第七章數控機床

1、金屬切削機床金屬切削機床 第七章第七章 數控機床數控機床 2022年年5月月26日日第7章 數 控 機 床學習目標：學習目標： u數控機床的組成、結構和基本原理。u數控機床的主要性能指標。u加工中心的用途和分類。第7章 數 控 機 床7.1 7.1 概概 述述一、數控機床的產生一、數控機床的產生 1 1、大批大量生產大批大量生產：采用專用機床、組合機床、生產線、自動線以及相應的工裝。 這種生產方式的投資大、周期長、產品不易更新換代。 2、單件、中小批的生產：單件、中小批的生產：采用通用萬能機床和仿形機床。 這種生產方式需要制造靠模和調整機床，要求工人技術高，同時生產準備周期長，加工精度很難達到

2、更高的要求。 第7章 數 控 機 床 3、復雜、精密、單件小批量以及多變的零件復雜、精密、單件小批量以及多變的零件加工：加工：數控機床 數控機床的特點 ： a可以加工形狀復雜的工件； b靈活性較強； c生產率較高 ； d加工精度較高和加工質量較穩(wěn)定； e改善了勞動條件，減輕了工人的勞動強度； f便于實現生產過程的 自動化管理。第7章 數 控 機 床二、數控機床的定義二、數控機床的定義 數控機床數控機床(CNC)(CNC)：裝有程序控制系統(tǒng)（數控系統(tǒng)）的機床（COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL SYSTEM）。 數控機床將加工過程中的各種機床動作，用數字化的代碼表示，然

3、后通過程序載體把信息輸入數控系統(tǒng)，數控系統(tǒng)對輸入信息進行處理，輸出控制信號，控制機床伺服電機或其他執(zhí)行元件，使機床加工出所需要的工件。 第7章 數 控 機 床數控程序數控程序(NC Program)(NC Program)：輸入數控系統(tǒng)中的、使數控機床執(zhí)行一個確定的加工任務的、具有特定代碼和其他符號編碼的一系列指令。數控編程數控編程：生成讓數控機床進行零件加工的數控程序的過程。數控加工：數控加工：根據零件圖樣和工藝要求等原始條件編制零件數控加工程序、輸入數控系統(tǒng)，控制數控機床中刀具和工件的相對運動，從而完成零件的加工。第7章 數 控 機 床三、數控機床的組成三、數控機床的組成 數控機床組成框圖

4、 數控機床由加工程序加工程序、輸入裝置輸入裝置、計算機數計算機數控裝置控裝置、伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置輔助控制裝置、機床本體機床本體、位置檢測反饋伺服系統(tǒng)位置檢測反饋伺服系統(tǒng)等部分組成。第7章 數 控 機 床加工程序加工程序：加工程序存儲著加工零件的全部信息和刀具相對工件的位移信息等。加工程序可存儲在控制介質上，如各種存儲卡、磁盤等。目前最常用的是數控內存及外圍存儲設備，如計算機硬盤、U盤等。輸入裝置輸入裝置：將控制介質上的加工程序輸入數控系統(tǒng)。輸入方式也可以通過手工（ MDI）通過鍵盤輸入和通訊的方式輸入。計算機數控裝置：計算機數控裝置：是最重要的控制核心，其作用相當于人的大腦，主要負

5、責接收輸入裝置的輸入的加工信第7章 數 控 機 床號、存儲和計算有關數據、邏輯判斷以及控制輸入輸出等，同時向機床的各個驅動機構發(fā)出運動指令，協(xié)調機床各個部件并準確執(zhí)行零件的加工程序。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)：接收來自數控裝置的指令信息，經功率放大后，嚴格按照指令信息要求驅動機床的移動部件，以便加工出符合圖樣要求的零件。伺服系統(tǒng)包括驅動裝置和執(zhí)行機構兩大部件。反饋系統(tǒng)（位置檢測裝置）：反饋系統(tǒng)（位置檢測裝置）：測量元件將數控機床各坐標軸的位移指令值檢測出來并經反饋系統(tǒng)輸入第7章 數 控 機 床到機床的數控裝置中，數控裝置對反饋回來的實際位移值與設定值進行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設定值所需的位移量指令。

6、機床本體機床本體：與傳統(tǒng)機床比較，數控機床本體仍然由主傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺、輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等組成。但數控機床的整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結構和操作結構等方面都發(fā)生了很大的改變，主要為了滿足數控系統(tǒng)對數控機床的要求。第7章 數 控 機 床 數控裝置邏輯框圖第7章 數 控 機 床四、數控機床的工作原理四、數控機床的工作原理 u 根據被加工零件的圖樣和工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序u 將編好的程序輸入到數控系統(tǒng)中u 數控裝置將程序進行譯碼、運算，生產一系列指令，向機床各個坐標的伺服機構和輔助控制裝置發(fā)出控制信號，驅動相應的

7、部件動作，以加工出合格的零件。第7章 數 控 機 床五、數控機床的特點五、數控機床的特點 適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負責運動實現負責運動經濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 適應性即所謂的柔性，是指數控機床隨生產對象變化而變化的適應能力。在數控機床上改變加工零件時，只需重新編制程序，輸入新的程序后就能實現對新的零件的加工；而不需改變機械部分和控制部分的硬件，且生產過程是自動完成的。這就為復雜結構零件的單件、小批量生產以及試制新產品提供了極大的方便。適應性強是數控機床最突出的優(yōu)點，也是數控機床得以生產和迅速發(fā)展的主要原因。第7章 數 控 機

8、床五、數控機床的特點五、數控機床的特點 適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負責運動實現負責運動經濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 數控機床是按數字形式給出的指令進行加工的，一般情況下工作過程不需要人工干預，消除了操作者人為產生的誤差。在設計制造數控機床時，采取了許多措施，使數控機床的機械部分達到了較高的精度和剛度。數控機床工作臺的移動當量普遍達到了0.010.0001mm，而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數控裝置進行補償，高檔數控機床采用光柵尺進行工作臺移動的閉環(huán)控制。數控機床的加工精度由過去的0.01 mm提高到0.005mm甚至

9、更高。第7章 數 控 機 床適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負責運動實現負責運動經濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 數控機床的傳動系統(tǒng)與機床結構都具有很高的剛度和熱穩(wěn)定性。通過補償技術，數控機床可獲得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生產的一致性，產品合格率高，加工質量穩(wěn)定。五、數控機床的特點五、數控機床的特點 第7章 數 控 機 床五、數控機床的特點五、數控機床的特點 適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負雜運動實現負雜運動經濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 零件加工所需的時間包括機動

10、時間和輔助時間。數控機床主軸轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，可選用最有利的切削用量；結構剛性好，允許進行大切削用量的強力削，這就提高切削效率；移動部件空行程運動速度快，工件裝夾時間短，刀具可自動更換，輔助時間比一般機床大為減少。更換被加工零件時幾乎不需重新調整機床，節(jié)省了零件安裝調整時間。加工質量穩(wěn)定，一般只作首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗，節(jié)省了停機檢驗時間。在加工中心上加工時，一臺機床實現了多道工序的連續(xù)加工，生產效率的提高更為顯著。第7章 數 控 機 床五、數控機床的特點五、數控機床的特點 適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負雜運動實現負雜運動經

11、濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 普通機床難以實現或無法實現軌跡為三次以上的曲線或曲面的運動，如螺旋槳、汽輪機葉片之類的空間曲面；而數控機床則可實現幾乎是任意軌跡的運動和加工任何形狀的空間曲面，適應于復雜異形零件的加工。第7章 數 控 機 床五、數控機床的特點五、數控機床的特點 適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負責運動實現負責運動經濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 數控機床雖然設備昂貴，加工時分攤到每個零件上的設備折舊費較高。但在單件、小批量生產的情況下，使用數控機床加工可節(jié)省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節(jié)省直接生產費用。

12、 數控機床加工零件一般不需制作專用夾具，節(jié)省了工藝裝備費用。數控機床加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。 此外，數控機床可實現一機多用，節(jié)省廠房面積和建廠投資。因此使用數控機床可獲得良好的經濟效益。第7章 數 控 機 床五、數控機床的特點五、數控機床的特點 適應性強適應性強精度高精度高質量穩(wěn)定質量穩(wěn)定生產效率高生產效率高實現負責運動實現負責運動經濟效益好經濟效益好利于管理現代化利于管理現代化 數控機床使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息，特別是在數控機床上使用計算機控制，為計算機輔助設計、制造以及管理一體化奠定了基礎。第7章 數 控 機 床六、數控機床的分類六、數控機床的分類 1

13、、按機床的工藝用途進行分類：、按機床的工藝用途進行分類：l金屬切削類數控機床金屬切削類數控機床 如數控車床、數控銑床、數控磨床、加工中心等。如數控車床、數控銑床、數控磨床、加工中心等。l金屬成型類數控機床金屬成型類數控機床 如數控沖床、數控折彎機、數控彎管機如數控沖床、數控折彎機、數控彎管機l數控特種加工機床數控特種加工機床 如數控線切割機床、數控電火花加工機床等如數控線切割機床、數控電火花加工機床等l其它類型的數控加工機床其它類型的數控加工機床 如數控激光加工設備、數控火焰切割機、數控三坐如數控激光加工設備、數控火焰切割機、數控三坐標測量機等。標測量機等。第7章 數 控 機 床2、按機床運動

14、軌跡進行分類：、按機床運動軌跡進行分類：l點位控制數控機床點位控制數控機床 這類機床這類機床只控制運動部件從一個只控制運動部件從一個位置到另一個位置的準確定位，位置到另一個位置的準確定位，不管中間的移動軌跡如何，在移不管中間的移動軌跡如何，在移動的過程中不進行切削加工，對動的過程中不進行切削加工，對兩點之間的移動速度及運動軌跡兩點之間的移動速度及運動軌跡沒有嚴格要求沒有嚴格要求。但通常為了提高但通常為了提高加工效率，一般先快速移動，在加工效率，一般先快速移動，在以慢速接近終點。常見的有數控以慢速接近終點。常見的有數控鉆床、數控坐標鏜床、數控沖床鉆床、數控坐標鏜床、數控沖床等。等。點位控制加工示

15、意圖第7章 數 控 機 床l直線控制數控機床直線控制數控機床 這類機床的特點是這類機床的特點是運動部件不僅要實現由一個位運動部件不僅要實現由一個位置到另一個位置的精確移動定位，而且能夠控制兩置到另一個位置的精確移動定位，而且能夠控制兩點之間移動的速度和軌跡點之間移動的速度和軌跡。常見的有簡易數控車床、。常見的有簡易數控車床、數控銑鏜床等數控銑鏜床等。l輪廓控制數控機床輪廓控制數控機床 這類機床能夠對這類機床能夠對兩個或兩個以上的運動坐標的位兩個或兩個以上的運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，具有插補功能移及速度進行連續(xù)相關的控制，具有插補功能。它。它不僅要控制起點和終點的位置，而且要控制加

16、工過不僅要控制起點和終點的位置，而且要控制加工過程中每一點的位置和速度，加工出任意形狀的曲線程中每一點的位置和速度，加工出任意形狀的曲線第7章 數 控 機 床和曲面組成的復雜零件。常見的有數控車床、銑床、和曲面組成的復雜零件。常見的有數控車床、銑床、加工中心等。加工中心等。輪廓控制加工示意圖第7章 數 控 機 床3按伺服系統(tǒng)的類型分類按伺服系統(tǒng)的類型分類 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖l開環(huán)數控機床開環(huán)數控機床 開環(huán)數控機床的特點是其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通開環(huán)數控機床的特點是其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通常使用步進電機作為伺服執(zhí)行機構。常使用步進電機作為伺服執(zhí)行機構。 開環(huán)控制系統(tǒng)機構簡單、制造成本低，系統(tǒng)對

17、移動部開環(huán)控制系統(tǒng)機構簡單、制造成本低，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行測量，也不進行誤差校正。開環(huán)件的實際位移量不進行測量，也不進行誤差校正。開環(huán)系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不是很高的中小型數控機床。系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不是很高的中小型數控機床。第7章 數 控 機 床l 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 這類機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行這類機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行測量。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內的運動誤測量。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內的運動誤差，定位精度高，調節(jié)速度快。但調試工作比較苦難，差，定位精度高，調節(jié)速度快。但調

18、試工作比較苦難，制造成本高，適用于精度要求很高的數控機床。制造成本高，適用于精度要求很高的數控機床。第7章 數 控 機 床l 半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 這類機床是在步進電機的軸端安裝角位移測量元件，這類機床是在步進電機的軸端安裝角位移測量元件，通過測量電動機軸的旋轉角位移并經過一定的換算來代通過測量電動機軸的旋轉角位移并經過一定的換算來代替測量工作臺的直線位移。這類系統(tǒng)沒將絲杠螺母副、替測量工作臺的直線位移。這類系統(tǒng)沒將絲杠螺母副、齒輪傳動副等傳動誤差包括在控制系統(tǒng)中，其精度介于齒輪傳動副等傳動誤差包括在控制系統(tǒng)中，其精度介于開環(huán)和閉環(huán)之間，但調試方便，應用廣泛。開環(huán)和閉

19、環(huán)之間，但調試方便，應用廣泛。第7章 數 控 機 床4按控制機床的性能分類按控制機床的性能分類 l 高檔數控機床高檔數控機床l 中等數控機床中等數控機床l 低等數控機床低等數控機床 第7章 數 控 機 床1.1.坐標軸的命名坐標軸的命名 坐標軸采用右手直角笛卡爾坐標系進行命名。坐標軸采用右手直角笛卡爾坐標系進行命名。1 1）坐標軸的命名規(guī)定）坐標軸的命名規(guī)定第六節(jié)第六節(jié) 數控機床的坐標系數控機床的坐標系七、數控機床的坐標七、數控機床的坐標第7章 數 控 機 床2) 2) 機床坐標系的確定方法機床坐標系的確定方法Z Z軸軸：與主軸線平行的坐標軸即為Z軸。 工件旋轉的機床（車、磨等），平行于工件軸

20、線的坐標為z坐標； 刀具旋轉的機床（銑、鉆、鏜等），平行于旋轉刀具軸線的坐標為z坐標； 沒有主軸的機床（牛頭刨床等），垂直于工件裝夾面的方向為z坐標。方向方向：正方向為增大工件與刀具之間距離的方向。第7章 數 控 機 床 X X軸軸：水平方向為x坐標，x坐標垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。 工件旋轉的機床，取平行于橫向滑座的方向（工件徑向）為x坐標，且刀具離開工件旋轉中心的方向為X的正方向； 刀具旋轉的機床，如果z軸是垂直的，則面向刀具主軸向立柱方向看時，向右的方向x軸的正方向；如果z軸是水平的，則當從刀具主軸后端向工件方向看時，向右方向為x軸的正方向。第7章 數 控 機 床 Y Y軸軸：Y坐

21、標垂直于x及z坐標軸，當x和z確定后，按右手定則判斷y的正方向。 A A、B B、C C的轉向的轉向：相應地對應x、y、z坐標的旋轉運動，正方向按右手螺旋法則確定。 編程坐標編程坐標：在所有的數控機床的程序編制中，為使編程方便，一律假定工件固定不動、全部用刀具運動的坐標系編程，即使用標準坐標系編程。 附加坐標系附加坐標系：x、y、z為主坐標系（標準坐標系）如有第二組坐標和第三組坐標平行于x、y、z，則分別指指定為U、V、W和 P、Q、R。第7章 數 控 機 床（）Z軸 （）X軸（）Y軸（）A、B、C的轉向（）附加坐標第7章 數 控 機 床 2. 2. 機床坐標系與工件坐標系機床坐標系與工件坐標

22、系（1 1） 機床坐標系與機床原點及機床參考點機床坐標系與機床原點及機床參考點 數控機床坐標系是機床固有的坐標系統(tǒng)，它是通過操作數控機床坐標系是機床固有的坐標系統(tǒng)，它是通過操作刀具或工件返回機床零點刀具或工件返回機床零點M的方法建立的。在大多數情況下，的方法建立的。在大多數情況下，當裝好刀具和工件時，機床的零點已不可能返回，因而需當裝好刀具和工件時，機床的零點已不可能返回，因而需設參考點設參考點R。 機床參考點機床參考點R是由機床制造廠家定義的一個點，是由機床制造廠家定義的一個點，R和和M的坐標位置關系是固定的，其位置參數存放在數控系統(tǒng)中。的坐標位置關系是固定的，其位置參數存放在數控系統(tǒng)中。當

23、數控系統(tǒng)啟動時，都要執(zhí)行返回參考點當數控系統(tǒng)啟動時，都要執(zhí)行返回參考點R，由此建立各種，由此建立各種坐標系。坐標系。 參考點參考點R R的位置是在每個軸上用和限位開關精確地預先的位置是在每個軸上用和限位開關精確地預先確定好，參考點確定好，參考點R R多位于加工區(qū)域的邊緣。多位于加工區(qū)域的邊緣。 第7章 數 控 機 床八、數控機床的主要技術參數八、數控機床的主要技術參數 對數控車床主要規(guī)格尺寸有床身上最大工件回轉直對數控車床主要規(guī)格尺寸有床身上最大工件回轉直徑、加工最大工件長度、最大車削直徑等；對數控銑床、徑、加工最大工件長度、最大車削直徑等；對數控銑床、加工中心主要規(guī)格尺寸有工作臺面尺寸（長、

24、寬）、工加工中心主要規(guī)格尺寸有工作臺面尺寸（長、寬）、工作臺作臺T T形槽、工作行程等。形槽、工作行程等。 數控機床主軸驅動方式、轉速、調速范圍、主軸回數控機床主軸驅動方式、轉速、調速范圍、主軸回轉精度等。數控機床主軸采用直流或交流電動機驅動，轉精度等。數控機床主軸采用直流或交流電動機驅動，具有較寬調速范圍和較高回轉精度，主軸本身剛度與抗具有較寬調速范圍和較高回轉精度，主軸本身剛度與抗振性比較好?，F在數控機床主軸普遍達到振性比較好。現在數控機床主軸普遍達到5000-10000r5000-10000rminmin，甚至更高的轉速，主軸可以通過操作面板上的，甚至更高的轉速，主軸可以通過操作面板上的

25、轉速倍率開關直接改變轉速。轉速倍率開關直接改變轉速。第7章 數 控 機 床 進給系統(tǒng)有進給速度范圍、快速（空行程）速度范圍、進給系統(tǒng)有進給速度范圍、快速（空行程）速度范圍、運動分辨率（最小移動增量）、定位精度等主要技術參數。運動分辨率（最小移動增量）、定位精度等主要技術參數。 是影響加工質量、生產效率和刀具壽命的是影響加工質量、生產效率和刀具壽命的主要因素，直接受到數控裝置運算速度、機床動特性和工藝主要因素，直接受到數控裝置運算速度、機床動特性和工藝系統(tǒng)剛度的限制。進給速度可通過操作面板上的進給倍率開系統(tǒng)剛度的限制。進給速度可通過操作面板上的進給倍率開關調整。關調整。 是指兩個相鄰分散細節(jié)之間

26、可是指兩個相鄰分散細節(jié)之間可以分辨的最小間隔，是重要的精度指標。有其兩個方面的內以分辨的最小間隔，是重要的精度指標。有其兩個方面的內容，一是機床坐標軸可達到的控制精度（可以控制的最小位容，一是機床坐標軸可達到的控制精度（可以控制的最小位移增量），移增量），表示數控裝置每發(fā)出一個脈沖時坐標軸移動的距表示數控裝置每發(fā)出一個脈沖時坐標軸移動的距離，稱為實際脈沖當量或外部脈沖當量離，稱為實際脈沖當量或外部脈沖當量；二是內部運算的最；二是內部運算的最小單位，稱之為內部脈沖當量。小單位，稱之為內部脈沖當量。 目前數控機床的脈沖當量一般為目前數控機床的脈沖當量一般為0.001mm0.001mm，精密或超精密

27、，精密或超精密 第7章 數 控 機 床數控機床的脈沖當量采用數控機床的脈沖當量采用0. 1m0. 1m。脈沖當量越小，數控。脈沖當量越小，數控機床的加工精度和加工表面質量越高。機床的加工精度和加工表面質量越高。 是指數控是指數控機床工作臺機床工作臺等移動部件在等移動部件在確定確定的終點所達到的實際位置的精度的終點所達到的實際位置的精度。移動部件。移動部件實際位置實際位置與與理想位置理想位置之間的誤差稱為之間的誤差稱為定位誤差定位誤差。定位誤差定位誤差包括包括伺服伺服系統(tǒng)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等誤差，還包括等誤差，還包括移動部件移動部件導導軌的軌的幾何誤差等幾何誤差等。定位誤

28、差將直接影響零件加工的。定位誤差將直接影響零件加工的位置位置精度精度。是指在同一臺數控機床上，應用相同程是指在同一臺數控機床上，應用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結果的一致程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結果的一致程度。重復定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給系統(tǒng)的間隙與度。重復定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。剛性以及摩擦特性等因素的影響。第7章 數 控 機 床 數控車床包括數控車床包括刀架工位數、工具孔直徑、刀桿尺寸、刀架工位數、工具孔直徑、刀桿尺寸、換刀時間、重復定位精度換刀時間、重復定位精度等各項內容。等各項內容。 加工中心包括加工中心包括

29、刀庫容量與換刀時間刀庫容量與換刀時間等。刀庫容量與換等。刀庫容量與換刀時間直接影響其生產率，通常中小型加工中心的刀庫容刀時間直接影響其生產率，通常中小型加工中心的刀庫容量為量為16-6016-60把，大型加工中心可達把，大型加工中心可達100100把以上。把以上。5.5.數控機床的可控軸數與聯動軸數數控機床的可控軸數與聯動軸數 數控機床的可控軸數數控機床的可控軸數：指機床數控裝置能夠控制的坐：指機床數控裝置能夠控制的坐標數目。可控軸數和數控裝置的運算處理能力、運算速度標數目?？煽剌S數和數控裝置的運算處理能力、運算速度及內存容量等有關。世界上最高級數控裝置的可控軸數已及內存容量等有關。世界上最高

30、級數控裝置的可控軸數已達到達到2424軸。軸。 數控機床的聯動軸數數控機床的聯動軸數是指機床數控裝置控制的坐標軸是指機床數控裝置控制的坐標軸同時達到空間某一點的坐標數目。同時達到空間某一點的坐標數目。第7章 數 控 機 床九、對機械結構的要求九、對機械結構的要求1、高精度2、高速度3、高自動化要求數控機床必須具有很高的 強度、剛度和抗振性 因此，數控機床的功能要求和設計要求與普通機床有較大的差異。數控機床的結構設計要求可以歸納為如下幾方面： 1、具有大切削功率，高的靜、動剛度和良好的抗振性能； 2、具有較高的幾何精度、傳動精度、定位精度和熱穩(wěn)定性； 3、具有實現輔助操作自動化的結構部件。第7章

31、 數 控 機 床1 1、數控機床應具有更高的靜、動剛度、數控機床應具有更高的靜、動剛度（1）提高剛度的原因）提高剛度的原因 在重載荷的作用下，機床的各部件、構件會受力變形，引起刀具和工件的相對位置的變化 機床剛度差影響機床抗振性剛度:是指支承件在恒定載荷或交變載荷作用下抵抗變形的能力(靜剛度靜剛度)(動剛度動剛度)第7章 數 控 機 床（2）提高剛度的措施）提高剛度的措施 合理選擇支承件的結構形式措施1 支承件截面形狀盡量選用抗彎的方截面和抗扭的圓截面 或采用封閉型床身封閉整體箱形結構封閉整體箱形結構第7章 數 控 機 床措施2 合理布置支承件隔板的筋條 隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳

32、遞給其它壁板,從而使整個支承件承受載荷,提高支承件的自身剛度“T”形隔板連接，主要提高水平面抗彎剛度，對提高垂直面抗彎剛度和抗扭剛度不顯著，多用在剛度要求不高的床身上第7章 數 控 機 床“W”形隔板，能較大地提高水平面上的抗彎抗扭剛度，對中心距超過1500mm的長床身，效果最為顯著第7章 數 控 機 床“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車床上應用較多第7章 數 控 機 床斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易第7章 數 控 機 床措施3 增加導軌與支承件的連接部分的剛度連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力,稱為支承件的連 接剛度.第7章 數 控 機 床措施4

33、增加機床各部件的接觸剛度和承載能力u 采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點u 在結合面之間施加足夠大的預加載荷,增加接觸面積第7章 數 控 機 床 合理的結構布局第7章 數 控 機 床 采用補償變形的措施測出受力點的相對變形的大小和方向，或者預知構件的變形規(guī)律，就可采取補償變形的方法消除受力變形的影響第7章 數 控 機 床 合理選用構件的材料措施1 床身、立柱等支承件采用鋼板或型鋼焊接 增加剛度、減輕重量、提高抗振性鑄件: 容易獲得復雜結構的支承件,鑄鐵的內摩擦力大,阻尼 系數大,振動的衰減性能好,成本低.鑄件的周期較長,需 做木型模,易產生縮孔、氣泡等缺陷焊接件:鋼材的強度比鑄鐵高，質量可比

34、鑄件減輕20%-50%， 不需要木模和澆注，生產周期短，不易出現廢品第7章 數 控 機 床措施2 采用封砂床身結構在鑄件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力第7章 數 控 機 床人造大理石床身（混凝土聚合物）措施3 采用混凝土、樹脂混凝土或人造花崗巖作支承件的材料第7章 數 控 機 床2 2、減少機床的熱變形、減少機床的熱變形（1）產生熱變形的原因：）產生熱變形的原因： 內外熱源的影響 不能人工修正熱變形誤差（2）減少熱變形的措施：）減少熱變形的措施： 減少發(fā)熱將熱源從主機中分離出去措施1 主運動采用直流或交流調速電動機進行無級調速 減少傳動軸和傳動齒輪數量 減少主傳動箱內的發(fā)熱

35、量第7章 數 控 機 床 進行熱變形補償措施2 采用低摩擦系數的導軌和軸承 采用滾動導軌、靜壓導軌或滾動軸承 控制溫升措施 通過散熱和冷卻方法 改善機床結構措施1 采用對稱原則設計數控機床結構措施2 使機床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上措施3 采用排屑系統(tǒng)第7章 數 控 機 床主軸冷卻風管對機床熱源進行強制冷卻第7章 數 控 機 床主軸冷卻風管對機床熱源進行強制冷卻第7章 數 控 機 床對稱結構立柱措施1 采用對稱原則設計數控機床結構第7章 數 控 機 床措施2 使機床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上第7章 數 控 機 床機床排屑系統(tǒng)措施3 采用排屑系統(tǒng)第7章 數 控 機 床傾斜

36、床身措施3 采用排屑系統(tǒng)第7章 數 控 機 床措施4 將熱源置于易散熱的位置將主傳動箱和主電動機放在機床的外面第7章 數 控 機 床3 3、減少運動副的摩擦，提高傳動精度、減少運動副的摩擦，提高傳動精度4 4、提高機床壽命和精度保持性、提高機床壽命和精度保持性措施1 采用滾動導軌或靜壓導軌來減少摩擦副之間的摩擦措施2 采用滾珠絲杠或無間隙齒輪傳動減小摩擦措施1 采用耐磨性好的零部件措施2 機床運動部件間具有良好的潤滑第7章 數 控 機 床滾珠絲杠螺母副+滾動導軌副第7章 數 控 機 床5 5、自動化的機構、宜人的操作性、自動化的機構、宜人的操作性便于操作的機床結構第7章 數 控 機 床 數控機

37、床大都采用機、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉防護，機械結構大大簡化，易于操作及實現自動化。6 6、安全防護和宜人的造型、安全防護和宜人的造型第7章 數 控 機 床十、數控機床布局特點十、數控機床布局特點1 1、不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量、不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量 數控銑床四種布局方案適應的工件重量、尺寸卻不同。（a）適應較輕工件，（b）適應較大尺寸工件，（c）適應較重工件，（d）適應更重更大工件。 第7章 數 控 機 床2 2、不同布局有不同的運動分配及工藝范圍、不同布局有不同的運動分配及工藝范圍 數控鏜銑床的三種布局方案中，（a）主軸立式布置，上下運動，對工件

38、頂面進行加工；（b）主軸臥式布置，加上工作臺上分度工作臺的配合，可加工工件多個側面；（c）在（b）基礎上再增加一個數控轉臺，可完成工件上更多內容的加工。 第7章 數 控 機 床3 3、不同布局有不同的機床結構性能、不同布局有不同的機床結構性能 數控臥式鏜銑床中，（a）、（b）為T形床身布局，工作臺支承于床身，剛度好，工作臺承載能力強；(c)、(d)工作臺為十字形布局，（c）主軸箱懸掛于單立柱一側，使立柱受偏載，(d)主軸箱裝在框式立柱中間，對稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。第7章 數 控 機 床4 4、不同布局影響機床操作方便程度、不同布局影響機床操作方便程度 數控車床的四種不同布局

39、方案，（a）為水平床身-水平滑板，床身工藝性好，便于導軌面的加工，下部空間小，故排屑困難，刀架水平放置加大了機床寬度方向的結構尺寸；第7章 數 控 機 床（b）為傾斜床身-傾斜滑板，排屑亦較方便，中小規(guī)格的數控車床其床身的傾斜度以60為宜；（c）水平床身-傾斜滑板，具有水平床身工藝性好，寬度方向的尺寸小，且排屑方便，是臥式數控車床的最佳布局形式。第7章 數 控 機 床十一、數控機床的主傳動系統(tǒng)十一、數控機床的主傳動系統(tǒng)1 1、 數控機床主傳動的特點數控機床主傳動的特點1）具有更大的調速范圍并實現無級調速。一般要求主軸具備1（1001000）的恒轉矩調速范圍和110的恒功率調速范圍。 2）具有較

40、高的精度與剛度，傳遞平穩(wěn)，噪聲低 3）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。 4）有旋轉軸聯動功能。5）在加工中心上，要求主軸具有高精度的準停功能。6）具有恒線速度切削控制功能。第7章 數 控 機 床2 2 數控機床主軸的變速方式數控機床主軸的變速方式 1）帶有變速齒輪的主軸傳動大中型數控機床較常采用的配置方式，確保低速時有較大的扭矩，滑移齒輪的移位大多采用液壓撥叉或直接由液壓缸驅動齒輪來實現。數控機床主傳動的四種配置方式數控機床主傳動的四種配置方式(a)(a)齒輪變速；齒輪變速；(b)(b)帶傳動；帶傳動；(c)(c)兩個電機分別驅動；兩個電機分別驅動；(d)(d)調速電機直接驅動調速電機直接驅動 第7章

41、 數 控 機 床主軸電動機第7章 數 控 機 床 2）通過帶傳動的主軸傳動主要用在轉速較高、變速范圍不大的小型數控機床上?？梢员苊庥升X輪傳動所引起的振動和噪聲。適用于高速低轉矩特性的主軸，常用有多楔帶和同步齒形帶。帶的結構形式帶的結構形式 (a)(a)多楔帶多楔帶;(b);(b)同步齒形帶同步齒形帶 第7章 數 控 機 床同步齒形帶傳動是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新同步齒形帶傳動是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動方式，帶型有梯形齒和圓弧齒型傳動方式，帶型有梯形齒和圓弧齒。 同步齒形帶的結構和傳動同步齒形帶的結構和傳動 第7章 數 控 機 床主軸電動機帶輪傳動比第7章 數 控 機 床3

42、）用兩個電機分別驅動主軸傳動高速時，由一個電機通過帶傳動；低速時，由另一個電機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉矩不夠且電機功率不能充分利用的問題。 第7章 數 控 機 床4）調速電機直接驅動主軸傳動 大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出的扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。 直接驅動式直接驅動式 第7章 數 控 機 床特點：有效提高主軸部件剛度，但主軸輸出扭矩小第7章 數 控 機 床3 3、主軸部件、主軸部件主軸軸承常見的支撐形式主軸軸承常見的支撐形式 (a)(a)形式一；形式一；(b)(b)形式

43、二；形式二；(c)(c)形式三形式三 1 1）主軸軸承的支撐形式）主軸軸承的支撐形式a a、前支撐采用雙列短、前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和圓柱滾子軸承和6060角接角接觸雙列向心推力球軸承組觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對角接合，后支撐采用成對角接觸球軸承?？捎|球軸承?？商岣咧鬏S的提高主軸的綜合剛度綜合剛度，滿足強力切削，滿足強力切削的要求。普遍用于各類數的要求。普遍用于各類數控機床主軸?？貦C床主軸。第7章 數 控 機 床 b b、前支撐采用、前支撐采用高精度雙列角接觸球軸承高精度雙列角接觸球軸承。角接觸球軸承有。角接觸球軸承有良好的高速性，主軸最高轉速可達良好的高速性，主軸最高轉速

44、可達4000r4000rminmin，但承載能力小，但承載能力小，適于適于高速、輕載、高精密高速、輕載、高精密的數控機床主軸。的數控機床主軸。 c c、前后支撐分別采用、前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承雙列和單列圓錐滾子軸承。徑向和軸向剛度高，能承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，其安裝、調整受重載荷，其安裝、調整性能好，但限制了性能好，但限制了主軸轉主軸轉速和精度，因此可用于速和精度，因此可用于中中等精度、低速、重載等精度、低速、重載的數的數控機床的主軸。控機床的主軸。 第7章 數 控 機 床2 2）刀具自動裝卸、切屑清除裝置）刀具自動裝卸、切屑清除裝置 機床執(zhí)行換刀指令，機械手從主軸拔

45、刀時，主軸需松開刀具。這時，液壓缸上腔通壓力油，活塞推動拉桿向下移動，使碟形彈簧壓縮，鋼球進入主軸錐孔上端的槽內，刀柄尾部的拉釘被松開，機械手拔刀。 加工中心主軸前端有724號錐孔，內部和后端安裝的是刀具自動夾緊機構。第7章 數 控 機 床第7章 數 控 機 床 壓縮空氣進入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準備。當機械手將下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在碟形彈簧和彈簧的恢復力作用下，拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，使刀具被夾緊。刀桿夾緊機構用彈簧夾緊，液壓放松，以保證在工作中突然停電時，刀桿不會自行松脫。第7章 數 控 機 床機床采用的是724號錐柄刀具，錐柄的尾端

46、安裝有拉釘，拉桿通過4個鋼球拉住拉釘的凹槽，使刀具在主軸錐孔內定位及夾緊。第7章 數 控 機 床3 3）主軸的準停）主軸的準停主軸準停換刀示意圖主軸準停換刀示意圖 又稱為主軸定位功能，這是自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能。 第7章 數 控 機 床十二、數控機床的進給傳動系統(tǒng)十二、數控機床的進給傳動系統(tǒng)1 1、進給傳動系統(tǒng)作用、進給傳動系統(tǒng)作用 接受數控系統(tǒng)發(fā)出的進給脈沖，經放大和轉換后驅動執(zhí)行元件實現預期運動，是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。2 2、傳統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)與數控伺服進給系統(tǒng)的區(qū)別、

47、傳統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)與數控伺服進給系統(tǒng)的區(qū)別傳統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)：多采用一個電機，執(zhí)行件之間采用大量的齒輪傳動，以實現內外傳動鏈的各種傳動比要求。故傳動鏈很長，結構相當復雜數控伺服進給系統(tǒng)：每一個運動都由單獨的伺服電機驅動，傳動鏈大大縮短，傳動件大大減少，有利于減少傳動誤差，提高傳動精度第7章 數 控 機 床3 3、對進給傳動系統(tǒng)的要求、對進給傳動系統(tǒng)的要求 減少運動件的摩擦阻力提高機床進給系統(tǒng)的快速響應性能和運動精度，減少爬行現象響應性能：是進給伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的指標， 反映了系統(tǒng)的跟蹤精度運動精度：是機床的主要零、部件在以工作狀態(tài) 的速度運動時的精度爬行現象：低速時運動不平衡的現象稱為爬行現象第7

48、章 數 控 機 床機床爬行現象一般發(fā)生在低速度、重載荷的運動情況下當主動件1作勻速運動時，被動件3往往會出現明顯的速度不均勻，產生跳躍式的時停時走的運動狀態(tài)，或時快時慢現象第7章 數 控 機 床 提高傳動精度和剛度措施1 保證部件加工精度措施2 在傳動鏈中加入減速齒輪減小脈沖當量，提高傳動精度措施3 預緊支撐絲杠的軸承消除齒輪、蝸輪傳動件間隙措施4 預緊消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動間隙第7章 數 控 機 床 減小各運動零部件的慣量 穩(wěn)定性好，壽命長穩(wěn)定性好：保證低速時不產生爬行，外負載變化時不發(fā)生振動壽命：是指數控機床保持傳動精度和定位精度時間的長短， 即保持原制造精度的能力第7章 數 控 機

49、 床4 4、滾珠絲杠螺母副、滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副結構第7章 數 控 機 床絲杠絲杠滾珠滾珠螺母螺母作用：將回轉運動轉換成直線運動作用：將回轉運動轉換成直線運動滾珠絲杠螺母副的結構滾珠絲杠螺母副的結構第7章 數 控 機 床特點 傳動效率高，摩擦損失小傳動效率高，摩擦損失小 滾珠絲桿螺母副滾珠絲桿螺母副的傳動效率的傳動效率0.920.920.960.96，可實現高速運，可實現高速運動。動。 運動平穩(wěn)無爬行運動平穩(wěn)無爬行 由于摩擦阻力小，動、靜由于摩擦阻力小，動、靜摩擦系數之差極小，故運動平穩(wěn)，不易出現摩擦系數之差極小，故運動平穩(wěn)，不易出現爬行現象。爬行現象。 傳動精度高，反向時無空程傳動精

50、度高，反向時無空程 滾珠絲桿副經滾珠絲桿副經預緊后，可消除軸向間隙。預緊后，可消除軸向間隙。 磨損小磨損小 精度保持性好，使用壽命長精度保持性好，使用壽命長。第7章 數 控 機 床特點 不能自鎖具有運動的可逆性不能自鎖具有運動的可逆性可以將旋轉運可以將旋轉運動轉換成直線運動，也可將直線運動轉換成動轉換成直線運動，也可將直線運動轉換成旋轉運動，即絲桿和螺母均可作主動件或從旋轉運動，即絲桿和螺母均可作主動件或從動件。動件。 制造成本高制造成本高 由于結構復雜，絲桿和螺母由于結構復雜，絲桿和螺母等元件的加工精度和表面質量要求高，故制等元件的加工精度和表面質量要求高，故制造成本高。造成本高。第7章 數

51、 控 機 床5 5、數控機床導軌、數控機床導軌l對導軌的基本要求對導軌的基本要求l導軌的功能：導軌的功能：支承和導向支承和導向導向精度：是指機床的運動部件沿導軌移動時的直線性導向精度：是指機床的運動部件沿導軌移動時的直線性 和它與有關基面之間相互位置的準確性和它與有關基面之間相互位置的準確性精度保持性：是指導軌在長期使用中保持導向精度的能力精度保持性：是指導軌在長期使用中保持導向精度的能力低速運動平穩(wěn)性：運動部件在導軌上低速運動或微量移動低速運動平穩(wěn)性：運動部件在導軌上低速運動或微量移動時，運動應平穩(wěn)，無爬行現象。時，運動應平穩(wěn)，無爬行現象。結構簡單、工藝性好：要便于加工、裝備、調整和維修。結

52、構簡單、工藝性好：要便于加工、裝備、調整和維修。 第7章 數 控 機 床l導軌的分類和特點導軌的分類和特點按運動軌跡按運動軌跡按工作性質按工作性質按接觸面的摩擦性質按接觸面的摩擦性質直線運動導軌：相對運動軌跡為直線直線運動導軌：相對運動軌跡為直線圓周運動導軌：相對運動軌跡為圓圓周運動導軌：相對運動軌跡為圓主運動導軌：動導軌作主運動，導軌副間相對運動速度高主運動導軌：動導軌作主運動，導軌副間相對運動速度高進給運動導軌：動導軌作進給運動，導軌副間相對運動速度低進給運動導軌：動導軌作進給運動，導軌副間相對運動速度低調整導軌：實現部件之間的相對位置調整，在機床工作時無相調整導軌：實現部件之間的相對位置

53、調整，在機床工作時無相對運動對運動滑動導軌滑動導軌滾動導軌滾動導軌靜壓導軌靜壓導軌第7章 數 控 機 床 滑動導軌具有結構簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)滑動導軌具有結構簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點點, , 在數控機床上應用廣泛，目前多數使用金屬對塑料形式，稱在數控機床上應用廣泛，目前多數使用金屬對塑料形式，稱為貼塑導軌或注塑導軌。常用導軌截面形狀有三角形、矩形、燕為貼塑導軌或注塑導軌。常用導軌截面形狀有三角形、矩形、燕尾形及圓柱形等四種。尾形及圓柱形等四種。 u滑動導軌滑動導軌注塑導軌：環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨及鉛粉注塑導軌：環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨及鉛粉 等混合而成等混合而成貼塑導軌：聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨貼塑導軌：聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨