任務(wù)二 加深對數(shù)控機床的理解

加深對數(shù)控機床的理解任務(wù)二任務(wù)二加深對數(shù)控機床的理解數(shù)控機床的特點1數(shù)控機床的工作原理2數(shù)控機床的分類3數(shù)控機床機械部件4能力要求數(shù)控機床的特點自動化程度高加工對象改型的適應(yīng)性強良好的經(jīng)濟效益有利生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化加工精度高生產(chǎn)效率高數(shù)控機床數(shù)控機床的工作原理CAX是計算機輔助設(shè)計CAD﹙Design﹚例;AutoCAD計算機工程CAE﹙Engineering﹚ 計算機輔助制造CAM﹙Manufacture﹚例;宇龍數(shù)控仿真UG計算機輔助工藝計劃CAPP﹙ProcessPlanning﹚產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM﹙DataManagement﹚數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化柔性化集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)CA;ComputerAided加工程序譯碼

刀補處理插補處理進給伺服系統(tǒng)PLC控制成形運動

切削運動﹑I/O裝置數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作原理

數(shù)控機床具有很好的柔性，當加工對象變換時，只需重新編制加工程序即可，原來的程序可儲存?zhèn)溆?，不必像組合機床那樣需要針對新加工零件重新設(shè)計機床，致使生產(chǎn)準備時間過長特點中，加工對象改型的適應(yīng)性強+生產(chǎn)效率高程序控制介質(zhì)﹝穿孔帶、穿孔卡、磁盤和磁帶﹞數(shù)控系統(tǒng)伺服系統(tǒng)機床本體測量環(huán)節(jié)輸出裝置輸出裝置控制類﹝鈕與鍵﹞+顯示類﹝狀態(tài)燈+顯示器﹞→人機交換設(shè)備數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞伺服控制電路+功率放大電路+伺服電動機﹝步進電動機，直、交流伺服電動機﹞→↑作用:測量裝置→檢測轉(zhuǎn)換信號→反饋CNC裝置→程序軟件→自動加工機床電器控制﹝PLC+I/O電路與裝置﹞操縱面板←按鈕站+按鍵陣列加工過程操作面板PLC計算機數(shù)控裝置輸入輸出裝置主軸伺服單元進給伺服單元主軸驅(qū)動裝置進給驅(qū)動裝置機床進給傳動機構(gòu)機床I/O電路和裝置測量裝置計算機數(shù)控系統(tǒng)機電電氣控制結(jié)構(gòu)原理主運動機構(gòu)輔助控制機構(gòu)操作面板PLC計算機數(shù)控裝置輸入輸出裝置主軸伺服單元進給伺服單元主軸驅(qū)動裝置進給驅(qū)動裝置機床輔助控制機構(gòu)進給傳動機構(gòu)主運動機構(gòu)機床I/O電路和裝置測量裝置數(shù)控機床組成示意圖開閉環(huán)系統(tǒng)CNC插補指令位置控制單元﹝位置控制調(diào)節(jié)器﹞速度控制單元﹝速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動﹞電動機↓機械執(zhí)行部件檢測與反饋單元數(shù)控伺服系統(tǒng)控制圖半閉環(huán)控制全閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)特點系統(tǒng)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等一般應(yīng)用于經(jīng)濟性數(shù)控機床半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)特點穩(wěn)定性較開環(huán)差、調(diào)試方便、精度較高、結(jié)構(gòu)簡單應(yīng)用廣泛閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)特點精度最高系統(tǒng)不穩(wěn)定設(shè)計安裝調(diào)試困難主要應(yīng)用于精度要求很高的鏜銑床超精車床及較大型數(shù)控機床等數(shù)控機床的分類按運動方式分類點位控制系統(tǒng)例：直線控制系統(tǒng)例：輪廓控制系統(tǒng)例：數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控車床等數(shù)控坐標銑床、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機床及加工中心等數(shù)控鏜床數(shù)控銑床加工中心2．按機床運動的控制軌跡分類

（1）點位控制數(shù)控機床

1)點位控制只要求控制機床的移動部件從某一位置移動到另一位置的準確定位，對于兩位置之間的運動軌跡不作嚴格要求，在移動過程中刀具不進行切削加工，如圖1.2所示。

2)為了實現(xiàn)既快又準的定位，常采用先快速移動，然后慢速趨近定位點位的方法來保證定位精度。

3)主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床、數(shù)控點焊機等。圖1.2點位數(shù)控機床加工示意圖數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1）直線控制數(shù)控機床的特點是除了控制點與點之間的準確定位外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條與機床坐標軸平行的直線。

2）對移動的速度也要進行控制，因為這類數(shù)控機床在兩點之間移動時要進行切削加工，如圖1.3所示。圖1.3直線數(shù)控機床加工示意圖（2）直線控制數(shù)控機床數(shù)控機床的分類（3）輪廓控制數(shù)控機床1）輪廓控制能夠?qū)蓚€或兩個以上的運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可以進行曲線或曲面的加工，如圖1.4所示。

2）具有輪廓控制功能的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。圖1.4輪廓數(shù)控機床加工示意圖數(shù)控鏜床、鉆床、銑床、數(shù)控鉆床、車床、齒輪加工機床等壓床、沖床、彎管機、電火花切割機、火焰切割機等按工藝用途分類數(shù)控車床型加工機床數(shù)控電火花成數(shù)控機床的分類數(shù)控機床機械部件變速傳動裝置主軸系統(tǒng)進給傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)聯(lián)軸器工作臺導軌絲杠螺母副數(shù)控機床機械部件

此外還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位、夾緊等輔助裝置。對于加工中心類，還有刀庫，交換刀具的機械手等部件加工中心刀庫結(jié)構(gòu)1，剛度要求2，抗震性要求3，熱變形和內(nèi)應(yīng)力要求4，其他要求1,對支撐件的基本要求2，支撐件的剛度、抗震性和抗熱變形2，支撐件的抗震性3，支撐件的熱變形1，支撐件的剛度抗震性影響因素的靜強度、固有頻率、阻尼、支撐情況、材料等熱變形影響因素的結(jié)構(gòu)、運動部位的發(fā)熱和平外面熱源（如室溫、切屑和電動機）等剛度

影響承受件剛度的因素是承受件的受力狀態(tài)、材料和結(jié)構(gòu)等合理結(jié)構(gòu)根據(jù)受力選擇好截面形狀配置好加強肋板和加強肋機床主要支撐件結(jié)構(gòu)床身立柱

移動立柱式臥式床身固定立柱式臥式床身數(shù)控臥式車床床身臥式機床的立柱立式機床的床身1，剛性好2，熱對稱性好3，穩(wěn)定性好3，立柱通常采用T形床身大．中型臥室機床常用的結(jié)構(gòu)形式小型臥式機床多數(shù)采用床身不大多采用整體結(jié)構(gòu)為提高床身的剛性數(shù)控臥式車床床身一般采用斜床身斜床身可以改善機床切削加工時的受力情況截面可以形成封閉的腔形結(jié)構(gòu)床身剛度好目前普遍采用雙立柱框架結(jié)構(gòu)形式足夠高的靜、動剛度和精度保持性缺點是制造工藝性差裝配調(diào)試不方便因為主軸箱懸掛在立柱一側(cè)一般配采用封閉的話箱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部肋板常采用米字的由于米字形肋板鑄造時較為困難有些立柱仍采用井字形的肋板主軸主軸的傳動方式主軸主軸組件數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的要求主軸組件的類型主軸組件的要求主軸主軸支撐主軸軸承的配置與調(diào)整影響主軸旋轉(zhuǎn)精度的因素具有變速齒輪的傳動方式具有帶傳動的傳動方式有調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主軸傳動主軸數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的要求1，具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級調(diào)速2，具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低3，良好的抗震性和熱穩(wěn)定性各式各樣的主軸主軸的傳動方式TwoThreeOne具有變速齒輪的傳動方式具有帶傳動的傳動方式有調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主軸傳動液壓差撥變速電磁離合器變速

這是大中型機床采用較多的，輸出扭矩大

這種傳動方式多見于數(shù)控車床于中小型加工中心，當需要時，優(yōu)先考慮采用圓弧齒形同步帶簡化了結(jié)構(gòu)，提高了主軸部件的剛度，但電動機發(fā)熱影響了精度。主軸組件耐磨性回轉(zhuǎn)精度剛度抗震性溫升要求主軸組件主軸組件回轉(zhuǎn)精度

回轉(zhuǎn)精度的測量一般分為三種：靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量.目前我國在生產(chǎn)中使用靜態(tài)測量，使用精密檢測棒和百分表。剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形單的能力。主軸組件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸支撐跨距所選用的軸承類型及配置形式軸承間隙的調(diào)整主軸傳動元件的位置等有關(guān)系。抗震性主軸組件的抗震性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)而不發(fā)生震動的能力，采用較大阻尼的前軸承等。主軸組件耐磨性溫升主軸運轉(zhuǎn)時，溫升會影響精度和軸承的正常工作，可采用恒溫主軸箱解決。主軸組件必須有足夠的耐磨性，以保持精度。滾子軸承滑動軸承主軸組件的類型只做旋轉(zhuǎn)運動的主軸組件既有旋轉(zhuǎn)運動又有軸向進給運動的主軸組件既有旋轉(zhuǎn)運動又有軸向調(diào)整運動的主軸組件既有旋轉(zhuǎn)運動又有徑向進給運動的主軸組件既有旋轉(zhuǎn)運動又作行星運動的主軸組件主軸主軸主要尺寸參數(shù)懸伸長度OneTwo主軸直徑；主軸直徑越大，其剛度越高主軸內(nèi)孔直徑；主軸的內(nèi)孔直徑用來通過棒料用于通過刀具加緊裝置固定刀具，傳動氣動或液壓卡盤等主軸懸伸長度越短，其剛度越高，于主軸的前端結(jié)構(gòu)的形狀尺寸，前軸承的類型組合方式等有關(guān)。主軸的支撐跨距主軸的軸端結(jié)構(gòu)ThreeFour主軸組件的支撐跨距對主軸本身剛度和支撐剛度有很大影響。主軸的材料與熱處理Five主軸的軸端結(jié)構(gòu)用來安裝夾具和刀具，要求夾具和刀具在軸端定位精度高定位剛度好裝卸方便。主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度載荷特點耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。主軸主要精度指標Six1，前支撐軸承軸頸的同軸度約5微米左右。2，軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實際尺寸”磨合，且保證配合過盈1-5微米。3，錐與軸承軸頸的同軸度為3-5微米，于錐規(guī)的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好。4，裝318200調(diào)心圓柱滾子軸承的1：12錐面，于軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85%?；瑒虞S承，最常用靜壓滑動軸承，剛度大，回轉(zhuǎn)精度高，但需要一套液壓裝置，成本較高。靜壓滑動軸承裝置有供油系統(tǒng)，節(jié)流器與軸承三部分構(gòu)成。主軸支撐滑動軸承滾動軸承主軸支撐主軸軸承滾動軸承，滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定工作。主軸軸承的配置與調(diào)整1，主軸軸承的主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置主軸軸承的精度配置配置2，主軸軸承的安裝與調(diào)整單個軸承的裝配兩個軸承的裝配滾動軸承間隙與預緊A適應(yīng)高強度的結(jié)構(gòu)類型B三個軸承的組合形式影響主軸旋轉(zhuǎn)精度的因素主軸定向裝置軸承制造的誤差軸承間隙的影響主軸制造誤差的影響主軸箱支撐孔制造誤差的影響影響主軸旋轉(zhuǎn)精度的因素主軸定向裝置：凸鍵油脂潤滑方式油液潤滑方式油霧潤滑方式油氣潤滑方式主軸部件的潤滑與密封1，主軸軸承潤滑方式潤滑方式2,主軸的密封：接觸式與非接觸式密封進給傳動機構(gòu)穩(wěn)定性方面精度要求方面快速響應(yīng)特征方面要求滿足1，盡量采用低摩擦的傳動2，選用最佳的傳動比，以提高機床分辨率3，縮短傳動鏈以及用預緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度4，盡量消除傳動間隙，減少反向死區(qū)誤差

數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象被加工件的最后輪廓精度和加工精度都會受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響.設(shè)計進給系統(tǒng)時，應(yīng)充分注意減少摩擦阻力、提高傳動精度和剛度、消除傳動間隙、減少運動部件慣量?？焖龠M給變速傳動裝置圓柱齒輪傳動變速傳動裝置齒輪齒條傳動錐齒輪傳動偏心套調(diào)整法軸向墊片調(diào)整法雙片齒輪錯齒調(diào)整法軸向彈簧式+可調(diào)拉彈簧式直齒圓柱齒輪傳動間隙1、偏心套調(diào)整如圖所示,電動機1通過偏心套2裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心套就能夠方便地調(diào)整兩齒輪的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。墊片調(diào)整如圖所示，在加工相互嚙合的兩個齒輪1、2時，將分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，使齒輪齒厚在軸向稍有變化，裝配時只需改變墊片3的厚度，使齒輪2作軸向移動，調(diào)整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側(cè)間隙的目的。雙片齒輪錯齒調(diào)整如圖所示，兩個齒數(shù)相同的薄片齒輪1、2與另外一個寬齒輪嚙合。薄片齒輪1、2套裝在一起，并可作相對回轉(zhuǎn)運動。每個薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，并在齒輪1、2的槽內(nèi)壓有裝彈簧的短圓柱3，由于彈簧4的作用使齒輪1、2錯位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙。錐齒輪傳動間隙的消除1、周向壓簧調(diào)整如圖所示,將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圈1開有三個圓弧槽8，內(nèi)圈2的端面帶有三個凸爪4，套裝在圓弧槽內(nèi)。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內(nèi)外齒圈1、2的錐齒錯位與小錐齒輪嚙合達到消除間隙的作用。螺釘5將內(nèi)外齒圈相對固定是為了安裝方便，安裝完畢后即刻卸去。如圖所示，錐輪1、2相互嚙合。在錐齒輪1的軸5上裝有壓簧3，用螺母4調(diào)整壓簧3的彈力。錐齒輪1在彈力作用下沿軸向移動，可消除錐齒輪1和2的間隙。軸向壓簧調(diào)整對于工作行程很大的大型數(shù)控機床，一般采用齒輪齒條傳動來實現(xiàn)進給運動。齒輪齒條傳動也同齒輪傳動一樣存在齒側(cè)間隙，因此也存在消除間隙問題。當載荷較小進給力不大時，齒輪齒條可采用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整，分別與齒條的齒槽左、右二側(cè)貼緊來消除間隙。齒輪齒條傳動當載荷較大所需進給力較大時，通常采用雙厚齒輪的傳動結(jié)構(gòu)，其原理如圖所示。進給運動由軸2輸入，通過兩對斜齒輪將運動傳給軸1和軸3，然后由兩個直齒輪4和5去傳動齒條，帶動工作臺移動。齒輪齒條傳動軸2上兩個斜齒輪的螺旋線的方向相反。在軸2上作用一個軸向力F，彈簧彈力使斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向移動。這時軸1和軸3以相反的方向轉(zhuǎn)過一個角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，消除了間隙。齒輪齒條傳動聯(lián)軸器

伺服電機與滾珠絲杠連接使用，保證傳動無間隙，只有這樣才能準確執(zhí)行脈沖指令，而不丟掉脈沖。常用三種方式直聯(lián)式（最常用）齒輪減速方式齒形帶方式安全聯(lián)軸器由聯(lián)軸器與安全離合器組成直聯(lián)式通過撓性聯(lián)軸器把伺服電機與滾珠絲杠連接起來。這種無鍵無隙直聯(lián)方式的聯(lián)軸器已編入機床零部件標準，名稱為膜片彈性聯(lián)軸器。絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副1,滾珠絲杠副的組成及特點滾珠絲杠工作原理：如圖是滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖，其工作原理是：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當把它們套裝在一起時形成螺旋通道，并且滾道內(nèi)填滿滾珠。當絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動，按照滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式兩種方式。外循環(huán)式（如圖）螺母旋轉(zhuǎn)槽的兩端由回珠管4連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以作周而復始的循環(huán)運動，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。滾珠絲杠螺母副內(nèi)循環(huán)方式（如圖）帶有反向器5，返回的滾珠經(jīng)過反向器和絲杠外圓之間返回。滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副螺紋滾道型面的形狀單圓弧型面雙圓弧型面滾珠絲杠副的參數(shù)有：絲杠螺紋小徑d1，螺紋全長l，螺母螺紋大徑D等滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式滾珠絲杠副滾珠絲杠副精度等級：1，2，3，4，5，7，10共七個等級滾珠絲杠副尺寸系列：根據(jù)ISO標準，公稱直徑系列為6mm，8mm，10mm等，盡量選用2.5mm，5mm，10mm，20mm，40mm。滾珠絲杠副支撐與制動支撐方式制動裝置一端裝推力軸承一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承兩端裝推力軸承1，承載能力選擇

2，壓桿穩(wěn)定性核算

3，低速運轉(zhuǎn)的情況

4，剛度的驗算滾珠絲杠副1，滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇2，滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇3，滾珠絲杠副的選擇步驟靜壓蝸桿螺母條傳動副1，工作特點和應(yīng)用：1，2，3，4，5，6，72，工作原理和結(jié)構(gòu)類型靜壓絲杠螺母副鋼蝸桿配鑄鐵蝸母條鋼蝸桿配鑄鐵基體涂有SKC3耐磨涂層的螺母條鋼蝸桿配鋼蝸母或鑄鐵蝸母條前兩種多采用材料導軌導軌導軌的潤滑與防護導軌的類型和基本要求滑動導軌滾動導軌液壓導軌導軌缺陷對導向精度、運動平穩(wěn)性的影響滑動導軌材料和技術(shù)要求導軌用來支撐和引導運動部件沿著直線或圓周方向準確運動導軌的類型和基本要求運動部件運動軌跡直線運動導軌圓周運動導軌導軌結(jié)合面摩擦性質(zhì)滑動導軌靜壓導軌滾動導軌液壓導軌氣壓導軌→介質(zhì)高度值最小，能承受顛覆力矩，摩擦阻力較大有兩導向面，同時控制了垂直方向和水平方向承載大結(jié)構(gòu)簡單，精度低制造容易，磨損后調(diào)整間隙困難

燕尾槽導軌

三角形導軌矩形導軌圓柱形導軌

滑動導軌的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛滑動導軌滑動導軌OneTwoThreeFour高的導向精度良好的耐磨性足夠的強度具有低速運動的平穩(wěn)性對導軌的基本要求滑動導軌導軌的組合形式和應(yīng)用根據(jù)工作要求組合，數(shù)控機床上主要是三角形-矩形式與雙矩形式雙矩形導軌滑動導軌材料和技術(shù)要求滑動導軌的材料合理選擇材料與熱處理，降低摩擦因數(shù)，提高導軌耐磨性

鑄鐵材料常用材料，HT200和HT300常用，還可應(yīng)用孕育鑄鐵、高磷鑄鐵及合金鑄鐵鑲鋼導軌材料常用形式之一，T10A、Gcr15、38CrMn常用，硬度高、耐磨性好，但其制造工藝復雜、安裝費時、成本較高。塑料導軌材料一層，降低導軌摩擦因數(shù)、動靜摩擦因數(shù)趨于穩(wěn)定，耐磨性好，吸振性好?？煞謨煞N；貼塑材料，涂塑材料滑動導軌材料和技術(shù)要求導軌的技術(shù)要求導軌的精度要求平面度與側(cè)向側(cè)導直線度:0.01-0.015mm長度方向直線度與側(cè)導相面對導軌底面的垂直度0.005-0.01mm導軌的熱處理導軌應(yīng)具有耐磨性，大多需淬火處理導軌的間隙調(diào)整修刮﹝費時﹞，采用墊片，采用鑲條﹝方便但剛度較差﹞滾動導軌滾動導軌摩擦因數(shù)小，且動靜摩擦因數(shù)相近，磨損小，潤滑容易，但防護不易，一般不用在垂直導軌上，常用兩種。滾動導軌快:一種滾動體做循環(huán)運動的滾動導軌直線滾動導軌：單元直線滾動導軌，專業(yè)廠家生產(chǎn)。直線滾動導軌液壓導軌液壓導軌在機床上主要使用靜壓導軌，其摩擦因數(shù)小，功率消耗少，不會磨損，精都保持好，壽命長。吸振好，承載大，剛性高。但其結(jié)構(gòu)復雜，成本高，應(yīng)用于大重型數(shù)控機床上。靜壓導軌安導軌形式分，分為開式和閉式兩種，機床上用閉式靜壓導軌液壓導軌靜壓導軌導軌缺陷對導向精度、運動平穩(wěn)性的影響影響直線運動導軌的導向精度主要有導軌在垂直面內(nèi)的直線度和水平面內(nèi)的直線度、平行度。導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差；對于臥式車床，使刀具在縱向進給