數(shù)控機(jī)床進(jìn)給模塊之機(jī)械部件的裝配（.doc

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給模塊之機(jī)械部件裝配一進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)圖縱向和橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)圖二 系統(tǒng)圖的主要構(gòu)造和功用 電動(dòng)機(jī)：1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種特殊的電動(dòng)機(jī)，一般電動(dòng)機(jī)通電后都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位與運(yùn)轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)。當(dāng)有一個(gè)電脈沖輸入時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就回轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，這角度稱為步距角，一個(gè)步距角就是一步，所以這種電動(dòng)機(jī)稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。又由于它輸入的是脈沖電流，也稱作脈沖電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電脈沖連續(xù)不斷地輸入，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)便跟隨脈沖一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比例，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因此，只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序，便可獲得所需轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和方向。在無脈沖輸入時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子保持原有位置，處于定位狀態(tài)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍廣、慣量小、靈敏度高、輸出轉(zhuǎn)角能夠控制，而且有一定的精度，常用作開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。與閉壞系統(tǒng)相比，它沒有位置速度反饋回路，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本大大降低，與機(jī)床配接容易，使用方便，因而在對(duì)精度、速度要求不十分高的中小型數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛地應(yīng)用。 2. 直流伺服電動(dòng)機(jī) 由于數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置的要求較高，而直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，因此在半閉壞、閉壞伺服控制系統(tǒng)中，得到較廣泛地使用。直流進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)就其工作原理來說，雖然與普通直流電動(dòng)機(jī)相同。然而，由于機(jī)械加工的特殊要求，一般的直流電動(dòng)機(jī)是不能滿足需要的。首先，一般直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大，而其輸出轉(zhuǎn)矩則相對(duì)較小。這樣，它的動(dòng)態(tài)特性就比較差，尤其在低速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，這個(gè)缺點(diǎn)就更突出。在進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)中使用的是經(jīng)過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高其特性的大功率直流伺服電動(dòng)機(jī)，主要有以下兩種類型：（1）小慣量直流電動(dòng)機(jī)。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小，因此在結(jié)構(gòu)上與普通電動(dòng)機(jī)的最大不同是轉(zhuǎn)子做成細(xì)長(zhǎng)形且光滑無槽。以此表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，僅為普通直流電動(dòng)機(jī)的1/10左右。因此，響應(yīng)特別快，機(jī)電時(shí)間常數(shù)可以小于10 ms，與普通直流電動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩與慣量之比要大出4050倍。且調(diào)速范圍大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于頻繁起動(dòng)與制動(dòng)，要求有快速響應(yīng)（如數(shù)控鉆床、沖床等點(diǎn)定位）的場(chǎng)合。但由于其過載能力低，并且電動(dòng)機(jī)的自身慣量比機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)部件的慣量小，因此應(yīng)用時(shí)都要經(jīng)過一對(duì)中間齒輪副，才能與絲杠相連接，在某些場(chǎng)合也限制了它廣泛地使用。（2）大慣量直流電動(dòng)機(jī)。又稱寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)，是在小慣量電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在結(jié)構(gòu)上和常規(guī)的直流電動(dòng)機(jī)相似，其工作原理相同。當(dāng)電樞線圈通過直流電流時(shí)，就會(huì)在定子磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電轉(zhuǎn)矩。小慣量電動(dòng)機(jī)是從減小電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)量來提高電動(dòng)機(jī)的快速性，而大慣量電動(dòng)機(jī)則是在維持一般直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的前提下，盡量提高轉(zhuǎn)矩的方法來改善其動(dòng)態(tài)特性。它既具有一般直流電動(dòng)機(jī)便于調(diào)速、機(jī)械特性較好的優(yōu)點(diǎn)，又具有小慣量直流電動(dòng)機(jī)的快速響應(yīng)性能。因此，可歸納為以下特點(diǎn)： 1）轉(zhuǎn)子慣量大。這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子具有較大的慣量，容易與機(jī)床匹配?？梢院蜋C(jī)床的進(jìn)給絲杠直接連接，省掉了減速機(jī)構(gòu)，故可使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，即避免了齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)，又提高了加工精度。 2）低速性能好。這種電動(dòng)機(jī)低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，能滿足數(shù)控機(jī)床經(jīng)常在低速進(jìn)給時(shí)進(jìn)給量大、轉(zhuǎn)矩輸出大的特點(diǎn)，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 3）過載能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。由于大慣量直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有槽，熱容量大，同時(shí)采用了冷卻措施后，提高了散熱能力。因此可以過載運(yùn)行30分鐘。另外，電動(dòng)機(jī)的定子采用矯頑力很高的鐵氧體永磁材料，可使電動(dòng)機(jī)過載10倍而不會(huì)去磁，這就顯著地提高了電動(dòng)機(jī)的瞬間加速力矩，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)，加減速特性好。 4）調(diào)速范圍寬。這種電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和調(diào)速特性的線性度好，所以調(diào)速范圍寬而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。一般調(diào)速范圍可達(dá)110000以上。 大慣量直流電動(dòng)機(jī)盡管有上述優(yōu)點(diǎn)，但仍有不如其它驅(qū)動(dòng)元件的地方，如運(yùn)行調(diào)整不如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)便；快速響應(yīng)性能不如小慣量電動(dòng)機(jī)。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可直接接有高精度檢測(cè)元件，如一些測(cè)量轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角等檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)半閉壞、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精確定位。 3. 交流伺服電動(dòng)機(jī) 盡管直流伺服電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但直流電動(dòng)機(jī)存在著不可避免的缺點(diǎn)：它的電刷和換向器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)；另外換向時(shí)易產(chǎn)生火花，使電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制。而且，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展與應(yīng)用，80年代交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得了突破性地進(jìn)展，使得交流伺服電動(dòng)機(jī)具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速、精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快以及其它良好的技術(shù)性能。交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量較直流電動(dòng)機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好，在一般同樣體積下，交流電動(dòng)機(jī)的輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高10%70%，因此交流電動(dòng)機(jī)可選得大一些，以達(dá)到更高的電壓與轉(zhuǎn)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)采用了全封閉無刷構(gòu)造，不需要定期檢查與維修定子，省去了鑄造件殼體，比直流電動(dòng)機(jī)在外形尺寸上減少了50%，重量減輕近60%，轉(zhuǎn)子慣量減至20%。定子鐵芯較一般電動(dòng)機(jī)開槽多且深，絕緣可靠，磁場(chǎng)均勻。還可對(duì)定子鐵芯直接冷卻，散熱效果好。因而傳給機(jī)械部分的熱量少，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。轉(zhuǎn)子采用具有精密磁極形狀的永久磁鐵，可得到高的轉(zhuǎn)矩/慣量比。因此交流伺服電動(dòng)機(jī)可得到比直流伺服電動(dòng)機(jī)更硬的機(jī)械性能和寬的調(diào)速范圍，交流伺服以其高的性能、大容量得到了廣泛地應(yīng)用。交流伺服電動(dòng)機(jī)提高性能的關(guān)鍵在于解決對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制與驅(qū)動(dòng)。對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，目前用得較多的是計(jì)算機(jī)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)作矢量變換控制，其基本原理是把交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，從而使交流電動(dòng)機(jī)像直流電動(dòng)機(jī)一樣進(jìn)行有效地控制。 數(shù)控進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置主要有：滾珠絲杠螺母副、靜壓蝸桿-蝸母條、預(yù)加載荷雙齒輪-齒條及雙導(dǎo)程蝸桿等。1. 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，必須減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)靜摩擦力之差。為此，在中小型數(shù)控機(jī)床中，滾珠絲杠螺母副是采用最普遍的結(jié)構(gòu)。(1）滾珠絲杠副的工作原理。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，是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。其結(jié)構(gòu)原理示意如圖，圖中絲杠和螺母上都加工有弧形螺旋槽，將它們套裝在一起時(shí)，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來就形成了螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠則既自轉(zhuǎn)又沿著滾道流動(dòng)。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的滾道兩端用返回裝置（又稱回珠器）連接起來，使?jié)L珠滾動(dòng)數(shù)圈后離開滾道，通過返回裝置返回其入口繼續(xù)參加工作，如此往復(fù)循環(huán)滾動(dòng)。（2）滾珠絲杠副的特點(diǎn)。由以上滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)的工作過程，可以明顯看出滾動(dòng)絲杠副的絲杠與螺母之間是通過滾珠來傳遞運(yùn)動(dòng)的，使之成為滾動(dòng)摩擦，這是滾珠絲杠區(qū)別于普通滑動(dòng)絲杠的關(guān)鍵所在，其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1）傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá)95%98%，是普通梯形絲杠的34倍，功率消耗減少2/33/4.2）靈敏度高、傳動(dòng)平穩(wěn)。由于是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差極小。因此低速不易爬行，高速傳動(dòng)平穩(wěn)。 3）定位精度高、傳動(dòng)剛度高。用多種方法可以消除絲杠螺母的軸向間隙，使反向無空行程，定位精度高，適當(dāng)預(yù)緊后，還可以提高軸向剛度。 4）不能自鎖、有可逆性。即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此絲杠在垂直狀態(tài)使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡塊。 5）制造成本高。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度及表面粗糙度等要求高，制造工藝較復(fù)雜，成本高。（3）滾珠絲杠副的循環(huán)方式。常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)反向過程中，與絲杠滾道脫離接觸的稱為外循環(huán)；而在整個(gè)循環(huán)過程中，滾珠始終與絲杠各表面保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 外循環(huán)回流方式 內(nèi)循環(huán)回流方式1）、外循環(huán)外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。如圖3-7所示，外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式主要有端蓋式、插管埋入式、插管突出式和螺旋槽式。如圖3-7（a）所示為端蓋式。在螺母末端加工出以縱向孔，作為滾珠的回程管道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進(jìn)入回程管，形成循環(huán)。如圖3-7（b）所示為插管式。它用彎管作為返回管道，在螺母外圓上裝有螺旋形的插管口，其兩端接入滾珠螺母工作始末兩端孔中，以引導(dǎo)滾珠通過插管，形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。目前應(yīng)用最為廣泛，也可用于重載傳動(dòng)系統(tǒng)中。如圖3-7（c）所示為螺旋槽式。它在螺母的外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋管道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)徑向尺寸較小，但制造較復(fù)雜。2）、內(nèi)循環(huán)如圖3-8所示為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，它靠螺母上安裝的反向器接通相鄰兩滾道，形成一個(gè)閉合的循環(huán)回路，使?jié)L珠成單圈循環(huán)。反向器2的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等，一般有24個(gè)，且沿圓周等分分布。這種類型的結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小效率高；適用于高靈敏、高精度的進(jìn)給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動(dòng)，且制造較困難。反向器有兩種類型：圓柱凸鍵反向器和扁圓鑲塊反向器。如圖3-8（a）所示為圓柱凸鍵反向器，他的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。如圖3-8（b）所示為扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵形鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。滾珠絲杠的螺旋滾道型面螺旋滾道型面（即滾道法向截形）的形狀有多種，常見的截形有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種。如圖3-9所示為螺旋滾道型面的簡(jiǎn)圖，圖中鋼球與滾道表面在接觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為接觸角，理想接觸角=45。（4）滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊方法滾珠絲杠副的軸向間隙，是指負(fù)載時(shí)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間隙的總和，它直接影響其傳動(dòng)剛度和精度。（5）滾珠絲杠副的使用防護(hù)。滾珠絲杠副和其它滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)元件一樣，如有硬質(zhì)的灰塵或切屑等臟物落進(jìn)滾道，就會(huì)妨礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)并加速磨損，因此有效地防護(hù)密封和保持潤(rùn)滑油的清潔就顯得十分必要。常用的防塵密封裝置有密封圈和防護(hù)罩相結(jié)合，密封圈系在滾珠螺母的兩端，和絲杠直接接觸，其材料有毛氈圈、耐油橡皮或尼龍等，防塵效果好。但有接觸壓力、摩擦力矩增加的現(xiàn)象，所以有時(shí)采用非接觸式、由聚氯乙烯等塑料制成的迷宮密封圈。對(duì)于暴露在外面的絲杠一般采用伸縮套筒式、折疊式的塑料或人造革等形式的防護(hù)罩，以防止空氣中塵?；蛘掣皆诮z杠表面。滾珠絲杠副和普通滑動(dòng)絲杠螺母副一樣，要用潤(rùn)滑劑來提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂兩大類。潤(rùn)滑油可采用一般機(jī)械油或90180號(hào)透平油或140號(hào)主軸油，經(jīng)過殼體上的油孔而注入螺紋的空間內(nèi)。潤(rùn)滑脂可采用鋰基油脂，油脂則加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。2. 其它進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（1）靜壓蝸桿-蝸母條傳動(dòng)。蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)是絲杠螺母機(jī)構(gòu)的一種特殊形式，蝸桿可看作長(zhǎng)度很短的絲杠，蝸母條則可看作一個(gè)很長(zhǎng)的螺母沿軸向剖開后的一部分。液體靜壓蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)是在蝸桿-蝸母條的嚙合齒面間注入壓力油，以形成一定厚度的油膜，使兩嚙合面形成液體摩擦，特別適宜重型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與蝸桿相聯(lián)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸母條與運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)）相聯(lián)，以獲得往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。這種形式常用于龍門式銑床的工作臺(tái)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。（2）雙齒輪-齒條傳動(dòng)。齒輪-齒條是行程較長(zhǎng)的大型數(shù)控機(jī)床上常用的進(jìn)給傳動(dòng)形式。適用于傳動(dòng)剛性要求高，傳動(dòng)精度不太高的場(chǎng)合。采用齒輪-齒條傳動(dòng)時(shí)，必須采取消除齒側(cè)間隙的措施。通常采用兩個(gè)齒輪2，3與齒條嚙合的方法，專用的預(yù)加載機(jī)構(gòu)使兩齒輪以相反方向預(yù)轉(zhuǎn)過微小的角度，使兩齒輪分別與齒條的兩側(cè)齒面貼緊，從而消除間隙。（3）雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)。為了擴(kuò)大工藝范圍，提高生產(chǎn)效率，數(shù)控機(jī)床除了直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還有圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。可由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，其進(jìn)給傳動(dòng)一般采用蝸輪-蝸桿傳動(dòng)。用于這種傳動(dòng)的蝸輪-蝸桿除應(yīng)有較高的制造精度和裝配精度外，還要采取一定的措施來消除蝸輪-蝸桿副的傳動(dòng)間隙，通常的方法是雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)。它的嚙合原理與普通蝸桿-蝸輪傳動(dòng)無本質(zhì)的差別，區(qū)別在于蝸桿的左右齒面具有不同的節(jié)距（導(dǎo)程），而同側(cè)齒面的節(jié)距（導(dǎo)程）是相等的，各齒中間點(diǎn)節(jié)距L0（導(dǎo)程）也是相等的。如左側(cè)齒面的節(jié)距為L(zhǎng)l = L0 -L時(shí)，而右側(cè)齒面的節(jié)距為L(zhǎng)r = L0 +L，比左側(cè)都大了2L的數(shù)值，這就會(huì)造成蝸桿的齒面從左到右逐漸變厚。與之嚙合的蝸桿則和普通蝸輪一樣，當(dāng)蝸桿沿軸向向左移動(dòng)時(shí)，嚙合間隙逐漸減小直至消除。3、進(jìn)給傳動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，它對(duì)數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性等有著重要地影響，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌，對(duì)導(dǎo)向精度、精度保持性、摩擦特性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和靈敏度都有更高地要求，在材料和結(jié)構(gòu)上起了“質(zhì)”地變化，已不同于普通機(jī)床的導(dǎo)軌。 1. 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌為了進(jìn)一步降低普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，防止低速爬行，提高定位精度，為此在數(shù)控機(jī)床上普遍采用塑料作為滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料，使原來鑄鐵-鑄鐵的滑動(dòng)變?yōu)殍T鐵-塑料或鋼-塑料的滑動(dòng)。（1）塑料軟帶。也稱聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，導(dǎo)軌材料是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀，厚度約1.2mm。塑料軟帶用特殊的粘結(jié)劑粘貼在短的或動(dòng)導(dǎo)軌上，它不受導(dǎo)軌形狀的限制，各種組合形狀的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘貼；導(dǎo)軌各個(gè)面，包括下壓板面和鑲條也均可以粘貼。由于這類導(dǎo)軌軟帶采用粘貼的方法，習(xí)慣上也稱為“貼塑導(dǎo)軌”。（2）塑料涂層。是以環(huán)氧樹脂為基體，加入鐵粉、二硫化鉬和膠體石墨，加入增塑劑，混合成液膏狀為一組份，與固化劑為另一組份，而組成的雙組份塑料涂層。由于這類涂層導(dǎo)軌采用涂刮或注入膏狀塑料的方法，習(xí)慣上也稱為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌”。（3）塑料導(dǎo)軌的特點(diǎn)。1)摩擦特性好。實(shí)驗(yàn)表明，鑄鐵-淬火鋼或鑄鐵-鑄鐵導(dǎo)軌副的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差較大，近一倍。而金屬-聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶（Turcite-B、TSF）的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本不變，而且摩擦系數(shù)很低。這種良好的摩擦特性能防止低速爬行，使機(jī)床運(yùn)行平穩(wěn)，以獲得高的定位精度。2)耐磨性好。除摩擦系數(shù)低外，塑料材料中含有青銅、二硫化鉬和石墨，因此其本身具有自潤(rùn)滑作用，對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。另外，塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入細(xì)小的金屬碎屑、灰塵等，也不致于損傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命。 3)減振性好。塑料的阻尼性能好，其減振消聲的性能對(duì)提高摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有很大的意義。 4)工藝性好。可降低對(duì)塑料結(jié)合的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量，而且塑料易于加工（銑、刨、磨、刮），使導(dǎo)軌副接觸面獲得良好的表面質(zhì)量。 除此之外，塑料導(dǎo)軌還以其良好的經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，目前在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛地使用。 2. 滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安裝滾動(dòng)體（滾珠、滾柱和滾針），與滾珠絲杠的工作原理類似，使兩導(dǎo)軌面之間形成的摩擦為滾動(dòng)摩擦。動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，幾乎不受運(yùn)動(dòng)速度變化的影響。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌是目前最流行的一種新形式。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾珠、保持器、端蓋等組成。生產(chǎn)廠把滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊力調(diào)整適當(dāng)，成組安裝，所以這種導(dǎo)軌又稱為單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。使用時(shí)，導(dǎo)軌固定在不運(yùn)動(dòng)部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體移動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動(dòng)到工作負(fù)荷區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動(dòng)變成了滾珠的滾動(dòng)。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊還有潤(rùn)滑油注油杯。滾動(dòng)導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，比塑料導(dǎo)軌還?。贿\(yùn)動(dòng)輕便靈活，靈敏度高；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，定位精度高；耐磨性好，磨損小，精度保持性好；且潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，為此滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上得到普遍地應(yīng)用。但是，滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗振性較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)臟物較敏感，必須要有良好的防護(hù)措施。3. 靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌是在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮起。工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油壓能隨著外加負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，以平衡外負(fù)荷，保證導(dǎo)軌面始終處于純液體摩擦狀態(tài)。靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極?。s為0.0005），功率消耗少，由于系統(tǒng)液體摩擦，故導(dǎo)軌不會(huì)磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長(zhǎng)。油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性好、吸振性良好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，既無爬行，也不產(chǎn)生振動(dòng)。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要有一個(gè)具有良好過濾效果的液壓裝置，制造成本較高。目前，靜壓導(dǎo)軌較多地應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。三、數(shù)控機(jī)床對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，提出如下要求。1、高傳動(dòng)精度與定位精度數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)精度和定位精度對(duì)零件的加工精度起著關(guān)鍵性的作用，對(duì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)尤其如此。無論對(duì)點(diǎn)位、直線控制系統(tǒng)，還是輪廓控制系統(tǒng)，傳動(dòng)精度和定位精度都是表征數(shù)控機(jī)床性能的主要指標(biāo)。設(shè)計(jì)中，通過在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪，以減小脈沖當(dāng)量，預(yù)緊傳動(dòng)滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪等傳動(dòng)件的間隙等辦法，可達(dá)到提高傳動(dòng)精度和定位精度的目的。由此可見，機(jī)床本身的精度，尤其是伺服傳動(dòng)鏈和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度，是影響工作精度的主要因素。2寬的進(jìn)給調(diào)速范圍伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承擔(dān)全部工作負(fù)載的條件下，應(yīng)具有很寬的調(diào)速范圍，以適應(yīng)各種工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，工作進(jìn)給速度范圍可達(dá)36000mm/min。為了完成精密定位，伺服系統(tǒng)的低速趨近速度達(dá)0.1mm/min；為了縮短輔助時(shí)間，提高加工效率，快速移動(dòng)速度應(yīng)高達(dá)15m/min。在多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上，合成速度維持常數(shù)，是保證表面粗糙度要求的重要條件；為保證較高的輪廓精度，各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度也要配合適當(dāng)；這是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)提出的共同要求。3響應(yīng)速度要快所謂快速響應(yīng)特性是指進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度，即跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快；定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度要滿足要求；工作臺(tái)應(yīng)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確地跟蹤指令，進(jìn)行單步或連續(xù)移動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)丟步或多步現(xiàn)象。進(jìn)給系統(tǒng)響應(yīng)速度的大小不僅影響機(jī)床的加工效率，而且影響加工精度。設(shè)計(jì)中應(yīng)使機(jī)床工作臺(tái)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度、間隙、摩擦以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能達(dá)到最佳值，以提高進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性。4無間隙傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈的各傳動(dòng)副中，直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度；因此，應(yīng)盡量消除傳動(dòng)間隙，減小反向死區(qū)誤差。設(shè)計(jì)中可采用消除間隙的軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動(dòng)副等方法。5、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性是伺服進(jìn)給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的條件，特別是在低速進(jìn)給情況下不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加負(fù)載的變化而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛性、阻尼及增益等都有關(guān)系，適當(dāng)選擇各項(xiàng)參數(shù)，并能達(dá)到最佳的工作性能，是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。所謂進(jìn)給系統(tǒng)的壽命，主要指其保持?jǐn)?shù)控機(jī)床傳動(dòng)精度和定位精度的時(shí)間長(zhǎng)短，及各傳動(dòng)部件保持其原來制造精度的能力。設(shè)計(jì)中各傳動(dòng)部件應(yīng)選擇合適的材料及合理的加工工藝與熱處理方法，對(duì)于滾珠絲杠和傳動(dòng)齒輪，必須具有一定的耐磨性和適宜的潤(rùn)滑方式，以延長(zhǎng)其壽命。6大的轉(zhuǎn)矩輸出機(jī)床加工大多在低速時(shí)進(jìn)行重切削，則要求低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。為此，需縮短進(jìn)給驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)剛性，提高傳動(dòng)精度。7、機(jī)床可逆運(yùn)行?？赡孢\(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，機(jī)床工作臺(tái)處于隨機(jī)狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)都可能實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動(dòng)的損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收能量變?yōu)闄C(jī)械能：在制動(dòng)時(shí)應(yīng)把電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。8、減小運(yùn)動(dòng)慣量 運(yùn)動(dòng)部件的慣量對(duì)私服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件，慣量的影響更大。因此在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運(yùn)動(dòng)部件的慣量。9、減小摩擦阻力 為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速反應(yīng)性能和精度，必須減小運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦力之差。為滿足上述要求，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲桿螺母副、靜壓絲桿螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。在減小摩擦阻力的同時(shí)，還必須考慮傳動(dòng)部件要有適度的阻尼，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（9、10 ： 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與維修）10.使用維護(hù)方便 數(shù)控機(jī)床屬高精度自動(dòng)控制機(jī)床，主要用于單件、中小批量、高精度及復(fù)雜件的生產(chǎn)加工，機(jī)床的開機(jī)率相應(yīng)就高，因此，進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)和保養(yǎng)，最大限度地減小維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。11、高諧振為了提高進(jìn)給的抗振性，應(yīng)使機(jī)械構(gòu)件具有較高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求進(jìn)給系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率23倍。四、進(jìn)給系統(tǒng)的裝配裝配的概念裝配是按規(guī)定的技術(shù)要求,將零件或部件進(jìn)行配合和聯(lián)系,使之成為半成品或成品的工藝過程。整機(jī)裝配是生產(chǎn)過程中的最后一個(gè)階段 ,它包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作 ,且產(chǎn)品的最終質(zhì)量由裝配保證。裝配工藝配合法的確定裝配的工藝配合法和工作組織形式是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、零件大小、制造精度、生產(chǎn)規(guī)模等因素來選擇的。工藝配合法與尺寸鏈的解算密切相關(guān)。選擇工藝配合法需找出裝配的全部尺寸鏈,結(jié)合設(shè)計(jì)要求和制造的經(jīng)濟(jì)性,經(jīng)過合理的技術(shù)計(jì)算,把封閉環(huán)的公差值分配給各組成環(huán),確定各環(huán)的公差和極限尺寸。裝配的最終精度,從有關(guān)尺寸鏈的解算而獲得。工藝配合法分為四種: (1) 互換裝配法; (2) 選配法; (3) 修配法; (4) 調(diào)整法。互換裝配法互換裝配法是在裝配時(shí)各配合零件不經(jīng)修理、選擇或調(diào)整即可達(dá)到裝配精度的方法。其實(shí)質(zhì)就是用控制零件的加工誤差的方法來保證裝配精度。軍工所目前多為單件小批量生產(chǎn)方式,因而裝配中為保證質(zhì)量大多數(shù)選用互換裝配法。穩(wěn)定平臺(tái)中關(guān)鍵件縱橫搖的空間正交精度0. 02mm ,同軸度為0. 03mm 和0. 04mm ,就是靠加工予以保證的。重要件方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(轉(zhuǎn)動(dòng)部分波導(dǎo)管和固定部分波導(dǎo)管) 中的主要精度尺寸,是經(jīng)兩部分波導(dǎo)裝配后,通過精心換算工藝尺寸鏈,靠加工予以保證的。其中尺寸鏈的解算略。選配法(適用于大批量生產(chǎn)方式)選配法是將尺寸鏈中組成環(huán)的公差放大到經(jīng)濟(jì)可行的程度,然后選擇合適的零件進(jìn)行裝配,以保證規(guī)定的精度。它按形式不同可分為三類:直接選配法、分組選配法和復(fù)合選配法,如屏蔽罩等。修配法修配法是在裝配時(shí),根據(jù)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果,改變尺寸鏈中某預(yù)定的修配件(修配環(huán)) 的尺寸,使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的裝配精度的方法。如波導(dǎo)管與法蘭盤、軸與軸承等的配合均采用此法。調(diào)整法調(diào)整法是將尺寸鏈中組成環(huán)在按經(jīng)濟(jì)加工的加工精度確定公差時(shí),選擇其中一個(gè)或幾個(gè)適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)件(調(diào)節(jié)環(huán)) 進(jìn)行調(diào)整,來保證規(guī)定的裝配精度要求。這種調(diào)整件可起到補(bǔ)償裝配累積誤差的作用,故亦稱補(bǔ)償件。如偏心軸承套、軸承端蓋、鎖緊 螺母等。一、滾珠絲桿螺母副的安裝（1）一端裝推力軸承（固定自由式）如圖a所示，這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只適用于短絲杠，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的立向（垂直）坐標(biāo)中。（2）一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承（固定支承式）如圖b所示，這種方式可用于絲杠較長(zhǎng)的情況。應(yīng)將推力軸承遠(yuǎn)離液壓馬達(dá)等熱源及絲杠上的常用段，以減少絲杠熱變形有影響。（3）兩端裝推力軸承（單推單推式或雙推單推式）如圖c所示，把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，這樣做的好處是：這樣有助于提高剛度，絲杠不會(huì)因溫升而伸長(zhǎng)，從而保持絲杠的精度；減少絲杠因自重引起的彎曲變形；在推力軸承預(yù)緊力大于絲杠最大軸向載荷1/3的條件下，絲杠拉壓剛度可提高四倍。但這種安裝方式對(duì)絲杠的熱變形較為敏感，軸承的壽命較兩端裝推力軸承及向心球軸承方式低。（4）兩端裝推力軸承及深溝球軸承（固定固定式）如圖d所示，為使提高絲杠的剛度，它的兩端可用雙重支承，即推力軸承加深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式不能精確地預(yù)先測(cè)定預(yù)緊力，預(yù)緊力的大小是由絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的，絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。但設(shè)計(jì)時(shí)要求提高推力軸承的承載能力和支架剛度。滾珠絲杠的支撐方式(a)僅一端裝推力軸承; (b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承；(c)兩端裝推力軸承; (d)兩端裝推力軸承和深溝球軸承近年來出現(xiàn)一種滾珠絲杠軸承，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。這是一種能夠承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比，接觸角增大到600，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上，使用極為方便。產(chǎn)品成對(duì)出售，而且在出廠時(shí)已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝配調(diào)試時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力，使用極為方便。二、電動(dòng)機(jī)與絲桿間的連接數(shù)控機(jī)床進(jìn)過傳動(dòng)對(duì)位置精度、快速響應(yīng)性能、調(diào)速范圍有較高的要求：實(shí)現(xiàn)進(jìn)給傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)主要有三種：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，交流伺服電動(dòng)機(jī)作為比較理想的執(zhí)行元件正逐步替代直流伺服電動(dòng)機(jī)。當(dāng)采用不同的執(zhí)行元件時(shí)，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)有所不同。電動(dòng)機(jī)與絲桿間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖所示。1）齒輪傳動(dòng)方式數(shù)控機(jī)床在進(jìn)給傳動(dòng)裝置中一般采用齒輪傳動(dòng)副來達(dá)到一定的降速要求，由于齒輪存在一定的齒側(cè)間隙，會(huì)使運(yùn)動(dòng)造成反向傳動(dòng)間隙，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用消隙機(jī)構(gòu)來盡量減小齒側(cè)間隙。2）同步帶輪傳動(dòng)形式這種聯(lián)接形式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。同步帶輪傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但只能適用于低轉(zhuǎn)矩特性要求的場(chǎng)合，安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶宇帶輪的制造工藝復(fù)雜。3）聯(lián)軸器傳動(dòng)型式通常電動(dòng)機(jī)軸宇絲桿之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛