第三章數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)及部件

1、第三章 數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)及部件31 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求一、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、采用高速度的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械窗洞傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡化，傳動(dòng)鏈縮短。2、采用剛度和抗震性較好的機(jī)床新結(jié)構(gòu)。3、采用在效率、剛度、精度等各方面較優(yōu)秀的傳動(dòng)元件。4、采用多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)以及刀具和工件的自動(dòng)夾緊裝置、自動(dòng)換刀裝置和自動(dòng)排屑、自動(dòng)潤滑冷卻裝置等以改善勞動(dòng)條件、提高生產(chǎn)率。5、采用減小機(jī)床熱變形的措施，保證機(jī)床的精度穩(wěn)定，獲得可靠的加工精度。32數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的組成：主軸電機(jī)（它的精度決定了零件的加工精度）、主傳動(dòng)系統(tǒng)（必須滿足最大的主軸調(diào)速范圍并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；較高的精度和

2、剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；）、主軸組件。4、二、主軸的變速方式1、帶有變速齒輪的主傳動(dòng)2、通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)3、用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸4、調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸5、電主軸三、主軸部件1、主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀 主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設(shè)計(jì)要求上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都以標(biāo)準(zhǔn)化話。2、主軸部件的支承 機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機(jī)床主治u多采用滾動(dòng)軸承作為支承，對(duì)于精度要求高的主軸則采用動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承作為支承。3、主軸的進(jìn)給功能 主軸的進(jìn)給功能即時(shí)株洲

3、的c軸坐標(biāo)功能，以實(shí)現(xiàn)主軸定向停車和圓周進(jìn)給，并在數(shù)控裝置控制實(shí)現(xiàn)c軸、z軸插補(bǔ)c軸、x軸插補(bǔ)。第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)電部分主要有伺服電機(jī)及檢測(cè)元件、聯(lián)軸器、減速結(jié)構(gòu)（齒輪副和帶輪）、滾珠絲杠螺母副、絲杠軸承、運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、主軸箱、滑座、橫梁和立柱等）。二、數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1、減小摩擦阻力2、減小各種運(yùn)動(dòng)零件的慣量3、高的傳動(dòng)精度和定位精度4、響應(yīng)速度要快5、使用維護(hù)方便三、聯(lián)軸器 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，伺服電機(jī)軸、傳動(dòng)軸和滾珠絲杠之間的傳動(dòng)連接只有確保無間隙，才能保證傳動(dòng)的精度，準(zhǔn)確執(zhí)行脈沖指令而不丟掉脈沖。在數(shù)控機(jī)床中伺服電機(jī)與滾珠絲杠

4、之間采用了3種連接方式：1、直連式：它是通過挍性聯(lián)軸器吧伺服電機(jī)和滾珠絲杠采用無鍵連接結(jié)構(gòu)連接起來的，2、齒輪減速式：這種連接方式主要用于因結(jié)構(gòu)上的原因不能直連或因負(fù)載力矩大，需要放大伺服電機(jī)輸出 轉(zhuǎn)矩的地方。3、同步帶式四、消除間隙的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)副1）偏心套調(diào)整法2）錐度齒輪調(diào)整法3）雙齒齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法2、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)副1）軸向墊片調(diào)整法2）軸向壓簧調(diào)整法3、錐齒輪傳動(dòng)副五、滾珠絲杠螺母副1、滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點(diǎn)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理如圖。在絲杠3和螺母1上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺母滾道。螺母上有滾珠回路管道4，將幾圈螺母滾

5、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2。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而迫使螺母軸向移動(dòng)基本上是滾動(dòng)摩擦，所以具有以下特點(diǎn)。傳動(dòng)效率高，磨損損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率u092096，比常規(guī)螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1413。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 磨損小，使用壽命長。制造工藝復(fù)雜，成本高。滾珠絲杠和螺母等元

6、件的加工精度要求高，表面粗糙也要求高，故制造成本高。不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于自重的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。 2、滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式  常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱為列，每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有15圈、25圈和35圈等幾種。(1)外循環(huán)。  外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母問重新進(jìn)

7、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、插管式和螺旋槽式。如圖3-7(a)所示是端蓋式，在螺母上加工出一縱向孔，作為滾珠的回程通道，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，這種結(jié)構(gòu)工藝性好，但由于管道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖3-7(c)所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，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)，反向器有兩種類型。如圖

8、3-8(a)所示為圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1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3，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。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短，故摩擦損失小。適用于高靈敏、高精度傳動(dòng)、不宜用于重載傳動(dòng)。其缺點(diǎn)是反向器加工困難。3、螺旋滾道型面4、滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整為了保證滾珠絲杠反向

9、傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。車床消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾遭的兩個(gè)相反的側(cè)面上，用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力過大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命； (1)雙螺母消隙常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有：拙片調(diào)隙支加固其結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整墊片厚度使左右兩螺母產(chǎn)生軸向位移，從而兩螺母分別與絲杠螺紋滾道的左右側(cè)接觸，達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的作用。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、剮性好，但調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。2)螺紋調(diào)整式螺母l端有凸緣，螺母7

10、外端制有螺紋，調(diào)整時(shí)只要旋動(dòng)圓螺母6，即可消除軸向間隙并可達(dá)到產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。3)齒差調(diào)隙式在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為：，和z：，并相差一個(gè)齒。車床調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于套筒同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生相對(duì)角位移，其軸向位移量s=（1/z, - i/z2）p(p為絲杠螺距)。這種調(diào)整方法能精確調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動(dòng)。例如，當(dāng)=，=99，屯=100,p =10一，兩齒輪沿同方向各轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，s= 99001¨m，即兩個(gè)螺母間產(chǎn)生1斗m的位移。&

11、#160;   2)單螺母消隙1)單螺母變位導(dǎo)程預(yù)加負(fù)荷，它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)珠鏈之間，使內(nèi)螺母滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)alo的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。車床這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但負(fù)荷量須預(yù)先設(shè)定，且不能改變。2)單螺母螺釘預(yù)緊，螺母的專業(yè)生產(chǎn)工作完成精磨之后，沿徑向開一薄槽，通過內(nèi)六角調(diào)整螺釘實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整和預(yù)緊。車床該專利技術(shù)成功地解決了開槽后滾珠在螺母中鼯好的通過性。車床單螺母結(jié)構(gòu)不僅具有很好的性能價(jià)格比，而且間隙的調(diào)整和預(yù)緊極為方便?！?)滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力滾珠絲杠螺母副為保證傳動(dòng)精度及剛度，除消除傳動(dòng)間隙外，要求預(yù)緊。車床預(yù)緊力計(jì)算公式

12、為    f，=÷，m。式中，f。為軸向最大工作載荷。前述各種消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙的方法，都能對(duì)螺母副進(jìn)行預(yù)緊。車床調(diào)整時(shí)只要注意預(yù)緊力大小fv= f_。3即可。5、滾珠絲杠的支承和制動(dòng)    數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剮度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母副本身的剛度外，數(shù)控機(jī)床廠滾珠絲杠的正確安裝及支承結(jié)構(gòu)的剛度也是不可忽視的因素。數(shù)控機(jī)床廠滾珠絲杠常用推力軸承支座，以提高軸向剛度（當(dāng)滾珠絲杠的軸向負(fù)載很小時(shí)，也可用角接觸球軸承支座），數(shù)控機(jī)床廠滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床上的安裝支承方式有以下幾種：  &#

13、160; 一端裝推力軸承（固定自由式）。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，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。    一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承（固定支承式）。這種方式可用于中等轉(zhuǎn)速、高精度且絲杠較長的情況，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，以減少絲杠熱變形的影響。    兩端裝推力軸承（單推單推式或雙推單推式）。數(shù)控機(jī)床廠把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，這樣有助于提高剛度，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

14、及向心球軸承方式低。    兩端裝推力軸承及深溝球軸承（固定固定式）。數(shù)控機(jī)床廠使絲杠具有最大的剛度，它的兩瑞可用雙重支承，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)緊力的大小足fh絲杠的溫度彤變轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的。數(shù)控機(jī)床廠但設(shè)計(jì)時(shí)要求提高推力軸承的承載能力和支架剛度。    近來出現(xiàn)一種滾珠絲杠軸承。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60。，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。數(shù)控機(jī)床廠這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剮度提高兩倍以上，使用極為方便。

15、產(chǎn)品成對(duì)出售，i斫且在卅廠時(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，就能獲得廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力，使州極為方便。    (2)滾珠絲杠螺母副的制動(dòng)方式    由于滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率高，無鎖作用（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動(dòng)時(shí)）為防止因自重下降，因此必須裝有制動(dòng)裝置。    數(shù)控臥式鏜床主軸箱進(jìn)縮絲桿制動(dòng)示意圖。制動(dòng)裝置的工作過程：機(jī)床工作時(shí)，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開。運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)羥減速齒輪傳給絲杠，使主軸箱上下移動(dòng)。當(dāng)加工完畢，或中間停車時(shí)·步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和

16、電磁鐵同時(shí)斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能傳動(dòng)，主軸箱便不會(huì)下落。    另外，其他的制動(dòng)方式還有：    用具右剎車作用的制動(dòng)電動(dòng)機(jī)。    在傳動(dòng)鏈巾配置逆轉(zhuǎn)效率低的高速比系列'如齒輪、蝸桿減速器等，此法是靠磨損損失達(dá)到制動(dòng)目的，故不經(jīng)濟(jì)。    采用超越離合器。6、滾珠絲杠的預(yù)拉伸7、公稱直徑滾珠絲杠的參數(shù)1）公稱直徑 滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠似鋼的特征尺寸。通常進(jìn)給絲杠的公稱直徑為3080mm。2）導(dǎo)程 絲

17、杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。3）基本導(dǎo)程 絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)2時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。4）接觸角 在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想的接觸滾珠絲杠角等于45度。5）滾珠的工作圈數(shù) 滾珠絲杠副中的每個(gè)循環(huán)回路的滾珠工作圈數(shù)取為2·53·5圈，工作圈數(shù)大于3·5無實(shí)際意義。6）滾珠的總數(shù)n 一般n不超過150個(gè)。7）其他參數(shù) 滾珠絲杠副還有絲杠螺紋大徑、絲杠螺紋小徑、螺紋全長、螺母螺紋大徑、螺母螺紋小徑、等。8、滾珠絲杠副的精度等級(jí)與標(biāo)注1）滾珠絲杠副的精度等級(jí) 精度等級(jí)分為1、2、3、4、5、8和

18、10共7個(gè)人等級(jí)。1級(jí)最高，依次遞減。滾珠絲杠副分為定位性p類和傳動(dòng)型t類。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用的定位性滾珠絲杠副，精度一般采用14級(jí)。2）滾珠絲杠副的標(biāo)注方法第四節(jié) 直線電機(jī)傳動(dòng)一、直線電機(jī)的工作原理       直線電機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，并沒有本質(zhì)的區(qū)別，可將其看作為將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿圓周方向拉開展平的產(chǎn)物。對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子部分，稱為直線電機(jī)的初級(jí)，而對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，稱為直線電機(jī)的次級(jí)。當(dāng)多相交變電流通入多相對(duì)稱繞組時(shí)，會(huì)在直線電機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)行波磁場(chǎng)，從而使初級(jí)和次級(jí)之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。當(dāng)然，在初級(jí)和次級(jí)之間還存在垂直力，它可以是吸引力，也可以是推斥力。       直線電機(jī)有直流直線電機(jī)、步進(jìn)直線電機(jī)和交流直線電機(jī)三大