數(shù)控機(jī)床第七章教案

1、第七章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)弟一下 概述數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分如圖 7-1,數(shù)控機(jī)床是身精度和局生廣率的自動(dòng)化機(jī) 床，具加工過(guò)程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過(guò)數(shù) 字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過(guò)程中無(wú)法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工 零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú) 立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元 件。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多要求：生能要求高 電機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)。要求

2、有較長(zhǎng)時(shí)間(1 30min)和較大倍數(shù)的過(guò)載能力 在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小。 速度響應(yīng)要快，升降速時(shí)間要短。 電機(jī)溫升低，振動(dòng)和噪音小。 可靠性高，壽命長(zhǎng)，維護(hù)容易。體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易。模塊訴I/O贛繇直有播出略洽雕單元X- 輔的捏制機(jī)構(gòu)I 進(jìn)整件動(dòng)機(jī)構(gòu)M 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第二節(jié) 圖7 1 數(shù) 騫輸聃腫結(jié)一.主軸傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)主軸傳動(dòng)鏈大大縮短，變速范圍大大擴(kuò)大。1.普通電機(jī)一機(jī)械變速系統(tǒng)一主軸部件結(jié)構(gòu)如圖7-2圖7 2 傳能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出的要求， 但變速范圍不大，繞帆幅3觸懶 速使切削速度的選擇受到限制， 而且該配置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以班他僅有少數(shù)已置，其它已彳 2.頻器

3、/II、九一1 2機(jī)械登速一主軸部件如圖73圖73A變頻器加機(jī)械變 速主軸箱結(jié)構(gòu)輸入電源一一 線，接三相 交流電源反轉(zhuǎn)開關(guān)Ji J2 Ir-iL正轉(zhuǎn)開關(guān)端子輸出電源 線，接三根 交流電機(jī)4級(jí)調(diào)速開關(guān)端子這種配置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單F由璃產(chǎn)越腕璘上能滿足整片轉(zhuǎn)矩的輸出要求，但其調(diào)速范圍及特性由件二交、直流主軸電機(jī)系統(tǒng)E71今崛主要用于經(jīng)濟(jì)型或中低檔數(shù)控吊L末1交直流電機(jī)三軸電機(jī)-邯件如圖7-4流直流主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)這種配置形式同上面一樣，但電機(jī)是性能更好交直流主軸電機(jī)， 數(shù)控系統(tǒng) 控制加在電機(jī)上的電壓，實(shí)現(xiàn)變速，測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降速，該電機(jī)變速 范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 8000 r/min ,且控制功能豐富

4、，可滿足中高檔數(shù)控機(jī) 床的控制要求。4 .電主軸如圖75電主軸又稱內(nèi)裝式主軸電機(jī)，是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主 軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將 會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附 件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置, 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(dòng)、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動(dòng)和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá) 200000 r/min 。具缺點(diǎn)是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量將直接影響到主軸。圖75電主軸示意圖5 .主軸軸承壽命大大提高滾動(dòng)

5、軸承，滑動(dòng)軸承，陶瓷軸承，磁懸浮軸承，壽命大大提高，轉(zhuǎn)速?gòu)?3000 rpm 上升至U 10000 rpm, 30000 rpm,至U 200000 rpm。2 .對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)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 .高的傳動(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(wú)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)。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，

6、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)30006000mm/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(guò)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

7、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(wú)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聯(lián)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

8、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(lái)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 .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

9、。3 .對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的特點(diǎn)（一）主軸脈沖編碼器代替了螺紋傳動(dòng)鏈，傳動(dòng)鏈大大縮短，如圖7-6（二）彈量采用懶摩擦1儲(chǔ)幅幅軌毀鐘容瓣副之間的摩才寸蹤的導(dǎo)軌,察為渭動(dòng)摩 數(shù)建機(jī)優(yōu)態(tài)又二an爭(zhēng)壓導(dǎo)軌和動(dòng)用佯薪進(jìn)給傳初霆3j床控制的是區(qū)別于動(dòng)壓的系硼E是2用產(chǎn)生的承載油膜J后靜壓則不同，是利用外界油壓的作用來(lái)承載的，止、能起承載作用。利用外界的油壓作用在導(dǎo)軌與摩擦碣清罐即油膜,才使活動(dòng)部件浮起，即導(dǎo)軌與摩擦副之間不產(chǎn)生直接的接觸。因此摩擦和磨損都很小這里注意滾動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承原理。2.滾動(dòng)導(dǎo)軌A閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如圖7-7B滾柱導(dǎo)軌/滾珠導(dǎo)軌B圖7 7數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌3.貼塑導(dǎo)軌采用貼牡軌8統(tǒng)的剛度摩擦阻

10、尼系數(shù)靜、在滑動(dòng)廷長(zhǎng)機(jī)床使(2-貼塑由性處于最佳狀態(tài)，%效減少導(dǎo)。面磨損,3-2-6件三聚四氟乙烯導(dǎo)軌貨_ 一 一 ,裁照F待貼白M盟塞山43-珠絲杠副建一種將翻111H2 ID、B組.TZaXUH娜聃間傳冊(cè)，以減少J止?jié)L珠從螺母中情皆含7庫(kù)動(dòng)機(jī)得彈粘貼的唧4慚忝。旋梢的絲圖中絲杠為了防御解I喔1崎璘卷構(gòu)組件反向器使?jié)L珠排成封閉狀態(tài),使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)座，固定在大拖板上2-T型絲杠3、5-T型絲母根據(jù)反周酷結(jié)構(gòu)不柯8內(nèi)靡鐮絲杠晦的莘讖!鄴砒的環(huán) 兩種結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠 副的特點(diǎn)是：1 .傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 刀=0.920.96 ,比 T型絲杠提高34倍。2 .給予適當(dāng)預(yù)緊，

11、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。3 .運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。4 .運(yùn)動(dòng)具有可逆性，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。5 .磨損小，使用壽命長(zhǎng)。6 .制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7 .不容易自鎖，特別是對(duì)于垂直絲杠，由于重力的作用，需加制動(dòng)力自鎖。（四）內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)滾珠絲杠結(jié)構(gòu)安裝如圖781 .內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)滾珠絲杠結(jié)構(gòu)如圖7 8圖 7 8 A 外循環(huán)滾 珠絲杠結(jié) 構(gòu)示意圖圖 7 8 B 內(nèi)循環(huán)滾 珠絲杠結(jié) 構(gòu)示意圖2.

12、內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)滾珠絲杠結(jié)構(gòu)安裝與反向間隙調(diào)整231圖79A 雙 螺母調(diào)整反向 間隙法：1、2 為絲母，3為平 鍵，4為調(diào)整反 向間隙螺母圖 7 9 B 雙螺母墊片 調(diào)整反向間 隙法：1、2 為絲母，3為 絲母座，4為 調(diào)整反向間隙墊片圖 7 9 C 雙螺母差齒 調(diào)整反向間 隙法：1、2 為絲母，3, 4 為內(nèi)齒輪在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪， 兩者齒數(shù)相差一個(gè)齒，并裝入內(nèi)齒圈中，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時(shí)，先取下兩端的內(nèi)齒圈,S=(-P IZ1 Z2J(7-1)當(dāng)兩個(gè)滾珠螺母相對(duì)于套筒同方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同齒數(shù)時(shí)，一個(gè)滾珠螺母對(duì)另一個(gè)滾 珠螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，兩個(gè)絲母軸向產(chǎn)生相對(duì)位移

13、，達(dá)到消除間隙并施加預(yù) 緊力的目的。設(shè)絲杠螺距 巳1、2絲母齒數(shù)Z1、Z2,則兩個(gè)絲母均轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè) 齒時(shí)軸向位移之差為：當(dāng)Z1=99,Z2=100,P=6毫米時(shí)，AS 0 0.6微米，精度很高在兩個(gè)螺母之間加空片圖7 9 D 兩螺母 中間加墊片調(diào)整反 向間隙法3.滾珠絲杠的拆裝、清洗、維修（五）采用特殊齒輪結(jié)構(gòu)，消除齒輪反向間隙如圖7-101 .采用雙片齒輪錯(cuò)齒法，消除齒輪反向間隙，如圖 7-10 A圖 7 10 A1、2為雙片齒 輪，3為拉簧，4為銷子，5, 6 為螺栓螺母動(dòng)畫演示:2 .采用軸向墊片錯(cuò)齒消除斜齒輪反向間隙，如圖 7-10 B72喘C輪時(shí)將3.采用軸向壓簧錯(cuò)齒消除斜齒輪反向間圖

14、7 如10 B ，10 C兩個(gè)法輪中間墊厚為t的墊4 .采用軸向壓簧錯(cuò)齒消除斜齒輪反向間隙HQ鼠讖升后斷噩5 .錐齒輪軸向墊片消除反向間隙法，如酉助3為即軸7 匕一I I L 7 /、H JK /u-j, I I 44恂觥除反向間隙。l-r 44?a 小田41 赤k區(qū)c. 4 舟h圖 7-271 、22-齒輪3-3的厚度使 齒合緊密，I10 E 錐齒輪1和2/ 3是錐齒輪2的除軸3日R飛臬F偏駕做1相靶的電瑜肖榛苗輪羽將5OM齒輪,7 11錐齒輪1不時(shí)嚙個(gè)方向嚙合緊密,動(dòng)畫消除反向間隙。這樣齒輪4或5就可以是電機(jī)軸上的齒輪圖711 B采用偏心 套減小齒輪中心距消 除齒輪反向間隙= = = =

15、= = = = = = = =以上第 19次課（七）數(shù)控機(jī)床反向間隙1 .反向間隙的概念電機(jī)軸上鍵間隙，齒輪反向間隙，絲杠絲母反向間隙，工作臺(tái)裝配機(jī)械間隙對(duì)工作臺(tái)的綜吾影喻千1鐲n2 .反向間隙的測(cè)量；一一丐星倒 l當(dāng)脈沖當(dāng)量為1絲或0.5絲時(shí)，在工作臺(tái)上按百分表，用點(diǎn)動(dòng)功能向十/,_ _* IU/_; .I*|/-； fI 1I I UJ/ f J/ i-vf-L方向點(diǎn)動(dòng)至表針轉(zhuǎn)動(dòng)；然后反方向點(diǎn)動(dòng)，至表針剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)動(dòng)的次數(shù)減 與脈沖當(dāng)量的乘積即為反向間隙。如+ Z方向點(diǎn)動(dòng)至表針轉(zhuǎn)動(dòng)，然后點(diǎn)動(dòng)到第 5次表針才轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖當(dāng)量為 1絲，則反向間隙為(51)次X 1絲=4絲。為從電機(jī)軸一主動(dòng)到齒

16、輪一到 被動(dòng)齒輪一到絲杠絲母到一工作臺(tái)的綜合間隙。若只測(cè)量從電機(jī)軸一主動(dòng)到齒輪一到被動(dòng)齒輪一到絲杠絲母的反向間隙， 如圖7 12黑色表的測(cè)量法。3.反向間隙的消除(1)電機(jī)軸上聯(lián)接主動(dòng)齒輪的鍵的反向間隙換鍵，過(guò)渡小過(guò)盈配合。(2)被動(dòng)齒輪與鍵聯(lián)接的反向間隙換鍵，過(guò)渡小過(guò)盈配合。(3)兩個(gè)齒輪反向間隙按前述消隙原理維修。(4)絲杠絲母反向間隙按前述消隙原理維修，增大墊片厚度。(八)采用同步齒型帶消除反向間隙如圖 7- 13圖7 13 采用同步 齒型帶消除反向間隙(九)數(shù)控機(jī)床反向間隙大小經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量為 0.005毫米0.01毫米，反向間隙0 3絲, 如數(shù)控車床；線切割機(jī)床脈沖當(dāng)量為 0

17、.001毫米，反向間隙0 5微米，高檔 型數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量為0.001毫米，反向間隙01絲，如加工中心機(jī)床。(十)數(shù)控機(jī)床反向間隙的軟件消除1 .控制程序消除法如第四章講的 0000號(hào)引導(dǎo)程序% 0000N0010 L0234加工 0234號(hào)程序N0020 G00 F3500N0030 U0.02 W0.03 S99N0040 U- 122.38N0050 U41.88 WN0060 U35.72 WW48.03 25.36 12.79T01T02T03空運(yùn)行進(jìn)給量3500毫米/分鐘X絲杠反向間隙1絲，因脈沖當(dāng)量為 0.005米，Z絲杠反向間隙為3絲，因 脈沖當(dāng)量為0.01毫米第2把刀相對(duì)第1

18、把刀的刀補(bǔ)量第3把刀相對(duì)第1把刀的刀補(bǔ)量第4把刀相對(duì)第1把刀的刀補(bǔ)量圖赫加櫻拘X書颯球 lot 3O一15M z方小試球而靠甲注意御腐呈序消實(shí)例圖715:車端面，外圓的5102 B c KD磨A,這樣加工尺通型純注t走Z科械上就省也用走了反向間口。LB 2050實(shí)例圖716線X前加工：L圖7-16所示為加工起點(diǎn)與終點(diǎn)錯(cuò)息不)逆時(shí)針加工路線為O-A-B-C衿D-E-F-G,是加上圖形起點(diǎn) A在右邊終點(diǎn)G在左邊錯(cuò)開的不重合；圖7-16 (b)順時(shí)針加工路線也為O A- B C D- E F-G,也是起點(diǎn)A在右邊終點(diǎn)G在左邊錯(cuò)開的不BIaO F改型喝 葉 夠1曲雌物的服不重和圄 k1見論文：圖717趙慶志 李玉美圖 715O根第I好，克服了反向 尚麒直徑?jīng)]有誤差F圖7-17 (B)凸模經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床機(jī)械間隙誤差的程序補(bǔ)償方法機(jī)械這時(shí)要注意對(duì)刀和第一刀走向要一致，機(jī)械確實(shí)不要走反向間隙，控制 程序也不走反向間隙；否則，機(jī)械走了反向間隙，而控制程序因沒有換向就 不走反向間隙，就出現(xiàn)誤差，如圖 7