第二章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

第二章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)與基本要求第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的主軸組件及傳動裝置第三節(jié)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)第四節(jié)自動換刀裝置第五節(jié)回轉(zhuǎn)工作臺第一節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)與基本要求一、數(shù)控機(jī)床對結(jié)構(gòu)的基本要求

由于工作原理和加工特點(diǎn)的差異，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)上存在著較大的差別，盡管它們外形結(jié)構(gòu)很相似。特點(diǎn)上的差異主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.自動保證穩(wěn)定的加工精度2.提高加工能力和切削效率3.提高使用效率因此，數(shù)控機(jī)床的功能要求和設(shè)計要求與普通機(jī)床有較大的差異。數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求可以歸納為如下幾方面：1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動剛度；

2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形；

3.數(shù)控機(jī)床運(yùn)動件之間的摩擦要小，要消除傳動系統(tǒng)的間隙，達(dá)到低速時無爬行，高速時快速響應(yīng)；4.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更好的宜人性（人機(jī)關(guān)系及環(huán)保）當(dāng)然，有關(guān)提高靜、動剛度，抗振性能，熱穩(wěn)定性和幾何精度等方面的要求和結(jié)構(gòu)措施，對于普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的設(shè)計都是一致的，主要是要求的程度不同。對普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部的改進(jìn)，并配上經(jīng)濟(jì)簡易的數(shù)控系統(tǒng)，使之成為數(shù)控機(jī)床，這是現(xiàn)有普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化的途徑，但是不能因此就認(rèn)為，將數(shù)控系統(tǒng)與普通機(jī)床連結(jié)在一起就構(gòu)成了一臺數(shù)控機(jī)床。（數(shù)控機(jī)床不等于數(shù)控系統(tǒng)加普通機(jī)床。）1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動剛度

（1）提高靜剛度的措施1）基礎(chǔ)大件采用封閉整體箱形結(jié)構(gòu)2）合理布置加強(qiáng)筋3）提高部件之間的接觸剛度。封閉整體箱形結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大件采用封閉整體箱形結(jié)構(gòu)，可提高靜剛度（2）提高動剛度的措施

1）改善機(jī)床的阻尼特性（如填充阻尼材料）

2）床身表面噴涂阻尼涂層

3）充分利用結(jié)合面的摩擦阻尼

4）采用新材料，提高抗震性

人造大理石床身（混凝土聚合物）采用人造大理石（花崗巖）床身，改善機(jī)床的阻尼特性，阻尼為灰鑄鐵的8~10倍。天然大理石床身

2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形

控制熱變形的措施：1)減少機(jī)床內(nèi)部熱源和發(fā)熱量；2)改善散熱和隔熱條件,對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻;3)合理設(shè)計機(jī)床的結(jié)構(gòu)及布局采用熱對稱結(jié)構(gòu);4)進(jìn)行熱變形補(bǔ)償。對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻主軸冷卻風(fēng)管主軸冷卻風(fēng)管對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻熱對稱結(jié)構(gòu)立柱

3.數(shù)控機(jī)床運(yùn)動件之間的摩擦要小，要消除傳動系統(tǒng)的間隙，達(dá)到低速時無爬行，高速時快速響應(yīng)。4.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更好的宜人性（人機(jī)關(guān)系及環(huán)保）便于操作的機(jī)床結(jié)構(gòu)二、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

典型數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、自動換刀裝置及其它機(jī)械功能部件等幾部分組成。基礎(chǔ)件

主要有床身、立柱、工作臺、底座等。

基礎(chǔ)件主要起支承和導(dǎo)向的作用。

對其基本要求是剛度要好。設(shè)計時應(yīng)提高其固有頻率和阻尼。2.主傳動系統(tǒng)

作用：將動力傳遞給主軸，使系統(tǒng)具有切削所需要的轉(zhuǎn)矩和速度。

要求主軸部件有更高的回轉(zhuǎn)精度、更好的剛度和抗振性能，具有自動換刀功能的數(shù)控機(jī)床主軸在內(nèi)孔中應(yīng)有刀具自動松開和夾緊裝置。3.進(jìn)給傳動系統(tǒng)

接收控制指令后實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的進(jìn)給和定位，直接影響到機(jī)床的加工精度和質(zhì)量。

對其穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性有較高要求。4.回轉(zhuǎn)工作臺

數(shù)控轉(zhuǎn)臺參與切削，相當(dāng)于進(jìn)給運(yùn)動坐標(biāo)軸，要求與進(jìn)給傳動系統(tǒng)一樣。

分度轉(zhuǎn)臺只完成分度運(yùn)動，對其分度精度有要求，并要求在切削力的作用下保持位置不變。5.自動換刀裝置和其他機(jī)械功能部件

對自動換刀裝置的要求是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。

其他功能部件主要有潤滑、冷卻、排屑和監(jiān)控機(jī)構(gòu)三、數(shù)控機(jī)床布局特點(diǎn)

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)大大簡化，易于操作及實(shí)現(xiàn)自動化。1.數(shù)控車床的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)水平床身傾斜床身垂直床身立式數(shù)控車床立式數(shù)控銑床2.數(shù)控銑床的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)臥式數(shù)控銑床龍門數(shù)控銑床固定立柱立式加工中心3.加工中心的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)固定立柱立式加工中心O形整體床身立式加工中心移動立柱臥式加工中心移動立柱臥式加工中心工作臺移動式龍門加工中心第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的主軸組件及傳動裝置一、主軸組件的性能要求

主軸組件是數(shù)控機(jī)床的主要部件之一，包括主軸、主軸軸承及安裝在主軸上的傳動件等。主軸組件的性能對整機(jī)性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，故對主軸組件的主要性能提出如下要求：（一）回轉(zhuǎn)精度（主軸回轉(zhuǎn)精度）

主軸回轉(zhuǎn)中心線——主軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，線速度為零的點(diǎn)的連線。在理想狀態(tài)下，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置應(yīng)該是不變的。而由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每一瞬時都不同，這些瞬時回轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置稱為理想回轉(zhuǎn)中心線。2.主軸回轉(zhuǎn)誤差——瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(zhuǎn)中心線的空間位置距離。3.主軸回轉(zhuǎn)精度——主軸回轉(zhuǎn)誤差的范圍回轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載的轉(zhuǎn)動條件下主軸前端工作部位的徑向和軸向跳動值。主軸部件的回轉(zhuǎn)精度取決于部件中各個零件的幾何精度、裝配精度和調(diào)整精度。主軸回轉(zhuǎn)精度的測量，一般分為三種：（1）靜態(tài)測量（2）動態(tài)測量（3）間接測量（二）運(yùn)動精度

運(yùn)動精度指主軸在工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度，這個精度通常與靜止或低速狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)精度有較大差別，它表現(xiàn)在工作時主軸的回轉(zhuǎn)中心位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移”現(xiàn)象，運(yùn)動狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸的工作速度、軸承性能和主軸部件的平衡。（三）剛度

靜剛度定義為產(chǎn)生單位位移變化所需施加的力，K=F/Y

（N/μm）

式中，F(xiàn)為外載荷，Y為位移。對于主軸來說，包括彎曲剛度和軸向剛度。主軸單元的彎曲剛度，定義為使主軸前端產(chǎn)生單位徑向位移時，在位移方向所需施加的力；主軸單元的軸向剛度，則定義為使主軸軸向產(chǎn)生單位位移時，在軸向所需施加的力。在一般情況下，彎曲剛度遠(yuǎn)比軸向剛度重要，是衡量主軸單元剛度的重要指標(biāo)，通常用來代指主軸的剛度。它與主軸單元的懸伸量、支承跨距、幾何尺寸、金屬的物理性能及軸承剛度有關(guān)。

（四）抗振性

機(jī)床工作時可能產(chǎn)生兩種形態(tài)的振動：強(qiáng)迫振動和自激振動（或稱顫振）。機(jī)床的抗振性指的是抵抗這兩種振動的能力。*機(jī)床強(qiáng)迫振動的振源是：高速轉(zhuǎn)動零部件的動態(tài)不平衡力，往復(fù)運(yùn)動件的換向沖擊力，周期變化的切削力等。*自激振動的頻率是一定的，與外界干擾力的頻率無關(guān)，而是接近于機(jī)床某一部件某一振型的固有頻率。這個部件就是機(jī)床在抗振性方面的一個薄弱環(huán)節(jié)。改善和提高機(jī)床抗振性應(yīng)該從以下幾個方面著手：1、減少機(jī)床的內(nèi)部振源；2、提高靜態(tài)剛度；3、增加構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的阻尼；4、使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。（五）溫升溫升過高會引起兩方面不良結(jié)果：主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心和機(jī)床其他件的相對位置會發(fā)生變化，直接影響加工精度；軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。一般采用恒溫主軸箱解決溫升問題。（六）耐磨性

刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位是主軸上易磨損的地方，上述部位應(yīng)淬硬，或氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。使軸承具有良好潤滑。對數(shù)控機(jī)床除上述要求外，還應(yīng)有：(在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面)刀具的自動夾緊裝置主軸的準(zhǔn)停裝置主軸孔的清理裝置等二、主軸一般都設(shè)計成階梯圓柱形，前端外徑大，后端外徑小。主軸端部的結(jié)構(gòu)形式端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，因此，要保證刀具或夾具定位（軸向、定心）準(zhǔn)確，裝夾可靠、牢固，而且裝卸方便，主軸內(nèi)部為空心，前端有錐孔用于裝錐柄刀具，并有自動定心作用。主軸前端面有定向鍵，可傳遞轉(zhuǎn)矩和刀具周向定位。目前，主軸的端部形狀已標(biāo)準(zhǔn)化。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、懸伸長度和支承跨距。（主要從主軸剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適用范圍來考慮）作用：支承主軸、承受作用在主軸上的各種作用力（傳動力、切削抗力等）要求：轉(zhuǎn)速、精度和相應(yīng)的承載能力（即有足夠的軸向和徑向剛度）。三、主軸軸承主軸部件常用軸承的類型和精度等級類型：

滾動軸承、滑動軸承（動壓、靜壓）、空氣靜壓軸承、陶瓷軸承、磁懸浮軸承精度等級

E(高級)、D(精密級)、C(特精級)、B(超精級)

普通精度的機(jī)床，前支承用C、D，后支承用D、E級，前支承比后支承高一個精度等級。精度較高的機(jī)床，前后支承均用B級精度。滾動軸承絕大多數(shù)數(shù)控加工中心的主軸采用滾動軸承支承滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)可分為球軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承。主軸支承分徑向支承和推力支承。角接觸軸承（角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）兼起徑向推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)常設(shè)在主軸前端，為了減少因熱膨脹造成的坐標(biāo)原點(diǎn)位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點(diǎn)與推力支承之間的距離。動壓軸承

靠液體潤滑劑動壓力形成的液膜隔開兩摩擦表面并承受載荷的滑動軸承。液體潤滑劑是被兩摩擦面的相對運(yùn)動帶入兩摩擦面之間的。靜壓軸承

滑動軸承的一種，是利用壓力泵將壓力潤滑劑強(qiáng)行泵入軸承和軸之間的微小間隙的滑動軸承。特點(diǎn)是在任何軸的轉(zhuǎn)速下具有極高的旋轉(zhuǎn)精度和高的承載能力，但和動壓軸承相比缺點(diǎn)是需要一套完善的外部油泵系統(tǒng)。使用范圍為經(jīng)常需要在低速運(yùn)行而又要求承載能力高，旋轉(zhuǎn)要求精度高，高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域。如各種重型機(jī)床，以及高精度的機(jī)床。空氣軸承空氣軸承是以高壓氣體將軸頸懸浮在軸承圈當(dāng)中，用空氣作為潤滑劑的滑動軸承，完全消除了固體之間的摩擦及由此引起的發(fā)熱。空氣比油粘滯性小，耐高溫，無污染，因而可用于高速機(jī)器、儀器及放射性裝置中，但其負(fù)荷能力比油低。

磁力（磁懸?。┹S承靠磁場力支承載荷或懸浮轉(zhuǎn)子的一種支承形式。特點(diǎn)有：

①摩擦小，功耗低，可實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

②支承精度高，工作穩(wěn)定，可靠。

③可在高溫、深冷及真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。

④結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求條件苛刻，對環(huán)境有磁干擾，但無其他污染。四、主軸軸承的配置

對主軸支承的基本要求是：

A．前后支承都應(yīng)有承受徑向載荷的軸承。支承方式：兩支承、三支承等。

B．要有承受雙向軸向載荷式的推動軸承。定位方式：前端定位:

后端定位:

兩端定位:數(shù)控機(jī)床主軸承配置形式有下列三種：（1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60度角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對向心推力球軸承，可提高主軸的綜合剛度，可滿足強(qiáng)力切削的要求；（2）前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承，向心推力軸承高速性能好，但承載能力小，適合高速、輕載精密數(shù)控機(jī)床的主軸；（3）前軸承采用雙列，后軸承采用單列圓錐滾子軸承，這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受較強(qiáng)的動載荷，但限制主軸的轉(zhuǎn)速和精度，所以用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機(jī)床的主軸。五、主軸滾動軸承的預(yù)緊預(yù)緊：使軸承滾道與滾動體之間有一定的過盈量，并使軸承滾道預(yù)先承受一定的載荷。作用：a.消除間隙b.提高軸承的接觸剛度(一)雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊靠內(nèi)孔的錐面，使內(nèi)圈徑向脹大實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的，為徑向預(yù)緊。（二）角接觸軸承的預(yù)緊

在軸向力的作用FA0的作用下，使內(nèi)、外圈產(chǎn)生軸向錯位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，為預(yù)緊力。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的，有輕預(yù)緊、中預(yù)緊、重預(yù)緊三級。七、主軸軸承的潤滑方式油脂潤滑油液循環(huán)潤滑油霧潤滑油氣潤滑八、其它裝置主軸內(nèi)刀具自動裝卸及吹屑裝置

在加工中心上，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，除了要保證刀具在主軸上正確定位之外，還必須設(shè)計自動夾緊裝置。為防止切屑劃傷主軸孔及刀柄表面，或使刀桿偏斜，定位不準(zhǔn)，因此在換刀刀柄被松開的同時，應(yīng)有壓縮空氣吹向錐孔表面，清除切屑。準(zhǔn)停裝置

在數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床和以鏜銑為主的加工中心上，為了實(shí)現(xiàn)自動換刀，使機(jī)械手準(zhǔn)確地將刀具裝入主軸孔中，刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?zhǔn)；在鏜削加工退刀時，要求刀具向刀尖反方向徑向移動一段距離后才能退出，以免劃傷工件，這都需要主軸具有周向定位功能；另外，一些特殊工藝要求，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進(jìn)行反倒角等加工時，也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，使刀尖停在一個固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大刀刃能通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對大孔進(jìn)行鏜削，所以在主軸上必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置。

目前，主軸準(zhǔn)停裝置很多，主要分為機(jī)械式和電氣式兩種。主軸準(zhǔn)停換刀

磁傳感器準(zhǔn)停

六、主軸傳動方式對主傳動系統(tǒng)的要求1.足夠的轉(zhuǎn)速范圍

2.足夠的功率和扭矩

3.各零部件應(yīng)具有足夠的精度、強(qiáng)度、剛度和抗振性

4.噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)(一)齒形帶傳動1.多楔帶又稱復(fù)合V帶，橫斷面呈多個楔形。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)時振動小，發(fā)熱少，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，重量輕，與帶輪的接觸好，負(fù)載分配均勻，即使瞬間超載或高速大轉(zhuǎn)矩也不會打滑，傳動效率比V帶大20~30%，能滿足加工中心主軸傳動的要求。缺點(diǎn)：安裝時需要較大的張緊力，所以使主軸和電動機(jī)承受了較大的徑向負(fù)載。2.齒形帶（1）結(jié)構(gòu)齒形帶又稱同步齒形帶，分為梯形齒同步齒形帶和圓弧齒同步齒形帶。結(jié)構(gòu)和材質(zhì)與楔形帶相似，不同的是在齒面上覆蓋了一層尼龍帆布，以減少傳動齒與帶輪的嚙合摩擦。梯形齒齒形帶在傳遞功率時，由于應(yīng)力集中在齒根部位，使功率傳遞能力下降。同時與帶輪接觸面小，當(dāng)帶輪直徑較小時，將使齒變形，會影響與帶輪齒的嚙合，不僅受力情況不好，而且在速度很高時，會產(chǎn)生較大的振動和噪聲，所以加工中心的主傳動中很少采用梯形齒同步齒形帶。

圓弧齒同步齒形帶勻化應(yīng)力，改善了嚙合，因此在加工中心上，無論是主傳動還是伺服進(jìn)給傳動，需要用帶傳動時，總是優(yōu)先考慮采用圓弧齒同步齒形帶。優(yōu)點(diǎn)：同步齒形帶與一般帶傳動相比，不打滑，不需要很大的張緊力，減少或消除了軸的靜態(tài)徑向力；傳動效率高；平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度較高；減振性能好，無噪聲，無需潤滑，傳動平穩(wěn)；帶的強(qiáng)度高、厚度小、質(zhì)量小，可用于線速度60~80m/s的高速加工。同步齒形帶傳動(二)采用變速齒輪傳動

如圖所示，主軸電機(jī)經(jīng)過二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列，這種分段無級變速，確保低速時的大扭矩，滿足機(jī)床對扭矩特性的要求?；讫X輪常用液壓撥叉和電磁離合器來改變其位置。變速齒輪傳動(三)采用電動機(jī)直接驅(qū)動1.如圖所示，伺服電動機(jī)軸與主軸用聯(lián)軸器同軸聯(lián)接。這種方式大大簡化主軸箱體和主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸組件剛度。但主軸輸出扭矩小，電機(jī)的發(fā)熱和振動對主軸精度影響大。主軸電機(jī)2.電主軸電主軸又稱內(nèi)裝式主軸電機(jī)，即主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá)200000r/min。其缺點(diǎn)是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式電機(jī)主軸的關(guān)鍵問題。

電主軸典型的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成電主軸第三節(jié)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)一、概述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，傳遞所需的運(yùn)動及動力。2、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成傳動機(jī)構(gòu)+運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)+導(dǎo)向機(jī)構(gòu)+執(zhí)行件（工作臺）傳動機(jī)構(gòu):齒輪傳動、同步帶傳動運(yùn)動變換：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（滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌）工作臺導(dǎo)軌副

3、主要要求(1)減小摩擦力采用摩擦力及動靜摩擦力差值較小的傳動件及導(dǎo)軌.(2)提高傳動精度和剛度消除傳動間隙,增加傳動系統(tǒng)剛度.(3)減小運(yùn)動慣量快速響應(yīng).減小運(yùn)動部件質(zhì)量.二、伺服電動機(jī)與進(jìn)給絲杠的連接

由于滾珠絲杠、伺服電機(jī)及其控制單元性能的提高，目前許多場合都去掉減速機(jī)構(gòu)，采用伺服電機(jī)與絲杠直接相聯(lián)，減少產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)。2、齒輪減速式3、齒形帶式1、采用聯(lián)軸器的直連式三、傳動裝置傳動裝置的功用：將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，并帶動移動部件移動。為提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低摩擦并減少靜、動摩擦因數(shù)之差。通常采用滾珠絲杠螺母副。（一）滾珠絲杠螺母副使直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動能相互轉(zhuǎn)換。1、工作原理在絲杠3和螺母1上都有半圓弧的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時，便構(gòu)成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道b，a與c為滾珠在螺母上的進(jìn)出口，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠或滾柱2。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，從而迫使螺母或絲杠軸向移動。特點(diǎn)：（1）傳動效率高：0.90到0.96（2）傳動精度高:可消除間隙（3）傳動平穩(wěn)、無爬行現(xiàn)象（4）有可逆性（5）摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小（6）制造工藝復(fù)雜（7）不能自鎖2、滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式（1）外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中回珠時與絲杠脫離接觸的結(jié)構(gòu)。常見有蓋板式、螺旋槽式、插管式等

絲桿采用弧形銅管形成滾珠返回通道，由彎管的端部引導(dǎo)滾珠；其工作圈數(shù)是2.5圈或3.5圈，1～2列。*滾珠運(yùn)動一個導(dǎo)程為1圈，*滾珠運(yùn)動一個循環(huán)為1列。插管式螺旋槽式（2）內(nèi)循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸的結(jié)構(gòu)。采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)。

特點(diǎn)：一個循環(huán)只有一圈滾珠，因而回路短，工作滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，效率高，徑向尺寸緊湊。圓柱凸鍵式反向器：反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2，反向槽2靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位，以保證對準(zhǔn)螺紋滾道方向。腰形鑲塊式反向器：反向器為一半圓頭平鍵形鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽3，用鑲塊外廓定位。其尺寸較小，可減小螺母的徑向和軸向尺寸，但其外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。內(nèi)、外循環(huán)比較外循環(huán)方式制造工藝簡單、應(yīng)用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，易磨損，噪音較大。內(nèi)循環(huán)螺母結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較困難。

3、滾珠絲杠螺母副軸向間隙消除和預(yù)加載荷滾珠絲杠螺母的軸向間隙指受負(fù)載時，在滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有的間隙總和。單螺母中定導(dǎo)程的滾珠絲杠是不能消除軸向間隙的，雙螺母的則可以消除軸向間隙。（a）把左右螺母往兩頭撐開（b）向中間擠緊使不受力側(cè)的螺母接觸變形降至零的外載荷約等于預(yù)加載荷F0的3倍，F(xiàn)≈3F0，所以滾珠絲杠的預(yù)加載荷F0應(yīng)不低于絲杠最大軸向載荷的1/3。有的工廠規(guī)定F0=（1/9~1/10C0），C0為額定動載荷。消除間隙和預(yù)加載荷的方法有以下三種結(jié)構(gòu)形式：（1）墊片消隙式（結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、調(diào)整較麻煩）（2）螺紋消隙式（結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、剛性較好、調(diào)整方便）（3）齒差消隙式（結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性好、能精確控制預(yù)緊量）4、滾珠絲杠螺母副的選用原則：機(jī)床精度→選用滾珠絲杠精度，機(jī)床載荷→選定絲杠尺寸參數(shù)，驗(yàn)算：扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命

精度等級選擇滾珠絲杠的精度對數(shù)控機(jī)床的定位精度有直接影響。主要精度指標(biāo)：螺距（導(dǎo)程）誤差、累積誤差/300mm。普通數(shù)控機(jī)床選用D級，精密數(shù)控機(jī)床選用C級；。滾珠絲杠的熱變形對數(shù)控機(jī)床定位精度的影響也不容忽視；長度L：L=工作行程+螺母長度+（5～10）名義直徑D0：D0↑，絲杠承載能力和剛度越大。通常大于

L/30--L/35。螺距t：t小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高；但傳動效率低，承載能力低，應(yīng)折中考慮。滾珠直徑d0：d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0=0.6t.

滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)和工作滾珠總數(shù)對絲杠工作特性影響較大。5.滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠在機(jī)床上的支承形式

(a)一端裝止推軸承(b)一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承

(c)兩端裝止推軸承(d)兩端裝止推軸承及深溝球軸承

6.滾珠絲杠螺母副的制動為何要制動：傳動效率高但不能自鎖，用在垂直傳動或高速大慣量場合時需要制動裝置。制動方法：制動絲桿、制動伺服電機(jī)軸。工作時：在線圈7作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動時：7失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機(jī)端蓋為一體，故與電機(jī)軸聯(lián)接的絲杠得到制動。電氣制動7.滾珠絲杠螺母副的安裝一般要求：滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動；螺母座孔中心應(yīng)與絲杠安裝軸線同心；滾珠絲杠螺母副中心線應(yīng)平行于相應(yīng)的導(dǎo)軌能方便地進(jìn)行間隙調(diào)整或預(yù)緊（二）進(jìn)給導(dǎo)軌副導(dǎo)軌質(zhì)量對機(jī)床的剛度、加工精度和使用壽命都有很大的影響。導(dǎo)軌的作用：導(dǎo)向支承、承載數(shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌形式：塑料導(dǎo)軌：滑動摩擦滾動導(dǎo)軌：滾動摩擦靜壓導(dǎo)軌：液體摩擦1.對導(dǎo)軌的基本要求(1)導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度主要是指運(yùn)動部件沿導(dǎo)軌運(yùn)動時的直線度或圓度。(2)足夠的剛度。導(dǎo)軌要有足夠的剛度，保證在靜載荷作用下不產(chǎn)生過大的變形，從而保證各部件間的相對位置和導(dǎo)向精度。(3)良好的摩擦特性。動導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌面長期運(yùn)行會引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。(4)低速運(yùn)動的平穩(wěn)性。進(jìn)給運(yùn)動的爬行，會降低工件精度，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對高精度機(jī)床尤其重要。(5)阻尼特性好(高速時不振動)。(6)結(jié)構(gòu)工藝性好。2.塑料滑動導(dǎo)軌

塑料滑動導(dǎo)軌具有摩擦因數(shù)低，且動、靜摩擦因數(shù)差值??；減振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自潤滑作用；結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低等特點(diǎn)。分類：①貼塑導(dǎo)軌（聚四氟乙烯軟帶）它是在一滑動面上貼有一層抗磨軟帶，導(dǎo)軌的另一滑動面為淬火磨削面。②涂塑導(dǎo)軌（環(huán)氧樹脂）3.滾動導(dǎo)軌工作原理：在導(dǎo)軌工作面之間安排滾動體，將滑動摩擦替換為滾動摩擦。

結(jié)構(gòu)形式及組成：滾動導(dǎo)軌塊直線滾動導(dǎo)軌特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)差值小，靈敏度高移動精度和定位精度高精度保持性好已成為標(biāo)準(zhǔn)件抗振性較差（通過預(yù)緊可以提高剛度和抗振性）(1)滾動導(dǎo)軌塊鑲鋼導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌塊上導(dǎo)軌下導(dǎo)軌是一種圓柱滾動體作循環(huán)運(yùn)動的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌元件，其結(jié)構(gòu)如圖所示。特點(diǎn)是剛度高，承載能力大，便于拆裝，它的行程取決于支承件導(dǎo)軌平面的長度。缺點(diǎn)是導(dǎo)軌制造成本高，抗振性能欠佳。(2)直線滾動導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由導(dǎo)軌塊、滑塊、滾珠、保持架、端蓋等組成。由于它將支承導(dǎo)軌和運(yùn)動導(dǎo)軌組合在一起，作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌副部件由專門生產(chǎn)廠家制造，故又稱單元式滾動導(dǎo)軌。直線滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)1—壓緊圈2—支承塊3—密封板4—承載鋼珠列5—反向鋼珠列6—加油嘴7—側(cè)板8—導(dǎo)軌9—保持器

直線滾動導(dǎo)軌單元弧形滾動導(dǎo)軌4.液體靜壓導(dǎo)軌

液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液，經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面上的油腔中，形成承載油膜，將相互接觸的導(dǎo)軌表面隔開，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。這種導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)小(一般為0.001～0.005)，機(jī)械效率高，能長期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度；承載油膜有良好的吸振性，低速時不易產(chǎn)生爬行，所以在機(jī)床上得到日益廣泛的應(yīng)用。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需備置一套專門的供油系統(tǒng)，制造成本較高。按承載方式的不同，液體靜壓導(dǎo)軌可分為開式和閉式兩種。下圖

為開式液體靜壓導(dǎo)軌工作原理圖。液壓靜壓導(dǎo)軌工作原理圖

第四節(jié)自動換刀裝置什么是自動換刀裝置：儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換功能的裝置ATC：AutomaticToolChanger為什么需要自動換刀裝置：縮短非切削時間，提高生產(chǎn)率，可使非切削時間減少到20％～30％；“工序集中”，擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床工藝范圍，減少設(shè)備占地面積；提高加工精度；數(shù)控機(jī)床對ATC要求：換刀時間盡可能短；刀具重復(fù)定位精度高；刀具儲存量足夠；結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整；布局應(yīng)合理，使機(jī)床總布局美觀大方；較好的剛性，避免沖擊、振動及噪聲，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠；防屑、防塵裝置。應(yīng)用

數(shù)控車床、“加工中心”、車削中心、五軸加工機(jī)床一、自動換刀裝置的形式1.回轉(zhuǎn)刀架換刀

工作原理同分度工作臺，多為順序換刀，換刀時間短，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，但刀具容量小。多用于數(shù)控車床，車削中心。2.更換主軸換刀

脫開主軸傳動轉(zhuǎn)塔頭抬起轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊主軸傳動重新接通

特點(diǎn)：順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限。常用于數(shù)控鉆、鏜、銑床。工作步驟：3.帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成；刀庫可裝在機(jī)床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。這類換刀裝置應(yīng)用最廣泛。