1、第3章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng),1,3.1 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1.數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng) 在數(shù)控機(jī)床的主軸電機(jī)、傳動(dòng)元件和主軸構(gòu)成的具有運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)聯(lián)系的系統(tǒng)稱為主傳動(dòng)系統(tǒng)。由于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用直流或交流調(diào)速電機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，主要由電機(jī)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的變速，使得數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。,2,1）帶有變速齒輪的主傳動(dòng),（a） （b） 圖3-1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 帶有變速齒輪的主傳動(dòng)是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的傳動(dòng)變速方式。,3,2）通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng),如圖3-1（b）所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可克服齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲，但只能適用于低

2、扭矩特性要求的主軸。電機(jī)本身的調(diào)速能夠滿足變速要求，不用齒輪變速。同步帶傳動(dòng)是綜合了帶、鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)新型傳動(dòng)。不打滑、傳動(dòng)準(zhǔn)確、效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、保養(yǎng)方便，無(wú)須潤(rùn)滑，但對(duì)安裝式中心距要求高、工藝復(fù)雜、造價(jià)成本較高。常用的同步帶傳動(dòng)如圖3-2所示。,4,圖3-2 同步帶的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng),(a) 同步帶結(jié)構(gòu) (b)同步帶傳動(dòng) 1強(qiáng)力層 2帶齒 3包布層 4帶背,5,3）由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng),由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)有兩種類型，一種是主軸電機(jī)輸出軸通過(guò)精密聯(lián)軸器直接與主軸聯(lián)接，如圖3-3（a）所示。另一種類型如圖3-3（b）所示，主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，稱為內(nèi)裝電機(jī)主軸。,6,聯(lián)軸器直接與主軸聯(lián)

3、接,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出完全受電機(jī)的限制，隨著主軸電機(jī)性能的提高，這種形式越來(lái)越多地被采用；,7,內(nèi)裝電機(jī)主軸,這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，主軸轉(zhuǎn)速高，但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。,8,3.1.2主傳動(dòng)系統(tǒng)的主軸部件,數(shù)控機(jī)床的主軸部件是主運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，它夾持刀具或工件，并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。主軸部件既要滿足精加工時(shí)高精度的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削的能力，因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。主軸部件包括主軸、主軸的支承以及安裝在主軸上的傳動(dòng)零件，對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的

4、數(shù)控機(jī)床還有刀具自動(dòng)裝卸及吹屑裝置、主軸準(zhǔn)停裝置等。,9,1.主軸端部的結(jié)構(gòu),1）主軸組件的類型 主軸組件按運(yùn)動(dòng)方式可分為五類: (1)只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸組件。如車床、銑床和磨床等的主軸組件。 （2）既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。如鉆床和鏜床等的主軸組件。 （3）既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向調(diào)整移動(dòng)的主軸組件。如滾齒機(jī)、部分立式銑床等的主軸組件。 （4）既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。如臥式鏜床的平旋盤主軸部件、組合機(jī)床的鏜孔車端面頭主軸組件。 （5）主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作行星運(yùn)動(dòng)的主軸組件。,10,2）主軸端部的結(jié)構(gòu),主軸端部用于安裝刀具或夾持安裝工件的夾具。其結(jié)構(gòu)應(yīng)保證定位準(zhǔn)確，夾緊

5、牢固可靠，能傳遞足夠大的扭矩，安裝、拆卸方便。主軸端部的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如圖3-4所示為六種通用的結(jié)構(gòu)形式。,11,圖3-4主軸端部的結(jié)構(gòu)形式,（d） （e） （f）,12,圖3-4（a）適用于為車床的主軸端部，為短錐法蘭式結(jié)構(gòu)。 圖3-4（b）適用于銑、鏜類機(jī)床的主軸端部。銑刀或刀桿由前端7:24的錐孔定位，并用拉桿從主軸后端拉緊，前端的端面鍵用于傳遞扭矩。 圖3-4（c）適用于外圓磨床砂輪主軸的端部。 圖3-4（d）適用于內(nèi)圓磨床砂輪主軸的端部。 圖3-4（e）、3-4（f）為鉆床主軸的端部，刀具由莫氏錐孔定位，錐孔后端第一個(gè)扁孔用于傳遞扭矩，第二個(gè)扁孔用于拆卸刀具。,13,2.主軸的支撐

6、,圖3-6 數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式,14,（1）前支承采用雙列端圓柱滾子軸承和60角接觸雙列推力向心球軸承組合，承受徑向和軸向載荷，后支承采用成對(duì)角接觸球軸承，如圖3-6（a）所示。這種結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)中剛性最好的一種，它使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，目前各類數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用這種配置形式。 （2）前支承采用角接觸球軸承，由23個(gè)軸承組成一套，背靠背安裝，承受徑向和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，如圖3-6（b）所示。這種配置能承受的軸向載荷較前一配置小，但主軸部件精度較好，適合較高轉(zhuǎn)速，較重切削載荷的主軸。,15,（3）前、后支承均采

7、用角接觸球軸承，用以承受徑向和軸向載荷，如圖3-6（c）所示。這種配置適合于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。 （4）前支承采用雙列圓錐滾子軸承，用以承受徑向和軸向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，如圖3-6（d）所示。這種配置能承受重載荷和較強(qiáng)動(dòng)載荷，但主軸轉(zhuǎn)速受到限制，適合于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。,16,數(shù)控機(jī)床常用滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式,17,3.刀具自動(dòng)夾緊裝置、切屑清除裝置和主軸準(zhǔn)停裝置,18,自動(dòng)換刀臥式鏜銑床主軸部件,1-刀桿 2-主軸 3-鋼球 4-空氣噴嘴 5-套筒 6-支承套 7-拉桿 8-蝶形彈簧 9、10-定位盤 11-油缸（及活塞） 12-滾子 13-定位油缸

8、（及活塞） 14-無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 15-限位開(kāi)關(guān) 16-開(kāi)關(guān),19,2主軸準(zhǔn)停裝置,主軸準(zhǔn)停功能是利用機(jī)械手自動(dòng)換刀所必需具備的功能。即當(dāng)主軸停止時(shí)能控制其停于固定位置。刀具裝在機(jī)窗主軸上，當(dāng)?shù)毒咔邢鲿r(shí)切削轉(zhuǎn)矩由設(shè)置在主軸前端一個(gè)突鍵來(lái)提供，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時(shí)，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對(duì)準(zhǔn)，因此，在換刀時(shí)主軸必須準(zhǔn)確停在某固定的角度上。這一功能在自動(dòng)換刀時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)。如圖3-8（a）所示。,20,（a）主軸準(zhǔn)停換刀,21,4.主軸組件的潤(rùn)滑與密封,1）主軸潤(rùn)滑 主軸潤(rùn)滑的作用減少摩擦，降低機(jī)床溫度，是帶走摩擦所產(chǎn)生的熱量，減少機(jī)床熱變形。機(jī)床的潤(rùn)滑凡是主要有以下兩種： （1）油氣潤(rùn)滑方式。油氣潤(rùn)滑是定時(shí)

9、定量地把油霧送進(jìn)軸承空隙中，這種送油方式是間歇式的；而油霧潤(rùn)滑則是連續(xù)供給油霧。 （2）噴注潤(rùn)滑方式。它用較大流量的恒溫油噴注到主軸軸承上，然后由排油泵強(qiáng)制排油到恒溫郵箱，以達(dá)到潤(rùn)滑、冷卻的目的。,22,2主軸的密封,主軸的密封有接觸式和非接觸式兩種。 接觸式: 有摩擦和磨損，發(fā)熱嚴(yán)重，用于低速主軸。 非接觸式: 迷宮式和隙縫式，發(fā)熱很小，應(yīng)用廣泛。 為保證密封作用，旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的徑向間隙應(yīng)小于0.20.3mm，還要有回孔油，以防漏油。,23,圖3-9 非接觸式密封,a) b) c),24,3.1.3機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床切削動(dòng)力的主要來(lái)源，是完成切削加工的

10、主要部件。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。為了高效的加工出高精度的零件，在機(jī)床的設(shè)計(jì)中不但對(duì)機(jī)床體本身有較高的要求，同時(shí)對(duì)機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求。,25,1.機(jī)床設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)床本身的要求,1）靜、動(dòng)剛度高 （1）合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸，采用合理的筋板結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)件的整體剛度（包括抗彎剛度和抗扭剛度）是通過(guò)合理地設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸，采用合理的筋板形狀及布置等來(lái)保證。,26,（2）采用合理的結(jié)構(gòu)布局，改善機(jī)床的受力狀態(tài) 在切削力、自重等外力相同的情況下，如果能改善機(jī)床的受力狀態(tài)，減少變形，則能達(dá)到提高剛度的目的。,27,（3）采用補(bǔ)償變

11、形措施 在外力的作用下，機(jī)床的變形是不可避免的，采取相應(yīng)措施，補(bǔ)償有關(guān)零、部件的靜力變形，相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。,28,（4）提高機(jī)床各部件的接觸剛度 影響接觸剛度的根本因素是接觸面積的大小，任何增大實(shí)際接觸面積的方法都能有效地提高接觸剛度。如機(jī)床導(dǎo)軌通過(guò)刮研，能增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并使接觸點(diǎn)分布均勻，從而增加導(dǎo)軌副接合面的實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度。在接合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷也能達(dá)到提高接觸剛度的目的,29,（5）選用合理材料 長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)床基礎(chǔ)件主要采用鑄鐵件。近年來(lái)，機(jī)床床身、立柱等支承件采用鋼板或型鋼焊接而成，具有減輕重量提高剛度的顯著特點(diǎn)。將型砂或混凝土等阻尼材料填充在支

12、承件的夾壁中，可以有效地提高阻尼特性，增加支承件的動(dòng)剛度。人造大理石由于具有很高的熱穩(wěn)定性，良好的吸振性，并能根據(jù)需要制作最合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)，近年來(lái)應(yīng)用廣泛。,30,2）抗振性高,機(jī)床工作時(shí)可能強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，機(jī)床的抗振性是指抵抗這兩種振動(dòng)的能力。機(jī)床的振動(dòng)不僅直接影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，還會(huì)降低刀具壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至使加工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。數(shù)控機(jī)床常在高速重載情況下切削，容易產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，切削過(guò)程的自動(dòng)化使得振動(dòng)難以由人工進(jìn)行控制和消除，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的抗振性提出更高的要求。,31,3）熱穩(wěn)定性好,數(shù)控機(jī)床在內(nèi)外熱源的影響下，各部件會(huì)發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)

13、動(dòng)關(guān)系遭到破壞，機(jī)床精度下降，因此機(jī)床熱變形是影響加工精度的重要因素。引起機(jī)床熱變形的原因主要是熱源及機(jī)床各部分的溫差。熱源主要是機(jī)床的內(nèi)部熱源，如電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、摩擦熱以及切削熱等。數(shù)控機(jī)床的熱穩(wěn)定性好，主要是在設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下措施。,32,（1）減少機(jī)床內(nèi)部熱源和發(fā)熱量 如采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承；液壓系統(tǒng)中采用變量泵；數(shù)控車床采用斜床身、平床身和斜滑板結(jié)構(gòu)；配置傾斜的防護(hù)罩和自動(dòng)排屑裝置等。,33,（2）控制溫升 數(shù)控機(jī)床普遍對(duì)各發(fā)熱部位采取散熱、風(fēng)冷、液冷等控制溫升的辦法改善散熱條件，控制溫升。如主軸箱采用強(qiáng)制外循環(huán)潤(rùn)滑冷卻；采用恒溫冷卻裝置，減少主軸軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量；在電動(dòng)機(jī)上安

14、裝有散熱裝置和熱管消熱裝置等。,34,（3）機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局設(shè)計(jì)合理 設(shè)計(jì)熱傳導(dǎo)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，使溫升一致，以減少熱變形；采用熱變形對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以減少熱變形對(duì)加工精度的影響。如數(shù)控機(jī)床立柱一般采取雙壁框式結(jié)構(gòu)，在提高剛度的同時(shí)使結(jié)構(gòu)對(duì)稱，防止因熱變形而產(chǎn)生傾斜偏移。,35,4）運(yùn)動(dòng)件間的摩擦特性好、傳動(dòng)件間的傳動(dòng)間隙小,數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度不僅受到機(jī)床零部件的加工精度和裝配精度、剛度及熱變形的影響，而且與運(yùn)動(dòng)件的摩擦特性有關(guān)。同時(shí)，其進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)件既能以高速又能以極低的速度運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)能對(duì)數(shù)控裝置的指令做出準(zhǔn)確的響應(yīng)。為此必須設(shè)法提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。采取的主要措施有降低運(yùn)動(dòng)件

15、的質(zhì)量，減少運(yùn)動(dòng)件的靜、動(dòng)摩擦力之差，減少傳動(dòng)間隙，縮短傳動(dòng)鏈。,36,運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力主要來(lái)自導(dǎo)軌副，普通機(jī)床的滑動(dòng)導(dǎo)軌副不僅靜、動(dòng)摩擦系數(shù)大，而且其差值也大。因此，數(shù)控機(jī)床普遍采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌，以改善運(yùn)動(dòng)件間的耐磨性和摩擦特性。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中采用滾珠絲杠傳動(dòng)替代滑動(dòng)絲杠，也可收到同樣的效果。,37,2.機(jī)床設(shè)計(jì)中對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,1）有較寬的調(diào)速范圍 2）有足夠的功率和扭矩 3）有足夠的傳動(dòng)精度 4）噪聲低，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),38,3.2 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被加工工件的最終位置精度和輪廓精度都與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性有關(guān)。進(jìn)給

16、系統(tǒng)通常由伺服電機(jī)、同步帶輪傳動(dòng)副和滾珠絲杠螺母副組成。,39,3.2.1進(jìn)給系統(tǒng)的分類與特點(diǎn),一、進(jìn)給系統(tǒng)的分類 1步進(jìn)伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 2直流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 3交流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 4直線電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng),40,二、進(jìn)給系統(tǒng)的特點(diǎn),進(jìn)給系統(tǒng)通常由伺服電機(jī)、同步帶輪傳動(dòng)副、和滾珠絲杠螺母副組成，有些機(jī)床是直接將伺服電機(jī)與滾珠絲杠連接。為保證數(shù)控機(jī)床高的加工精度，要求其進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)有高的傳動(dòng)精度、高的靈敏度（響應(yīng)速度快）、工作穩(wěn)定、有高的構(gòu)件剛度及使用壽命、小的摩擦及運(yùn)動(dòng)慣量，并能清除傳動(dòng)間隙。,41,3.2.2滾珠絲杠螺母副,一、滾珠絲杠螺母副原理與結(jié)構(gòu) 1滾珠絲杠螺母副原理

17、滾珠絲杠螺母副（簡(jiǎn)稱滾珠絲杠副）是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦。,42,2滾珠絲杠螺母副分類,滾珠絲杠螺母副按滾珠的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。 圖3-13（a）所示，滾珠循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終接觸稱為內(nèi)循環(huán)式。螺母螺旋槽的兩相鄰滾道之間由滾珠反向器實(shí)現(xiàn)滾珠的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，并防止?jié)L珠在管道內(nèi)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。 圖3-13（b）所示，滾珠再返回過(guò)程中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)式。螺旋槽兩端通過(guò)回珠管相連，滾珠在管道內(nèi)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。,43,圖3-13 滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖,（a）內(nèi)循環(huán)方式,（b）外循環(huán)方式,44,3.

18、滾珠絲杠副的參數(shù),（a）滾珠絲杠副軸向剖面圖 （b）滾珠絲杠副法向剖面圖 圖3-14 滾珠絲杠螺母副基本參數(shù),45,滾珠絲杠副的參數(shù),名義直徑d0：滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸。 導(dǎo)程L：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 基本導(dǎo)程L0：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 接觸角：在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想接觸角等于450。 此外還有絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、螺紋全長(zhǎng)l、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、滾道圓弧偏心距e以及滾道圓

19、弧半徑R等參數(shù)。,46,二、滾珠絲杠副的特點(diǎn),1滾珠絲杠副的優(yōu)點(diǎn) （1）傳動(dòng)效率高 （2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) （3）高精度 （4）高耐用性 （5）同步性好 （6）高可靠性 （7）無(wú)背隙與預(yù)緊,47,2滾珠絲杠副的缺點(diǎn),（1） 制造成本高。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絲杠和螺母等元件的加工精度和表面質(zhì)量要求高，因此制造成本高。 （2） 不能實(shí)現(xiàn)自鎖，特別是用作垂直安裝的滾珠絲杠副傳動(dòng)時(shí)，會(huì)因不見(jiàn)得自重而自動(dòng)下降。,48,三、軸向間隙消除機(jī)構(gòu),軸向間隙通常是指絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動(dòng)。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，在施加軸向載荷之后，軸向間隙還包括彈性變形所造成的竄動(dòng)。,49,1雙螺母消隙,（1）墊

20、片調(diào)隙式,50,（2）螺紋調(diào)隙式,51,（3）齒差調(diào)隙式,52,2單螺母消隙,53,四、滾珠絲杠的支撐結(jié)構(gòu),圖3-19 滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu),54,（1）一端裝止推軸承（固定-自由式）。這種安裝方式如圖3-19a）所示。其承載能力小，軸向剛度低，易產(chǎn)生彎曲變形，僅適用于的長(zhǎng)度較短絲杠。,55,2）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式） 這種安裝方式如圖3-19b）所示。當(dāng)滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源或安裝到冷卻條件較好的地方。,56,（3）兩端裝止推軸承。這種安裝方式如圖3-19c）所示。這種方

21、式是對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸安裝。這樣做的好處是：減少絲杠因自重引起的彎曲變形；因絲杠有預(yù)緊力，所以絲杠不會(huì)因溫升而伸長(zhǎng)，從而保持絲杠的精度。,57,（4）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式）。這種安裝方式如圖3-19d）所示。為提高剛度，絲桿兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲桿的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。,58,五、滾珠絲杠的制動(dòng)裝置,滾珠絲杠副的摩擦角小于1，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)（如主軸箱或升降臺(tái)的升降），則必須有制動(dòng)裝置。由于滾珠絲杠不具有自鎖性，用在垂直升降傳動(dòng)或水平放置的高速大慣量傳動(dòng)中，當(dāng)外界動(dòng)力消失后，執(zhí)行部件可在

22、重力和慣性力作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，因此須設(shè)計(jì)可靠的鎖緊裝置，常用的鎖緊裝置一般由超越離合器和電磁摩擦離合器組成。,59,圖3-20所示為數(shù)控臥式銑鏜床主軸箱進(jìn)給絲杠的制動(dòng)裝置示意圖。,60,六、滾珠絲杠的防護(hù),滾珠絲杠副和其他滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。,61,圖3-21 鋼帶纏卷式絲杠防護(hù)裝置 1支承滾子；2張緊輪；3鋼帶,62,七、滾珠絲杠副的標(biāo)注、結(jié)構(gòu)類型和精度等級(jí),1滾珠絲杠副的標(biāo)注 滾珠絲杠副的型號(hào)標(biāo)注是根據(jù)原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB/T3162.1

23、1991的規(guī)定，采用漢語(yǔ)拼音字母、數(shù)字及英文字母結(jié)合標(biāo)注法，表示滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度和螺紋旋向等特征。具體的標(biāo)注格式如下：,63,64,例：CDM50 10-3-P3 表示外循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，其公稱直徑50mm，基本導(dǎo)程10mm，右旋螺紋，載荷鋼球?yàn)?圈，精度3 級(jí)的定位滾珠絲杠副。,65,2滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型和精度等級(jí),滾珠絲杠副的類型有兩類，T為傳動(dòng)滾珠絲杠副；P類為定位滾珠絲杠副，即通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量的滾珠絲杠副。,66,表3-1 滾珠絲杠副的循環(huán)方式及代號(hào),67,表3-2滾珠絲杠副的預(yù)緊及代號(hào),68,表3-3滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特征

24、及代號(hào),69,表3-4滾珠絲杠副的精度等級(jí)及使用范圍,70,3.2.3齒輪傳動(dòng)副,數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于自動(dòng)變向狀態(tài)，進(jìn)給系統(tǒng)中的減速齒輪的齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給反向時(shí)丟失指令脈沖，并產(chǎn)生反向死區(qū)從而影響加工精度，因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙。,71,一、齒隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu),1剛性調(diào)整法 剛性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。它結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，傳動(dòng)剛性好，能傳遞較大的動(dòng)力，但要嚴(yán)格控制齒輪的周節(jié)公差及齒厚，否則會(huì)影響傳動(dòng)的靈活性。,72,圖3-22偏心套間隙調(diào)整結(jié)構(gòu) 1-電動(dòng)機(jī) 2-偏心套,73,圖3-23帶錐度齒輪的間隙調(diào)整結(jié)構(gòu) 1、2-齒輪 3-墊片,74,圖3-24軸向墊片間

25、隙調(diào)整結(jié)構(gòu),75,2.柔性調(diào)整法,柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后，齒側(cè)間隙可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法。這種調(diào)整方法在齒輪的齒厚和周節(jié)有差異的情況下，也能保持無(wú)間隙嚙合。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大，傳動(dòng)剛度低，同時(shí)，傳動(dòng)平穩(wěn)性也較差。,76,圖3-25雙齒輪錯(cuò)齒間隙調(diào)整結(jié)構(gòu) 1、2-薄齒輪 3-短柱 4-彈簧,77,圖3-26斜齒輪軸向壓簧間隙調(diào)整結(jié)構(gòu),78,二、鍵連接間隙的消除,（a）雙鍵連接 （b）楔形銷鍵連接 圖3-27鍵連接間隙的消除,79,1軸套 2彈簧環(huán) 3 壓圈 4 從動(dòng)軸 5 螺釘 圖3-28無(wú)鍵連接結(jié)構(gòu),80,3.2.4數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)和 伺服電機(jī)的要求,一、數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求 1高

26、傳動(dòng)剛度 2高諧振 3低摩擦 4低慣量 5無(wú)間隙,81,二、對(duì)伺服電機(jī)的要求,調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時(shí)的速度平穩(wěn)性。 電機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。 反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、較大的轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大的加速度(400rad /s2 以上)。 能承受頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。,82,3.3數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌,3.3.1 導(dǎo)軌的作用與要求 (1)較高的導(dǎo)向精度； (2)足夠的剛度； (3)良好的耐磨性、導(dǎo)軌精度保持性好； (4)吸振好、可減少噪音和高速時(shí)振動(dòng)，提高加工精度； (5)無(wú)爬行、動(dòng)、靜摩擦系數(shù)接近，微動(dòng)進(jìn)給定位好，良好的低

27、速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性； （6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好、便于制造、裝配、調(diào)整和維護(hù)。,83,3.3.2 導(dǎo)軌的分類與特點(diǎn),導(dǎo)軌副是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度和精度保持性。目前數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌主要有三種：靜壓導(dǎo)軌、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。,84,一、靜壓導(dǎo)軌副,液體靜壓導(dǎo)軌由于其導(dǎo)軌的工作面完全處于純液體摩擦下，因而工作時(shí)摩擦系數(shù)極低（f=0.0005）；導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)不受負(fù)載和速度的限制，且低速時(shí)移動(dòng)均勻，無(wú)爬行現(xiàn)象；由于液體具有吸振作用，因而導(dǎo)軌的抗振性好；承載能力大、剛性好；摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升小。但液體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多了一套液壓系統(tǒng)；成本高；油膜厚度難以保持恒定

28、不變。故液體靜壓導(dǎo)軌主要用于大型、重型數(shù)控機(jī)床上。,85,圖3-29 開(kāi)放式金牙導(dǎo)軌工作原理 1液壓泵 2溢流閥 3過(guò)濾閥 4節(jié)流閥 5運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 6床身導(dǎo)軌,86,二、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌副,1.聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶導(dǎo)軌,3-30聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶,87,2環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌,圖3-31 環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌,88,三、滾動(dòng)導(dǎo)軌副,滾動(dòng)導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，運(yùn)動(dòng)精度和定位精度高。滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。近年來(lái)數(shù)控機(jī)床愈來(lái)愈多地采用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副或滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。這種導(dǎo)軌組件本身制造精度很高，對(duì)機(jī)床的安裝基面要求不高，安裝、調(diào)整都非

29、常方便。,89,圖3-32滾動(dòng)導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu) 1防護(hù)板 2端蓋 3滾珠 4導(dǎo)向片 5保護(hù)架 6本體,90,圖3-33直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) 1側(cè)面墊片2保持架 3負(fù)荷滾珠列 4軌道 5防塵墊片 6端部擋板 7軸承殼體 8潤(rùn)滑油接嘴,91,3.4數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái),3.4.1回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)多用于數(shù)控鏜銑床和數(shù)控加工中心上，主要功能有兩個(gè)：一是實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的分度轉(zhuǎn)位，即在非切削時(shí)，裝有工件的工作臺(tái)能完成0360范圍內(nèi)任意角度的分度；二是實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)圓周方向的進(jìn)給，即切削時(shí)，與X ，Y，Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，加工復(fù)雜的空間曲面。,92,93,1-步進(jìn)電機(jī) 2-偏心環(huán) 3-主動(dòng)齒輪 4-從動(dòng)齒輪 5-銷釘

30、6-鎖緊瓦 7-套筒 8-螺釘 9-絲杠 10-蝸桿 11-蝸輪 12、13-夾緊瓦 14-液壓缸 15-活塞 16-彈簧17-鋼球 18-底座 19-光柵 20、21-軸承,94,3.4.2分度工作臺(tái),一、 定位銷式分度工作臺(tái) 如圖3-35所示為一定位銷式分度工作臺(tái)。這種工作臺(tái)的定位分度主要靠定位銷和定位孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。定位銷之間的分布角度為45o，因此工作臺(tái)只能作二、四、八等分的分度運(yùn)動(dòng)。這種分度方式的分度精度主要由定位銷和定位孔的尺寸精度及位置精度決定，最高可達(dá)5。定位銷和定位孔襯套的制造精度和裝配精度都要求很高，且均需具有很高的硬度，以提高耐磨性，保證足夠的使用壽命。,95,圖3-35 定位

31、銷式分度工作臺(tái),96,二、齒盤式分度工作臺(tái) 如圖3-36所示為齒盤式分度工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床和其他加工設(shè)備中應(yīng)用很廣的一種分度裝置。它既可以作為機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)附件，用T形螺釘緊固在機(jī)床工作臺(tái)上使用，也可以和數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。齒盤分度機(jī)構(gòu)的向心多齒嚙合，應(yīng)用了誤差平均原理，因而能夠獲得較高的分度精度和定心精度（分度精度為0.53s）。,97,圖3-36 齒盤式分度工作臺(tái),98,3.5 自動(dòng)換刀裝置,3.5.1換刀方式 一、回轉(zhuǎn)刀架換刀 二、更換主軸頭換刀 三、帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀,99,3.5.2刀庫(kù),刀庫(kù)是自動(dòng)換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局及具體結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)有很大影響。

32、刀庫(kù)容量指刀庫(kù)存放刀具的數(shù)量，一般根據(jù)加工工藝要求而定。刀庫(kù)容量小，不能滿足加工需要；容量過(guò)大，又會(huì)使刀庫(kù)尺寸大，占地面積大，選刀過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，且刀庫(kù)利用率低，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，造成很大浪費(fèi)。常見(jiàn)的刀庫(kù)形式有三種：盤形刀庫(kù)，鏈?zhǔn)降稁?kù)，鼓輪式或格子箱刀庫(kù)。,100,一、盤形刀庫(kù),圖2-39圓盤刀庫(kù),101,二、鏈?zhǔn)降稁?kù),a）單環(huán)鏈?zhǔn)?b）多環(huán)鏈?zhǔn)?圖3-40鏈?zhǔn)降稁?kù),102,3.5.3刀具的選擇,一、順序選擇刀具 二、任意選擇刀具,103,3.5.4換刀裝置,數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中，由刀具交換裝置實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具。換刀裝置直接影響換刀響應(yīng)時(shí)間和換刀方式，進(jìn)而影響到機(jī)床的生產(chǎn)率，刀

33、具的交換裝置主要有兩類：無(wú)機(jī)械手換刀、機(jī)械手換刀。,104,一、無(wú)機(jī)械手換刀裝置,圖3-41數(shù)控立加工中心,105,二、有機(jī)械手換刀裝置,圖3-42常見(jiàn)的機(jī)械手形式,106,3.6 輔助系統(tǒng),3.6.1氣-液壓系統(tǒng) 氣-液壓系統(tǒng)使用加壓空氣或壓力油作為傳遞能量的載體實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制。數(shù)控機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的重要設(shè)備，機(jī)床對(duì)控制的自動(dòng)化程度要求很高，液壓與氣動(dòng)由于能方便地實(shí)現(xiàn)電器控制與自動(dòng)化，從而在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的使用。,107,一、氣-液壓系統(tǒng)的特點(diǎn),1液壓傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)輸出力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)更緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)可靠，易于調(diào)節(jié)和噪聲較小，但要配置液壓泵和油箱，當(dāng)油液滲漏時(shí)污染環(huán)境。 2氣壓裝置裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)不污染環(huán)境，工作速度快和動(dòng)作頻率高，適合于完成頻繁啟動(dòng)的輔助工作，過(guò)載時(shí)比較安全，不易發(fā)生過(guò)載損壞機(jī)件等事故。,108,二、氣-液壓系統(tǒng)的構(gòu)成,1動(dòng)力裝置 2執(zhí)行裝置 3控制與調(diào)節(jié)裝置 4輔助裝置 5傳動(dòng)介質(zhì),109,3