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1、模块二 数控机床结构及主要部件,主编 熊 熙,（2004版）,1,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,数控机床认识项目 项目一 数控机床组成 项目二 数控机床结构性能与布局特点,数控机床了解项目 项目一 数控机床坐标系 项目二 数控系统 项目三 数控机床的主传动系统 项目四 数控机床的进给传动系统 项目五 检测装置,2,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,项目六 自动换刀装置 项目七 数控机床床身 项目八 刀具系统 项目九 夹具及附件,3,谷风优质,模块二 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
2、,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,4,谷风优质,二、数控机床工作过程,模块二 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,5,谷风优质,模块二 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,6,谷风优质,模块二 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
3、,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。,7,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,封闭整体箱形结构,8,谷风优质,模块二 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,9,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,人造大理石床身（混凝土聚合物）,10,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,天然大理石床身,11,谷风优质,模块二
4、 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。,12,谷风优质,模块二 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,13,谷风优质,模块二 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,14,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,热对称结构立柱,15,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,机床排屑系统,16,谷风优质,模块二 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,17,谷风优质,模块二
5、 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,18,谷风优质,模块二 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。,19,谷风优质,模块二 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,20,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,倾斜床身,21,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,垂直床身,22,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,垂直床身,23,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,立式数控车床,24,谷
6、风优质,模块二 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,25,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,卧式数控铣床,26,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,龙门数控铣床,27,谷风优质,模块二 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,28,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,固定立柱立式加工中心,29,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,滑枕立式加工中心,30,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,O形整体床身立式加工中心,31,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,32,谷风优
7、质,模块二 数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,33,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,34,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,35,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,工作台移动式龙门加工中心,36,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,落地式5坐标加工中心,37,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,MOV3 五坐标高速加工中心,38,谷风优质,模块二 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,A,C,39,谷风优质,模块二 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
8、床的布局和结构特点,40,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,垂直慢走丝电火花线切割机床,41,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,水平慢走丝电火花线切割机床,42,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,水平慢走丝电火花线切割机床,43,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,水平慢走丝电火花线切割机床,44,谷风优质,模块二 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,45,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,工作台固定式电火花机床,46,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,龙门架移动式电火花机床,47,谷风优质,
9、模块二 数控机床结构及主要部件,数控机床了解项目,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,48,谷风优质,模块二 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,49,谷风优质,模块二 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 X Y Z 旋转坐标 A B C 附加坐标 U V W,50,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,3.确定顺序：ZXY 4.增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向,
10、51,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,四、数控机床坐标系坐标原点,52,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,卧式数控车床坐标系,+X,+Z,53,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,立式数控铣床坐标系,+Z,+X,+Y,54,谷风优质,模块二 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,55,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,二、数控系统工作过程,56,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,1
11、.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,57,谷风优质,模块二 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,58,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,四、常见数控系统,FANUC,59,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,华中HNC,60,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,项目三 数控机床的主传动系
12、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,61,谷风优质,模块二 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）,62,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,变速齿轮传动,63,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,同步齿形带传动,64,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,主轴电机直接驱动,65,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,电主轴,66,谷风优质,模
13、块二 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,67,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,数控车床主轴结构,68,谷风优质,模块二 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,69,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,主轴的润滑、冷却方式,70,谷风优质,模块二 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
14、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,71,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副,72,谷风优质,模块二 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,73,谷风优质,模块二 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,74,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,伺服电机,75,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,工作台,床身,直线电机,76
15、,谷风优质,模块二 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,77,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,滚珠丝杠螺母副,78,谷风优质,模块二 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,79,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,数控回转工作台,80,谷风优质,模块二 数控机床结
16、构及主要部件,数控分度头,81,谷风优质,模块二 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。,82,谷风优质,模块二 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。,83,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,滑动导轨,84,谷风优质,模块二 数控机床结构及
17、主要部件,滚动导轨,85,谷风优质,模块二 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。,86,谷风优质,模块二 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,87,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,感应同
18、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,88,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,光 栅,89,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,脉冲编码器,90,谷风优质,模块二 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,91,谷风优质,模块二 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
19、主轴相对运动换刀,三、换刀方式,四、刀具交换装置,92,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,回转刀架换刀,93,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,机械手换刀,94,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,刀库与主轴相对运动换刀,95,谷风优质,模块二 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,96,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,盘式刀库,链式刀库,97,谷风优质,模块二 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
20、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,98,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,三点支承床身,99,谷风优质,模块二 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,100,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,数控铣床刀具系统,101,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,加工中心刀具系统,102,谷风优质,模块二 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
21、.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,103,谷风优质,模块二 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/ASME B5.50-1985日本：MAS403-1982德国：DIN69871-1988,1.标准,104,谷风优质,模
22、块二 数控机床结构及主要部件,整体式,模块式,2.类型,105,谷风优质,模块二 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,106,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,机夹式可转位硬质合金立铣刀,107,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,刀具中心冷却,108,谷风优质,模块二 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,109,谷风优质,模块二 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。,110,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,对刀仪,111,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,虎 钳,112,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,虎 钳,113,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,回转坐标轴,114,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,铣削用三爪卡盘,115,谷风优质,模块二 数控机床结构及主要部件,铣削用四爪卡盘,116,谷风优质,主编：,撰稿教师：（以姓氏为序）,制作：,责任编辑：,电子编辑：,谢谢观看！,117,谷风优质,