资源描述
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》电子教案（1）
第一章 数控机床概述
课题编号
1-01
课题名称
数控机床的特点、应用、工作过程、组成；
参观车间
教材版本
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》
高等教育出版社 李桂云 苏伟 主编
教学目标
知识目标
明确数控机床的概念与特点、掌握数控机床的应用、组成与发展；
初步认识常用数控机床如数控车床、加工中心等设备。
能力目标
掌握数控及数控机床的概念；
能够识别数控车床、数控铣床与加工中心机床。
素质目标
掌握数控机床的应用范围；
初步了解数控机床的结构组成。
教学重点
数控、数控机床的概念，车间参观
难点分析
车间参观的组织与讲授
教学设计
思路
讲授（给学生一定的概念）；车间参观（提高感性认识为后面讲授服务）；总结
教学资源
实习车间，设备手册
教学安排
2课时。引课5分钟，讲授35分钟，参观车间45分钟，单元小结5分钟
教学过程
教学内容
教学方法
与手段
开场白
导入新课
新课内容
讲授部分
教师自我介绍（姓名、办公地点、联系方式），本课程总学时，期末考试方式，学习成绩评分方法及权重，作业布置与完成要求，教师答疑时间、地点及方式……
随着现代科学技术的发展，数控技术在机械制造领域中日益普及，各种类型的数控机床在生产中得到越来越广泛的应用。目前，数控技术更是进入了微机时代，大大提高了系统的可靠性和灵活性，为数控技术的发展提供了更加广阔的前景。
第一章 数控机床概述
1．1 数控机床的特点及应用范围
一、数控机床的基本概念及发展
1、数控：数字控制的简称或称NC
2、数控机床：装备了数控装置的机床也称NC机床。也可以定义为利用数控技术，按照事先遍好的程序实现动作的机床。
3、数控机床的发展：
1）第一代数控机床：1952~1959 电子管 （1952年由美国人研制第一台三坐标立式数控铣，1955年进入实用阶段，我国1958年清华研制，1966年第一台）
2）第二代数控机床：1959~1964 晶体管
3）第三代数控机床：1965~1970 中小规模的集成电路 （前三代为NC硬接线技术）
4）第四代数控机床：1971~1974 大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）
5）第五代数控机床：1974 微型电子计算机控制的系统MNC（后两代为CNC软接线技术）
二、数控机床的特点
1、 生产柔性大（特别适合单件和中小批量的生产）
2、 加工精度高
3、 生产效率高
4、 减轻劳动强度，改善劳动条件
5、 良好的济济效益
6、 初始投资大，增加了电器设备的维护，对操作人员要求高）
三、数控机床的应用范围
1．多品种小批量零件；
2．结构较复杂，精度要求较高的零件；
3．价格昂贵，不允许报废的关键零件；
4．需要最短生产周期的急需零件。
1．2 数控加工的工作过程及组成
一、数控加工的工作过程
零件图——手工编程——输入装置——数控装置——
（自动编程） （接口）
——伺服系统——机床本体
二、数控机床的组成
1、数控机床组成：输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体组成。
2、数控机床工作结构图：
程序载体-----------输入装置-------------数控装置------------伺服系统--------------机床本体
程序载体和输入装置：传统的穿孔纸带和光电阅读机、软盘和软盘驱动器等；现代采用键盘或计算机传输。
5 分钟
35 分钟
车间参观
单元小结
作业布置
数控装置：数控机床的核心，通常由计算机、输入输出接口板及机床控制器等组成。其功能是完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算及实现各种控制。
伺服装置：伺服装置是数控机床的执行机构，作用是把来自数控装置的脉冲信号转化为机床移动部件的运动。
机床本体：数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。
参观教学内容
一、 车间整体布局介绍
根据本单位数控车间具体情况讲解
二、 主要设备简介
重点介绍数控车床、铣床、加工中心、电火花成形、电火花线切割等数控机床的作用、结构组成、特点及主要参数。
1、 数控及数控机床的概念；
2、 数控机床的特点与应用范围；
3、 数控机床的组成及其作用；
4、 车间参观总结。
习题1-1和1-2
简述你所参观车间设备情况
45 分钟
对实习车间有一个整体认识
依据车间设备讲授
5 分钟
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》电子教案（2）
第二章 数控机床概述
课题编号
1-02
课题名称
数控机床的分类与坐标系
教材版本
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》
高等教育出版社 李桂云 苏伟 主编
教学目标
知识目标
掌握数控机床三种分类方法及其区别；
学习建立机床、工件坐标系。
能力目标
能够建立典型零件的工件坐标系；
能够正确区分不同类型数控机床。
素质目标
培养学生分析、区分问题能力；
培养学生建立工件坐标系的能力。
教学重点
三种分类方法、典型零件坐标系建立
难点分析
坐标系建立
教学设计
思路
图片、实物、对比讲授、联系实际等多种方法适时运用
教学资源
机床展览会图片、典型车铣加工零件实物
教学安排
2课时。复习、引课5分钟，讲授80分钟，单元小结5分钟
教学过程
教学内容
教学方法
与手段
复习旧课
导入新课
新课内容
单元小结
作业布置
5、 数控及数控机床的概念；
6、 数控机床的特点与应用范围；
7、 数控机床的组成及其作用。
上次课我们参观了数控实习车间，里面有各种设备，如何区分这些设备，是我们今天要讲的主要内容——数控机床的分类。
1．3 数控机床的基本类型
一、按工艺用途分类
1、 普通数控机床：包括数控车床、数控铣床、数控钻床等
2、 加工中心机床：增加刀库与自动换刀部分
3、 多坐标数控机床：坐标轴超过3个，能加工复杂形状的零件（飞机的机翼的加工）
4、 数控特种加工机床：线切割、电火花等（目前在模具行业普遍使用）
二、控制运动方式分类
1、 点位控制数控机床：
从一点准确运动到另一点，轨迹无要求，刀具不加工零件。
典型应用：数控钻床、数控冲床。
2、 直线位控制数控机床
从一点准确运动到另一点，轨迹是平行机床各坐标轴或与之成45°角的直线。控制移动速度，刀具进行切削加工。
典型应用：数控车床、数控磨床、数控镗铣床。
3、 连续控制的数控机床
从一点准确运动到另一点，轨迹有要求（两个或两个以上轴连续控制）控制移动速度，刀具进行切削加工。
典型应用：数控车床、加工中心等。
三、 伺服系统的控制方式分类
1、 开环控制系统的数控机床（控制介质—数控—伺服—工作台）
2、 半闭环控制系统的数控机床（控制介质—数控---比较—放大—伺服-----测量元件----滚珠丝杠-----工作台）
3、 闭环控制系统的数控机床（控制介质—数控---比较—放大—伺服-- ----滚珠丝杠-----工作台测量元件）
三者对比如下表所示：
伺服系统名称
位置检测元件
反馈装置
系统精度
结构与维修
成本
开环控制系统
无
无
低+0.02mm
简单方便
低
闭环控制系统
直线位置检测装置
有
工作台
精度高
+0.01~0.001mm
结构复杂，调试维修复杂
高
半闭环控制系统
角位移检测装置
有
滚珠丝杠
较开环高
系统调试方便，稳定性高
中
1．4 坐标系
一、基本假设
1．刀具相对于静止零件而运动的原则。
2．标准坐标系采用右手直角迪卡尔坐标系
3．增大零件和刀具之间距离的运动方向为坐标轴的正方向。
二、坐标系的建立
1．Z坐标
以传递切削力的主轴为Z轴。
2．X坐标
X坐标是水平的，平行于零件的装夹面。
3．Y坐标
按照右手直角迪卡尔坐标系确定Y坐标。
4．旋转运动A、B和C
A、B和C相应地表示其旋转轴线平行于X、Y和Z坐标轴，正方向按右手螺旋定律确定。
5．附加坐标 除标准坐标X、Y、Z外，还有平行于它们的第二组坐标U、V、W。
三、工件坐标系
工件坐标系是用来确定刀具相对于工件运动的起点，一般也称程序起点、对刀点、起刀点。即刀具加工零件时，刀具相对于零件运动的起点。
对刀点的确定原则：
1．对刀点必须与零件的定位基准或工艺基准有一定的尺寸关系，以便确定机床坐标系与工件坐标系的关系；
2．对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，以利提高加工精度；
3．对刀点应选在机床上容易找正、加工中便于检查的地方。
1、数控机床三种分类形式；
2、建立机床坐标系的假设与原则；
3、绘制数控车床、数控铣床典型零件的工件坐标系。
习题1-3、1-4、1-5、1-6
5 分钟
80 分钟
图片
注意与1的区别
图片
图片
对比讲授
简图说明
对比讲授
应用实例
应用实例
应用实例
依据三图例对比
举例说明
举例说明
举例：典型零件的工件坐标系
5分钟
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》电子教案（3）
第二章 数控机床的机械结构
课题编号
2-01
课题名称
参观车间
教材版本
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》
高等教育出版社 李桂云 苏伟 主编
教学目标
知识目标
学习数控车床、加工中心、电加工机床的结构、应用及主要参数
能力目标
能够区分各类机床的主运动和进给运动；
掌握卧式数控车床、立式加工中心的结构组成。
素质目标
掌握卧式数控车床和立式加工中心的结构及其应用。
教学重点
数控车床、加工中心的主运动和进给运动传动链
难点分析
车间参观的组织与讲授
教学设计
思路
针对典型设备重点讲解，首先明确应用，其次讲结构组成，最后介绍主要参数
教学资源
实习车间，设备手册
教学安排
2课时。数控车床20分钟，加工中心30分钟，电加工设备40分钟
教学过程
教学内容
教学方法
与手段
车间参观
参观内容
一、CKA6150数控车床
1．外形图
大连机床厂生产设备为例
2．用途
能够自动完成轴类和盘类零件的内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角等工序的切削加工，并能实现直螺纹、端面螺纹及锥螺纹等各种车削加工。
适合于多品种，中小批量产品的生产，对复杂、高精度零件尤能显示优越性。
3．结构特点及基本配置
（1）机床采用卧式车床布局。
（2）机床纵/横向运动轴采用伺服电机驱动、精密滚珠丝杠副和高刚性精密复合轴承传动、以及高分辨率位置检测元件（脉冲编码器）构成半闭环CNC控制系统。
（3）导轨副采用国际流行的高频淬火（硬轨）加“贴塑”工艺，各运动轴响应快、精度高、寿命长。
（4）主轴转速高，变频调速范围宽，整机噪音低。
（5）主轴通孔直径大，通过棒料能力强，适用范围广。
（6）配有集中润滑器对滚珠丝杠及导轨结合面进行强制自动润滑，可有效提高机床的动态响应特性及丝杠导轨的使用寿命。
（7）床鞍及滑板导轨结合面采用“贴塑”处理，移动部件可实现微量进给，防止爬行。
4．主要技术参数见下表。
项目
机床规格
CKA6150
技术
规格
床身上最大工件回转直径
500 mm
刀架上最大工件回转直径
280 mm
最大工件长度
1000 mm
最大车削直径
500 mm
主轴中心高
250 mm
床身导轨宽度
400 mm
工件极限重量
500 kg
主传动
主电动机
6.5 kW /8 kW
主轴孔直径
48 mm
主轴头
D8
主轴前端轴承内径
120 mm
主轴转速范围(r/min)
三档12级45～2000
进给
系统
刀架最大行程(mm)
横向 (X)280纵向 (Z) 935
横向快速进给
6000 mm/min
纵向快速进给
10000 mm/min
切削进给范围
0.01～500 mm/r
定位精度 (mm)
横向（X）0.03 纵向（Z）0.04
反向偏差 (mm)
横向（X）0.013 纵向（Z）0.02
重复定位精度 (mm)
横向（X）0.012 纵向（Z）0.016
工件加工精度
IT6～ IT7
工件表面粗糙度
Ra1.6
刀架
装置
刀杆截面 (mm)
25×25
重复定位精度
0.008 mm
换刀时间（单工位）
2.4 s
CNC控制系统
系统
FANUC0i-Mate-TC
X/Z轴交流伺服电机
功率kW：X1.2/Z1.2
扭矩Nm：X7/Z7
尾座
装置
尾座套筒直径
75 mm
尾座套筒行程
150 mm
尾座套筒锥孔锥度
莫氏5号
外形
长×宽×高(mm)
2830×1750×1620
二、 VMC750E立式加工中心
1.外形图
北京机电院设备
2．用途
该机床可以进行各种铣削、镗孔、攻丝、旋切各种大螺纹孔和各种曲面的加工。
3．结构特点及基本配置
（1）该机床基本配置为X、Y、Z三轴联动。
（2）主电机为伺服电动机。
（3）具有多种固定循环供用户使用。
（4）该机换刀、加工等均由预设程序自动控制，换刀过程伴随主轴中心吹气，保持主轴锥孔和刀柄的清洁。
（5）机床纵/横向运动轴采用伺服电机驱动、精密滚珠丝杠副和高刚性轴承，导轨副采用直线滚动导轨，各运动轴响应快、精度高、寿命长。
4．主要技术参数见下表。
全国数控大赛用设备
结合本校设备讲授
有选择地讲授
全国数控大赛用设备
结合本校设备讲授
单元小结
项目
机床规格
VMC750E
主轴
主轴锥孔
7:24 No:40
主轴转速范围
60-8000r/min
主轴电机功率
5.5/7.5 kw
工作台
工作台尺寸
580 * 1000mm
行程
X762mm，Y 510mm，Z 560mm
T型槽
3-18mm * 200mm
最大承载能力
450 kg
主轴端面至工作台面距离
170-730 mm
快速移动速度
24m/min
切削进给速度
3-15000mm/min
刀库
刀库容量
21把
选刀方式
盘式换刀
最大刀具直径x长度
80mmx304mm
时间
6秒
刀柄型号
JT40/BT40
进给
X轴、Y轴电机功率/静扭矩
1.6 kw/8N.m
Z轴电机功率
3 kw/12N.m
外形
外形尺寸
2882mm x 2347mm x 2878mm
重量
55000kg
三、 数控电火花成形机床
1.外形图
2．用途
电能可以直接用于切除金属，可获得较低的表面粗糙度，并且可以加工任何硬度的金属。
3. 数控电火花成型加工机床的组成
它由机床本体、脉冲电源、自动进给调节装置、数控系统、工作液循环系统等组成。机床主轴上装有工具电极（正极），工件（负极）夹装在工作台上。在CNC系统控制下，Z向伺服电机通过滚珠丝杠带动主轴上下运动，使工具电极和工件之间保持稳定的放电间隙，实现电蚀加工过程。工作台由伺服电机通过滚珠丝杠实现X，Y向进给运动，完成指定的轨迹加工。
四、数控电火花线切割机床
1.外形图
根据电极丝的运行速度和运转方式，数控线切割机床可以分为以下两类：高速走丝线切割机床（WEDM-HS）和低速走丝线切割机床（WEDM-LS）
2. 数控线切割机床的应用
主要用于各种难加工材料、复杂形状及精度要求高的零件加工。
3.数控线切割机床的组成
数控线切割机床主要由机床本体、脉冲电源、工作液循环系统、数控系统和机床附件等组成。
8、 卧式数控车床的结构、应用、技术参数；
9、 立式加工中心的结构、应用、技术参数；
10、 数控电火花和线切割机床的结构、应用。
有选择地讲授
结合本校设备讲授
结合本校设备讲授
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》电子教案（4）
第二章 数控机床的机械结构
课题编号
2-02
课题名称
数控机床机械结构组成与要求；主传动系统的结构
教材版本
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》
高等教育出版社 李桂云 苏伟 主编
教学目标
知识目标
明确数控机床机械结构与主传动系统要求；
掌握数控机床机械结构组成与主轴变速形式。
能力目标
掌握典型机床机械结构组成；
能够正确区分四种主轴变速形式的特点及应用。
素质目标
明确数控机床机械结构与主传动系统的要求；
掌握四种主轴变速形式的区别。
教学重点
数控机床机械结构组成，主轴变速四种形式
难点分析
主轴变速四种形式
教学设计
思路
联系参观设备讲授结构组成；从概念、影响、措施三个方面讲解数控机床结构特点与要求，绘简图、对比讲授主轴变速四种形式。
教学资源
主传动简图、设备图片
教学安排
2课时。复习、引课5 分钟，讲授80 分钟，单元小结5分钟
教学过程
教学内容
教学方法
与手段
复习旧课
导入新课
新课内容
单元小结
作业布置
1、数控机床三种分类形式；
2、建立机床坐标系的假设与原则；
3、绘制典型零件的工件坐标系。
上次课我们参观数控实习车间对数控机床有了初步的了解，在此基础上我们学习机床的机械结构知识。
第二章 数控机床的机械结构
2．1 数控机床机械结构的组成与要求
一、数控机床机械结构的组成
1、主传动系统及主轴部件：使刀具（工件）产生主切削运动。
2、进给传动系统：使工件（刀具）产生进给运动并实现定位。
3、基础部分 ：包括床身、立柱、拖板、工作台等。
4、自动换刀装置：由程序指定实现刀具的自动更换。
5、辅助装置：包括液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、保护等装置。
二、数控机床机械结构的特点和要求
1、 高刚度
机床的刚度是指机床在载荷的作用下抵抗变形的能力。
机床刚度的高低直接影响零件的加工精度，提高机床的自身刚度和构件间的接触刚度是提高数控机床加工精度的重要措施。
采取方法：合理安排结构布局、采用补偿变形措施
2、 高抗振性
机床的抗振性是指机床工作时抵抗由交变载荷和冲击载荷引起振动的能力。
措施：减少机床的内部振源；如减少旋转部件的不平衡。提高系统的静刚度；如采用加强筋板。避开共振区；如增加床身的重量。
3、 高灵敏度
高灵敏度是指高速进给运动时工作平稳、跟随性好、定位精度高；低速进给运动时无爬行现象。
措施：
（1）采用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等导轨部件，减少导轨间摩擦；
（2）采用交流或直流伺服电动机驱动滚珠丝杠传动工作台、刀架等运动部件，提高定位精度和运动平稳性；
（3）采用滚动轴承或静压轴承支承主轴，提高灵敏度。
4、 高精度保持性
高精度保持性是指在高速、强力切削时机床保持原有精度的能力。
措施：优化零件材料；提高运动表面的耐磨性等。
5、 高可靠性
2．2 数控机床主传动系统的结构
一、数控机床主传动系统的特点
1、具有较大的调速范围并能实现无级调速，使切削加工始终在最佳状态下进行。
2、转速高、功率大，使数控机床实现强力切削。
3、具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。
4、良好的抗振性和热稳定性。
5、为实现刀具的快速及自动装卸，主轴上还必须设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。
二、数控机床主轴的变速形式
1、 变速齿轮的配置方式
结构：通过几对齿轮降速，成为分段无级变速，确保低速时有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。
应用：在大中型数控机床中应用较多，也有一部分小型数控机床采用这种传动方式，获得强力切削需要的扭矩。
2、 带传动的配置方式
结构：同步带（齿形带）传动是一种综合了带、链传动优点的新型传动。带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮与轮齿相嵌合，作无滑动的啮合传动。
应用：低扭矩特性要求的小型数控机床主轴上，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪音。
3、 由调速电动机直接驱动的配置方式
结构：电机直接带动主轴，简化了主轴结构，提高了刚度。但主轴输出扭矩小。
应用：传递扭矩低的主轴
4、 主轴电机
结构：电机输出轴就是主轴，结构最简单，但主轴输出扭矩小。
应用：传递扭矩低的主轴
1、 数控机床机械结构的组成；
2、 数控机床机械结构的特点和要求；
3、 数控机床主轴的变速形式。
习题 2-1 、2-2、2-3
5 分钟
联系车间设备讲授
从概念、影响、措施三个方面讲解并举例说明
举例说明
对比法
绘简图说明
绘简图说明
绘简图说明
绘简图说明
5分钟
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》电子教案（5）
第二章 数控机床的机械结构
课题编号
2-03
课题名称
主传动系统的结构
教材版本
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》
高等教育出版社 李桂云 苏伟 主编
教学目标
知识目标
明确主轴轴承配置形式和切屑清除装置作用；
掌握主轴的进给功能和定向准停、自动夹紧功能。
能力目标
能够区分主轴进给功能和一般状态；
能够分析自动夹紧装置的动作过程。
素质目标
掌握主轴进给功能作用与应用；
能够运用所学知识分析定。
教学重点
主轴进给功能、自动夹紧装置
难点分析
自动夹紧装置
教学设计
思路
主轴轴承配置形式先讲结构后讲应用；主轴的进给功能、定向准停结合结构图讲授；自动夹紧装置结合简图讲授。
教学资源
主轴的进给功能、定向准停结构图；自动夹紧装置结构简图
教学安排
2课时。复习、引课5分钟，讲授80分钟，单元小结5分钟
教学过程
教学内容
教学方法
与手段
复习旧课
导入新课
新课内容
单元小结
作业布置
4、 数控机床机械结构的组成；
5、 数控机床机械结构的特点和要求；
6、 数控机床主轴的变速形式。
上次课我们讲述了主轴的变速形式，今天我们研究主轴上其它部件。
三、主轴部件
（一）、数控机床的主轴轴承配置形式
1、适应高刚度要求的轴承配置形式
前支承采用双列向心短圆柱滚子轴承和推力向心球轴承组成，前者主要承受径向载荷，后者主要承受轴向载荷。后支承用双列向心短圆柱滚子轴承。
主要用于大中型卧式加工中心主轴和强力切削机床主轴。
2、适应高速度要求的轴承配置形式
前支承采用3个角接触球轴承组合，后支承采用2个角接触球轴承。
适合高速运动的数控机床。
（二）、主轴的进给功能
1、应用：车削加工中心
2、定义：主轴的进给功能即为主轴的C轴坐标功能，以实现主轴的定向停车和圆周进给。
3、应用：实现C轴、Z轴插补或C轴、X轴插补，以配合刀具进行圆柱面或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺纹及曲面铣加工。
（a）C轴定向时，在圆柱面或端面上铣槽；
（b）C轴、Z轴进给插补，在圆柱面上铣螺旋槽；
（c）C轴、X轴进给插补，在端面上铣螺旋槽；
（d）C轴、X轴进给插补，铣直线或平面
4、C轴传动形式
CH6144加工中心由主轴箱和C轴控制箱两部分组成。
（1）一般工作状态：
换位油缸6使滑移齿轮5与主轴齿轮7脱离啮合，制动油缸10不制动，主轴电动机通过带传动使主轴8高速旋转。
（2）C轴控制低速回转进给：
主轴电动机处于停止状态，齿轮5与齿轮7啮合。C轴伺服电动机15根据指令旋转，通过C轴变速箱变速，经齿轮5、7使主轴按指令作缓慢的连续旋转进给。
（3）C轴控制分度：
在（2）的基础上，制动油缸10处于制动工作状态，主轴完成分度。
5、新趋势：采用C轴功能的主轴电动机，直接进行分度和定位。
（三）、主轴定向准停、自动夹紧与切屑清除装置
1、主轴的定向准停装置
作用：使主轴准确地停止在固定的圆周位置上，以保证换刀时主轴上的端面键对准刀夹头的键槽，提高刀具的重复安装精度。
普通机床用机械挡块控制，数控机床一般采用电气式主轴定向准停装置。
原理：主轴皮带轮5装有永久磁铁4，主轴箱体对应主轴准停位置装有磁传感器3。主轴停车换刀时，数控系统发出指令，主轴换到最低速，当永久磁铁4对准主轴箱上磁传感器3时，主轴准确停止。
2．主轴的自动夹紧装置
应用：带有刀库的自动换刀装置，为实现刀具在主轴上的自动装卸，主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。
（1） 结构
主轴前端采用7∶24的内锥孔，用于装夹锥柄刀杆，通过拧紧锥柄尾部的拉钉12把刀杆拉紧在锥孔中。当液压缸上腔无压力油时，压缩弹簧2使活塞1退到最上端，活塞与主轴分离，保证主轴自由转动。
（2） 松开刀具
图示为正常工作状态，即夹紧刀具位置。
换刀前需先将刀具松开，当压力油进入液压缸的上腔，活塞16推动拉杆7向下移动，压紧碟形弹簧8，拉杆7的下移使下端的钢球6滑移到主轴孔中直径较大的d1处，消除了刀杆上的拉力，拉杆继续下移，把刀杆从锥孔中顶出，行程开关发出信号，机械手取出刀具。
（3） 夹紧刀具
机械手装入应换刀具后，电磁换向阀将压力油接入液压缸的下腔，活塞1在油液压力作用下向上移动，拉杆7在碟形弹簧8作用下也向上移动，拉杆前端的四个钢球6进入主轴孔中直径较小的d2处，被迫径向收拢而卡进拉钉的环形凹槽内，刀具被拉钉拉紧，行程开关发出信号。
3．切屑清除装置
目的：拉紧刀杆时，主轴孔中的切屑、灰尘或其它污物，会划伤锥孔表面和刀杆的锥柄，可能会使刀杆发生偏斜，破坏了刀杆的正确定位，影响零件的加工精度。
方法：压缩空气吹屑。
结构：活塞1的心部钻有压缩空气通道，当活塞向下移动时，压缩空气经过管接头、活塞杆通道和拉杆通道喷出，将锥孔清理干净。为了提高吹屑效率，喷气小孔应均布，且要有合理的喷射角度。
1、数控机床的主轴轴承配置形式；
2、主轴的进给功能；
3、主轴定向准停、自动夹紧与切屑清除装置。
习题 2-4、5、6、7
5 分钟
从结构到应用讲授
结合图说明
结合C轴传动图
结合图
绘制简图
用不同颜色表示松开和夹紧运动
5分钟
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》电子教案（6）
第二章 数控机床的机械结构
课题编号
2-04
课题名称
数控机床进给传动系统的结构
教材版本
《数控机床操作与维护技术基础——基本常识》
高等教育出版社 李桂云 苏伟 主编
教学目标
知识目标
理解数控机床进给传动系统的要求；
掌握滚珠丝杠副的工作原理、分类和特点
能力目标
能够分析滚珠丝杠副间隙的调整原理；
掌握滚珠丝杠副的支承与制动形式。
素质目标
培养学生分析问题能力；
掌握滚珠丝杠副的分类、特点及应用。
教学重点
滚珠丝杠副
难点分析
滚珠丝杠副间隙的调整
教学设计
思路
绘图说明进给系统组成，结合图讲授滚珠丝杠副原理、两种类型对比、三种调整间隙方法比较、四种支撑形式对比及制动装置作用与原理
教学资源
滚珠丝杠副原理、分类、间隙调整、支撑、制动图
教学安排
2课时。复习、引课5分钟，讲授80分钟，单元小结5分钟
教学过程
教学内容
教学方法
与手段
复习旧课
导入新课
新课内容
单元小结
作业布置
1、数控机床的主轴轴承配置形式；
2、主轴的进给功能；
3、主轴定向准停、自动夹紧与切屑清除装置。
机床的运动分为主运动和进给运动两大类。上次课我们讲述了主运动传动系统的结构，今天我们研究进给系统的结构。
2．3 数控机床进给传动系统的结构
一、 数控机床进给传动系统的要求
数控机床进给传动系统是指将电动机的旋转运动变为工作台或刀架直线运动的机械传动链。
组成：反馈元件、伺服电动机、运动部件、轴承、滚珠丝杠、联轴节
数控机床的机械传动装置要求：
1．高刚度传动件
2．低摩擦
3．无间隙
4．低惯性
5．高谐振
二、 滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠副是回转运动转换成直线运动的新型传动装置。
（一）、滚珠丝杠副的工作原理、分类和特点
1．滚珠丝杠副的工作原理
在丝杠1和螺母2上各有弧形螺旋槽，套装后形成螺旋形滚道，滚道内装满滚珠3。当丝杠相对螺母旋转时，两者发生轴向位移，滚珠沿着滚道流动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦，大大降低了丝杠与螺母之间的摩擦系数。
2．滚珠丝杠副的分类
按照滚珠返回的方式不同分为内循环式和外循环式两种方式。两种结构比较如下：
分类
结构
特点
应用
外循环
回珠管。返回的滚珠不与丝杠的外圈接触
结构简单，工艺性好，承载能力较大，但径向尺寸较大
应用广泛
内循环
反向器。滚珠经过反向器和丝杠外圆之间返回
结构紧凑、刚性好、滚珠流通性好、摩擦损失小，但制造较困难
适用于高灵敏度、高精度的进给系统
3．滚珠丝杠副传动特点
滚珠丝杠副传动优点：
（1）传动效率高，转动精度高。
（2）摩擦系数小。
（3）使用寿命长。
滚珠丝杠副缺点：
（1）制造成本高。
（2）不能实现自锁。
（二）、滚珠丝杠副间隙的调整
轴向间隙定义：指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。
消除间隙目的：保证反向运动精度。
方法：常用双螺母消除丝杠、螺母间的间隙，靠改变螺母的轴向位置来调整丝杠、螺母与滚珠之间的轴向间隙。
三种调整方法比较如表所示：
类型
结构
特点
应用
垫片调隙式
修磨垫片的厚度调整轴向间隙
结构简单、刚性好、拆卸方便
一般精度机床
齿差调隙式
调整两个螺母转过一个齿或几个齿位置，使螺母在轴向彼此移动相应的距离
结构较为复杂，径向尺寸较大，但调整方便，精度高
高精度机床
螺纹调隙式
拧动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动，消除间隙后再锁紧
结构简单，调整方便
精度要求不高的机床
（三）、滚珠丝杠副的支承与制动
载荷形式：轴向载荷。
轴承：特殊角接触球轴承，接触角增大到60°。
1．滚珠丝杠副两端的支承形式
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