第四章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

1、第四章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu),復(fù)習(xí)：,輸 入 裝 置,輸 出 裝 置,計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 裝 置,PLC,主軸控制單元,主軸,機(jī)床,伺服電機(jī),速度控制單元,工 作 臺(tái),位置檢測(cè)反饋裝置,數(shù)控機(jī)床的組成,4-1對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求,一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求,1、高精度 2、高速度 3、高自動(dòng)化,要求數(shù)控機(jī)床必須具有很高的 強(qiáng)度、剛度和抗振性,因此，數(shù)控機(jī)床的功能要求和設(shè)計(jì)要求與普通機(jī)床有較大的差異。數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求可以歸納為如下幾方面： 1、具有大切削功率，高的靜、動(dòng)剛度和良好的抗振性能； 2、具有較高的幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度和熱穩(wěn)定性； 3、具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件。,1、數(shù)控

2、機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動(dòng)剛度,一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求,（1）提高剛度的原因 在重載荷的作用下，機(jī)床的各部件、構(gòu)件會(huì)受力變形，引起刀具和工件的相對(duì)位置的變化 機(jī)床剛度差影響機(jī)床抗振性,剛度:是指支承件在恒定載荷或交變載荷作用下抵抗變形的能力,(靜剛度),(動(dòng)剛度),（2）提高剛度的措施,合理選擇支承件的結(jié)構(gòu)形式,措施1 支承件截面形狀盡量選用抗彎的方截面和抗扭的圓截面 或采用封閉型床身,封閉整體箱形結(jié)構(gòu),（2）提高剛度的措施,“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車(chē)床上應(yīng)用較多,（2）提高剛度的措施,斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易,措施3 增加導(dǎo)軌與支承件的連

3、接部分的剛度,（2）提高剛度的措施,連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力,稱(chēng)為支承件的連 接剛度.,措施4 增加機(jī)床各部件的接觸剛度和承載能力,（2）提高剛度的措施,采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn) 在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷,增加接觸面積,合理的結(jié)構(gòu)布局,（2）提高剛度的措施,合理的結(jié)構(gòu)布局,（2）提高剛度的措施,采用補(bǔ)償變形的措施,（2）提高剛度的措施,測(cè)出受力點(diǎn)的相對(duì)變形的大小和方向，或者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī)律，就可采取補(bǔ)償變形的方法消除受力變形的影響,合理選用構(gòu)件的材料,措施1 床身、立柱等支承件采用鋼板或型鋼焊接 增加剛度、減輕重量、提高抗振性,（2）提高剛度的措施,鑄件:

4、容易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件,鑄鐵的內(nèi)摩擦力大,阻尼 系數(shù)大,振動(dòng)的衰減性能好,成本低.鑄件的周期較長(zhǎng),需 做木型模,易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷,焊接件:鋼材的強(qiáng)度比鑄鐵高，質(zhì)量可比鑄件減輕20%-50%， 不需要木模和澆注，生產(chǎn)周期短，不易出現(xiàn)廢品,措施2 采用封砂床身結(jié)構(gòu),（2）提高剛度的措施,在鑄件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力,人造大理石床身（混凝土聚合物）,措施3 采用混凝土、樹(shù)脂混凝土或人造花崗巖作支承件的材料,（2）提高剛度的措施,天然大理石床身,（2）提高剛度的措施,2、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性,機(jī)床加工時(shí)可能產(chǎn)生的振動(dòng)形式：強(qiáng)迫振動(dòng) 自激振動(dòng)。,強(qiáng)迫振動(dòng)在各種動(dòng)力作用

5、下被迫產(chǎn)生的振動(dòng),自激振動(dòng)在沒(méi)有外加動(dòng)態(tài)力的情況下，由切削過(guò)程自身所激發(fā)的振動(dòng),臨界切削寬度不產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大切削寬度,提高機(jī)床的抗振性的途徑：提高靜剛度、固有頻率和增加阻尼,1、基礎(chǔ)件內(nèi)腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料,2、采用表面阻尼涂層,3、采用新材料制造基礎(chǔ)件,4、充分利用結(jié)合面間的阻尼,一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求,3、減少機(jī)床的熱變形,（1）產(chǎn)生熱變形的原因：,內(nèi)外熱源的影響 不能人工修正熱變形誤差,（2）減少熱變形的措施：,減少發(fā)熱將熱源從主機(jī)中分離出去,措施1 主運(yùn)動(dòng)采用直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速 減少傳動(dòng)軸和傳動(dòng)齒輪數(shù)量 減少主傳動(dòng)箱內(nèi)的發(fā)熱量,進(jìn)行熱變形補(bǔ)償,措施2 采用

6、低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或滾動(dòng)軸承,（2）減少熱變形的措施：,控制溫升,措施 通過(guò)散熱和冷卻方法,改善機(jī)床結(jié)構(gòu),措施1 采用對(duì)稱(chēng)原則設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu),措施2 使機(jī)床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上,措施3 采用排屑系統(tǒng),主軸,冷卻風(fēng)管,對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻,主軸,冷卻風(fēng)管,對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻,對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)立柱,措施1 采用對(duì)稱(chēng)原則設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu),措施2 使機(jī)床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上,機(jī)床排屑系統(tǒng),措施3 采用排屑系統(tǒng),傾斜床身,措施3 采用排屑系統(tǒng),措施4 將熱源置于易散熱的位置,將主傳動(dòng)箱和主電動(dòng)機(jī)放在機(jī)床的外面,4、減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦，提高傳動(dòng)

7、精度,5、提高機(jī)床壽命和精度保持性,一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求,措施1 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌來(lái)減少摩擦副之間的摩擦,措施2 采用滾珠絲杠或無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減小摩擦,措施1 采用耐磨性好的零部件,措施2 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件間具有良好的潤(rùn)滑,滾珠絲杠螺母副+滾動(dòng)導(dǎo)軌副,6、自動(dòng)化的機(jī)構(gòu)、宜人的操作性,一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求,便于操作的機(jī)床結(jié)構(gòu),一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求,7、安全防護(hù)和宜人的造型,數(shù)控機(jī)床大都采用機(jī)、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉防護(hù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，易于操作及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。,第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床組成及結(jié)構(gòu),數(shù)控機(jī)床本體的組成：,其中，機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、潤(rùn)滑

8、、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本部件，其他部件則按數(shù)控機(jī)床的功能和需要選用。,（1）主傳動(dòng)系統(tǒng),（2）進(jìn)給系統(tǒng),（3）機(jī)床基礎(chǔ)件,指床身、底座、立柱、滑座、工作臺(tái)等。其功用是支承機(jī)床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過(guò)程中占有的準(zhǔn)確位置,（4）實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和某些輔助功能的裝置,如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻以及防護(hù)、排屑等裝置,（5）實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件,（6）刀庫(kù)、刀架和自動(dòng)換刀裝置,（7）自動(dòng)托盤(pán)交換裝置,（8）特殊功能裝置,如刀具破損檢測(cè)、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置等,二、對(duì)主傳動(dòng)的要求,2、對(duì)主傳動(dòng)的要求,1、主傳動(dòng)的作用：產(chǎn)生主切削力,足夠的轉(zhuǎn)速范圍 足夠

9、的功率和扭矩 各零部件應(yīng)具有足夠的精度、強(qiáng)度、剛度和抗振性 噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn),3、主傳動(dòng)的配置方式,主軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)（一體化主軸，電主軸）,特點(diǎn)：,有效提高主軸部件剛度，但主軸輸出扭矩小,電主軸,2、電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng)主軸,3、電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動(dòng)主軸,4、主軸部件,三、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,1、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)作用,接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給脈沖，經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。,2、傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)的區(qū)別,傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)：多采用一個(gè)電機(jī)，執(zhí)行件之間采用大量 的齒輪傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外傳動(dòng)鏈的各種傳動(dòng)比要求。故傳動(dòng) 鏈很長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都

10、由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 傳動(dòng)鏈大大縮短，傳動(dòng)件大大減少，有利于減少傳動(dòng)誤差， 提高傳動(dòng)精度,3、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力,提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，減少爬行現(xiàn)象,響應(yīng)性能：是進(jìn)給伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)， 反映了系統(tǒng)的跟蹤精度,運(yùn)動(dòng)精度：是機(jī)床的主要零、部件在以工作狀態(tài) 的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度,爬行現(xiàn)象：低速時(shí)運(yùn)動(dòng)不平衡的現(xiàn)象稱(chēng)為爬行現(xiàn)象,機(jī)床爬行現(xiàn)象一般發(fā)生在低速度、重載荷的運(yùn)動(dòng)情況下 當(dāng)主動(dòng)件1作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，被動(dòng)件3往往會(huì)出現(xiàn)明顯的速度 不均勻，產(chǎn)生跳躍式的時(shí)停時(shí)走的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或時(shí)快時(shí)慢 現(xiàn)象,3、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,提高傳動(dòng)精度和剛度,措施1 保證部件加工精

11、度 措施2 在傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪減小脈沖當(dāng)量，提高傳動(dòng)精度 措施3 預(yù)緊支撐絲杠的軸承消除齒輪、蝸輪傳動(dòng)件間隙 措施4 預(yù)緊消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙,3、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,減小各運(yùn)動(dòng)零部件的慣量,穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng),穩(wěn)定性好：保證低速時(shí)不產(chǎn)生爬行，外負(fù)載變化時(shí)不發(fā)生振動(dòng),壽命：是指數(shù)控機(jī)床保持傳動(dòng)精度和定位精度時(shí)間的長(zhǎng)短， 即保持原制造精度的能力,4-2數(shù)控機(jī)床典型機(jī)械結(jié)構(gòu),一、主軸準(zhǔn)停裝置,機(jī)械式主軸準(zhǔn)停,磁力傳感器檢測(cè),二、自動(dòng)換刀裝置,自動(dòng)換刀裝置,刀庫(kù),機(jī)械手,(ATC),作用交換主軸與刀庫(kù)中的刀（工）具,對(duì)自動(dòng)換刀裝置的 基本要求,換刀時(shí)間短 刀具重復(fù)定位精度高 有足夠的

12、刀具貯存量 刀庫(kù)占地面積小及安全可靠,自動(dòng)換刀裝置的形式,回轉(zhuǎn)刀架換刀 更換主軸頭換刀 更換主軸箱換刀 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng),二、自動(dòng)換刀裝置,1、回轉(zhuǎn)刀架換刀,1）回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)要求：良好的強(qiáng)度和剛性 2）回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作,刀架抬起,刀架轉(zhuǎn)位,刀架壓緊,二、自動(dòng)換刀裝置,2、更換主軸換刀,優(yōu)點(diǎn)：換刀時(shí)間短，換刀的可靠性強(qiáng)。,缺點(diǎn)：主軸系統(tǒng)的剛度較差。,適用場(chǎng)合：適應(yīng)于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床,回轉(zhuǎn)刀架換刀,3、更換主軸箱換刀,適用場(chǎng)合：適用于箱體類(lèi)零件的加工,二、自動(dòng)換刀裝置,4、帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng),組成,刀庫(kù) 選刀系統(tǒng) 刀具交換機(jī)構(gòu) 刀具自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu),特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，換刀過(guò)程動(dòng)作

13、多，換刀時(shí)間長(zhǎng)。,適用場(chǎng)合：多用于鉆床、鏜銑床和數(shù)控組合機(jī)床。,二、自動(dòng)換刀裝置,三、刀庫(kù),2、刀庫(kù)的種類(lèi),1、刀庫(kù)的功能 功能：儲(chǔ)存加工工序所需的各種刀具及輔助工具。,直線(xiàn)式,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀庫(kù)容量小，一般可容納 8-12把刀具，故少用。,三、刀庫(kù),鼓輪式（圓盤(pán)式）,1）單鼓輪式,刀具、鼓輪軸線(xiàn)平行,刀具、鼓輪軸線(xiàn)垂直,盤(pán)式刀庫(kù),三、刀庫(kù),刀具、鼓輪軸線(xiàn)成銳角,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，應(yīng)用較多，但刀具單 環(huán)排列，空間利用率低，適用于刀庫(kù) 容量較小的場(chǎng)合，一般不多于50-60把刀。,三、刀庫(kù),鼓輪端面上雙環(huán)排列,特點(diǎn)：刀庫(kù)空間利用率較高，但裝刀、取 刀機(jī)構(gòu)復(fù)雜，僅適用于機(jī)床空間有 限制而刀庫(kù)容量

14、較大的場(chǎng)合。,三、刀庫(kù),鼓輪端面上多環(huán)排列,鼓輪彈倉(cāng)式,2）多鼓輪式,雙鼓輪式,三、刀庫(kù),三鼓輪式 行星鼓輪式,特點(diǎn)：不同類(lèi)型的刀具及輕重型刀具可分別放置， 空間利用率高，但傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制裝置 復(fù)雜，適用于刀庫(kù)容量大的場(chǎng)合。,三、刀庫(kù),鏈?zhǔn)?單環(huán)鏈?zhǔn)?特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)容量大，可充分利用空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，適用于刀庫(kù)容量大的場(chǎng)合。,龍門(mén)加工中心,三、刀庫(kù),多環(huán)鏈?zhǔn)?三、刀庫(kù),加長(zhǎng)鏈?zhǔn)?格子箱式,單面網(wǎng)格式,特點(diǎn)：刀庫(kù)結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但換刀時(shí)間 較長(zhǎng)，小直徑刀具為軸向取刀，大直徑刀具 為徑向取刀，布局不靈活，通常刀庫(kù)安置在 工作臺(tái)上，應(yīng)用較少。,三、刀庫(kù),三、刀庫(kù),

15、多面網(wǎng)格式,特點(diǎn)：刀庫(kù)容量大，輔助裝置較復(fù)雜，用于需刀庫(kù) 容量大的機(jī)床上。,三、刀庫(kù),3、刀庫(kù)的容量,銑削加工,車(chē)削加工,鉆削加工,四、刀具的選刀方式,1、自動(dòng)選刀：在自動(dòng)換刀裝置換刀時(shí)，按數(shù)控裝 置發(fā)出的換刀指令，刀具交換裝置 從刀庫(kù)中挑選各工序所需刀具的操 作稱(chēng)為自動(dòng)換刀。,2、刀具的選擇方式,順序選擇方式,任意選擇方式,刀座編碼方式,刀具編碼方式,四、刀具的選刀方式,順序選擇方式,刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，依次放入刀庫(kù)的每一個(gè)刀座中。,特點(diǎn)：不需要刀具識(shí)別裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 工作可 靠，但刀庫(kù)中刀具在不同工序中不能重復(fù) 使用，因此，刀具的數(shù)量的刀庫(kù)的容量大。,四、刀具的選

16、刀方式,刀具編碼方式,接觸式識(shí)別裝置,四、刀具的選刀方式,刀柄,刀具識(shí)別裝置,觸針,編碼環(huán),特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命較短，可靠性較差，難于快速換刀,四、刀具的選刀方式,非接觸式識(shí)別裝置,特點(diǎn)：無(wú)磨損，無(wú)噪音，壽命長(zhǎng)，反應(yīng)速度快，適用于高 速，換刀頻繁的場(chǎng)合。,四、刀具的選刀方式,光電識(shí)別裝置,四、刀具的選刀方式,刀座編碼方式,永久性編碼,臨時(shí)性編碼,刀座編碼,四、刀具的選刀方式,刀座編碼,四、刀具的選刀方式,識(shí)別碼塊,識(shí)別傳感器,刀柄編碼,四、刀具的選刀方式,臨時(shí)性編碼,五、刀具交換裝置,1、無(wú)機(jī)械手換刀,五、刀具交換裝置,1、無(wú)機(jī)械手換刀,2、機(jī)械手換刀,五、刀具交換裝置,機(jī)械手形式,五、刀具交

17、換裝置,機(jī)械手換刀,五、刀具交換裝置,機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu),七、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,2、對(duì)導(dǎo)軌的基本要求,1、導(dǎo)軌的功能：支承和導(dǎo)向,導(dǎo)向精度：是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線(xiàn)性 和它與有關(guān)基面之間相互位置的準(zhǔn)確性 精度保持性：是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用中保持導(dǎo)向精度的能力 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好：,七、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,3、導(dǎo)軌的分類(lèi)和特點(diǎn),按運(yùn)動(dòng)軌跡,按工作性質(zhì),按接觸面的摩擦性質(zhì),直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌：相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為直線(xiàn),圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌：相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為圓,主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌：動(dòng)導(dǎo)軌作主運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌副間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌：動(dòng)導(dǎo)軌作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌副間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度低,調(diào)整導(dǎo)軌：實(shí)現(xiàn)部件之間的相對(duì)位置調(diào)整，在機(jī)

18、床工作時(shí)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),滑動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌,靜壓導(dǎo)軌,七、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點(diǎn), 在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛，目前多數(shù)使用金屬對(duì)塑料形式，稱(chēng)為貼塑導(dǎo)軌或注塑導(dǎo)軌,滑動(dòng)導(dǎo)軌,注塑導(dǎo)軌：環(huán)氧樹(shù)脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨及鉛粉 等混合而成,貼塑導(dǎo)軌：聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨 及鉛粉等混合而成,滑動(dòng)導(dǎo)軌 應(yīng)用于對(duì)低速均勻性及定位精度要求不高的機(jī)床中。,（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu),1）直線(xiàn)滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀,矩形導(dǎo)軌。 三角形導(dǎo)軌。 燕尾形導(dǎo)軌。 圓柱形導(dǎo)軌。,4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,（2）滑動(dòng)導(dǎo)軌,（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu),1）直線(xiàn)滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面

19、形狀,矩形導(dǎo)軌。,制造簡(jiǎn)便，剛度和承載能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不影響，因此安裝、調(diào)整都較方便。M面是保證在垂直面內(nèi)直線(xiàn)移動(dòng)精度的導(dǎo)向面，又是承受載荷的主要支承面；N面是保證水平面內(nèi)直線(xiàn)移動(dòng)精度的導(dǎo)向面。因N面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，所以需要有間隙調(diào)整裝置。,1）直線(xiàn)滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀,三角形導(dǎo)軌。,山形導(dǎo)軌及V形導(dǎo)軌均稱(chēng)三角形導(dǎo)軌，當(dāng)其水平布置時(shí)，在垂直載荷作用下，導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生間隙，因此導(dǎo)向性好。但壓板面仍需要有間隙調(diào)整裝置。導(dǎo)向性能與頂角有關(guān)，頂角越小，導(dǎo)向性越好；角加大，承載能力增加。大型或重型機(jī)床，可取=110120精密機(jī)床，常取90。支承導(dǎo)軌為凸三角形時(shí)，

20、不易積存較大切屑，也不易存潤(rùn)滑油。,（2）滑動(dòng)導(dǎo)軌,（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu),1）直線(xiàn)滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀,燕尾形導(dǎo)軌。,可以看成是三角形導(dǎo)軌的變形。其磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整。兩燕尾面起壓板面作用，用一根鑲條就可調(diào)整水平、垂直方向的間隙。導(dǎo)軌制造、檢驗(yàn)和修理較復(fù)雜，摩擦阻力大。當(dāng)承受垂直作用力時(shí)，它以支承平面為主要工作面，它的剛度與矩形導(dǎo)軌相近；當(dāng)承受顛覆力矩時(shí)，其斜面為主要工作面，剛度較低。燕尾形導(dǎo)軌一般用于要求高度小的多層移動(dòng)部件。兩個(gè)導(dǎo)軌面間的夾角為55。,（2）滑動(dòng)導(dǎo)軌,（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu),1）直線(xiàn)滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀,圓柱形導(dǎo)軌。,制造簡(jiǎn)單，內(nèi)孔可珩磨，外圓經(jīng)過(guò)磨削可達(dá)到精密

21、配合，但磨損后調(diào)整間隙困難。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面上開(kāi)鍵槽或加工出平面，但不能承受大的轉(zhuǎn)矩。圓柱形導(dǎo)軌主要用于受軸向載荷的場(chǎng)合，適用于同時(shí)作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合，如拉床、珩磨機(jī)及機(jī)械手等。,（2）滑動(dòng)導(dǎo)軌,（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu),（2）塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌,塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌具有耐磨性好，具有自潤(rùn)滑功能；摩擦因數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)差?。粶p振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自潤(rùn)滑作用；加工性好，工藝簡(jiǎn)單，化學(xué)性能好(耐水、耐油)，維修方便，成本低等特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床采用的塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌有鑄鐵一塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和鑲鋼一塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，與之相配的金屬導(dǎo)軌采用鑄鐵或鋼質(zhì)材料。塑料滑動(dòng)導(dǎo)

22、軌分為注塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的塑料常用環(huán)氧樹(shù)脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。,4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,3滑動(dòng)導(dǎo)軌,（2）塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌,注塑導(dǎo)軌,注塑的材料是以環(huán)氧樹(shù)脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成膏狀為一組分，固化劑為另一組分的雙組分塑料。這種涂料附著力強(qiáng)，具有良好的可加工性，可經(jīng)車(chē)、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,3滑動(dòng)導(dǎo)軌,（2）塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌,貼塑導(dǎo)軌,在導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼一層抗磨的塑料軟帶，與之相配的導(dǎo)軌滑動(dòng)面經(jīng)淬火和磨削加工。軟帶以聚四

23、氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物制成。塑料軟帶可切成任意大小和形狀，用膠黏劑粘接在導(dǎo)軌基面上。由于這類(lèi)導(dǎo)軌軟帶用粘接方法，故稱(chēng)為貼塑導(dǎo)軌。,貼塑導(dǎo)軌,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4滾動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌有下列優(yōu)點(diǎn) ：,運(yùn)動(dòng)靈敏度高。 定位精度高。 牽引力小，移動(dòng)輕便。 磨損小，精度保持性好。 潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維修方便。,滾動(dòng)導(dǎo)軌缺點(diǎn) ：,抗振性較差，對(duì)防護(hù)要求也較高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高。,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4滾動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌按滾動(dòng)體形式的不同，可分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌等。,（1）滾動(dòng)導(dǎo)軌類(lèi)型,1）滾珠導(dǎo)軌。,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為

24、點(diǎn)接觸，摩擦阻力小，承載能力較差，剛度低，其結(jié)構(gòu)緊湊、制造容易、成本較低。通過(guò)合理設(shè)計(jì)滾道圓弧可大幅度降低接觸應(yīng)力，提高承載能力。滾珠導(dǎo)軌一般適用于運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小于200kg，切削力矩和顛覆力矩都較小的機(jī)床。,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4滾動(dòng)導(dǎo)軌,（1）滾動(dòng)導(dǎo)軌類(lèi)型,2）滾柱導(dǎo)軌。,滾動(dòng)體與導(dǎo)軌之間是線(xiàn)接觸，承載能力較同規(guī)格滾珠導(dǎo)軌高一個(gè)數(shù)量級(jí)，剛度高。滾柱導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)軌面的平面度敏感，制造精度要求比滾珠導(dǎo)軌高適用于載荷較大的機(jī)床。,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4滾動(dòng)導(dǎo)軌,（1）滾動(dòng)導(dǎo)軌類(lèi)型,3）滾針導(dǎo)軌。,滾針尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。承載能力大，剛度高

25、。對(duì)導(dǎo)軌面的平面度更敏感，對(duì)制造精度的要求更高。摩擦因數(shù)較大，適用于導(dǎo)軌尺寸受限制的機(jī)床。,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4滾動(dòng)導(dǎo)軌,（2）滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式,2)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊,采用循環(huán)式圓柱滾子，與機(jī)床床身導(dǎo)軌配合使用，不受行程長(zhǎng)度的限制，剛度高。導(dǎo)軌塊用螺釘固定在動(dòng)導(dǎo)軌體上，滾動(dòng)體3在導(dǎo)軌塊6與保持器5之間滾動(dòng)，并經(jīng)擋板2及上面的返回槽作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。,1防護(hù)板；2端面擋板；3滾柱；4導(dǎo)向片；5保持器；6導(dǎo)軌塊,第4章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu),4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌,特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小、運(yùn)動(dòng)輕便、位移精度和定位精 度高、耐磨性好、抗震性較差、結(jié)

26、構(gòu)復(fù)雜、 防護(hù)要求較高,4.2.2 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)選擇原則,（1）滾動(dòng)體尺寸和數(shù)目的選擇 （2）滾動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度,滾動(dòng)導(dǎo)軌承載能力計(jì)算,（1）滾動(dòng)體的最大載荷不得超過(guò)許用載荷,靜壓導(dǎo)軌,4.2.2、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,優(yōu)點(diǎn)：1、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）； 2、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； 3、由于液體具有吸振作用，因而導(dǎo)軌的抗振性好； 4、承載能力大、剛性好； 5、摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升小。 缺點(diǎn)：1、液體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多了一套液壓系統(tǒng)； 2、成本高； 3、油膜厚度難以保持恒定不

27、變。 使用范圍：液體靜壓導(dǎo)軌主要用于大型、重型數(shù)控機(jī)床上。,七、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4、導(dǎo)軌的預(yù)緊,過(guò)盈法預(yù)緊,七、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4、導(dǎo)軌的預(yù)緊,調(diào)整元件法預(yù)緊,1、進(jìn)給系統(tǒng)的功用 協(xié)助完成加工表面的成形運(yùn)動(dòng)，傳遞所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。,4.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)概述,2、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)+運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)+導(dǎo)向機(jī)構(gòu)+執(zhí)行件（工作臺(tái)） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu): 齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng) 運(yùn)動(dòng)變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌),3、主要要求 （1）減小摩擦力 采用摩擦力及動(dòng)靜摩擦力差值較小的傳動(dòng)件及導(dǎo)軌. （2）提高傳動(dòng)精度和剛度 消除傳動(dòng)間隙，增加傳動(dòng)系

28、統(tǒng)剛度. （3）減小運(yùn)動(dòng)慣量 快速響應(yīng).減小運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量. (4)高諧振 防止共振,滾珠絲杠螺母副,1、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu),滾珠絲杠螺母副,滾珠絲杠螺母副,1、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu),絲杠,滾珠,螺母,作用：將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),滾珠絲杠螺母副,2、滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高 摩擦阻力小 傳動(dòng)精度高 有可逆性 使用壽命長(zhǎng),缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜 不能實(shí)現(xiàn)自鎖,滾珠絲杠螺母副,3、滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式,外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱(chēng)為外循環(huán),內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠保持接觸的成為內(nèi)循環(huán),滾珠絲杠螺母副,4、滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊,預(yù)緊的目的：減小軸向間隙,

29、軸向間隙：指絲杠和螺母間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，二者之間的最大 軸向竄動(dòng)量,預(yù)緊的方法,雙螺母墊片式,雙螺母螺紋式,雙螺母齒差式,雙螺母墊片式,滾珠絲杠螺母副,雙螺母螺紋式,滾珠絲杠螺母副,雙螺母齒差式,滾珠絲杠螺母副,5、滾珠絲杠螺母副的安裝,滾珠絲杠螺母副,特點(diǎn)：其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠,一端裝止推軸承（固定自由式）,5、滾珠絲杠螺母副的安裝,滾珠絲杠螺母副,一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定支承式）,特點(diǎn)：軸向剛度較小，絲杠有伸縮余地，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅 適用于長(zhǎng)絲杠,5、滾珠絲杠螺母副的安裝,滾珠絲杠螺母副,兩端裝止推軸承,特點(diǎn)：將裝止推軸承裝在滾珠絲杠兩端，并施加預(yù)緊拉 力，有助于提高傳動(dòng)剛度，但對(duì)熱伸長(zhǎng)較敏感,5、滾珠絲杠螺母副的安裝,滾珠絲杠螺母副,兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定固定式）,特點(diǎn)：傳動(dòng)剛度高，結(jié)構(gòu)和安裝工藝復(fù)雜，適用于長(zhǎng)絲 杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠,6、滾珠絲杠螺母副的潤(rùn)滑與防護(hù),滾珠絲杠螺母副,潤(rùn)滑的作用：減少摩擦，降低溫升，并與密封裝置一起 保護(hù)絲