數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)及部件

1、第二章 數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)及部件21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(jiǎn)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(rùn)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。22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(wú)級(jí)調(diào)速； 較高的

2、精度和剛度， 傳動(dòng)平穩(wěn)， 噪聲小；）、 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(guò)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

3、能即時(shí)株洲的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(wú)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

4、伺服電機(jī)與滾珠絲杠之間采用了3種連接方式：1直連式：它是通過(guò)挍性聯(lián)軸器吧伺服電機(jī)和滾珠絲杠采用無(wú)鍵連接結(jié)構(gòu)連接起來(lái)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 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 3 和螺母 1 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

5、上有滾珠回路管道4 4，將幾圈螺母滾道的兩端連接起來(lái)，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠2 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)。擺珠世申HI的皚構(gòu)駅用1-秘；1傳動(dòng)效率高，磨損損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率uOuO . 92920 0 . 9696，比常規(guī)螺母副提高 3 34 4 倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1 1/4 41 1/3 3。2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。3運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。4有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線

6、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，成本高。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙也要求高，故制造成本高。7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 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(guò)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 2 列、3 3 列、4 4 列、5 5幾種，每列只有一

7、圈；外循環(huán)每列有1 1 . 5 5 圈、2 2 . 5 5 圈和 3 3 . 5 5 圈等幾種。(1)(1)外循環(huán)。外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過(guò)程結(jié)束后通過(guò)螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母問(wèn)重新進(jìn) 入循環(huán)。如圖 3-73-7 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)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(kāi)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)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

8、(c)3-7(c)所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銃出螺旋槽，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。fc1列等 liKi-i(2)(2)內(nèi)循環(huán)。如圖 3-83-8 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 3-8(a)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(kāi)有反向槽 2 2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1 1 定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。如圖 3-8(b)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(kāi)有反向槽3 3，用鑲

9、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 3、 螺旋滾道型面4 4、 滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整為了保證滾珠絲杠反向傳動(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(guò)大，預(yù)

10、緊力過(guò)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(guò)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(jiǎn)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I端有凸緣，螺母7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

11、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(guò)一個(gè)齒時(shí)，s= 99001m即兩個(gè)螺母間產(chǎn)生1斗m的位移。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(jiǎn)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

12、專業(yè)生產(chǎn)工作完成精磨之后，沿徑向開(kāi)一薄槽，通過(guò)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(kāi)槽后滾珠在螺母中鼯好的 通過(guò)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)算公式為F,=巳m。式中，F(xiàn)。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

13、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：1一端裝推力軸承 （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)控銃床的立向（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）。這種方式可用于中等轉(zhuǎn)速、高精度且絲杠較長(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，以減少絲杠熱變形的影響。3兩端裝推力軸承（單推單推式或雙推單推式）。

14、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）。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 FhFh 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(lái)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6060。，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾

15、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。產(chǎn)品成 對(duì)出售，I 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)(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(wú)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(guò)程：機(jī)床工作時(shí)，電磁鐵 通電，使摩擦離合器脫開(kāi)。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)和電磁鐵同時(shí)斷電，借壓力彈

16、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：1用具右剎車作用的制動(dòng)電動(dòng)機(jī)。2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)。3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

17、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2535圈，工作圈數(shù)大于35無(wú)實(shí)際意義。6）滾珠的總數(shù)N般N不超過(guò)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(zhǎng)、螺母螺紋大徑、 螺母螺紋小徑、等。&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)注方法二川7.遵畫婁虹劇町壽勞罔3. 30K軸箱逍蛤絲桿制

18、功製齊.（2）滾珠絲杠副的標(biāo)注方法。如圖3.32所示，滾姝絲杠副的標(biāo)注方法是根據(jù)其結(jié)構(gòu)、O.精度和螺紋旋向等恃征，釆用漢語(yǔ)折音、數(shù)字等結(jié)合的標(biāo)注法：滾珠絲杠副的標(biāo)注方 法詢不完全統(tǒng)-，如圖3.32所示為（機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)）巾介紹的標(biāo)注方法， I I丄II度粵級(jí)炮（P或T）I I-1-媒紋旋向（左旋為L(zhǎng)H濮不標(biāo)）I_公林導(dǎo)思I-公応徑（用僦中心財(cái)綁示）結(jié)構(gòu)待征（M表示導(dǎo)珠管埋入九T表示導(dǎo)珠管凸出式）-儺方式（見(jiàn)表.4）、j 循壞方式（見(jiàn)表j.5）I圖3.32滾球絲桿副的標(biāo)注方法表3.4和表3.5所示為 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 中介紹的標(biāo)注方法中滾珠絲杠副預(yù)緊方式代號(hào)槪珠絲杠副中鋼球循環(huán)方式代號(hào)。例如,CI）M5010 3.P3表示為外循環(huán)插管式,雙螺母墊片預(yù)緊，導(dǎo)竦管埋入式的滾珠絲 典公林解為50mm,基本導(dǎo)程為10mm,螺紋旋向?yàn)橛倚?，?fù)荷總?cè)?shù)為3亂稱度預(yù)緊方式代號(hào)變位導(dǎo)程預(yù)緊B楸衲觥預(yù)緊Z墊片預(yù)緊D齒差預(yù)緊C輛預(yù)紫L單聊無(wú)預(yù)緊W循環(huán)方式代