刀库的类型
1. 盘形刀库 2. 链式刀库 3. 格子式刀库
单层盘形刀库
多层盘形刀库
2. 链式刀库
刀库类型
3. 格子式刀库
自动换刀装置
选刀方式
1. 顺序选刀 2. 刀具编码选刀 3. 刀座编码选刀 4. 计算机记忆方式
顺序选刀
——按照加工工序依次将所用刀具放入刀库的 刀座中。顺序不能错乱，否则将造成事故。
同步带传动具有如下优点： 1) 无滑动，传动比准确 2) 传动效率高，可达98%以上 3) 传动平稳，噪声小 4) 维修保养方便，不需要润滑
电动机轴与主轴用联轴器同轴连接。这种
方式大大简化了主轴箱体和主轴结构，有效地 提高了主轴组件的刚性。
特点：
1) 简化了主轴结构，提高了主轴组件的传动刚度； 2) 主轴输出转矩小； 3) 电动机的发热对主轴精度影响较大
第三章 数控机床的机械结构
本章内容提要
❖ 数控机床的布局 ❖ 数控机床的主传动系统 ❖ 数控机床的进给传动系统 ❖ 数控机床的自动换刀装置
数控机床的布局特点
数控机床的布局
根据工件的工艺分类所需运动及主要技术参数而 确定各部件的相对位置，并保证工件和刀具的相对运 动，加工精度，方便操作、调整和维修。
1. 不带刀库的自动换刀装置
回转刀架换刀 转塔头式换刀
回转刀架换刀——用于数控车床
在回转刀架上，各刀座安装或夹持各种不同用途 的刀具，通过转塔刀架的转位实现换刀动作
2.带刀库的自动换刀装置
❖ 组成： ① 刀库； ② 选刀机构； ③ 刀具的自动装卸机构； ④ 刀具交换机构（机械手）
刀库 自动换刀装置
特点：
1) 传动链短； 2) 刚度大；
工作台
3) 传动精度高
2. 伺服电动机通过减速箱传动
减速箱
工作台
特点：
1) 细化脉冲当量； 2) 改变加在电机上的负载扭矩，实现与电机输出转矩的最佳匹
配；
3) 改变加在电机上的负载惯量，实现与电机惯量的最佳匹配； 4) 满足改善传动阻尼的需要，或安装联接的需要
弹簧
螺母
调节 螺钉
这种方法结构较复
凸耳
杂，传动刚度较低， 凸耳
不宜传递大转矩，对
齿轮的齿厚及齿距要
求较低，可以始终保
凸耳
持啮合无间隙，尤其
适用于检测装置。
齿轮2
齿轮1
数控机床对自动换刀装置的要求
1. 换刀时间短； 2. 刀具重复定位精度高； 3. 足够的刀具储备量； 4. 占地面积小； 5. 安全可靠
数控车床多采用自动回转刀架来夹持各种不同用途的刀
具，受空间大小的限制，刀架的工位数量采用4、6、8、10 或12位
数控车削中心是在数控车床的基础上发展而
来，可以使工件在一次装夹下完成车削，各个方 向及部位的钻削，铣削等
数控加工中心的布局
卧式加工中心； 立式加工中心
卧式加工中心
移动式立柱，工作台不升降，T形床身。 ① 一体式T形床身：刚度好，精度保持性好，但其铸造和
同步带
传动方式： 同步带（也称齿形带）
主要应用在转速较高、变 速范围不大的机床
关于同步带
带齿
带内采用了承载后无弹性伸长 的材料作强力层，以保持带的 节距不变，使主、动带轮作无 相对滑动的同步传动
强力层
特点： 1) 传动带多用同步齿形带； 2) 避免了齿轮传动引起的振动和噪声； 3) 能在一定程度上满足转速与扭矩的输出要求； 4) 调速范围受电机调速范围的限制
永久磁铁
放大器 磁传感器
定向电路
主轴电动机
垫片
多楔带轮
主轴
数控机床的进给传动系统通常称为
伺服进给系统，又伺服电路、伺服驱动 元件、机械传动装置和执行件组成。
数控机床的机械传动装置
1. 伺服电动机直接传动 2. 伺服电动机通过减速箱传动 3. 直线电动机进给系统
1. 伺服电动机直接传动
现代数控机床进给传动的主要组成形式
有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有
变化，装配时只需改变垫片的厚度，使使齿
轮2做轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对
位置即可达到消除齿侧间隙的目的。
齿轮1
双齿轮错齿调整 两个齿数相同的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。薄 片齿轮1、2套装在一起，并可作相对回转运动。由于弹簧的作 用使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了 齿侧间隙
近年来出现了内装主轴电动机，其转子和主轴合二
为一。使主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提 高启动、停止的响应特性。但主轴输出转矩小。
数控机床的主轴准停装置
自动换刀时，刀柄上的键槽要对准主轴的端面键。为 此，主轴每次停转必须准确地停在某一固定位置上。这种 使主轴停在某一固定位置上的装置称为主轴准停装置。
加工工艺性能较差； ② 分离式T形床身：铸造和加工工艺性能大大改善，但联
接部位要用定位键和专用的的定位销定位，并用大螺栓 紧固以保证刚度和精度
卧式加工中心各坐标的的运动可由工作台移动或主轴移动 来完成。下图为各坐标运动形式不同组合的几种布局形式：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
立式加工中心
与卧式加工中心相比，立式加工中心结构简单，占地面积 小，价格相对便宜。中小型立式加工中心一般采用固定立 柱式，将主轴吊在立柱一侧。
3. 直线电动机进给系统
研究表明：滚珠丝杠技术在1g加速度下，在卧式机床上可 以可靠地工作，若加速度再提高0.5倍就有问题了。采用直线 电动机技术代替滚珠丝杠副应用于数控伺服系统中，可以简化 系统结构，提高定位精度，实现高速直线运动乃至平面运动。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。
选刀方式
计算机记忆方式
在刀库上安装位置检测装置，检测刀库上每一 个存刀位置。只要把刀具号和刀库中地址对应记忆 在数控系统的PC中，在刀库分度、刀具交换的同时 通过改换存储器的内容来控制自动换刀装置。无论 刀具放在哪里，都始终记忆着它的踪迹。
特点： 1) 节省换刀时间； 2) 结构简单； 3) 安全、可靠
适用范围： 多用于自动化程度高，有完善刀具管理系
统的自动换刀系统 特点：
需有刀具识别装置
刀具识别装置
① 接触式识别装置； ② 非接触式识别装置
刀座编码选刀
对刀库中各刀座预先进行固定的编码，而插入刀座的刀具则 无任何标记。当刀具插入刀座之后，就具有该刀座的编码
特点： 1) 与刀具编码相比，刀柄结构简单； 2) 识别装置不受刀柄尺寸限制，结构简单，位置安排灵活； 3) 刀具交换时，必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了
特点： 1. 改变加工工件时，需重新排列刀具； 2. 同一加工工件各工序刀具不能重复使用； 3. 不需要刀具识别装置，刀库运行及控制简单
适用范围： 1. 刀具较少的中、小型加工中心； 2. 批量较大，工件品种少的加工中心； 3. 刀库与主轴直接进行刀具交换的加工中心
选刀方式
刀具编码选刀
将刀具预先装入刀夹中（在每个刀具的夹头 上带有二进制的编码），存放于刀库的任意刀座 中，通过识别装置识别刀具上的编码来选刀
机床的布局直接影响机床的结构和使用性能。
数控机床的布局特点
多采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半 封闭；机械结构简化，操作维修方便等
数控车床的布局
水平床身； 倾斜床身； 水平床身斜滑板； 立式床身
水平床身加工工艺性好，刀架水平放置有利于
提高其运动精度，但这种结构床身下部空间小，排 屑困难。
一般中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身 斜滑板结构，该布局占地面积小，机床外形美观，易 于排屑和冷却液的排流，便于操作和观察，易于安装 上下料机械手，以实现全面自动化。
且倾斜床身可采用封闭截面整体结构，以提高床 身的刚度。
床身导轨倾斜角度多为45°、60°、70°，但倾 斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。
多坐标加工中心
加工中心的另一个发展方向是多坐标联动。
数控机床主传动系统的变速机构
1. 变速齿轮主传动系统； 2. 皮带传动主传动系统； 3. 电机直接驱动的主传动系统； 4. 电主轴传动
特点： 分段无级变速系统，保
证低速时能传递较大的扭矩
适用范围： 是大、中型数控机床常
采用的配置。目前的加工中 心大都采用这种变速方式。
偏心套调整
偏心套
将电动机通过偏心套装到壳体上，
这能两传种递方较法大电结的动构动机 简力单，通的，但过中传齿转心动轮动距刚磨偏度损心好后套，齿即可调整两齿轮
侧间隙不能自动补偿。因此加工时对
齿轮的齿厚及齿距公差要求较严，否
则传动的灵活性将受到影响。 齿轮2
垫片调整 垫片
将两个相互啮合的齿轮的分度圆柱面制成带
停电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置）
静压蜗杆-蜗母条机构
特点： 1. 摩擦系数小； 2. 传动效率高； 3. 低速运动平稳； 4. 抗振性好； 5. 不易磨损 适用于重型数控机床的进给传动
数控机床进给传动常用的消隙机构
• 滚珠丝杠副的间隙消除 • 齿轮副的间隙消除 • 键联接的间隙消除
传动齿轮间隙消除机构
刀库动作的复杂性； 4) 与顺序换刀相比，其优点是刀具在加工过程中可以重复使用
常用的编码元件： 1) 永久性 2) 临时性
临时性编码 编码时，先按程序规定给刀具缚一把表示该
刀具号码的代码钥匙，在把刀具放到刀座上时， 将钥匙插到该刀座的钥匙孔中，这个刀座就被编 上钥匙代表的代码。改变加工工件时，将钥匙和 刀具一起从刀座上取下，刀座编码随即消失，可 按新的加工程序规定重新给刀座编码
立式加工中心通常有三个直线运动坐标，还可以在工作台 上安放一个第四轴A轴，可以加工螺旋类和圆柱凸轮等零件。 下图为立式加工中心的几种布局结构：