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数 控 机 床 第5章数控机床的机械结构 上一章详细讨论进给伺服系统的软件硬件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。 5.1数控机床的主运动结构 5.1.1　概述 1、定义、功用、组成 定义： 主运动系统：指驱动主轴运动的系统。 主轴：指带动刀具和工件旋转，产生切削运 动且消耗功率最大的运动轴。 功用： 传递动力：传递切削加工所需要的动力 传递运动：传递切削加工所需要的运动 运动控制：控制主运动的大小方向开停 组成： 动力源：电机 传动系统：定比传动机构、变速装置 运动控制装置:离合器、制动器等 执行件：主轴 动力功率高 由于日益增长的对高效率要求，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。 一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw~250kw之间。 5.1.2　主运动的配置形式和驱动电机 1.普通电机—机械变速系统—主轴部件 2. 变频器—交流电机—1~2机械变速—主轴部件 4. 电主轴 　　电主轴又称内装式主轴电机，即主轴与电机转子合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。其缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式电机主轴的关键问题 5.1.3　主轴部件 要求： 主轴的精度要高。包括运动精度（回转精度、轴向串动）、和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度（轴向、径向）。 部件的结构刚度和抗振性好。 较低的运转温升以及较好的热稳定性。 部件的耐磨性和精度保持性好。 自动可靠的装夹刀具或工件 对数控机床除上述要求外，还应有：（在机械结构方面） 刀具的自动夹紧装置 主轴的准停装置 主轴孔的清理装置等 主轴部件的结构 主轴端部的结构形式 端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要保证刀具或夹具定位（轴向、定心）准确，装夹可靠、牢固，而且装卸方便。 目前，主轴的端部形状已标准化。 5.2进给系统的机械传动结构 5.2.1　进给系统机械传动结构概述 　　3、主要要求 （1）减小摩擦力 采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨. （2）提高传动精度和刚度 消除传动间隙，增加传动系统刚度. （3）减小运动惯量 快速响应.减小运动部件质量. 5.2.2　回转工作台 1、定义与分类 定义：实现周向进给和分度运动工作台 分类： 分度工作台： 实现工作台的定角度回转运动，即分度、转位和定位工作。 数控回转工作台： 除了分度和转位的功能之外，还能实现数控圆周进给运动。 分类：按定位元件分 插销定位； 反靠定位； 齿盘定位； 钢球定位。 3、数控回转工作台 （1）工作原理： 实现圆周进给运动的工作台---数控回转工作台（数控转台） （2）功能： 除了可以实现圆周进给运动之外，还可以完成分度运动 （3）分类： 开环、闭环。 5.2.3　导轨 1、导轨的作用 导向：直线运动—直线导轨；圆运动—轴承 支承、承载 2、数控机床常用导轨形式 塑料导轨：滑动摩擦 滚动导轨：滚动摩擦 静压导轨：液体摩擦 3、对导轨的基本要求 一定的导向精度； 良好的摩擦特性：摩擦系数小（较高的灵敏度），动静摩擦系数之差小（低速平稳性好）； 阻尼特性好（高速时不振动）； 足够的刚度和强度； 良好的精度保持性。 内容小结 1、数控机床的主运动结构概述 2、主运动的配置形式和驱动电机 3、主轴部件 4、进给系统的机械传动结构概述 5、分度工作台 6、数控回转工作台 7、导轨 习题与思考题 1、简述数控机床主运动系统的功用。 2、简述数控机床对主传动系统的要求。 3、简述数控机床主运动的配置形式及其特点。 4、简述数控机床进给系统机械部分的组成。 5、简述数控机床对导轨的基本要求 5.3数控机床的刀具交换装置 5.3.1　概述 什么是自动换刀装置： 储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置 ATC：Automatic Tool Changer 为什么需要自动换刀装置： 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到20％～30％； “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积； 提高加工精度； 数控机床对ATC要求： 换刀时间尽可能短； 刀具重复定位精度高； 刀具储存量足够； 结构紧凑，便于制造、维修、调整； 布局应合理，使机床总布局美观大方； 较好的刚性，避免冲击、振动及噪声，运转安全可靠； 防屑、防尘装置。 应