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目录1

第1章 数控机床概述1

1.1 数控机床的特点1

1.1.1 数控机床的优点1

1.1.2 数控机床加工零件的特点2

1.2 数控机床的工作原理和组成3

1.2.1 数控机床的工作原理3

1.2.2 数控机床的组成3

1.3 数控机床的分类5

1.3.1 按运动方式分类5

1.3.2 按控制方式分类5

1.4 控制轴数与联动轴数7

1.3.3 按数控系统的功能水平分类7

1.5 数控机床性能、结构及应用8

1.5.1 数控机床的精度指标8

1.5.2 典型数控机床结构及应用8

1.6 数控机床的发展趋势14

1.6.1 数控机床的产生和发展14

1.6.2 数控机床的发展趋势14

第2章 数控机床的总体设计18

2.1 数控机床设计的基本要求18

2.1.1 工艺范围18

2.1.2 加工精度18

2.1.3 柔性18

2.1.8 生产周期19

2.1.7 成本19

2.1.9 可靠性19

2.1.5 噪声19

2.1.6 生产率和自动化19

2.1.4 开放性19

2.1.10 机床宜人性20

2.1.11 符合绿色工程的要求20

2.2 数控机床设计方法和理论21

2.2.1 机床设计方法21

2.2.2 机床设计步骤21

2.2.3 机床设计的基本理论22

2.2.4 并联机床设计创新27

2.3 系列化、通用化、标准化和模块化27

2.3.1 机床系列化设计27

2.3.2 零部件的通用化和标准化28

2.3.3 模块化设计29

2.4 数控机床总体方案设计31

2.4.1 几何运动设计32

2.4.2 机床总体结构方案设计37

2.5 机床主要参数的设计42

2.5.1 主参数和尺寸参数42

2.5.2 运动参数42

第3章 数控机床主传动系统设计50

3.1 概述50

3.1.1 数控机床主传动系统的特点50

3.1.2 主传动系统的设计要求50

3.1.3 数控机床主传动系统配置方式50

3.1.4 主传动系统的类型51

3.2 分级变速主传动系统设计52

3.2.1 转速图的概念52

3.2.2 变速规律54

3.2.3 结构网及结构式54

3.2.4 拟定转速图的方法55

3.2.5 齿轮齿数的确定57

3.2.6 主传动系统计算转速57

3.3 无级变速传动链的设计59

3.3.1 无级变速装置的分类59

3.3.2 机械无级变速与分级变速机构的串联60

3.3.3 采用直流或交流电动机无级调速61

3.4.2 柔性化、复合化设计65

3.4.1 高速主传动设计65

3.4 现代数控机床主传动系统65

3.5 主传动系统结构设计67

3.5.1 变速机构67

3.5.2 齿轮在轴上的布置68

3.5.3 主传动的开停、制动装置69

3.5.4 立式加工中心主轴箱的构造70

3.5.5 数控车床主轴箱构造71

第4章 主轴组件设计74

4.1 主轴组件的基本要求74

4.2 主轴75

4.2.1 主轴的构造75

4.2.2 主轴的材料和热处理76

4.3 主轴滚动支承77

4.2.3 主轴的技术要求77

4.3.1 主轴常用滚动轴承的类型78

4.3.2 主轴滚动轴承的选择81

4.3.3 主轴轴承的配置形式81

4.3.4 滚动轴承精度等级的选择84

4.3.5 主轴滚动轴承的预紧85

4.4 主轴滑动轴承86

4.4.1 动压轴承86

4.4.2 液体静压轴承88

4.4.3 气体静压轴承89

4.5 主轴组件的设计计算90

4.5.1 初选主轴直径90

4.5.3 主轴最佳跨距的选择91

4.5.2 主轴悬伸量的确定91

4.6 数控机床主轴组件的结构形式94

4.6.1 主轴的支承与润滑94

4.6.2 刀具自动装卸及切屑清除装置95

4.6.3 主轴准停装置96

4.7 高速主轴单元97

4.7.1 高速电主轴的结构97

4.7.2 高性能的CNC控制系统98

4.7.3 冷却润滑技术的研究98

4.7.4 高速精密轴承99

4.7.5 电主轴的动平衡100

4.7.6 刀具的夹紧100

4.8.1 提高旋转精度101

4.8 提高主轴组件性能的措施101

4.7.7 轴上零件的联接101

4.8.2 改善动态特性102

4.8.3 控制主轴组件温升103

第5章 伺服进给传动系统设计104

5.1 伺服进给传动系统概述104

5.1.1 伺服进给系统分类104

5.1.2 伺服进给系统的基本要求105

5.2 直线运动机构——滚珠丝杠螺母机构105

5.2.1 工作原理及其特点105

5.2.2 结构类型106

5.2.3 滚珠丝杠的安装108

5.2.4 滚珠丝杠螺母的计算和选用109

5.3.1 进给系统传动齿轮间隙消除111

5.3 数控机床消隙机构及其常用的联接方式111

5.3.2 数控机床常用的联接方式114

5.4 伺服电动机及其调速117

5.4.1 步进电动机117

5.4.2 直流伺服电动机及其调速系统123

5.4.3 交流伺服电动机及其调速126

5.4.4 直线电动机128

5.5 典型进给系统结构130

5.6 伺服进给系统设计的基本要求131

5.7 伺服进给系统机械传动装置的设计步骤及计算132

5.7.1 负载转矩的计算132

5.7.2 负载惯量的计算134

5.7.4 电动机惯量与负载惯量的匹配135

5.7.3 伺服电动机的选择135

5.8.1 动态性能指标137

5.8 伺服进给系统的动态响应、稳定性及精度137

5.8.2 系统的稳定性138

5.8.3 开环、半闭环伺服进给系统的死区误差及定位精度140

5.8.4 静态误差与伺服刚度142

5.8.5 传动链的自然频率143

5.8.6 刚度计算143

第6章 数控机床检测装置146

6.1 数控机床测量系统分类与特点146

6.1.1 检测装置的分类146

6.1.2 数控测量装置的性能指标及要求147

6.2.1 旋转变压器148

6.2 常用测量元件的工作原理及应用148

6.2.2 感应同步器149

6.2.3 光栅152

6.2.4 磁栅155

6.2.5 脉冲编码器159

第7章 数控机床本体设计163

7.1 支承件设计163

7.1.1 数控机床支承件的功用和应满足的要求163

7.1.2 支承件的静刚度164

7.1.3 支承件的动态特性172

7.1.4 支承件的结构设计177

7.1.5 支承件的有限元计算简介179

7.2.1 导轨的分类181

7.2 导轨设计181

7.2.2 对导轨的基本要求186

7.2.3 滑动导轨187

7.2.4 滚动导轨194

7.2.5 提高导轨耐磨性的措施201

第8章 自动换刀和自动交换工件系统204

8.1 自动换刀装置204

8.1.1 回转刀架换刀204

8.1.2 更换主轴换刀206

8.1.3 带刀库的自动换刀系统207

8.2 工件自动交换系统213

8.2.1 托盘交换装置213

8.2.2 装卸料机器人214

8.2.3 有轨小车（RGV）215

8.2.4 无轨小车（AGV）215

8.3 数控机床的回转工作台216

8.3.1 数控回转工作台216

8.3.2 分度工作台217

第9章 数控机床辅助装置221

9.1 刀具测量装置221

9.1.1 机外对刀仪221

9.1.2 机内对刀仪222

9.2 工件尺寸精度的自动检测222

9.2.1 坐标测量机检测技术222

9.2.2 在机检测——测量头224

9.2.3 机器人辅助测量技术225

9.3 数控机床的自动排屑227

9.4 典型数控机床的安全防护系统228

9.4.1 皮腔防护系统228

9.4.2 钢制伸缩式导轨防护罩230

9.4.3 卷帘防护罩、防护板231

第10章 普通机床的数控化改造232

10.1 概述232

10.1.1 机床数控化改造的必要性232

10.1.2 机床数控化改造的市场233

10.1.3 数控化改造的内容234

10.2 机床数控改造主要步骤234

10.2.1 改造方案的确定234

10.2.4 验收及后期工作235

10.2.3 改造的实施235

10.2.2 改造的技术准备235

10.3 数控系统的选择236

10.4 数控改造中主要机械部件改装237

10.5 普通车床的数控化改造237

10.5.1 数控改造对机械传动系统的要求237

10.5.2 机械传动系统的改造238

10.5.3 机械部分改造设计计算242

10.6 普通铣床的数控化改造244

10.6.1 坐标轴联动方式的确定244

10.6.2 设计方案的确定245

10.7 机械部分改造设计计算实例246

10.8 数控改造几个实例248

参考文献250