实验指导书机械结构数控模具机械

《数控机床及编程》

课程试验指导书

（仅供参照）

黑龙江鸡西大学

理工系系机械教研室

试验一数控机床机械构造（2・4课时）

一、试验目的

（1）理解数控机床H勺布局、基本构造及其功用。

（2）理解数控机床日勺构造特点及其发展。

（3）理解数控机床日勺基本运动。

（4）理解数控机床口勺基本操作。

（5）理解数控机床日勺加工过程。

（6）理解数控机床H勺加工对象及其用途。

二、试验内容

（1）简介数控机床的概况。

（2）简介数控机床H勺布局，基本构成及其功用。

（3）观测数控机床口勺基本操作及加工。

三、试验设备

数控车床六台和数控铳床五台

本试验重要以TDNC-320型数控车床为例，着重简介该机床的布局，构造

及其运动。该机床的重要技术规格:

(1)最大车削直径6320mm

(2)原则切削直径185mm

(3)横向最大行程（X轴）170mm

(4)纵向最大行程（Z轴）600mm

(5)前后顶尖间最大距离61Omni

(6)主轴转速200^1000r/min（变频无级调速）

(7)装刀数目4

（8）主轴电机1.5Kw,Y90L-4

四、数控机床概述

伴随近代计算机技术和自动控制、精密测量等科学技术的发展，出现了适应生

产发展规定日勺机电一体化的新型自动化机床一一数控机床。数控机床是用数字代

码形式的I信息来控制机床按给定时动作次序进行加工的自动化机床。数控机床日勺

构成见图l-lo

程序

输

入

单元

控制

主轴

主轴

装计

置算PLC

机机床

数

电机

伺服

单元

控制

控速度

装工

输

置作

出台

装

置

装置

反馈

检测

位置

成

的构

机床

数控

图1”

图l-2o

程见

作过

的工

机床

数控

机床

程

作过

统工

控系

-2数

图1

卧

了一般

床集中

数控车

车床。

为数控

机床称

、J数控

零件W

回转类

来切削

重要用

床中应

数控机

能，是

车削功

车床等

半自动

自动和

车床、

、多刀

车床

、转塔

式车床

之一。

的品种

用最广

特点

性能

床出J

数控机

1.

造。其

械构

了机

简化

效率，

提高了

功能，

增长了

相比，

般机床

床与一

数控机

性能对例如表17所示。

表1T数控机床与一般机床

的I相比

重要性能数控机床•般机床

对异形复杂零件的加工性合适不合适

对加工精度的保证性易保证较困难

对精度赔偿和优化控制能实现不能实现

对加工质量的稳定性稳定不稳定

对加工对象更改的以便性以便差些

加工效率低

对机床操作管理可多机看守只能一人一机

经费投资大较小

对工人H勺文化素质规定高较低

2.数控机床的构造特点

数控机床与同类的一般机床在外形构造上虽然大体相似，但其内部构造却有

很大的差异。为了保证稳定的加工质量，提高加工能力和切削效率等，在数控机

床的I构造设计中，必须具有如下特点：

(1)构造刚度高、抗振性好有原则规定数控机床日勺刚度系数应比

类似的一般机床高50%。从提高数控机床抗振性箔度出发，应减少机床内部振源,

提高静态刚度，增长构件或构造日勺阻尼以到达克制振动产生日勺目的。

(2)采用消除传动齿轮侧隙H勺措施数控机床进给系统H勺传动齿

轮副中若存在侧隙，在开环系统中则会导致进给运动的J位移值滞后于指令值；反

向运动时，则会出现反向死区，影响加工精度。在闭环系统中，虽然侧隙带来的

滞后量可以得到反馈信号的赔偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。为

了提高数控机床伺服系统的性能，在设计时必须采用对应措施，使侧隙减小到容

许日勺范围内，图1-3所示为圆柱齿轮传动侧隙消除措施。

1）偏心轴套调整法（图1-3（a））运用偏心环2缩小两个啮合齿轮中心距

日勺措施来消除圆柱齿轮正反转时日勺齿侧隙。

2）轴向垫片调整法〔图1-3（b））将啮合齿轮口勺节圆直径沿着齿宽方向制成

稍有锥度，这样就可有轴向垫片3使齿轮轴向移位来消除其齿侧隙。

3）双片薄齿轮调整法（图3（c））两个啮合着的圆柱齿轮，一种制成宽齿轮，另

一种有两片能相对转位的薄齿轮构成，再附加某些措施使宽齿轮日勺齿面两侧分别

与两薄片齿轮的不一样齿侧贴紧。这样运用错齿消除齿侧隙，反向时就不会出现

死区。

(b)

(c)

图「3圆柱齿轮传动侧隙消除措施

（3）采用传动效率很高的精密滚珠丝杠螺母副图1-4所示为滚珠丝杠

螺母副。它是回转运动与直线运动互相转换日勺传动机构，由丝杠a、螺母b和其

间日勺滚珠c构成。在丝杠a和螺母b上均有圆弧形H勺螺旋槽，这两个圆弧形H勺螺

旋槽对起来就形成螺旋滚道，在滚道内装有许多滚珠c。当丝杠a回转时，滚珠c

相对于螺母b上的滚道按箭头d方向滚动。因此，丝杠a于螺母b之间基本上是

滚动摩擦。为了防止滚珠从螺母中掉出来，在螺母b日勺螺旋槽两端应有挡珠器挡

住，并有回路管道使它日勺两端连接起来，使滚珠c从螺旋槽的一端滚出螺母体后,

沿着回路管道重新返回到滚道另一端，以进行循环不停的流动。

滚珠丝杠螺母副的摩擦损失小，传动效率高，可达0.90~0.96；可通过

预紧来消除间隙，从而提高传动刚度；这种传动副的摩擦阻力小，动静摩擦力极

小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；传动副日勺损失小，寿命长，精度

保持性好。

图1-4滚珠丝杠螺母副

（4）采用了摩擦系数很小的滚动导轨副如图1-5.图1-6滚动导轨副是

在导轨工作面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体，形成滚动摩擦。其摩擦系数

小(0.0025^0.005),动静摩擦力相差很小。运动轻便灵活，所需功率小，摩擦

发热少，磨损小，精度保持性好，移动精度和定位精度都较高。

图1-5滚珠导轨副

图1-6滚柱导轨副

目前在数控机床中普遍采用滚动导轨支撑块构造，并且已经做成独立的原则组

件。图1-7为滚动导轨支撑块构造。其构造特点是刚度高，承载能力大，便于拆

装，可直接装在任意行程长度的运动部件上。

(a)

(b)

图1-7滚动导轨支撑决

(5)采用了性能优良的主轴调速电机如直流或交流主轴电动机，见图1-8.此类电机有如下特

点：输出功率大，恒功率输出的速度范围宽、在大口勺调速范围内速度稳定，在断续负载卜.电动机转速波动小,

升降速时间短，电机温升低，振动、噪声小，过载能力强，可靠性高，寿命长，安装维护以便等。

现代数控机床更是向高速、高精度方向发展，为此，其主轴和电机常采用一体

化设计一一电主轴，见图『9。

图1-9电主轴

图1-8交流伺服电动机

（6）采用了增大功率口勺伺服进给电动机和先进刀具，以满足高速，强力切削

日勺规定。

3.数控机床日勺发展趋势

具有精密、柔性、高效的数控机床，伴随社会需求的多样化和其有关技术的

进步，将会向更广的领域和更深的层次发展。

（1）向高精度发展近十年来已经获得了明显日勺提高，如一般级中

等规格数控机床的定位精度已从80年代初期的土0.012mm/300mm,提高到90年代

初期时±0.002飞.005mm/全程,加工精度已由本来日勺±10um提高到±5口叱精

密级从±5um提高到±1.5umo

（2）向高速度发展主轴转速已从1000^r/min提高到

5000"7000r/min,数控车床刀架H勺转位时间己从过去tf、J1、3s减少到0.4~0.6s。

（3）向高柔性发展柔性是指机床适应加工对象变化的能力。在提高单机柔性口勺

同步，正努力向单元柔性和系统柔性发展。

（4）向高度自动化发展数控机床已从自动编程、自动换刀、自动上下料、自动

加工向自动检测、自动诊断、自动监控、自动对刀、自动传播、自动调度等方面发展。

（5）向复合化发展一台具有自动换刀装置、自动互换工作台和自动转换主轴头的钱

铳加工中心，不仅一次装卡便可以完毕镶铳钻较攻丝和检查等工序，并且还可以完毕箱体件五

个面粗精加工口勺所有工序。

五数控车床构造剖析

目前使用口勺数控车床分为两大类：数控立式车床，数控卧式车床

补充斜床身数控车床构造

图1-10斜床身式数控车床

图1-11CINCINNATI21i/21Dis—TA布局

1.床身构造

CINCINNATI21i/210is—TA采用了特殊设计的45°斜式床身，作为机

床R勺基础部件。主电机、主轴箱、刀架、尾架、数控装置等安装在床身上。

2.主轴箱和主轴

CINCTNNATT21i/210is—TA主轴箱内仅有一根主轴，通过皮带与伺服

电机直接连接，无齿轮传动，可防止传动件发热和振动对加工精度的影响。

主轴设计上对各装配过程日勺技术规定都一一量化，如重要紧固螺钉

H勺紧固力矩、重要轴承所加润滑油H勺体积和装配前的预热度、皮带H勺张力等等。

刀具的夹紧装置有电动、液动和气动三种：（1）