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模块二 数控机床的功能部件 §2-1 数控机床机械结构组成及特点 主要组成 数控机床是一种典型的机电一体化产品，是机械和电子技术相结合的产物。 数控机床的机械结构主要由以下几个部分组成 1.主传动系统 包括动力源、传动件及主运动执行件（主轴）等，将驱动装置的运动和动力传给执行机构，以实现主切削运动。 2.进给传动系统 包括动力源、传动件及主运动执行件（工作台、刀架）等，将驱动装置的运动和动力传给执行机构，以实现进给切削运动。 3.基础支撑部件 包括机床的床身、立柱、导轨等，是整个机床的基础和框架 4.辅助装置 实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置。 主要介绍数控机床的主传动系统、进给传动系统、导轨、自动换刀装置及其他辅助装置等几个主要的关键部件的结构特点。 二、机械机构的主要特点 数控机床的机械结构和普通机床的机械结构相比，具有如下特点： 1．支承件的高刚度化? 床身、立柱等采用静刚度、动刚度、热刚度特性都较好的支承构件。 2．传动机构简约化? 主轴转速由主轴的伺服驱动系统来调节和控制，取代了普通机床的多级齿轮传动系统，简化了机械传动结构。 3．传动元件精密化? 采用效率、刚度和精度等各方面都较好的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗轮蜗杆副以及带有塑料层滑动导轨、静压导轨等。 4．辅助操作自动化? 采用多主轴、多刀架结构，刀具与工件的自动夹紧装置，自动换刀装置，自动排屑装置，自动润滑冷却装置，刀具破损检测、精度检测和监控装置等，改善了劳动条件，提高了生产率。 §2-2 数控机床的主传动系统 数控机床的工艺范围很宽，针对不同的机床类型和加工工艺特点，数控机床的主传动系统相对于普通机床而言，尤其突出的特点： 1．主轴转速高，输出功率大，能满足数控机床高速切削和大功率切削的需要，实现高效率加工。 2.主轴转速的变换迅速可靠，并能实现无级变速，使切削工作始终在最佳状态下进行。 3.为了实现道具的快速或自动装卸，主轴还要有自动装卸装置等 一、主传动系统变速方式 为了适应数控机床加工范围广、工艺适应性强、加工精度和自动化程度高等特点，要求主传动装置应具有很宽的变速范围，并能无级变速。目前，数控机床的主传动变速系统，有采用齿轮分级变速的，也有采用直流和交流调速电动机无级变速的。但随着全数字化交流调速技术的日趋完善，齿轮分级变速传动在逐渐减少。采用交流调速电动机，不仅可以大大简化机械结构，而且可以很方便地实现范围很宽的无级变速，还可以按照控制指令连续地进行变速，以便在大型数控车床上车削端面、圆锥面等时，实现恒线速切削，进一步提高机床的工作性能。采用调速电动机的主传动变速系统，通常有三种配置方式。 数控机床的主传动方式主要有三种，如图2-1所示。 图2-1 数控机床的主传动方式 1．带有二级齿轮变速的主传动方式 如图（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。 2．通过定比传动（同步带）的主传动方式 如图（b）所示，主轴电机经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。 3．由主轴电机直接驱动的主传动方式 如图（c）所示，电机轴与主轴用联轴器同轴连接。这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。近年来出现了一种电主轴，该主轴本身就是电机的转子，主轴箱体与电子定子相连。其优点是主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提高启动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。 图2-2 同步齿形带主传动方式 图2-3 电主轴（电机直接驱动的主传动方式） 二、主轴单元 数控机床的主轴单元，既要满足精加工时精度较高的要求，又要具备粗加工时高效切削的能力，因此在旋转精度、刚度、抗振性和热变形等方面，都有很高的要求。在布局结构方面，一般数控机床的主轴部件，与其它高效、精密自动化机床没有多大区别，但对于具有自动换刀功能的数控车床，其主轴部件除主轴、主轴轴承和传动件等一般组成部分外，还有刀具自动夹紧、主轴自动准停和主轴装刀孔吹净等装置。 数控机床的主轴单元包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。主轴单元是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。由于数控机床的转速高、功率大，并且在加工过程中不进行人工调整，因此要求主轴部件具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性和精度的保持性。对于具有自动换刀装置的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸和夹紧，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置等。 主轴及主轴前端结构 机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。目前，主轴端