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目 录

第一章 制造业与机械制造技术装备
1.1 制造业在国民经济中的地位和作用
1.1.1 制造业
1.1.2 技术装备
1.2 机械制造技术装备（普通机床和数控机床）在制造业中的地位和作用
第二章 数控技术与数控机床
2.1 数控技术的产生
2.2 数控机床的组成和工作原理 （图2-1）
2.2.1 数控机床组成
2.2.2 数控机床的工作原理是
2.3 数控机床的特点
第三章 （数控机床的无级变速）主传动系统设计
3.1 数控机床的无级变速主传动系统设计
第四章 数控车床的传动系统与典型结构
4.1 数控车床的传动系统
4.1.1 主运动传动系统
4.1.2 纵、横向进给传动系统
4.1.3 回转刀架传动系统
4.2 数控车床的典型结构
4.2.1 主轴箱
4.2.2 纵向进给传动装置
4.2.3横向进给传动装置
4.2.4 卧式回转刀架
4.2.5 自动定心卡盘
4.2.6 机床尾座
第五章 数控车床加工螺纹的实现
5.1 卧式车床
5.2数控车床加工零件实例：
5.2.1 零件一的加工
5.2.1.1零件分析
5.2.1.2工艺分析

第一章 制造业与机械制造技术装备
1.1制造业在国民经济中的地位和作用
1.1.1制造业
将原材料转化（或物化）为产品，以满足人类生产和生活的全过程，称为制造。这种创造物质文明的创造活动，是人类社会的主要生产活动。而从事这种生产活动的群体（企业、集团、机构等）所属的行业，则统称为制造业。
任何国家的制造业都是国民经济的基础产业，也是国民经济的主要来源。如美国有68%的财富是由制造业提供的。日本1990年国民经济总产值的49%来源于制造业。我国制造业对国民经济的贡献也达40%以上。可见没有发达的制造业，就不可能有国家真正的繁荣和强大。
在当今时代，任何一个具备完整工业体系的国家，都会有相当数量的制造工业，如汽车、机车、电力、船舶、航空航天、冶金、矿山、石油化工、机床工具、通信、轻工、建材、家电、食品、仪器仪表、计算机等。上述这些部门大都与机械工业有关，有的实质上就是机械工业，他们都使用机械设备制造各种各样的产品。所以说机械工业是国民经济的装备部，是国民经济的先导，是国家重要的基础工业。马克思深刻指出：“大工业必须掌握它特有的生产资料，即机器的本身，必须用机器生产机器，这样，大工业才建立起与自己适应的技术基础，才得以自立。”如果一个国家的机器工业水平不高，它生产的产品在国际市场上是很难有竞争力的，也是很难立于世界民族之林的！
1.1.2技术装备
生产技术、试验设备、仪器仪表与工艺装备（包括刀具、卡具、量具、检具和工位器具等）的总称。技术装备率是指年末企业自有机械设备净值与年末全部职工或全部工人人数的比值。装备制造业是技术密集产业，产品技术含量高，附加价值大。随着装备制造业不断吸纳高新技术，以及信息技术、软件技术和先进制造技术在装备制造业中的普及应用，技术装备日趋软件化，先进的装备制造业将有更多的产业及其产业进入高技术产业范畴。装备制造业的发展水平反映出一个国家在科学技术、工艺设计、材料、加工制造等方面的综合配套能力。特别是一些技术难度大、成套性强，需跨行业配套制造的重大技术装备制造能力，反映了一个国家的经济和技术实力。因此，装备制造业的发展有利于提高国民经济各行各业的技术水平和劳动生产率，从而提高国家竞争力。许多工业化国家，在工业化成熟阶段都把装备制造业作为主导产业。
1.2机械制造技术装备（普通机床和数控机床）在制造业中的地位和作用
车床：车削用来加工回转体零件，把零件通过三抓卡盘夹在机床主轴上，并高速旋转，然后用车刀按照回转体的母线走刀，切出产品外型来。车床上还可进行内孔，螺纹，咬花等的加工，后两者为低速加工。 数控车床可进行复杂回转体外形的加工。
数控车床、车削中心：是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。

第二章 数控技术与数控机床
2.1数控技术的产生
1946年世界上第一台电子计算机问世，揭开了人类进入信息时代的序幕。1948年美国帕森斯公司提出了采用电子计算机控制机床，加工飞机螺旋桨叶片轮廓样板曲线的设想，立即得到美国空军的支持和麻省理工学院伺服机构研究室的响应，终于在1952年研制成功世界上第一台三坐标数控铣床。这便是用数字化信息控制机床的运动，是实现复杂零件加工的数控技术的开始。人们把这种电子计算机以数字方式控制机床工作的技术称为数字控制技术，简称数控（缩写为NC）。由于数控是与机床控制密切相关发展起来的，因此，通常讲的“数控”就是指“机床数控”，用这种控制技术控制的机床称为“数控机床”，用这种控制技术控制的机床称为“数控机床”，人们习惯称为“NC机床”，甚至就叫“NC”。
2.2数控机床的组成和工作原理 （图2-1）

2.2.1数控机床组成
数控机床是普通机床演变而来的，它的控制采用计算机数据控制方式，它各个坐标方向的运动均采用单独的伺服电动机驱动，取代了普通机床上联系各坐标方向运动的复杂齿轮传动链。数控机床由信息输入、信息运算机控制、伺服驱动和位置检验反馈、机床本体、机电接口等五大部分组成。
1、 信息输入
信息输入是将加工零件的程序、各种参数和数据通过输入设备送到运算和控制部分，它相当于人的各种感觉器官，输入方式有穿孔纸带、磁盘、按键（MDI）、手摇脉冲发生器等。一般现场均采用按键方式；复杂零件程序较长，则采用磁盘（磁带）输入。纸带是一种比较传统的基本输入方式，手摇脉动发生器是一种手动调整运动的较好方式。每一种输入方式都由相应的硬件和软件支持来共同完成一种功能。
2、 信息运算及控制
信息运算及控制实际上是一种专用计算机，一般由CPU、存储器、总线、输入输出接口等构成。为了完成各种形状的零件加工，系统软件必须具有曲线、曲面的插补功能，即能进行轨迹插补运算和刀具补偿运算，并根据曲线的不同情况，计算每时每刻各个坐标方向的分量。用这些分量去驱动各坐标方向的伺服电动机作进给运动，，完成各个坐标的协调运动。这一部分是整个数控机床数控系统的核心，决定了机床数控系统功能的强弱，好似人的“大脑”。
3、 伺服驱动和位置检测反馈
伺服驱动部分接受计算机运算处理结果的信号，经过驱动电路将信号进行转换、放大驱动各个坐标的伺服电动机，并且随时检测运动末端件（伺服电动机或工作台）的实际运动情况，进行严格的速度和位置反馈控制。从接受计算机输出的微弱信号到驱动工作台（或刀架）做微小的位移（0.001mm）这一过渡过程，仅为几十毫秒至二百毫秒，而且计算机输出的微弱信号为毫安、毫伏级。经放大后驱动工作台（或刀架）移动时，信号达到伏特、安培级（即功率放大近百万倍）。这一部分影响数控机床的动态特性和轮廓加工精度。所以，伺服驱动和位置检测反馈环节是数控机床的关键，它好似人的强健“四肢”。
4、机床本体
机床本体被控机床的主运动部件、进给运动部件和其他相关的底座、立柱、滑鞍、工作台（或刀架）等。数控机床是一种高度自动化的高效、高精度机床。它要求基础部件的刚度（静刚度和动刚度）要好，精度保持性要好，，主运动、进给运动部件的运动精度要高，当然相应的制造精度要求也高。为保证机床部件运动不滞后，并获得精确移动位置（0.001mm），数控机床的进给传动系统一般都采用精密滚珠丝杠、精密滚动导轨副、摩擦特性良好的贴塑（滑动）导轨副，以保证进给运动的灵敏和精确。所以高刚度、高精度的机床本体是保证数控机床高度自动化、高效、高精度的基础。它相当于人的强壮“躯体”。
5、 机电接口
数控机床除了实现加工零件轮廓轨迹控制外，还有其他许多动作。如数控车床上刀架的自动回转，加工中心上刀库的自动换刀，冷却液开、停，各坐标的行程限位、各个运动的互锁、联锁，机床的急停，循环启动，进给保持，程序停止，以及各种离合器的开、合，电磁铁的通、断，电磁阀的开、闭等。这些属于开关量控制，一般采用可编程控制器（简称PC），也称顺序控制器来实现。
2.2.2数控机床的工作原理是
将加工零件的几何学性和公益学校编制成程序，由输入部分送入计算机，经过计算机处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，使各轴精确走到要求的位置。如此继续下去，各个运动协调进行，一直加工完零件的全部轮廓。
数控机床比普通机床的传动简单，传动件少，但要求零部件的制造精度高、刚度高，进给传动系统应轻快、灵敏，并采用无间隙传动。从计算机的硬件体系结构看，与一般计算机没有什么区别，主要区别在于软件。这里的软件应能支持计算机完成零件形状轨迹的插补运算，而对其科学计算和文字处理功能不作具体要求。普通计算机的外设多为打印机、绘图机等，而在数控机床上的计算机输出微弱信号后，要放大近百万倍才能驱动工作台（或刀架）移动，而且这种过程的响应时间是在毫秒级，最小位移量约为0.001mm。
一般将信息输入、运算及控制，伺服驱动中的位置控制、PC控制合称为数控系统，将它们安装在一个类似柜的装置中，称为数控装置。伺服驱动（常指速度控制环）单一、伺服电机、机械传动环节合称为伺服系统。伺服电动机（带检测反馈元件）及伺服驱动单元常有配套产品在市场上供应。
2.3数控机床的特点
数控机床是一种高度自动化、高效率、高精度的机床。它按照被加工零件的数控加工程序进行自动加工。当加工对象（产品零件）改变时，只要改变数控加工程序，而不必改变凸轮、靠模、样板或钻、镗、磨等专用工艺装备。数控机床占用工装夹具少；可减少在制品，有利于提高企业的经济效益。
数控机床加工零件的一致性好，加工精度高，加工质量稳定。数控机床按预定的加工程序自动加工，加工过程不需要人工干预。数控机床本身的刚度好、精度高，而且还可利用软件进行精度校正和补偿，因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。
数控机床能加工很多普通机床难以完成或者根本无法实现的复杂曲面零件。因此数控机床首先在航空、航天领域获得应用；在复杂型面的磨具加工中、在蜗轮叶片及螺旋桨叶片的加工中也都得到了广泛的应用。
数控机床的生产率高。在数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动时间，还具有自动变速、自动换刀、自动交换工件和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间缩短，而且无需工序间的检测和测量，故比普通机床的生产率提高3-4倍，甚至更高；尤其是对于某些复杂理解(如箱体）和劳动量大、易疲劳、溢出差错的印刷电路板的加工，生产率可提高十几倍，且大大减轻了工人的劳动强度。
一机多用，工序高度集中。一些数控机床将几种机床功能（钻、铣、镗）合一，加上自动交换刀具系统，形成加工中心，再配上分度转台或数控转台则可以实现在一次装夹的情况下，几乎完成零件的全部加工。一台数控机床可以代替数台普通机床，这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量、装夹等辅助时间，还可以节省机床的占地面积。
数控机床是一种高新技术设备，它不仅价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修，以利于充分发挥数控机床的优势。

第三章 （数控机床的无级变速）主传动系统设计
3.1数控机床的无级变速主传动系统设计
数控机床主轴转速不仅决定于切削速度而且还决定于工件的直径。较低转速多用于加工大直径工件，这时要求的输出扭矩增大了。因此，数控车旋转主轴运动链的变速机构，输出扭矩与转速成反比，基本上是恒功率的。
主轴所传递的功率或扭矩与转速之间的关系，称为机床主轴的功率或扭矩特性。主轴从最高转速nmax到某一转速nj之间，主轴应能传递运动源的全部功率。在这个区域内，主轴的最大输出扭矩应随转速的降低而加大。从nj以下直到最低转速nmin,这个区域内的各级转速并不需要传递全部功率。主轴的输出扭矩不再随转速的降低而加大，而是保持nj时的扭矩不变。所能传递的功率，则随转速的降低而降低。主轴能传递全功率的最低转速，称为主轴的计算转速。

设计题目：有一数控机床，主轴转速最高为4000r/min,最低转速为30 r/min，计算转速为150 r/min，最大切削功率为5.5kw。采用交流变频主轴电动机，额定转速为1500 r/min，最高转速为4500 r/min，最低转速为310 r/min，试设计分级变速传动系统并选择电动机的功率。
问题中，变频调速电机额定转速nd=1500 r/min, 额定转速即为计算转速，额定转速向上至最高转速4500 r/min为恒功率，范围约为3，由额定转速至最低转速310 r/min为恒转矩，调速范围约为50。由于主轴要求的恒功率调速范围远大于电动机所能提供的恒功率范围，因此，用它驱动作旋转运动的主轴，应串联分级变速箱扩大其恒功率调速范围。变速箱的公比Φp原则上应等于电动机的恒功率调速范围Rp,为了简化变速结构，取Φp＞Rp,电动机的功率取得比要求的功率大些。

[解]：主轴要求的恒功率调速范围：
电动机的恒功率调速范围：
可见主轴要求的恒功率调速范围远大于电动机所能提供的恒功率调速范围，故必须配以分级变速箱。
取变速箱的公比（实为级比）
则由于无级变速时
故变速箱的变速级数
现为简化分级变速箱结构和自动化操纵机构，取Z=2。这时反算回去

即=3
传动系统图转速图和功率特性见图3-2（a）（b）（c）,

当电机（额定转速）为1500 r/min时经分级变速箱得到257 r/min（低端）~1331 r/min（高端）范围内的各种转速。当电机转速升至4500 r/min时，主轴的低端转速由257 r/min升到772 r/min，主轴的高端转速由1331 r/min升到3993 r/min，这是恒功率调速区。但要注意主轴上由772 r/min至1331 r/min一段没有被恒功率所覆盖，即为缺口。当电机由1500 r/min向下调速（恒转矩）时，分级变速结构将主轴上的1331 r/min（高端）和257 r/min（低端）也同时向下进行恒转矩调速（图f），这时高端将覆盖上述缺口段。低端由257 r/min向下覆盖。所以，BC和CE为恒转矩调速。为了使BC和CD之间仍能得到要求的切削功率，电机的切削功率只能选取大一些。为使电动机在770 r/min时能得到最大输出功率。P=5.5/0.75=7.3kw，电动机在1330 r/min时的输出功率即最大输出功率C’点：M=P/N=7.3/770
B点：M=N/n=N/1330
所以 kw
选BESK-15型交流变频主轴电机，其最大输出功率为15kw，可见简化分级变速箱的结构带来的后果是应用大功率电动机作为代价。

第四章 数控车床的传动系统与典型结构
4.1 数控车床的传动系统
根据数控机床的要求，主运动系统配置有以下四类：
一类：普通电机-机械变速系统-主轴部件。电机经若干个齿轮副变速后，是主轴获得不同级数的转速，自动变速由电磁离合器或液压缸实现。其优点是能够满足各种切削运动转矩输出的要求。
二类：变频器-交流电机-（1-2级机械变速）-主轴部件。这种配置形式是电机经同步齿形带传递主轴，其变速功能主要由变频电机实现，对变速范围要求较宽。这种配置的结构简单安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求。
三类：交、直流主轴驱动单元-交、直流主轴电机-主轴部件。这种配置形式同上面一样，但电机是性能更好交、直流主轴电机，其变数范围宽，最高转速可达8000r/min。
四类：电主轴。近几年来，电主轴在数控机床上应用越来越多。电主轴又称内装是主轴电机，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、惯性小；可提高启动、停止的相应特性，有利于控制振动和噪音；转速高，目前最高可达200000r/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。
4.1.1 主运动传动系统
①机床的主传动系统是用来实现机床主运动的，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的弓箭，并能方便地进行开、停、变速、换向和制动等。
②数控车床的主运动传动系统采用交流（或直流）无级变速电动机驱动，经分级变速箱（或弧齿同步齿形带轮）将运动传递到主轴，带动主轴作旋转运动，使主轴在要求的转速范围内实现无级调速。
4.1.2 纵、横向进给传动系统
①传统的进给系统和主传动系统多采用一个电机，执行件之间采用大量的齿轮传动，以实现内（外）传动链的各种传动比要求。所以它们的传动链很长，结构相当复杂。
数控伺服电机进给传动系统的每一个运动都由单独的伺服电机驱动，传动链大大缩短，传动件大大减小，这极有利于减少传动误差，提高传动精度。执行件之间的传动比关系，由数控系统（计算机）来保证。也可以说数控伺服进给传动系统是把彼此相关（复合）的运动分解为简单运动，再由计算机将各个运动复合起来，以形成工件的各种表面，特别是空间曲面。数控伺服进给系统的精度要求高、响应要求快，故多采用低摩擦、无间隙传动。伺服传动系统多采用闭环和半闭环系统，一般由交流（直流）伺服电机，经同步齿形带或挠性联轴节与滚珠轴承丝杠相联接。
②数控车床的纵向进给系统由交流（或直流）伺服电动机直接（或经弧齿同步齿形带轮）带动滚珠丝杠旋转。将电动机的回转运动转化成床鞍的纵向直线运动，横向进给系统也是由交流（或直流）伺服电动机直接（或经弧齿同步齿形带轮）带动滚珠丝杠旋转将电动机的回转运动转化成刀架的横向直线进给运动。
4.1.3 回转刀架传动系统
数控车床换刀时，需要刀架作回转的分度运动，刀架回转角度取决于装刀数目。回转刀架的动力源为液压马达（或电机），通过起分度作用的平板共轭分度凸轮，将分度运动传递给一对齿轮副，进而带动刀架回转。
4.2 数控车床的典型结构
4.2.1 主轴箱
主轴箱是机床结构中最重要的部件之一，如图SKC-1所示，主轴箱由主轴电机主轴箱体18，主轴33，前支承29，后支承24，调速螺母10，主轴脉冲发生器15，液压缸42及直齿圆柱齿轮副等组成。
AC主轴电动机通过齿轮副35/77（3，4）将运动传至中间传动轴37，由于齿轮38，39在中间传动轴上滑动，故中间传动轴37制成花键轴，齿轮38，39制成双联滑移齿轮，经齿轮副34/90（38，27）使主轴获得30r/min~770r/min的低速段；经齿轮副82/42（39，25）使主轴获得70r/min~4000r/min高速段，主轴的转速经齿轮副42/42（25，21）传至主轴脉冲发生器16，使主轴每转发出1024个脉冲，主轴后端的过度盘11用于联接气动（液动）加剧的气缸（液压缸），AC主轴电动机带有速度测量的装置实现速度反馈；采用液压缸42，操纵双联华齿轮变速。活塞杆42上有限位孔槽，实现准确变速。
+0.013
+0.003
+0.013
+0.003
主轴采用两点支承结构适宜高转速的要求，主轴组建负荷较大，要求的刚度也较高，所以前后支承都用脚接触球轴承。前支承29采用三联组配，前面两个串联，大口朝外，接触角为25°，后面一个大口朝里，接触角为14°，中间一个轴承与后面（α=14°）一个轴承间留有8um的间隙，装配用调整螺母10来调整，使轴承获得预紧，调整后拧紧调整螺母上的锁紧螺钉进行固定，轴向切削力Px由前面两个轴承承受，故接触角较大，同时也减少了主轴的悬伸量。后轴承24为两个角接触球轴承，α=14°,背靠背布置，这两个轴承共同担负后支承的径向载荷。轴向载荷已由前支承承担，故后支承的外圈轴向不定位，当受热膨胀时，主轴带着后轴承向后端移动，主轴轴承都属于超轻型，精度为SP(C)级。主轴轴承用脂润滑，迷宫式密封。主轴前端的短圆锥面和凸缘端面是安装卡盘的定位面，主轴前端有莫氏锥孔。主轴材料为16MnCr5（也可用45号钢）。前面的短锥凸缘端面。前后轴承和齿轮的轴径、莫氏锥孔皆需淬硬至HRC55±2,深1mm(16MnCr5需渗碳)。与主轴前后轴承配合的轴径公差为h4与主轴前后轴承配合的轴径公差为h4。与前轴承外环相配合的箱体孔为φ150 ，。与后轴孔配合的箱体孔为125H5。

4.2.2 纵向进给传动装置
数控车床纵向（z向）进给传动装置如图skc-2所示，AC伺服电动机1经挠性联轴节直接传动滚珠丝杠13，由丝杠螺母24带动床鞍连同刀架连床身34的矩形导轨移动，实现2轴的进给运动。
AC伺服电机轴与滚珠丝杠13采用挠性联轴节联接，形成无键无间隙联接。当拧紧压圈5上的螺栓4时，压圈5和联轴套6相互靠拢，挤压内锥环7和外锥环8，使之形成摩擦联接。内锥环7的锥环使其外径胀大；外锥环8的锥面使其内径缩小，分别与联轴套6和电机轴压紧，其摩擦力矩足以传递电动机的输出转矩。同理，右边的结构也能将转矩传到丝杠7上去。左右两部分的中间是0.25mm厚的不锈钢柔性片，它分别用螺栓12和球面垫圈11与两边的联轴套对角联接，以传递扭矩。这种联接不用键，反向无间隙，轴和联轴套之间的位置可任意调节，且较好的消除丝杠3和电机轴之间的不同轴度和垂直度误差。如果需要传递较大的力矩，则可用两套以致3套锥环。但每经过一套锥环，轴向压紧力片降低一些，所能传递的力矩与锥环的套数成正比。如果锥环的锥半角取为17°，静摩擦系数为0.12，则1套、2套、3套锥环所能传递的最大力矩之比为1：1.56：1.87。
滚珠丝杠的左右支承都采用角接触球轴承，接触角为６０°，左支撑２０，由三个角接触球轴承组成，其中右边两个轴承与左边一个轴承大口相对布置，由调整螺母１４进行预紧，调整完毕后插入铜条，拧紧顶丝将螺母锁紧．滚珠丝杠的右支撑30为两个角接触球轴承，背靠背布置，这两个轴承共同承担后支撑的径向载荷，轴承间隙用调整螺母23来调整，调整后插入铜条拧紧顶丝将螺母锁紧。滚珠丝杠的支撑形式为左端固定，右端浮动，留有丝杠受热膨胀后向右伸长的余地。22和26为缓冲挡块，起超程保护作用，右支撑座30，用螺钉固定在床身34上，伺服电动机带有速度与位置测量装置，实现速度反馈和位置反馈，从而提高系统对Z向进给的精度控制。

滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构，它的机械效率（y=0.92~0.96）比滑动丝杠（Y=0.20~0.40）高3—4倍。滚珠丝杠螺母副的动（静）摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。滚珠丝杠螺母副可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，且反向无空程死区，反向定位精度高，滚珠丝杠螺母摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动，故用于垂直位置时，必须有制动装置。

滚珠丝杠螺母副可以通过左右螺母的相互离开和相互靠近，达到消除间隙的目的，当有过盈时，即为预紧。图示滚珠丝杠螺母副间隙结构为齿差式调隙结构。在两个螺母的外凸缘上加工出两个齿轮（齿数差为1）。这两个齿轮分别与螺母两端的两个内齿圈相啮合。内齿圈用螺钉紧固在螺母座上，只要转动其中一个螺母就会使两个螺母的相对位置发生变化，以调整轴向间隙和预紧力。调整时先脱开一个内齿圈，转动螺母，然后再合上齿圈。如果一个螺母不动，另一个螺母转过一个齿，其轴向位移量S=t/Z1（Z1齿轮齿数，t为丝杠螺距）；如果两个螺母按同一方向各转过一个齿时，其轴向位移量S=（1/Z1—1/Z2）t=t/（Z1Z2）（Z2为另一个齿轮的齿数，且Z2—Z1=1），若两个齿轮的齿数分别为Z1=99，Z2=100，t=10mm时，轴向位移量S=10/99*100=1.01um，即两个螺母相对轴向位置变动量为1um，这种结构的优点是调整可靠，精度高，在数控机床上被广泛应用；缺点是结构复杂，制造要求高。滚珠丝杠螺母副预紧载荷以能够有效地减小弹性变形所带来的轴向位移为度，过大的预紧力将增大摩擦阻力，降低转动效率，并使寿命大为缩短。所以一般要经过几次仔细调整，才能保证机床在最大轴向载荷下，即消除间隙，又能灵活运转。目前滚珠丝杠螺母副以由专业厂家生产，预紧力由制造厂调好，供用户使用。

4.2.3横向进给传动装置
数控车床横向（X向）进给传动装置如图SKC—3所示。AC伺服电动机40经挠性连轴节直接传动滚珠丝杠Z，其上丝杠螺母16带动刀架沿床鞍1的导轨实现X轴的进给运动。

滚珠丝杠的前后支撑都采用角接触球轴承，接触角为60度，前支撑9由三个角接触球轴承组成，其中一个轴承大口向前，两个轴承大口向后，分别承受双向的轴向载荷。前支撑的轴承用调整螺母3进给预紧，调整完成后插入铜条，拧紧顶丝将螺母锁紧。后支撑23为一对角接触球轴承，轴承大口相背放置，由调整螺母28进行预紧，调整完成后插入铜条，拧紧顶丝将螺母锁紧。这种丝杠采用两端固定的支撑形式，其结构和工艺都较复杂，但可以保证提高丝杠的轴向刚度，这种配置方式可对丝杠进行预拉伸，因滚珠丝杠工作时要发热，其温度高于床身，为了补偿因丝杠热膨胀而引起的定位精度误差，可采用丝杠预拉伸结构，使预拉伸量略大于热膨胀量。发热后，热膨胀量将抵消部分预拉伸量，使丝杠内的拉应力下降，但长度却没有变化，需进行与拉伸的丝杠在制作时应使其目标行程（螺纹部分在常温下的U度）等于公称行程（螺纹部分的理论U度等于公称导程乘以丝杠上的螺纹圈数）减去预拉伸量，拉伸后恢复公称行程值。

AC伺服电动机轴与滚珠丝杠２采用挠性联轴节联接，形成无键，无间隙联接；滚珠丝杠螺母副采用齿差式调整结构；AC伺服电动机带有速度和位置测量装置，实现速度反馈和位置反馈；缓冲块１３和１９起超程保护作用；滚珠丝杠前支撑座８用螺钉固定在床鞍上，床鞍导轨为矩形导轨，刀架与床鞍的间隙用镶条来调整，床鞍与床身导轨的间隙也采用镶条来调整．因为床鞍顶面导轨与水平面倾斜３０°，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能以自锁阻止其下滑，故机床依靠AC伺服电动机的电磁制动来实现自锁．

4.2.4 卧式回转刀架
数控车床采用卧式回转刀架，卧式回转刀架的回转轴与机床主轴平行，可在刀盘的径向和轴向安装刀具．径向刀具多用作外圆柱面及端面加工；轴向刀具多用作内孔加工，回转刀具位数最多可达２０个，常用的有８、10、12、14四种刀位．刀架回转及松开，夹紧的动力全采用液压．刀位计数采用光电编码器．回转刀架机械结构复杂，使用中故障相对较高，因此在选用及使用维护中要给予足够重视．

4.2.5 自动定心卡盘
为了减少工件装夹辅助时间和减轻劳动强度，适应自动化和半自动加工的需要，数控车床多采用动力卡盘装夹工件，目前使用较多的是自动定心液压或气动动力卡盘．

4.2.6 机床尾座
　　　数控车床出厂时配置标准尾座，尾座体的移动由滑板带动实现．尾座体移动后，由手动控制的液压缸将其锁紧在床身上．在调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动，顶尖与尾座套筒用锥孔联接，尾座套筒可带动顶尖一起移动．在机床自动工作循环中，可通过加工程序由数控系统控制尾座套筒的移动．

第五章　数控车床加工螺纹的实现
　 5.1 卧式车床能车削的螺纹相当有限，它只能车等导程的直、锥面公制、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹．数控车床不但能车削任何导程的直、锥形螺纹和端面螺纹，而且能车增导程、减导程螺纹，以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹．普通车床加工螺纹是通过主轴与刀架间的内联系传动链来保证的，即主轴每转一转刀架移动一个待加工工件螺纹的导程．在整个螺纹加工过程中，这条传动链不能断开，断开则乱扣，在数控车床上加工螺纹也必须保证这个关系．由于数控车床的主轴与进给轴之间没有普通车床之间这种机械传动链联系，因此只能通过对主轴和进给轴的控制来保证螺纹的加工．通过主轴脉冲发生器直接或间接测量主轴的旋转速度，并将信号传递给数控系统，数控系统根据主轴的旋转速度和进给运动减速装置的传动比的大小、数控车床工作丝杠的导程以及待加工工件的导程，计算得出进给运动伺服电动机的转速，以此保证获得所需工作螺纹的导程．
5.2数控车床加工零件实例：
图5-1，5-2是数控车床加工的一个典型相互配合的零件。
5.2.1 零件一的加工

5.2.1.1零件分析
该零件是带螺纹的盘类零件，零件的最大外径是69.6mm，所以选取毛坯为Φ75mm的圆棒料。
5.2.1.2工艺分析
该零件分9个工步来完成加工，先用Φ28的麻花钻来钻孔，再粗车外圆，第三步精车外圆，第四步槽车刀切退刀槽，第五步M50的螺纹加工（螺距为1.5mm），第六步切断零件，第七步用铜皮垫夹直径为40mm外圆，找正，掉头粗镗锥孔，第八步粗镗锥孔，第九步精镗锥孔.
较为突出的问题是如何保证Φ60. Φ69.6，Φ40的尺寸公差，另外加工前棒料伸出三爪卡盘70mm装夹工件。
需选择01号外圆车刀（粗加工），02号外圆车刀（精加工），03号螺纹车刀，04号内孔镗车刀（粗加工），05号内孔镗车刀（精加工），06号槽车刀，07号切断车刀。
在提高质量和节约成本的前提下，切削用量设定为外圆单边粗车加工吃刀量为2mm，外圆精车余量为0.3mm。
内孔单边粗车吃刀量为1mm，精车余量为0.2mm.
1. 工件坐标系的设定
选取工件右段面的中心点O为工件坐标系的原点。
2. 先动手钻孔
夹好工件，用Φ28的麻花钻手动钻孔，孔深70mm.
3. 数控精加工程序（本程序是根据FANUC Oi Mate TC系统编写成，使用的数控车床为后刀架车床）
O0001
T0202
S500 M03 调用外圆车刀 转速500r/min
G00 X40.0 Z5.0 M8 进入起点 打开冷却液
G01 Z-11.0
X50.0
Z-26.0
X60.0
Z-36.0
X69.6
Z-66.0
X75.0
G00 X100.0 Z100.0 刀具退到换刀点
T0606
S200 M03 F0.05 调用槽车刀 转速200r/min
G00 X52.0 Z-21.0
G01 X44.0
Z-25.0

X65.0
G00 X100.0 Z100.0 刀具退到换刀点
T0303 S350 调用螺纹刀，主轴为350r/min
G00 X52.0 Z-9.0 进入螺纹加工起始点
G92 X49.2 Z-22.0 F1.5 进入固定循环车螺纹，进给1.5mm/r
X48.6
X48.2
X48.04
X48.04
G00 X100. Z100. 刀具退到换刀点
T0202 S370 调用外圆车刀 主轴370r/min
G00 X65.0 Z2.0 进入切削起点
G01 Z0.0 F10.0
X69.6 Z-23.0
G00 X100.0 Z100.0 刀具退到换刀点
T0505 S300 调用内孔镗车刀 主轴300r/min
G00 X40.0 Z5.0 进入切削起点
G01 Z-31.0 F30
X30.0 Z-31.0
Z-61.0

X26.0
G01 Z5.0 F400
G00 X100.0 Z100.0 刀具退到换刀点
T0101 调用外圆车刀
M05 主轴停转
M09 关闭冷却液
M30 程序运行结束
5.2.2 零件二的加工

5.2.2.1零件分析
该零件是带内螺纹的盘类零件，零件的最大外径是90mm，所以选取毛坯为Φ95mm的圆棒料。
5.2.2.2工艺分析
该零件分10个工步来完成加工，先用Φ38的麻花钻来钻孔，再粗车外圆，第三步精车外圆，第四步粗镗内孔，第五步精镗内孔，第六步内槽车刀切孔内槽，第七步M50的螺纹加工（螺距为1.5mm），第八步切断零件，第九步用铜皮垫夹直径为90mm外圆，找正，掉头粗镗内锥孔，第十步精镗内锥孔。
较为突出的问题是如何保证Φ60.Φ90.Φ78.50，58，10
Φ4 0的尺寸公差，另外加工前棒料伸出三爪卡盘75mm装夹工件。
需选择01号外圆车刀（粗加工），02号外圆车刀（精加工），03号螺纹车刀，04号内孔镗车刀（粗加工），05号内孔镗车刀（精加工），06号内槽车刀，07号切断车刀。
在提高质量和节约成本的前提下，切削用量设定为外圆单边粗车加工吃刀量为2mm，外圆精车余量为0.3mm。
内孔单边粗车吃刀量为1mm，精车余量为0.2mm.
工件坐标系的设定：选取工件右段面的中心点O为工件坐标系的原点。
先动手钻孔：夹好工件，用Φ38的麻花钻手动钻孔，孔深80mm.
数控精加工程序（本程序是根据FANUC Oi Mate TC系统编写成，使用的数控车床为后刀架车床）
O0002
T0202 调用内孔镗车刀，主轴为300r/min
S500 M03 F50.0
G00 X64.0 Z5.0 进入加工起始点
G01 Z0. M8 打开冷却液
X66.0 Z-1.0
Z-4.0
G02 X72.0 Z-7.0 R3.0 走R3的圆角
G01 X84.0
G03 X90.0 Z-10.0 R3.0 走R3的圆角
G01 Z-19.0
X84.0
G03 X78.0 Z-22.0 R3.0 走R3的圆角
G01 Z-57.0
X90.0
Z-65.0

X95.0
G00 Z100.0 刀具退到换刀点
X100.0
T0505 调用内孔镗车刀，主轴为300r/min
S300 M03 F30.0
G00 X60.0 Z5.0 进入加工起始点
G01 Z-10.0
X48.8
Z-25.0
X40.0
Z-40.0
X10.0
G01 Z100.0 F300 刀具退到换刀点
X100.0
T0606 调用内槽刀，主轴为200r/min
S200 M03
G00 X40.0 Z5.0 进入加工起始点
G01 Z-25.0 F30
G01 X52.0 F0.07
X30.0

G00 Z100.0 刀具退到换刀点
X100.0
T0303 调用螺纹刀，主轴为300r/min
S300 M03
G00 X45.0 Z-8.0 进入螺纹加工起始点
G92 X48.85 Z-23.0 F1.5