机械手拔刀刀具交换刀具交换机械手插刀机械手插刀机械手和刀套复位机械手和刀套复位换刀过程分解图换刀过程分解图1 数控机床机械传动数控机床机械传动49换刀位置换刀位置刀套刀套转盘电动机转盘电动机n 若指令刀具不在换刀位置，转盘电若指令刀具不在换刀位置，转盘电动机正传或反转，以最短路径方式将动机正传或反转，以最短路径方式将指令刀具转到换刀位置。指令刀具转到换刀位置。（1）选选 刀刀执行执行
