第5章數控機床機械傳動系統

第5章

數控機床的機械結構第5章數控機床的機械結構2024/2/291數控機床第五章數控機床的機械結構5.1概述5.2

數控機床的主運動結構

5.3

進給系統的機械傳動結構

5.4

數控機床的刀具交換裝置

5.5

數控機床的布局

第五章數控機床的機械結構2024/2/292數控機床內容提要本章將討論數控機床的主運動系統、進給系統機械結構、運動傳動機構以及典型部件等的功能、實現方法和安裝調試方法。第五章數控機床的機械結構第五章數控機床的機械結構2024/2/293數控機床5.1概述數控機床的傳動系統，包括主軸運動和進給傳動，與普通機床相比，省去了復雜的齒輪變速機構。數控機床的主傳動由主軸電動機、傳動系統和主軸部件組成。數控機床的進給運動由主軸電動機、傳動系統、滾珠絲杠螺母機構和導軌組成。第五章數控機床的機械結構2024/2/294數控機床5.1.1數控機床機械結構的主要特點結構簡單、操作方便、自動化程度高

數控機床需要根據數控系統的指令，自動完成對進給速度、主軸轉速、刀具運動軌跡以及其他機床輔助技能（如自動換刀，自動冷卻）的控制。它必須利用伺服進給系統代替普通機床的進給系統，并可以通過主軸調速系統實現主軸自動變速。因此，在機械結構上，數控機床的主軸箱、進給變速箱結構一般非常簡單；齒輪、軸類零件、軸承的數量大為減少；電動機可以直接連接主軸和滾珠絲杠，不用齒輪；在使用直線電動機，電主軸的場合，甚至可以不用絲杠、主軸箱。在操作上，它不像普通機床那樣，需要操作者通過手柄進行調整和變速，操作機構比普通機床要簡單多，許多機床甚至沒有手動機械操作系統。此外，由于數控機床的大部分輔助動作都可以通過數控系統的輔助技能（M技能）進行控制，因此，常用的操作按鈕也較普通機床少。結構簡單、操作更方便，更簡單2024/2/295數控機床5.1.1數控機床機械結構的主要特點廣泛采用高效、無間隙傳動裝置和新技術、新產品

數控機床進行的是高速、高精度加工，在簡化機械結構的同時，對于機械傳動裝置和元件也提出了更高的要求。高效、無間隙傳動裝置和元件在數控機床上取得了廣泛的應用。如：滾珠絲杠副、塑料滑動導軌、靜壓導軌、直線滾動導軌等高效執(zhí)行部件，不僅可以減少進給系統的摩擦阻力，提高傳動效率；而且還可以使運動平穩(wěn)和獲得較高的定位精度。特別是隨著新材料，新工藝的普及、應用，高速加工已經成為目前數控機床的發(fā)展方向之一，快進速度達到了每分鐘數十米，甚至上百米，主軸轉速達到了每分鐘上萬轉、甚至十幾萬轉，采用電主軸、直線電動機、直線滾動導軌等新產品、新技術已勢在必行。2024/2/296數控機床5.1.1數控機床機械結構的主要特點具有適應無人化、柔性化加工的特殊部件

“工藝復合化”和“功能集成化”是無人化、柔性加工的基本要求，也是數控機床最顯著的特點和當前的發(fā)展方向。因此，自動換刀裝置（ATC）、動力刀架、自動換屑裝置、自動潤滑裝置等特殊機械部件是必不可少，有的機床還帶有自動工作臺交換裝置（APC）?！肮δ芗苫笔钱斍皵悼貦C床的另一重要發(fā)展方向。在現代數控機床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已經成為基本裝置。隨著數控機床向無人化、柔性化加工發(fā)展，功能集成化更多體現在：工件的自動裝卸、自動定位，刀具的自動對刀、破損檢測、壽命管理，工件的自動測量和自動補償功能上，因此，國外還新近開發(fā)了集中突破傳統機床界限，集鉆、銑、鏜、車、磨等加工于一體的所謂“萬能加工機床”，大大提高了附加值，并隨之不斷出現新的機械部件。2024/2/297數控機床5.1.1數控機床機械結構的主要特點對機械結構、零部件的要求高

高速、高效、高精度的加工要求，無人化管理以及工藝復合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生產率，同時，也必然會使機床的開機時間，工作負載隨之增加，機床必須在高負荷下，長時間可靠工作。因此，對組成機床的各種零部件和控制系統的可靠性要求很高。此外，為了提高加工效率，充分發(fā)揮機床性能，數控機床通常都能夠同時進行粗細加工。這就要求機床既能滿足大切削量的粗加工對機床的剛度、強度和抗震性的要求，而且也能達到精密加工機床對機床精度的要求。因此，數控機床的主軸電機的功率一般比同規(guī)格的普通機床大，主要部件和基礎件的加工精度通常比普通機床高，對組成機床各部件的動、靜態(tài)性能以及熱穩(wěn)定性的精度保持性也提出了更高的要求。2024/2/298數控機床5.1.2數控機床對機械結構的基本要求具有較高的靜、動剛度和良好抗震性

機床的剛度反映了機床機構抵抗變形的能力。機床變形產生的誤差，通常很難通過調整和補償的方法予以徹底的解決。為了滿足數控機床高效、高精度、高可靠性以及自動化的要求，與普通機床相比，數控機床應具有更高的精剛度。此外，為了充分發(fā)揮機床的效率，加大切削用量，還必須提高機床的抗震性，避免切削時產生的共振和顫振。而提高機構的動剛度是提高機床抗震性的基本途徑。2024/2/299數控機床5.1.2數控機床對機械結構的基本要求具有較好的熱穩(wěn)定性

機床的熱變性是影響機床加工精度的主要因素之一。由于數控機床的主軸轉速、快速進給都遠遠超過普通機床，機床又長時間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動機、絲杠、軸承、導軌的發(fā)熱都比較嚴重，加上高速切削產生的切屑的影響，使得數控機床的熱變性影響比普通機床要嚴重得多。雖然在先進的數控系統具有熱變性補償功能，但是它并不能完全消除熱變性對于加工精度的影響，在數控機床上還應采取必要的措施，盡可能減小機床的熱變性。2024/2/2910數控機床5.1.2數控機床對機械結構的基本要求具有較高的運動精度和良好的低速穩(wěn)定性

利用伺服系統代替普通機床的進給系統是數控機床的主要特點。伺服系統最小的移動量（脈沖當量），一般只有0.001mm，甚至更??；最低進給速度，一般只有1mm/min，甚至更低。這就要求進給系統具有較高的運動精度，良好的跟蹤性能和低速穩(wěn)定性，才能對數控系統的位置指令做出準確的響應，從而得到要求的定位精度。傳動裝置的間隙直接影響著機床的定位精度，雖然在數控系統中可以通過間隙補償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除。特別是對于非均勻間隙，必須機械消除間隙措施，才能得到較好的解決。2024/2/2911數控機床5.1.2數控機床對機械結構的基本要求具有良好的操作、安全防護性能

方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關心的問題。在大部分數控機床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調整、還需要操作者完成，機床的維修更離不開人，而且由于加工效率的提高，數控機床的工件裝卸可能比普通機床更加頻繁，因此良好的操作性能是數控機床設計時必須的問題。數控機床是一種高度自動化的加工設備，動作復雜，高速運動部件較多，對機床動作互鎖、安全防護性能的要求也比普通機床要高很多。同時，數控機床一般都有高壓、大流量的冷卻系統，為了防止切屑、冷卻液的飛濺，數控機床通常都應采用封閉和半封閉的防護形式，增加防護性能。

2024/2/2912數控機床5.1.3提高數控機床性能的措施合理選擇數控機床的總體布局

機床的總體布局直接影響到機床的結構和性能。合理選擇機床布局，不但可以使機械結構更簡單、合理、經濟，而且能提高機床剛度、改善機床受力情況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，使機床滿足數控化的要求。如：在數控機床上采用斜床身布局，可以改善受力情況，提高床身的剛度，提高操作性能。臥式數控鏜床采用T形床身，框架結構雙立柱、立柱移動式（Z）布局，可以減少機床的機構層次，大大提高機床結構剛度和加工精度，精度的穩(wěn)定性好，熱變性的影響小。在高速加工機床上，則通過采用固定門式立柱、“箱中箱”等特殊的布局型式，以最大限度地降低運動部件的質量，提高機床部件的快進速度和加速度，以滿足高速加工的需要。2024/2/2913數控機床5.1.3提高數控機床性能的措施提高結構件的剛度

結構的剛度直接影響機床的精度和動態(tài)性能。機床的剛度主要決定于組成機械系統的部件質量、剛度、阻尼、固有頻率以及負載激振頻率等。提高機床結構剛度主要措施有：改善機械部分構件；利用平衡機構補償部件變性；改善善構件間的連接形式；縮短傳動鏈，適當加大傳動軸，對軸承和滾珠絲杠等傳動部件進行預緊等等。2024/2/2914數控機床5.1.3提高數控機床性能的措施提高機床抗振性

高速轉動零部件的動態(tài)不平衡力與切削產生的振動，是引起機床振動的主要原因。提高數控機床抗振性的主要措施有：對機床高速旋轉部件，特別是主軸部件進行動平衡，對傳動部件進行消隙處理，減少機床激振力；提高機械部件的靜態(tài)剛度和固有頻率，避免共振，在機床結構大件中充填阻尼材料，在大件表面噴涂阻尼涂層抑制振動等。2024/2/2915數控機床5.1.3提高數控機床性能的措施改善機床的熱變形

引起機床熱變形的主要原因是機床內部熱源發(fā)熱，摩擦以及切削產生的發(fā)熱。減少機床熱變形的措施主要有：采用伺服電動機和主軸電動機、變量泵等低能耗執(zhí)行元件，減少熱量的產生；簡化傳動系統的結構，減少傳動齒輪、傳動軸，采用低摩擦系數的導軌和軸承，減少摩擦發(fā)熱；改善散熱條件、增加隔熱措施、對發(fā)熱部件（如：電柜、絲桿、油箱等）進行強制冷卻，吸收熱量，避免溫升；采用對稱結構設計，使部件均勻受熱；對切削部分采用高壓、大流量冷卻系統冷卻等等。2024/2/2916數控機床5.1.3提高數控機床性能的措施保證運動的精度和穩(wěn)定性

機床的運動精度和穩(wěn)定性，不僅和數控系統的分辨率、伺服系統的精度的穩(wěn)定性有關，而且還在很大程度上取決于機械傳動的精度。傳動系統的剛度、間隙、摩擦死區(qū)、非線性環(huán)節(jié)都對機床的精度和穩(wěn)定性產生很大的影響。減小運動部件的質量，采用低摩擦系數的導軌和軸承以及滾珠絲桿副、靜壓導軌、直線滾動導軌、塑料滑動導軌等高效執(zhí)行部件，可以減少系統的摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行?？s短傳動鏈，對傳動部件進行消隙，對軸承和滾珠絲杠進行預緊，可以減消機械系統的間隙和非線性影響，提高機床的運動精度和穩(wěn)定性。2024/2/2917數控機床5.2

數控機床的主傳動結構第五章數控機床的機械結構2024/2/2918數控機床定義、功用、組成

定義：

主傳動系統：指驅動主軸運動的系統。主軸：指帶動刀具和工件旋轉，產生切削運動且消耗功率最大的運動軸。5.2數控機床的主運動結構第五章數控機床的機械結構2024/2/2919數控機床.功用：傳遞動力：傳遞切削加工所需要的動力傳遞運動：傳遞切削加工所需要的運動運動控制：控制主運動的大小方向開停組成：動力源：電機傳動系統：定比傳動機構、變速裝置運動控制裝置:離合器、制動器等執(zhí)行件：主軸5.2數控機床的主傳動結構第五章數控機床的機械結構2024/2/2920數控機床5.2.1主傳動的基本要求和變速方式

數控機床和普通機床一樣，主傳動系統也必須通過變速，才能使主軸獲得不同的傳遞，以適應不同的加工要求，并且，在變速的同時，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉矩，滿足切削的需要。

數控機床作為高度自動化的設備，它對主傳動系統的基本要求有以下幾點：

1)為了達到最佳的切削效果，一般都應在最佳的切削條件下工作，因此，主軸一般都要求能自動實現無級變速。

2)要求機床主軸系統必須具有足夠高的轉速和足夠大的功率，以適應高效、高速的加工需要。2024/2/2921數控機床5.2.1主傳動的基本要求和變速方式

3)為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動，主傳動系統應簡化結構，減少傳動件。

4)在加工中心上，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需要的自動夾緊裝置，以及主軸定向準停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機械手的正確嚙合。

5)為了擴大機床的功能，實現對

軸的控制，主軸還需安裝位置檢測裝置，以便實現對主軸位置的控制。2024/2/2922數控機床5.2.1主傳動的基本要求和變速方式主傳動的變速方式

主傳動的無級變速通常有以下三種方法：

1)采用交流主軸驅動系統實現無級變速傳動，在早期的數控機床或大型數控機床（主軸功率超過100KW）上，也有采用直流主軸驅動系統的情況。

2)在經濟性、普及性數控機床上，為了降低成本，可以采用變頻帶變頻電動機或普通交流電動機實現無級變速的方式。

3)在高速加工機床上，廣泛使用主軸和電動機一體化的新穎功能部件---電主軸。電主軸的電動機轉子和主軸一體，無須任何傳動件，可以使主軸達到每分鐘數萬轉，甚至十幾萬轉的高速。但是，不管采用任何形式，數控機床的主傳動系統結構都要比普通機床簡單得多。2024/2/2923數控機床5.2.2主傳動系統1、主傳動變速（主傳動鏈）現代數控機床的主運動廣泛采用無級變速傳動，用交流調速電機或直流調速電機驅動，它們能方便地實現無級變速，且傳動鏈短，傳動件少，提高了變速的可靠性，其制造精度則要求很高。其主傳動主要有以下三種形式：2024/2/2924數控機床

（1）帶有二級齒輪變速如圖所示，主軸電機經過二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉速系列，這種分段無級變速，確保低速時的大扭矩，滿足機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。主軸電機2024/2/2925數控機床（2）帶有定比傳動如圖所示，主軸電機經定比傳動傳遞給主軸，定比傳動采用齒輪傳動或帶傳動。帶傳動主要應用于小型數控機床上，可以避免齒輪傳動的噪聲與振動。主軸電機2024/2/2926數控機床（3）由主軸電機直接驅動如圖所示，電機軸與主軸用聯軸器同軸聯接。這種方式大大簡化主軸結構，有效地提高主軸剛度。但主軸輸出扭矩小，電機的發(fā)熱對主軸精度影響大。主軸電機2024/2/2927數控機床功用：夾持工件或刀具實現切削運動；傳遞運動及切削加工所需要的動力。組成：主軸、支承、傳動零件、裝夾刀具或工件的附件及輔助零部件。2主軸部件第五章數控機床的機械結構2024/2/2928數控機床3、主軸部件結構機床主軸對加工質量有直接的影響，數控機床主軸部件應有更高的動靜剛度和抵抗熱變形的能力。（1）主軸端部的結構形式

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）準確，裝夾可靠、牢固，而且裝卸方便。目前，主軸的端部形狀已標準化。

2024/2/2929數控機床2024/2/2930數控機床（2）主軸的支承目前數控機床主軸軸承配置有三種主要形式。p153（a）為數控機床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，后支承采用成對向心推力球軸承。此種結構普遍應用于各種數控機床，其綜合剛度高，可以滿足強力切削要求。（b）為前支承采用多個高精度向心推力球軸承，這種配置具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，適用于高速輕載和精密數控機床。（C）為前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承，其經向和軸向剛度很高，能承受重載荷。但這種結構限制了主軸最高轉速，因此適用于中等精度低速重載數控機床。（3）主軸內部刀具自動夾緊機構

主軸內部刀具自動夾緊機構是數控機床特別是加工中心的特有機構。

2024/2/2931數控機床（4）主軸準停裝置

主軸準停也叫主軸定向。在加工中心等數控機床上，由于有機械手自動換刀，要求刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵上，因此主軸每次必須停在一個固定準確的位置上，以利于機械手換刀。圖示為一種電氣準停裝置。2024/2/2932數控機床（5）其他機構數控車床能夠加工各種螺紋，這就需要安裝與主軸同步運轉的脈沖編碼器，以便發(fā)出檢測脈沖信號使主軸的旋轉與進給運動相協調。數控車削中心增加了主軸的C軸功能，能在數控系統的控制下實現圓周進給，以便與Z軸、X軸聯動插補。

2024/2/2933數控機床5.3進給系統的機械傳動結構第五章數控機床的機械結構2024/2/2934數控機床5.3進給系統的機械傳動結構p156第五章數控機床的機械結構一、進給系統機械傳動結構概述1、進給系統的功用協助完成加工表面的成形運動，傳遞所需的運動及動力。2024/2/2935數控機床5.3

進給系統的機械傳動結構第五章數控機床的機械結構2、進給系統機械部分的組成傳動機構+運動變換機構+導向機構+執(zhí)行件（工作臺）傳動機構:齒輪傳動、同步帶傳動運動變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等導向機構：導軌（滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌）2024/2/2936數控機床工作臺導軌副5.3進給系統的機械傳動結構第五章數控機床的機械結構2024/2/2937數控機床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軌.（2）提高傳動精度和剛度消除傳動間隙,增加傳動系統剛度.（3）減小運動慣量快速響應.減小運動部件質量.5.3進給系統的機械傳動結構第五章數控機床的機械結構2024/2/2938數控機床二、回轉工作臺p1861、定義與分類定義：實現周向進給和分度運動工作臺分類：分度工作臺：實現工作臺的定角度回轉運動，即分度、轉位和定位工作。

數控回轉工作臺：除了分度和轉位的功能之外，還能實現數控圓周進給運動。

第五章數控機床的機械結構5.3進給系統的機械傳動結構2024/2/2939數控機床工作原理：按照控制系統的指令自動地進行，每次轉位回轉一定的角度，如（1°、5°、10°、15°、30°、45°、90°、180°）。分類：按定位元件分插銷定位；反靠定位；齒盤定位；鋼球定位。第五章數控機床的機械結構2、分度工作臺5.3進給系統的機械傳動結構2024/2/2940數控機床3、數控回轉工作臺

(1)工作原理：實現圓周進給運動的工作臺---數控回轉工作臺（數控轉臺）(2)功能：除了可以實現圓周進給運動之外，還可以完成分度運動。(3)分類：開環(huán)、閉環(huán)。第五章數控機床的機械結構5.3進給系統的機械傳動結構2024/2/2941數控機床三、導軌p1681、導軌的作用導向：直線運動—直線導軌；圓運動—軸承支承、承載2、數控機床常用導軌形式塑料導軌：滑動摩擦滾動導軌：滾動摩擦靜壓導軌：液體摩擦第五章數控機床的機械結構5.3進給系統的機械傳動結構2024/2/2942數控機床3、對導軌的基本要求一定的導向精度；良好的摩擦特性：摩擦系數小（較高的靈敏度），動靜摩擦系數之差?。ǖ退倨椒€(wěn)性好）；阻尼特性好（高速時不振動）；足夠的剛度和強度；良好的精度保持性。第五章數控機床的機械結構5.3進給系統的機械傳動結構2024/2/2943數控機床4、滾珠絲杠螺母副的原理滾珠絲杠螺母副的結構原理p160

滾珠絲杠副是一種新型的傳動機構，它的結構特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動件，以減少摩擦。圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內裝有滾珠。當絲杠回轉時，滾珠相對于螺母上的滾道滾動，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動。2024/2/2944數控機床

4、滾珠絲杠傳動部件

（1）滾珠絲杠副的組成由帶螺旋槽的絲桿、螺母、滾動元件滾珠/滾柱、回珠裝置等組成。2024/2/2945數控機床（2）滾珠絲杠傳動的特點具有傳動阻力??；傳動效率高（92%~98%）；軸向剛度高（適當預緊消除絲杠與螺母之間的軸向間隙或預拉絲杠）；傳動平穩(wěn)；傳動精度高；不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點；但不能自鎖；因而用于高精度傳動和升降傳動時，需制動定位裝置。2024/2/2946數控機床（3）滾珠絲杠副的典型結構類型

主要按螺紋滾道截面形狀、滾珠的循環(huán)方式、消除軸向間隙的調整與預緊方式三種形式進行分類。1）按螺紋滾道截面形狀分類：分單圓弧型和雙圓弧型兩類。2024/2/2947數控機床單圓弧滾道和雙圓弧滾道的結構特點

單圓弧滾道：結構簡單，傳遞精度由加工質量保證，軸向間隙小，無軸向間隙調整和預緊能力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。

雙圓弧滾道：結構簡單，存在軸向間隙，加工質量易于保證，在使用雙螺母結構的條件下，具有軸向間隙調整和預緊能力，傳遞精度高。雙圓弧滾道單圓弧滾道2024/2/2948數控機床2）按滾珠的循環(huán)方式分類：

內循環(huán)方式和外循環(huán)方式兩類。

a）內循環(huán)方式浮動式反向器內循環(huán)方式2024/2/2949數控機床b）外循環(huán)方式端蓋式外循環(huán)插管式外循環(huán)2024/2/2950數控機床3）

、滾珠絲杠的主要尺寸參數主要尺寸：公稱直徑（滾珠中心圓直徑）d0（mm）導程(或螺距)ph（mm）滾珠直徑DW(mm)螺紋滾道半徑R(mm)此外還有：絲杠外徑、絲杠內徑、螺母外徑、螺母內徑等。2024/2/2951數控機床4）

、精度等級和標注方法a)精度等級根據GB/T17587.3-1998《滾珠絲杠副精度》標準規(guī)定分為7個等級：1、2、3、4、5、7、10級（有的參考書稱5個等級），1級最高，10級最低。

2024/2/2952數控機床b)標注方法滾珠絲杠副結構、規(guī)格、精度的標注方法如圖所示：螺紋旋向，右旋不標檢查項目編號精度等級滾珠總圈數基本導程公稱直徑預緊方式循環(huán)方式外形結構特征例

CTC63×10—3.5—3.5/2000×1600表示為插管突出式外循環(huán)（CT），雙螺母齒差預緊（C）的滾珠絲杠副，公稱直徑63mm，基本導程10mm，負荷滾珠總圈數3.5圈，精度等級3.5級，螺紋旋向為右旋，絲杠全長為2000mm，螺紋長度為1600mm?！?024/2/2953數控機床5）消除軸向間隙的調整與預緊方式無論是滑動絲杠還是滾動絲杠傳動，由于在結構上均存在一定的軸向間隙，以及磨損間隙的存在，為了保證運動傳遞的連續(xù)性和可靠性，消除軸向間隙并實施一定預緊，有利于提高絲杠的傳遞精度和一定的承載能力。消除和減小絲杠軸向間隙的主要方法：主要分為雙螺母螺紋預緊調整、雙螺母墊片式預緊調整、雙螺母齒差式預緊調整、彈簧式自動預緊調整、單螺母變導程預緊調整五種方式。2024/2/2954數控機床滾珠絲杠的間隙調整與預緊2024/2/2955數控機床（6）選擇滾珠絲杠副支承方式p163

為了提高滾珠絲杠傳動副的支承剛度，從而提高傳動精度，滾珠絲杠副支承方式具有下屬四種方式：滾珠絲杠常用推力軸承支承，以提高軸向剛度（當滾珠絲杠的軸向負載很小時，也可用深溝球軸承支承）

。滾珠絲杠副的四種支承方式及其特點2024/2/2956數控機床6、滾珠絲杠螺母副與電動機的聯接p164滾珠絲杠螺母副與驅動電機的聯接形式主要有以下三種

聯軸器直接聯接通過齒輪聯接通過同步齒形帶聯接2024/2/2957數控機床5.3.2數控機床對導軌的基本要求p168

機床上的直線運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁等上的導軌進行運動的,導軌的作用概括地說是對運動部件起導向和支承作用,導軌的制造精度及精度保持性對機床加工精變有著重要作用的影響。

數控機床對導軌的要求主要有:導向精度高精度保持性好足夠的剛度良好的摩擦特性此外,導軌結構工藝性要好,便于制造和裝配,便于檢驗、調整和維修,而且有合理的導軌防護和潤滑措施等。2024/2/2958數控機床5.3.3數控機床導軌的種類與特點

導軌按接觸面的摩擦性質可以分為滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌三種,其中,數控機床最常用的是鑲粘塑料滑動導軌和滾動導軌。滑動導軌滾動導軌靜壓導軌2024/2/2959數控機床5.3.3數控機床導軌的種類與特點滑動導軌

滑動導軌具有結構簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點,是機床上使用最廣泛的導軌形式。但普通的鑄鐵一鑄鐵、鑄鐵一淬火鋼導軌,存在的缺點是靜摩擦系數大,而且動摩擦因數隨速度變化而變化,摩擦損失大,低速(1～60mm/min)時易出現爬行現象,降低了運動部件的定位精度。鑲粘塑料導軌不僅可以滿足機床對導軌的低摩擦、耐磨、無爬行、高剛度的要求,同時又具有生產成本低、應用工藝簡單、經濟效益顯著等特點。因此,在數控機床上得到了廣泛的應用。2024/2/2960數控機床5.3.3數控機床導軌的種類與特點滾動導軌

滾動導軌是在導軌面之間放置滾珠、滾柱、滾針等滾動體,使導軌面之間的滑動摩擦變成為滾動摩擦。滾動導軌與滑動導軌相比的優(yōu)點是:①靈敏度高,且其動摩擦與靜摩擦系數相差甚微,因而運動平穩(wěn),低速移動時,不易出現爬行現象。②定位精度高,重復定位精度可達0.2μm。③摩擦阻力小,移動輕便,磨損小,精度保持性好,壽命長。但滾動導軌的抗振性較差,對防護要求較高。2024/2/2961數控機床5.3.3數控機床導軌的種類與特點滾動導軌

滾動導軌特別適用于機床的工作部件要求移動均勻,運動靈敏及定位精度高的場合。這是滾動導軌在數控機床上得到廣泛應用的原因。根據滾動體的類型,滾動導軌有下列三種結構形式:滾珠導軌滾柱導軌滾針導軌根據滾動導軌是否預加負載,滾動導軌還可以分為預加載和無預加載兩類。

2024/2/2962數控機床5.3.3數控機床導軌的種類與特點靜壓導軌

靜壓導軌的滑動面之間開有油腔,將有一定的油通過節(jié)流輸入油腔,形成壓力油膜,浮起運動部件,使導軌工作表面處于純液體摩擦,不產生磨損,精度保持性好。同時摩擦系數也極低(0.0005),使驅動功率大大降低;低速無爬行,承載能力大,剛度好；此外，油液有吸振作用,抗振性好。其缺點是結構復雜,要有供油系統,油的清潔度要求高。靜壓導軌橫截面的幾何形狀一般V形和矩形兩種。采用V形便于導向和回油,采用矩形便于做成閉式靜壓導軌。另外,油腔的結構,對靜壓導軌性能影響很大。靜壓導軌在數控機床上應用較少,有關詳細介紹,在此從略。2024/2/2963數控機床5.3.4滾動導軌的結構原理與特點滾動導軌的結構原理p171

使用滾珠的滾動直線導軌副的結構原理,是由導軌、滑塊、鋼球、反向器、密封端蓋及擋板等部分組成。當導軌與滑塊作相對運動時,鋼球就沿著導軌上經過淬硬并精密磨削加工而成的四條滾道滾動；在滑塊端部,鋼球通過反向器反向,進入回珠孔后再返回到滾道,鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。反向器兩端裝有防塵密封端蓋,可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內部。2024/2/2964數控機床5.3.4滾動導軌的結構原理與特點滾動導軌的特點p172

滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當的鋼球,使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦,因此,在大大降低兩者間的運動摩擦阻力的同時,使得它還具有以下特點:1)動、靜摩擦力之差很小,靈敏性極好,驅動信號與機械動作間的滯后時間極短。

2)可以使驅動電動機的功率大幅度下降

3)適合于高速、高精度加工的機床

4)可以實現無間隙運動,提高進給系統的運動精度。

5)滾動導軌成對使用時,具有“誤差均化效應”

6)導軌副的滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽,接觸應力小

7)導軌采用表面硬化處理工藝

8)滾動導軌對安裝面的要求較低,2024/2/2965數控機床內容小結1、數控機床的主運動結構概述2、主運動的配置形式和驅動電機3、主軸部件4、進給系統的機械傳動結構概述5、分度工作臺6、數控回轉工作臺7、導軌2024/2/2966數控機床習題與思考題1、簡述數控機床主運動系統的功用。2、簡述數控機床對主傳動系統的要求。3、簡述數控機床主運動的配置形式及其特點。4、簡述數控機床進給系統機械部分的組成。5、簡述數控機床對導軌的基本要求2024/2/2967數控機床5.4

數控機床的刀具交換裝置p174第五章數控機床的機械結構2024/2/2968數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置

內容提要本節(jié)將討論數控機床的自動刀具交換裝置的形式、刀庫的類型、刀具系統及選刀方式，最后將介紹一個自動刀具交換裝置的實例。第五章數控機床的機械結構2024/2/2969數控機床一、概述

什么是自動換刀裝置：儲備一定數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，提高生產率，可使非切削時間減少到20％～30％；“工序集中”，擴大數控機床工藝范圍，減少設備占地面積；提高加工精度；5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2970數控機床數控機床對ATC要求：換刀時間盡可能短；刀具重復定位精度高；刀具儲存量足夠；結構緊湊，便于制造、維修、調整；布局應合理，使機床總布局美觀大方；較好的剛性，避免沖擊、振動及噪聲，運轉安全可靠；防屑、防塵裝置。應用

數控車床、“加工中心”、車削中心、五面加工機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2971數控機床二、自動換刀裝置的形式

1、回轉刀架換刀工作原理同分度工作臺5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2972數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2973數控機床2、更換主軸換刀

5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2974數控機床3、更換主軸箱換刀5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2975數控機床4、更換刀庫換刀5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2976數控機床5、帶刀庫的自動換刀系統這類換刀裝置由刀庫、選刀機構、刀具交換機構及刀具在主軸上的自動裝卸機構等四部分組成，刀庫可裝在機床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個獨立部件裝在機床之外。這類換刀裝置應用最廣泛。5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2977數控機床刀庫裝在機床的工作臺上，這種換刀裝置，直接利用機床本身及刀庫的運動進行換刀。當某一刀具加工完畢從工件退出后，即開始進行自動換刀。5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2978數控機床現在的中小型加工中心，刀庫不是裝在工作臺上，而是裝在立柱上的一個托架上。采用刀庫在托架的導軌上平行于X方向運動與主軸的上下運動實現換刀。5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2979數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2980數控機床當刀庫的容量大、刀具較重或機床總體布局等原因，刀庫也可作為一個獨立部件，裝在機床之外

5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2981數控機床刀庫遠離主軸，常常要附加運輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運輸。

5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2982數控機床為了縮短換刀時間，可采用帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2983數控機床三、刀庫

p1771、刀庫的形式（1）盤式刀庫5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2984數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2985數控機床（2）鏈式刀庫5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2986數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2987數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2988數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2989數控機床5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2990數控機床2、設計刀庫時應考慮的主要問題

（1）合理確定刀庫容量

對總體布局和成本影響極大；對機床工藝能力和效率有影響；

5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2991數控機床（2）盡量縮短選刀時間（3）刀庫運動速度應適宜

外鏈式刀庫的線速度可達100～800mm／s，盤刀庫的轉速多為10°～60°／s。

（4）要求刀庫運行平穩(wěn)

（5）刀座在刀庫中的排列

（6）其他應注意的問題夾持可靠，刀庫防塵、防屑及安全防護等

5.4數控機床的刀具交換裝置第五章數控機床的機械結構2024/2/2992數控機床5.5數控機床的布局p143第五章數控機床的機械結構2024/2/2993數控機床一、概述概念：數控機床的布局是指機床機械結構部件相對