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第1章 概述 1

1.1 基本概念 1

1.2 数控机床的特点与应用 2

1.3 数控机床的组成 3

1.4 数控机床的分类 5

1.4.1 按照加工工艺及机床用途分类 5

1.4.2 按照机床运动的控制轨迹分类 6

1.4.3 按照伺服控制方式分类 7

1.4.4 按照数控系统的功能水平分类 8

1.5 数控机床的发展 9

1.5.1 数控技术的产生与发展 9

1.5.2 直接数字控制系统 10

1.5.3 柔性制造单元及柔性制造系统 11

1.5.4 计算机集成制造系统 14

1.5.5 现代数控机床的发展趋势 15

第2章 数控机床的主传动系统设计 19

2.1 概述 19

2.1.1 数控机床主传动系统设计要求 19

2.1.2 主传动系统的参数 20

2.1.3 数控机床主运动的驱动和调速方式 21

2.2 齿轮有级变速器的设计 22

2.2.1 主轴转速数列 22

2.2.2 标准公比和标准转速数列 22

2.2.3 有级变速方式 23

2.2.4 主传动有级变速系统的转速图拟定 25

2.2.5 具有某些特点的主传动有级变速系统 35

2.2.6 主传动系统计算转速 38

2.2.7 与无级调速电动机串联的有级变速器设计 40

2.3 主轴组件设计 46

2.3.1 概述 46

2.3.2 主轴滚动轴承 50

2.3.3 主轴组件结构尺寸 61

2.3.4 主轴滑动轴承 64

2.3.5 主轴轴承的润滑与密封 67

第3章 进给伺服系统设计 70

3.1 进给伺服系统的组成和分类 70

3.1.1 数控机床的位置调节系统 70

3.1.2 数控机床进给伺服系统的分类 71

3.2 对进给伺服系统的要求 72

3.2.1 对进给伺服系统的基本要求 72

3.2.2 对进给伺服系统的设计要求 73

3.3 进给伺服系统的数学模型 74

3.3.1 获得机床数学模型的方法 74

3.3.2 进给伺服系统的理论建模 74

3.4 数控进给伺服系统的分析 75

3.4.1 机械传动机构的数学模型 75

3.4.2 进给伺服系统参数的匹配 78

3.5 进给伺服系统的特性对加工精度的影响 79

3.5.1 速度误差对加工精度的影响 80

3.5.2 加工拐角时的误差 82

3.6 数控机床进给系统典型结构部件 83

3.6.1 丝杠螺母副 84

3.6.2 齿轮传动 95

3.6.3 联轴器与键连接间隙的消除 99

3.6.4 蜗轮蜗杆副 100

3.6.5 静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副 101

3.6.6 同步带传动 104

3.7 回转工作台 106

3.7.1 分度工作台 106

3.7.2 数控回转工作台 107

第4章 机床导轨设计 111

4.1 导轨功用及其基本要求 111

4.1.1 导轨的功用与分类 111

4.1.2 对导轨的基本要求 111

4.2 普通滑动导轨 112

4.2.1 导轨的截面形状 112

4.2.2 导轨的组合形式 113

4.2.3 导轨间隙调整 113

4.2.4 提高机床导轨耐磨性的措施 116

4.2.5 爬行现象及其防止措施 117

4.3 塑料滑动导轨设计 119

4.3.1 聚四氟乙烯导轨软带 119

4.3.2 环氧型耐磨导轨涂层 120

4.4 滚动导轨 121

4.4.1 滚动导轨的结构形式 122

4.4.2 滚动导轨的预紧 122

4.4.3 滚动导轨的选择 123

4.5 液体动压导轨和静压导轨 123

4.5.1 液体动压导轨 123

4.5.2 液体静压导轨 123

第5章 自动换刀装置 125

5.1 数控车床刀架系统 125

5.1.1 排刀式刀架 125

5.1.2 回转刀架 126

5.2 加工中心的自动换刀系统 128

5.2.1 转塔头式 128

5.2.2 刀库式 130

5.3 链式刀库 134

5.3.1 链式刀库的结构与换刀位置 134

5.3.2 链式刀库形式 134

5.3.3 刀套准停 135

5.4 自动选刀方式 136

5.4.1 顺序选刀方式 136

5.4.2 任意选刀方式 136

5.5 换刀机械手 139

5.5.1 单臂单爪摆动式机械手 139

5.5.2 单劈双爪回转式机械手 139

5.5.3 双臂单爪交叉式机械手 140

5.6 车削中心自驱动力刀具典型结构 140

第6章 数控机床的总体布局和支承件设计 144

6.1 数控机床的总体布局 144

6.1.1 总体布局与工件形状、尺寸和质量有关 145

6.1.2 总体布局与机床运动分配与部件的布局有关 145

6.1.3 总体布局与机床结构性能有关 147

6.1.4 总布局与机床的使用要求有关 149

6.1.5 数控机床总布局的发展趋向 149

6.2 支承件功用及基本设计要求 150

6.2.1 支承件功用 150

6.2.2 支承件基本要求 150

6.2.3 支承件设计方法 150

6.3 支承件刚度 150

6.3.1 支承件受力分析 151

6.3.2 支承件本体刚度、局部刚度和接触刚度 152

6.4 支承件动态特性和热变形特性 152

6.4.1 支承件的动态特性 152

6.4.2 支承件的热变形特性 153

6.5 支承件结构设计 153

6.5.1 合理确定截面形状和尺寸 153

6.5.2 合理布置隔板和加强筋 155

6.5.3 合理开孔和加盖 158

6.5.4 提高支承件的局部刚度 158

6.5.5 合理选择支承件的材料与热处理 159

6.5.6 构件变形补偿机构 159

6.5.7 注意提高支承件的结构工艺性 160

参考文献 161

附：《数控机床结构》自学考试大纲 162