項目一數控機床機械結構認識任務一數控機床機械結構特點與組成1.掌握數控機床主要機械結構的組成。2.掌握數控機床的布局。3.了解數控機床機械結構特點。1.能夠區分典型數控機床的類型。2.能夠區分數控機床的布局形式。3.能夠說出數控機床主要機械結構特點及功能。1.學會正確觀察各類數控機床的方法，在觀察中時刻注意自身的安全，養成良好的安全操作習慣。2.掌握正確的記錄和畫圖的方法。3.學會利用手機、攝像機等媒介進行現場拍攝和結構分析，并做好歸類、整理等工作。如圖1-1所示為典型數控車床的機械結構組成，包括主傳動系統（主軸、主軸電機、副主軸、C軸控制主軸電機等）、進給傳動系統（絲杠、聯軸器、導軌等）、自動換刀裝置（標準刀架、VDI刀架等）、液壓與氣動裝置（液壓泵、氣泵、管路等）、輔助裝置（自動送料機、集屑車、三爪卡盤、尾架、接觸式機內對刀儀等）。圖1-1典型數控車床的機械結構組成一、數控機床機械結構組成1．主傳動系統一般數控機床主要包括主軸、主軸電機等。主傳動系統的作用是將驅動裝置的運動及動力傳給執行件，實現主切削運動。如圖1-2所示，主要由主電機、帶傳動、主軸等組成。2．進給傳動系統包括動力源、傳動件及進給運動執行件等。進給傳動系統的作用是將伺服驅動裝置的運動和動力傳給執行件，實現進給運動。如圖1-2所示，主要由X、Z方向的絲杠、溜板、導軌等組成，通過進給傳動系統，帶動刀架運動。圖1-2數控車床主要機械結構3．基礎支承件包括床身、立柱、導軌、工作臺等。基礎支承件的作用是支承機床的各主要部件，并使它們在靜止或運動中保持相對正確的位置。如圖1-2所示，主要由床身、導軌等組成。4．輔助裝置包括液壓氣動系統、潤滑冷卻裝置、卡盤等，部分數控機床還配有特殊功能裝置，如刀具破損檢測、精度檢測和監控裝置等。如圖1-2所示，主要由尾座、卡盤等組成。其中，機床基礎件、主傳動系統、進給系統以及液壓、潤滑、冷卻等輔助裝置是構成數控機床的機床本體的基本部件，其他部件則按數控機床的功能和需要選用。盡管數控機床本體的基本構成與傳統的機床十分相似，但由于數控機床在功能和性能上的要求與傳統機床存在著巨大的差距，所以數控機床的機床本體在總體布局、結構、性能上與傳統機床有許多明顯的差異，出現了許多適應數控機床功能特點的機械結構和部件。二、數控機床最常見的三種基本形式1．數控車床數控車床的主軸、尾座等部件相對于床身的布局形式與普通車床一樣，但刀架和導軌的布局形式有很大的變化，而且其布局形式直接影響數控車床的使用性能及機床的外觀和結構。刀架和導軌的布局應考慮機床和刀具的調整、工件的裝卸、機床操作的方便性，機床的加工精度以及排屑性能和抗震性。如圖1-3所示典型斜床身數控車床實物圖。圖1-3典型斜床身數控車床實物數控車床的床身和導軌的布局形式主要有圖1-4所示的幾種。圖1-4數控車床床身和導軌布局形式a）平床身

b）斜床身

c）平床身斜滑板

d）立床身

e)前斜床身平滑板（1）平床身數控車床優點：平床身的工藝性好，導軌面容易加工；平床身配上水平刀架，由于平床身機件及工件重量所產生的變形方向垂直向下，它與刀具運動方向垂直，對加工精度影響較小；由于平床身刀架水平布置，不受刀架、溜板自重影響，定位精度容易提高；平床身布局的機床上，大型工件和刀具裝卸方便。如圖1-5所示實物圖。缺點：平床身排屑困難，需要三面封閉，刀架水平放置也加大了機床寬度方向結構尺寸。圖1-5平床身數控車床（2）

斜床身數控車床優點：斜床身的觀察角度好，工件調整方便，斜床身的防護罩設計較為簡單；排屑性能較好。斜床身導軌傾斜角度有300、450、600和750等，傾斜角度影響導軌的導向性、受力情況、排屑、宜人性及外形尺寸高度比例等。一般小型數控車床的床身多用300

、450，中型數控車床床身多用600，大型數控車床床身多用750。如圖1-6所示實物圖。圖1-6斜床身數控車床（3）

立式數控車床

導軌傾斜角為90°的斜床身車床通常稱為立式床身。如圖1-7所示實物圖。優點：立床身的排屑性能最好。缺點：立式床身機床上工件重量所產生的變形方向正好沿著垂直運動方向，對精度影響最大，并且立式床身結構的機床受本身結構限制，布置也比較困難，限制了機床的性能，采用較少。圖1-7立式床身數控車床2．數控銑床數控銑床是一種用途廣泛的機床，分為立式、臥式和立臥兩用式三種。立臥兩用式數控銑床的主軸（或工作臺）方向可以更換，既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，使其應用范圍更廣，功能更全。如圖1-8所示為典型數控銑床機械結構。圖1-8典型數控銑床機械結構一般數控銑床是指規格較小的升降臺式數控銑床，其工作臺寬度多在400mm以下，規格較大的數控銑床，例如工作臺寬度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，進而演變成柔性加工單元。一般情況下，數控銑床只能用來加工平面曲線的輪廓。對于有特殊要求的數控銑床，還可以加進一個回轉的A或C坐標，例如增加一個數控回轉工作臺，這時機床的數控系統即變為四軸控制，用來加工螺旋槽、葉片等立體曲面零件。根據工件的重量和尺寸不同，數控銑床有四種不同的布局方案，布局情況如表1-1所示。表1-1數控銑床布局情況圖1-9所示是新型五面數控銑床（立臥兩用數控銑床）動力頭的形式，圖1-10所示是立臥兩用數控銑床的一種布局形式。圖1-9新型五面數控銑床動力頭圖1-10立臥兩用數控銑床的一種布局3．數控加工中心數控加工中心是一種配有刀庫并且能自動更換刀具、對工件進行多工序加工的數控機床，常見的數控加工中心結構如圖1-11所示。數控加工中心按照形態不同，分為臥式加工中心、立式加工中心、五面加工中心等等。圖1-11常見的數控加工中心（1）

臥式加工中心臥式加工中心常采用立柱移動式，T形床身。一體式T形床身的特點：剛度和精度保持性較好，但其鑄造和加工工藝性差。分離式T形床身的特點：鑄造和加工工藝性較好，但必須在連接部位用大螺栓緊固，以保證其剛度和精度。臥式加工中心的布局形式如圖1-12所示，常見形式共有六種。移動立柱式加工中心的實物如圖1-13、1-14所示。圖1-12臥式加工中心布局形式a)立柱固定，工臺X/Z向移動b)工作臺固定，立柱X/Z向移動

c)工作臺固定，立柱X向移動，主軸Z向移動d)工作臺X向移動、立柱Y/Z向移動

e)工作臺Z向移動、立柱X/Y向移動

f)立柱固定、工作臺X移動圖1-13移動立柱臥式加工中心圖1-14移動立柱臥式加工中心（2）

立式加工中心立式加工中心布局形式如圖1-15所示，立式加工中心通常采用固定立柱式，主軸箱吊在立柱一側，其平衡重錘放置在立柱中，工作臺是十字滑臺，可以實現X、Y兩個坐標軸方向的移動，主軸箱沿立柱導軌運動實現Z坐標軸方向的移動。實物如圖1-16所示。圖1-15立式加工中心布局形式a）立柱固定，工作臺X/Y向移動b)立柱、工作臺移動

c）工作臺固定，立柱X/Y向移動圖1-16固定立柱立式加工中心（3）

五面加工中心五面加工中心兼具有立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側面和頂面等五個面的加工。常見的五面加工中心如圖1-17所示兩種結構形式，其中（a）所示的布局中，主軸可作900旋轉，可以按照立式和臥式加工中心兩種方式進行切削加工；圖（b）所示布局中。工作臺可以帶著工件作900旋轉，從而完成除裝夾面外的五面切削加式。圖1-17五面加工中心的布局形式a）主軸作90o旋轉

b）工作臺帶動工件作90o旋轉三、數控機床機械結構特點1．提高靜剛度和動剛度（1）機床在靜態力作用下所表現的剛度稱為機床的靜剛度。提高數控機床靜剛度，使數控機床各部件產生的彈性變形控制在最小限度內，以保證實現所要求的加工精度與表面質量。提高靜剛度的措施主要是合理選擇構件的結構形式，基礎大件采用封閉整體箱形結構，合理布置加強筋和提高部件之間的接觸剛度。合理進行結構布局；采取補償構件變形的結構措施。如圖1-18所示立柱的結構形式和圖1-19所示加強筋的結構形式。（2）機床在動態力作用下所表現的剛度稱為機床的動剛度。要充分發揮數控機床的高效加工性能，穩定切削，就必須在保證靜剛度的前提下，提高數控機床的動剛度。提高動剛度的措施主要是改善機床的阻尼特性、床身表面噴涂阻尼涂層、充分利用結合面的摩擦阻尼、采用新材料，提高抗震性。如圖1-20所示人造大理石床身。圖1-18立柱結構a)無筋式b)之字形筋板式c)田字形筋板式d)單對角筋板式e)雙對角筋板式f)橫向單層筋板式g)橫向雙層筋板式圖1-19加強筋結構a)單排方孔式b)雙排直列方孔式c)雙排錯列方孔式d)人字梁式e)X結構形式f)多邊形孔式g)三角形孔式圖1-20人造大理石床身

2．高抗震性數控機床的一些運動部件，除應具有高剛度、高靈敏度外，還應具有高抗震性，即在高速重切削情況下減少振動，以保證加工零件的高精度和高的表面質量。切削過程的振動不僅直接影響零件的加工精度和表面質量，還會降低刀具的使用壽命，影響生產率。特別要注意的是避免切削時的諧振，因此對數控機床的動態特性提出更高的要求。

3．高精度、高靈敏度由于數控機床工作臺（或滑板）的位移量是以脈沖當量為最小單位的，一般為0.001~0.01mm，故要求運動件能實現微量精確位移，以提高運動精度和定位精度，提高低速運動的平穩性。減小運動件質量，可減小運動件的靜、動摩擦力之差；采取低摩擦因素的傳動元件，如采用滾動導軌或靜壓導軌，減小摩擦副之間的摩擦力，避免低速爬行現象，可使加工中心的運動平穩性和定位精度都有所提高；工作臺、刀架等部件的移動，由交流或直流伺服電動機驅動，經滾珠絲杠傳動，減少了進給系統所需要的驅動扭矩，提高了定位精度和運動平穩性。數控機床的運動部件還具有較高的靈敏度。導軌部件通常用滾動導軌、塑料導軌、靜壓導軌等，以減少摩擦力，使其低速運動時無爬行現象。4．熱變形小機床的熱變形是影響機床加工精度的重要因素之一。由于數控機床主軸轉速、進給速度遠高于普通機床，故數控機床大切削用量產生的熾熱切屑對工件和機床部件的熱傳導比普通機床要嚴重得多，而熱變形對加工精度的影響，操作者往往難以修正。同時機床的主軸、工作臺、刀架等運動部件在運動中會產生熱量，從而產生相應的熱變形。為保證部件的運動精度，要求各運動部件的發熱量要少，以防產生過大的熱變形。為此，要對機床熱源進行強制冷卻，如圖1-21所示，分為兩種形式，風冷和油冷；采用熱對稱結構，如圖1-22所示的熱對稱立柱，并改善主軸軸承、絲杠副、高速運動導軌副的摩擦特性。圖1-21對機床熱源進行強制冷卻a）風冷

b）油冷圖1-22熱對稱結構立柱1．觀察數控車、數控銑、加工中心整體結構，檢查機床電氣部件時遵循操作規程，確保人身安全。2．觀察機床運動過程，由專人操作，服從老師管理，可拍攝視頻，以便同學之間交流。3．認真學習數控機床安全操作規程（見本任務后附件）。一、觀察數控車床的機械結構（1）在機床靜止的狀態下：找出床身、主軸箱、卡盤、溜板箱、刀架、尾座、CNC控制裝置等部件，并在圖1-23中正確填寫。圖1-23數控車床整體結構（2）通電啟動機床，由實習指導老師在確保安全狀態下，運轉機床，在手動模式下啟動主軸，實現主軸的變速及換向；實現溜板的Z向和X向的正負兩個方向的運動；實現刀架的換刀動作。二、觀察數控銑床的機械結構（1）在機床靜止的狀態下：找出床身、立柱、主軸、導軌、絲桿、工作臺等這些大的部件，可以嘗試實現主軸上換刀的操作。請在圖1-24中填寫相應的部件名稱。圖1-24數控銑床整體結構（2）通電啟動機床，學生注意安全，由實習指導老師在確保安全狀態下，運轉機床，在手動模式下啟動主軸，實現主軸的變速及換向；實現工作臺的X向、Y向以及主軸的Z向相應的正負兩個方向的運動。

三、觀察加工中心的機械結構（1）在機床靜止的狀態下：找出主軸單元、機械手、刀庫、滾珠絲杠副、機械操縱臺，回轉工作臺等這些大的部件。請在圖1-25中填寫相應的部件名稱。圖1-25加工中心整體結構（2）通電啟動機床，由實習指導老師在確保安全狀態下，運轉機床，在手動模式下啟動主軸，實現主軸的變速及換向；實現工作臺X向、Y向以及主軸的Z向相應的正負兩個方向的運動，實現主軸上換刀、刀庫裝刀的操作。四、數控機床典型部件認識根據下表1-2中圖，指出數控機床部件名稱及其基本功能。表1-2數控機床典型部件認識根據表1-3總結評價內容對任務實施及職業素養養成情況進行綜合評價。表1-3總結評價表1．數控車床的床身和導軌的布局主要有哪幾種形式？2．數控機床的機械結構的特點主要表現在哪幾個方面？3．加工中心的機械結構系統組成主要包括哪幾個部分？數控車床安全操作規程（1）任何人員使用該設備及其工具、量具等必須服從所在車間主管老師的管理。未經主管老師允許，不得任意開動機床。（2）實習學生必須服從指導人員的安排。任何人使用本機床時，必須遵守本操作規程。在工場內禁止大聲喧嘩、嬉戲追逐；禁止吸煙；禁止從事一些未經指導老師同意的工作，不得隨意觸摸、啟動各種開關。（3）操作機床時為了安全起見，穿著要合適，不得穿短褲，不得穿拖鞋；女同事禁止穿裙子，長頭發要盤在適當的帽子里；凡是操作機床時，禁止戴手套、并且不能穿著過于寬松的衣服。（4）裝夾、測量工件時要停機進行。（5）使用機床前必須先檢查電源連接線、控制線及電源。不得欠過壓，缺相，頻率不符。（6）在運行加工前，首先檢查工件、刀具有無穩固鎖緊，確認操作的安全性。手動