数控机床结构Word文档下载推荐.docx
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进给传动系统的作用、要求、种类，传动部件；
换刀装置的作用、要求、组成及特点，刀具交换装置，刀库种类、特点及应用。
教学方法
总体方法：
任务驱动法
具体方法：
讲述法、引导文法、现场教学法、示范教学法
学时、教具和课前准备
学时：
10学时
教具：
多媒体、机床图片、机床录像
课前准备：
教学内容
课题1：
绪论（1学时）
主要教学内容
教学要求
1.本课程性质
2.本课程学习方法
1.对本课程产生兴趣
2.了解本课程的学习方法
1.课程名称与性质
《数控机床与加工》课程是数控技术专业的核心课程，是一门实践性、综合性较强的专业实践技能训练课程，是对专业核心能力系统训练的重要环节，在专业人才培养中具有重要的地位。
本课程的任务是使学生掌握数控机床的使用，了解数控机床的构造，使学生掌握数控车床、数控铣床、加工中心的操作及数控系统的功能，熟练掌握数控机床的编程方法，对数控机床进行日常维护并能解决生产现场技术问题的能力。
本课程的内容分三个模块：
数控机床结构认识、数控车床编程与操作加工、数控铣床编程与操作加工。
2.课程的能力目标：
1）知识与能力目标
（1）熟悉数控机床的基本结构和操作方法；
（2）了解数控加工常用指令的含义，初步学会正确编制数控加工程序的方法；
（3）会分析零件图，选择数控加工的工、量、夹具，制定加工工艺，编制简单的数控加工程序；
（4）能熟练操作数控车床、数控铣床，掌握保证精度的方法；
（5）会根据数控机床的报警信号，初步判断常见的故障部位。
（6）能在数控编程和数控机床加工过程中，发现问题、具有提出问题的能力。
2）过程与方法目标
（1）在项目学习的过程中，能通过多种渠道收集信息，会对收集的信息进行处理、分析和概括。
具有信息收集、信息处理能力和分析概括能力。
（2）通过参与项目学习活动，学习制订生产工作计划和实施方案，应用已学的知识和技能去解决具体的问题。
具有制订计划和解决问题的能力。
3）情感态度与价值观目标
（1）在项目学习中，参与师生、生生之间的信息交流活动，能相互合作，共同解决问题。
具有信息交流和相互合作的能力。
（2）通过参与项目学习活动，培养质量意识和安全意识。
（3）养成实事求是、尊重技术的科学态度，敢于提出与别人不同的意见，也勇于放弃或修正自己的错误观点，有创新和技术革新的意识。
（4）有将生产技术服务于社会的意识，有可持续发展的意识，有振兴中华的使命感和责任感。
3.学习的方法和建议
由于本课程的显著特点是实践性强。
因此，在学习过程中，应以数控加工工艺方案的制订和加工程序的编制为主线，将理论教学与实训教学一体化，以案例和课程设计为重点，将加工工艺和数控编程融入到实训当中，用理论指导操作，在操作中深化对理论知识的理解。
将基本技能和技术应用能力训练贯穿于学习的全过程，采用循序渐进、螺旋上升的渐进式目标学习法。
通过边学、边做的方法来完成学习过程，着重培养发现问题、思考问题、分析问题、解决问题的能力。
同其他知识和技能的学习一样，掌握正确的学习方法对提高数控加工与编程技术的学习效率和质量起着十分重要的作用。
下面是几点建议：
（1）集中精力打歼灭战，在一个较短的时间内集中完成一个学习目标，并及时加以应用，避免进行马拉松式的学习。
（2）将平时所遇到的问题、失误和学习要点记录下来，这种积累的过程就是水平不断提高的过程。
（3）从一开始就注重培养规范的操作习惯，培养严谨、细致的工作作风，这一点往往比单纯学习技术更为重要。
（4）重视加工工艺的经验积累，熟悉所使用的数控机床、刀具、加工材料的特性，实践经验是数控编程技术的重要组成部分，只能通过实际加工获得。
4.授课内容
（一）该课程与生产的关系
在生产中几乎无时无刻都离不开机械零件，像手表，自行车、汽车，大到飞机火箭航天器等。
都是怎么通过数控机床加工出来，这样就会使我们去想用金属刀具加工金属零件，为什么能？
怎样加工等等。
使学生心中提出许多疑问来增加其想象，思考，研究。
（二）数控加工
切削加工：
使零件达到光洁的表面质量和精确的外形尺寸的一种方法。
其中，机床所负担的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%～60%。
1.车削加工：
在车床上，工件旋转，车刀在平面内作直线或曲线移动的切削（主要用于回转体表面的加工）。
2.铣削加工：
在铣床上，用旋转的铣刀切削工件上各种表面或沟槽的方法（主要用于铣削平面、沟槽以及成型表面）。
3.机床（也称为母机），是人们在长期的生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而逐渐完善。
（三）机床的发展概况
（1）最原始的机床：
木质，用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯（人力或畜力驱动）。
（2）18世纪中叶，发展起来了用于加工金属零件的机床。
（3）18世纪末到19世纪，蒸汽机的出现，出现了各种类型的机床（车、钻、镗、刨、拉、铣、磨以及齿轮加工机床等）。
（4）20世纪，齿轮变速箱的出现，使得机床的结构和性能发生了根本性的变化，电气控制、液压控制等科技的应用，出现了通用机床和专用机创。
（5）近年来，电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术的发展，并在机床领域得到广泛应用，出现了数控机床。
（四）我国机床工业水平
新中国成立后才建立起来，近60年来获得了高速发展，不过和国际机床领域水平相比较，存在一定的差距（性能低、精度差、技术水平低）。
数控机床可以将加工过程所需的各种操作（主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车以及自动关停冷却液等）和步骤以及工件的尺寸用数字化代码表示，通过控制介质（穿孔纸带或磁盘）将数字信息送入控制装置，通过控制装置对信息进行处理和运算，向机床执行部件发出各种控制信号，使机床自动加工出所需要的工件。
（五）数控机床的特点
数控机床的精度高、效率高，能适应小批量多品种复杂零件的加工，在机械加工中得到了日益广泛的应用。
同常规加工相比，数控加工具有如下的特点：
（1）自动化程度高
（2）加工精度高，加工质量稳定
（3）对加工对象的适应性强数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。
（4）生产效率高
（5）易于建立计算机通信网络
（六）数控加工的就业前景
随着我国制造企业已开始广泛使用先进的数控技术，而掌握数控技术的机电复合人才奇缺，仅数控机床的操作工这样的“蓝领”全国就短缺几十万人，为此，教育部要求在3年内培养制造业紧缺的数控高技能型人才50万。
让学生清楚学好数控编程与操作的职业未来，使学生产生一种要学这门课程的需求和学好这门课程的欲望，进而将这门课程升华成为自己的爱好和兴趣。
（七）数控人才的层次及所需掌握的知识结构
对于数控人才，有以下三个需求层次，所需掌握的知识结构也各不同：
1.蓝领层：
蓝领层，指数控操作技工：
精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。
此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。
2.灰领层：
灰领层，指数控编程员和数控机床维护、维修人员。
（1）数控编程员：
掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如UG、Pro-E等，熟练掌握数控手工和自动编程技术，适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。
（2）数控机床维护、维修人员：
掌握数控机床的机械结构和机电联调，掌握数控机床的操作与编程，熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。
精通数控机床的机械和电气的调试和维修。
适合高职学校组织培养。
适合作为工厂设备处工程技术人员。
此类人员需求量相对少一些，但培养此类人员非常不易，知识结构要求很广，适应与数控相关的工作能力强，需要大量实际经验的积累。
3.金领层：
金领层，又称数控通才：
具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识，并在实际工作中积累了大量实际经验，知识面很广。
精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计，掌握数控机床的机电联调。
能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修。
能独立完成机床的数控化改造。
是企业（特别是民营企业）的抢手人才，适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。
通过对数控人才的层次及所需掌握的知识结构的介绍，使学生能够根据各自的情况规划自己的职业未来，明确自己学习的内容，清楚自己努力的方向。
课题2：
认识数控机床（2学时）
1.数控机床的概念及组成
2.数控机床的种类与应用
1.掌握数控的概念
2.熟悉数控机床的组成
现场教学
让学生对数控机床的结构及加工过程有一个感性认识
（一）数控技术定义
数字控制（NumericalControlNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。
数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
（二）数控机床与数控系统
数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
它数控技术典型应用的例子。
数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。
计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）以计算机为核心的数控系统。
（三）数控机床的组成与工作原理
1.数控机床的组成
数控机床按照事先编制好的程序，由数控系统控制完成预定的运动轨迹和辅助动作。
它一般由程序载体、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床本体组成。
如图2.1所示。
图2.1数控机床的组成
（1）程序载体程序载体用于记录数控机床加工零件所需的程序。
（2）输入装置输入装置的作用是将程序载体上的程序完整、正确地读入数控机床的CNC中。
（3）CNC单元CNC单元是数控机床的核心。
（4）伺服系统伺服系统用于完成坐标轴的驱动。
直接影响数控机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。
（5）位置反馈系统包括闭环控制系统和半闭环控制系统。
（6）机床本体是数控机床的机械结构部分。
2.数控机床的工作原理
在数控机床上加工零件通常需要经过以下几个步骤。
1制订工艺规程。
2将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。
CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传送到各个坐标轴的伺服系统及机床强电控制系统。
④伺服系统驱动机床的运动部件。
⑤位置编码器检测并反馈给数控系统。
⑥机床辅助动作由数控系统的PLC直接控制。
（四）数控机床的常见类型
1.数控车床
（1）普通数控车床普通数控车床是机械制造业拥有量较多的一种车床，通常称之为经济型数控车床。
图2.2为CK6136经济型数控车床外形图。
图2.2CK6136数控车床
（2）全机能数控车床图2.3所示为45°
倾斜床身的数控车床（去掉外壳等零部件），具有回轮式刀塔，使用滚动导轨支承刀塔溜板，通常称之为全机能数控车床。
图2.3全机能数控车床
（3）车削加工中心车削加工中心是性能最好的数控车床，常用作精加工使用，其床身均为倾斜结构，如图2.4所示。
图2.4车削中心
2.数控镗铣床
（1）数控铣床数控铣床为三轴控制加工机床，与数控车床不同，其主运动由定尺寸刀具完成，加工过程所需的运动轨迹由X、Y、Z三轴共同运动实现，如图2.5所示。
图2-5数控铣床
（2）镗铣加工中心
图2-6卧式镗铣中心
图2-7龙门式镗铣中心
3.其它数控机床包括数控线切割机床、数控冲床等。
图2.8数控线切割机床
课题3：
认识数控机床典型部件（7学时）
1.数控机床主轴部件
2.数控机床进给传动结构
3.数控机床刀架和刀库结构
4.数控机床回转工作台结构
5.数控机床导轨
熟悉常见数控机床结构、布局及主要部件，了解其工作过程
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（cczc）
数控机床是一种典型的高精度、高效率的机电一体化机械自动加工设备。
随着数控技术的发展，结合到它的控制方式、使用特点、机床的生产率、加工精度和寿命，对机床结构就有了更高的要求。
其基础大件、主传动系统、进给系统、刀具系统、辅助功能等部件结构较之传统的普通机床有了很大的变化，尤其是整体布局、外部造型都已形成了数控机床的独特机械结构。
（一）数控机床机械结构特点
1.数控机床机械结构组成
⑴机床基础部件：
床身、立柱、工作台等；
⑵主传动系统；
⑶进给传动系统；
⑷工作台回转装置系统（数控工作台、分度工作台）；
⑸辅助功能系统和装置（液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置）；
⑹特殊功能装置（监控装置、加工过程图形显示、精度检测等）。
2.数控机床的结构特点
⑴模块化的设计
是把数控机床各个部件的基本单元，按不同功能、规格、价格设计成多种模块，用户按需要选择最合理的功能模块配置整机。
这样不仅降低数控机床的设计和制造成本，而且能缩短设计和制造周期，数控机床也能以足够多的功能和相对低廉的价格推向市场，从而赢得市场。
⑵静、动刚度高
数控机床在高速和重负条件下工作，以最大限度地提高切削效率。
因此，数控机床的床身、工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件必须具有良好的刚度、抗振能力和承载能力。
①合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板结构。
基础件的整体刚度（包括抗弯刚度和抗扭刚度）是通过合理地设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板形状及布局等来保证。
图1所示为卧式加工中心普遍采用的框式立柱结构。
采用合理的结构布局，改善机床的受力状态。
在切削力、自重等外力相同的情况下，若能改善机床的受力状态，减少变形，则能达到提高刚度的目的。
图2为卧式镗铣床与卧式加工中心的结构比较。
图1框式立柱主轴箱的嵌入式结构
（a）卧式镗铣床（b）卧式加工中心
图2卧式镗铣床与卧式加工中心的结构比较图3横梁弯曲变形补偿
③采用补偿变形措施。
在外力的作用下，机床的变形是不可避免的，采取相应措施，补偿有关零、部件的静力变形，相当于提高了机床的刚度。
图3为大型龙门铣床的横梁，其导轨做成“拱形”，使变形得到补偿。
④提高机床各部件的接触刚度。
影响接触刚度的根本因素是接触面积小，任何增大实际接触面积的方法都能有效地提高接触刚度。
如机床导轨通过刮研增加单位面积上的接触点，并使接触点分布均匀，从而增加导轨副接合面的实际接触面积，提高接触刚度。
⑤选用合理材料。
目前数控机床的床身、立柱等支承件已逐步由钢板或型钢焊接构成替代传统的铸铁件，具有减轻质量和提高刚度的特点。
将型砂或混凝土等阻尼材料充填在支撑件的夹壁中，可提高阻尼特性，增加支撑件的刚度。
⑶抗振性高
机床的抗振性是指抵抗机床工作时强迫振动和自激振动的能力，数控机床上提高抗振性的主要方法有：
提高系统的静刚度可以提高自激振动的稳定性极限；
增加阻尼可以提高自激振动的稳定性，也有利于振动的衰减；
通过调整机床质量改变系统的自振频率，使它原理工作范围内存在的强迫振动源的频率；
数控机床中的旋转零部件尽可能进行良好的动平衡，以减少强迫振动源；
用弹性材料将振源隔离，以减少振源对数控机床的影响。
⑷热稳定性好
数控机床在内外热源的影响下，各部件会发生不同程度的热变形，从而影响零部件的加工精度。
热源主要来自于机床内部的电动机发热、传动零件之间的摩擦热以及切削过程产生的切削热。
为了使数控机床达到良好的热稳定状态，在设计时主要采取以下一些措施。
①减少机床内部热源和发热量。
如采用低摩擦系数的导轨和轴承；
配置倾斜的防护罩和自动排屑装置等。
②控制温升。
数控机床普遍对各发热部位采取散热、风冷、液冷等控制温升的办法改善散热条件，控制温升。
如在电动机上安装有散热装置和热管消热装置等。
③机床结构和布局设计合理。
热传导和热变形结构均采用对称式，减小热变形及其对加工精度的影响。
⑸运动件间的摩擦特性好、传动件间的传动间隙小.
数控机床的运动精度和定位精度不仅受到机床零部件的加工精度和装配精度、刚度及热变形的影响，而且与运动件的摩擦特性有关。
同时，其进给系统要求运动件既能以高速又能以极低的速度运动。
为此必须设法提高进给运动的低速运动的平稳性。
采取的主要措施有：
降低运动件的质量；
减少运动件的静、动摩擦力之差；
减少传动间隙，缩短传动链。
①数控机床普遍采用滚动导轨、静压导轨和塑料导轨，以改善运动件间的耐磨性和摩擦特性。
有的数控机床的进给系统中采用滚珠丝杠传动替代滑动丝杠，也达到了同样的效果。
②除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差外，数控机床还广泛采用了无间隙传动副，目前，用同步齿形带替代齿轮、用无键连接替代键连接已成为一种趋势。
③取消从电动机到工作部件之间的一切传动环节，使电动机和机床的工作部件合二为一，此种“零传动”理论在高速机床上的应用，提高了机床的动态灵敏度、加工精度和工作可靠性。
⑹自动化程度高、操作方便
数控机床是一种自动化程度很高的加工设备，许多数控机床采用了多主轴、多刀架以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。
有的具有工作台交换装置，进一步缩短辅助时间。
在机床的操作性方面，充分注意了机床各部分运动的互锁能力；
最大限度地改善了操作者的观察、操作和维护条件，并设有紧急停车装置；
留有最便于装卸的工件装夹位置；
对于切屑较大的数控机床，其床身结构设计成有利于排屑的结构，或者设有自动工件分离和排屑装置。
（二）数控机床主传动系统及主轴部件
1.数控机床主传动系统的特点
数控系统主传动主要是控制其运动速度，实现主轴转速的自动变换。
与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点：
⑴转速高、功率大；
⑵变速范围宽，可实现无极调速；
⑶具有较高的精度和刚度，传动平稳；
⑷具有特有的刀具安装结构。
2.数控机床的主传动系统
由主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动传动联系的系统称为主传动系统。
现代数控机床常采用直流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运动的变速。
数控机床主传动系统主要有三种传动方式。
（1）带有变速齿轮的主传动
如图4（a）这是大、中型数控机床采用较多的传动变速方式。
数控机床在交流或直流电机无极变速的基础上以齿轮变速，使之成为分段无极变速。
滑移齿轮的移位大都采用液压变速机构或电磁离合器来自动操纵滑移齿轮块，实现齿轮变速组传动比的自动变换。
图4数控机床主传动系统
（2）通过带传动的主传动
如图4（b），这种传动主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。
电机本身的调速能够满足变速要求，不用齿轮变速。
常用的传动带有同步齿形带和多楔带。
（3）由调速电机直接驱动的主传动
该方式有两种类型，一种是主轴电机输入轴通过精密联轴器直接与主轴连接，其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
另一种类型如图4（c）所示，主轴与电机转子合为一体，称为内装电机主轴。
这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩笑傲，电机发热对主轴的精度影响较大。
3.数控机床的主轴部件
数控机床的主轴部件是主运动的执行部件，负责夹持刀具或零件，并带动其旋转。
主轴部件包括主轴、主轴支撑以及安装在主轴上的传动零件，对于具有换刀功能的数控机床还有刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。
（1）主轴端部的结构和主轴的支承
1）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的刀具。
其结构应保证定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸方便。
主轴端部的结构已经标准化，如图5所示为几种通用结构的形式。
图5（a）为车床的主轴端部，为短锥法兰式结构。
图5（b）为铣、镗类机床的主轴端部。
铣刀或刀杆由前端7:
24的锥孔定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，前端的端面键用于传递扭矩。
图5主轴端部的结构形式
图5（c）为外圆磨床砂轮主轴的端部。
图5（d）为内圆磨床砂轮主轴的端部。
图5（e）、（f）为钻床主轴的端部，刀具由莫氏锥孔定位，锥孔后端第一个扁孔用于传递扭，第二个扁孔用于拆卸刀具。
2）主轴的支承
数控机床主轴支承根据主轴部件对转速、承载能力、回转精度等性能要求采用不同种类的轴承。
中小型数控机床的主轴部件多采用滚动轴承；
重型数控机床采用液体静压轴承；
高精度数控机床采用气体静压轴承；
转速达（2～10）×
104r/min的主轴可采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。
数控机床采用滚动轴承作为主轴支承时，主要有以下几种不同的配置形式，如图6所示。
在图6（a）所示的配置形式中，前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60°
角接触球轴承组合，承受径向载荷和轴向载荷，后支承采用成对角接触球轴承，这种配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床。
在图6（b）所示的配置形式中，前轴承采用角接触球轴承，由2～3个轴承组成一套，背靠背安装，承受径向载荷和轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，这种配置适用于高速、重载的主轴部件。
图6数控机床主轴轴承配置方式
图6（c）所示前后支承均采用成对角接触球轴承，以承受径向载荷和轴向载荷，这种配置适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。
图6（d）所示前支承采用双列圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷，后支承采用单列圆锥滚子轴承，这种配置可承受重载荷和较强的动载荷，安装与调整性能好，但主轴转速和精度的提高受到限制，适用于中等精度、低速与重载荷的数控机床主轴。
3）刀具自动夹紧装置、切屑清除装置和主轴准停装置
在带有刀库的自动换刀数控机床中，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，保证刀具在主轴中准确定
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