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20m重型数控转子卧式车床机械系统组成如图3-1所示。
图3-1 20m重型数控转子卧式车床
20m重型数控转子卧式车床机床主要部件包括床身、主轴箱及花盘、尾座架、带有十字滑板的刀架、静压蜗母条驱动、带下压板的静压导轨。
床身包括一件刀架床身和一件工件床身。每个床身均由高刚性的铸铁制成，并配有两条经过精铣削的平导轨和齿条安装面。切削刀架床身的导轨用可伸缩的钢防护罩保护，并设有使静压油回流到油箱的油槽。工件床身用盖板保护，如图3-2所示。
主轴箱为封闭式设计，所有齿轮轴均由安装在整体的圆孔内的耐磨高精密滚子轴承支承。为提高扭转刚性，主传动采用大直径减速齿轮和短轴的结构，主轴滚柱轴承经预载力压装在主轴锥面上。推力轴承安装在主轴箱前面靠近花盘的位置，以实现最小的主轴热膨胀。所有的齿轮都经淬硬和磨削。在主轴的花盘前端，设有一个安装法兰型顶尖的孔位，在主轴的后部安装了旋转编码器，以实现花盘的精密旋转定位。两级齿轮的变换档位通过一个电动-液压变换档位机构实现，该机构由控制面板上的选择开关控制，可以使卡盘顺时针或逆时针旋转。润滑油供应系统带有油液流量控制器和指示灯，用于检测液流中断，以确保安全润滑。配有油温冷却装置以保持油温的稳定。如果油流中断，进给将停止，主轴也将旋转几转后停止。床头箱设有一个梯子，便于操作者在主轴箱上更换卡盘上的卡爪以及装夹工件。在主轴箱的顶部装有安全扶手，如图3-3所示。
图3-2 床身
图3-3 主轴箱及花盘
尾座架采用密封单件式设计，配有套筒。为得到极高的跳动精度，套筒采用高精度滚柱轴承。套筒采用交流电动机调节，负荷单元指示轴向压力，也可在显示器上显示轴向压力。杯形弹簧可以防止主轴因工件扩展（工件扩展补偿）产生过压。为便于调节，可通过调节系统控制的电动机在床身上快速移动尾座架。尾座架配置自动润滑系统，提供按键控制的中央夹紧装置，用弹簧夹紧及液压放松以保证无故障安全操作。尾座架为主轴和齿轮驱动提供中央润滑系统。尾座架和套筒的工作原理如图3-4所示。
带有双十字滑板的刀架的外观结构如图3-5所示。
车削刀架为铸铁结构，在静压平导轨上沿床身移动。静压导轨确保了长期稳定的移动精度。滑动面之间无接触磨损。一套AC伺服进给电动机和静压蜗杆蜗母条副驱动系统实现。横向拖板的运动也采用静压导轨。侧面导轨采用高刚性窄导轨，其进给驱动通过预加载的循环式滚珠丝杠及螺母副实现。可以在工件上加工单头和多头螺纹。配备有自动退刀装置，当发生断电故障时，刀具自动退出。为实现高精度的加工提供一个刀架，其两侧各装有一个坚固的刀板，刀板采用电动调节并自动夹紧于楔形导轨上。刀架具有大截面积，即使在有较大的伸出垂悬臂时也能确保对刀具的稳定支承。刀板能与刀套配合用于重切削，与刀具系统配合用于半精加工和精加工。根据刀套的不同，左右刀板的刀套可能要求起始位置至少有200mm的悬臂。刀套允许从零悬臂开始，但是，机床本身具有足够的 X 轴行程和刚性，以便从200mm的悬臂开始而对切削力无限制，并且在顶架上可安装钻/铣削附件和磨削装置。
刀架床身静压蜗杆蜗母条驱动的外观结构如图3-6所示。
图3-4 尾座和套筒（原理示意图）
图3-5 带两个刀板的刀架
图3-6 刀架床身静压蜗杆蜗母条驱动的外观结构
此静压蜗杆蜗母条驱动方式的最大优点在于，由于有油膜保护，齿面间不会有金属面的接触。此外也具备所有反扣式静压导轨的优势。此静压蜗杆蜗母条传动机构是基于“蜗杆内部供油，油腔位于蜗母条上”的原理。在无负载下齿面间油膜厚度为0.04mm。左手列及右手列齿面连接不同的油泵。静压油通过只供给蜗母条区域的分配盘供油。从蜗杆向蜗母条供给的静压油是通过每个螺纹上的出口管供给的。在蜗母条一个螺纹的两侧齿隙内总有两个油路出口管。
静压蜗杆蜗母条驱动方式的优点是：摩擦最小化（只有流体摩擦）、无齿间间隙、效率最优、进给驱动力恒定、无磨损、位置稳定性最优、寿命近乎无限、无反向间隙、高位置精度、若干蜗条齿面同时接触。
静压导轨系统有不同的形式。该车床上采用的是刚性最高、精度最高的“单腔单泵”供油系统。该系统为每个静压油腔配备了一个泵，以保证油液流量恒定，提供恒流量的液流，与系统的压力无关。为避免采用过多的泵，采用了泵组，其供应能力最大相当于20个单泵。一个共用的主压力泵（齿轮泵）通过过滤器分别向多循环泵供油，其作用类似于流量分配器。流量恒定静压导轨如图3-7所示。
图3-7 流量恒定静压导轨
油腔的压力取决于输出的流量、油膜的厚度和负荷。为了方便检查，在多循环泵的后面、油腔的供油管路中安装一个带有压力计的测量板。压力计可以切换到每个供油管路，直接读出每个油腔的压力值（逐个进行）。该机床的静压导轨采用相对设计方式，两个相对式导轨设计方式可以保持油膜间隙厚度不变，不受实际负载条件影响。由于油膜刚度与油膜厚度直接相关，因此获得了最小的位移，尤其对动态负载而言，相对式导轨是绝对必要的。静压油膜的高阻尼效果改善了机床的动态性能。相对式静压导轨如图3-8所示。
图3-8 相对式静压导轨
静压导轨的优点是：
1）无磨损。由于无直接的表面接触，静压系统的完美性能避免了导轨有任何的磨损。
2）工作可靠性。与配有插入式分配润滑的标准导轨相比较，静压导轨的工作可靠性要好得多。一个泵循环的故障在理论上是不可能的，多循环泵的运动部件是小齿轮，可以不受油液中的添加剂和化学添加剂的影响（两者都可能损坏插入式分配器的套管）。与毛细管节流系统相比较，“单油腔单油泵”系统工作更为可靠，单油腔单油泵系统消除了毛细管节流或薄膜节流阀的堵塞现象。
3）最小的摩擦阻力。静压导轨的摩擦仅是液体摩擦，因为摩擦曲线是线性连续的，从而可以避免爬行现象。例如：用一个人的力量就可以移动50t由静压导轨支承的重量。
4）最优的位置稳定性。静压系统具有极高的稳定性。导轨-横向导轨和纵向导轨都有预加载，从而防止拖板、压板倾斜。
5）良好的阻尼（减振性）。静压导轨对来自油腔垂直方向的振动（压迫效应）具有极好的阻尼特性。
这些显著的特点正是用户对现代化数控机床所期待的。