第九章導(dǎo)軌和自動換刀裝置

1、第九章導(dǎo)軌和自動換刀裝置第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌第四節(jié)動壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求一、導(dǎo)軌的功用和分類導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。1)按工作性質(zhì)可分主運動導(dǎo)軌、進給運動導(dǎo)軌和調(diào)位導(dǎo)軌。2)按摩擦性質(zhì)可分滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。圖9-1開式導(dǎo)軌與閉式導(dǎo)軌第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求3)按受力情況分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。二、導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求機床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機床的加工精度、工作能力和使用壽命。(一)導(dǎo)向精度(二)精度保持性(三)低速運動平穩(wěn)性(四)結(jié)構(gòu)工藝性三、導(dǎo)軌的磨損形式滑

2、動導(dǎo)軌磨損的基本形式是磨粒磨損和咬合磨損。(一)磨粒磨損(二)咬合磨損第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求(三)疲勞磨損和壓潰現(xiàn)象第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌一、導(dǎo)軌材料及熱處理(一)對導(dǎo)軌材料的要求和搭配表9-1導(dǎo)軌材料的搭配(二)鑄鐵導(dǎo)軌(三) 鑲鋼導(dǎo)軌第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌圖9-2鑲鋼導(dǎo)軌(四) 非鐵金屬導(dǎo)軌第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌(五) 塑料導(dǎo)軌1.TSF導(dǎo)軌軟帶2.FQ-1導(dǎo)軌板3.HNT耐磨涂層圖9-3FQ-1導(dǎo)軌板1其他填料2多孔青銅3鋼背第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌二、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)(一) 截面形狀1.直線運動導(dǎo)軌截面的基本形式見表9-2。表9-2常見的導(dǎo)軌形式(1)三角形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凸形時，稱山形導(dǎo)軌；

3、支承導(dǎo)軌為凹形時，稱V形導(dǎo)軌。第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌(2)矩形導(dǎo)軌制造簡單、剛度高、承載能力大，具有水平和垂直兩個方向的導(dǎo)軌面，而且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝調(diào)整。(3)燕尾形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩，但磨損后不能自動補償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復(fù)雜，一般用作中、低速的多層導(dǎo)軌。(4)圓柱形導(dǎo)軌制造簡單，但要求加工時就直接達到較高精度，磨損后很難調(diào)整和補償間隙。2.圓周運動導(dǎo)軌截面的基本形式第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌圖9-4圓周運動導(dǎo)軌截面(1) 平面圓環(huán)導(dǎo)軌(圖9-4a)制造容易，熱變形后導(dǎo)軌仍能接觸，第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌只能承受進給力

4、，需與帶徑向滾動軸承的主軸相配合，來承受背向力。(2) 錐形圓環(huán)導(dǎo)軌(圖9-4b)能承受進給力和較大的背向力，熱變形不影響導(dǎo)軌接觸，導(dǎo)向性比平面好，但要保持錐面和主軸的同軸度較困難。(3) V型圓環(huán)導(dǎo)軌(圖9-4c)能承受較大的進給力、背向力和顛覆力矩。(二) 組合形式圖9-5直線運動滑動導(dǎo)軌常用組合形式第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌(1) 雙三角形組合(圖9-5a)導(dǎo)向精度高，磨損后能自動補償，具有較好的精度保持性，但很難達到四個表面同時接觸的要求，制造較困難。(2) 雙矩形組合(圖9-5b)具有較大的承載能力，制造與維修簡單，導(dǎo)向性差，磨損后不能自動補償。圖9-6窄導(dǎo)向與寬導(dǎo)向第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌(

5、3) 三角形-矩形組合(圖9-5c)這種組合形式兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點，應(yīng)用最廣泛。(4) 燕尾形組合(圖9-5d)兩個燕尾平面同時起導(dǎo)向及壓板作用，用一根鑲條就可調(diào)整各接觸面的間隙，但不能承受過大的顛覆力矩，摩擦損失也較大。(5) 燕尾形-矩形組合(圖9-5e)能承受較大力矩，間隙調(diào)整也較方便，適用于橫梁、立柱、搖臂等導(dǎo)軌。(6) 雙圓柱形組合(圖9-5f)容易制造，耐磨性較好，但磨損后不易補償。(7) 三矩形導(dǎo)軌組合兩邊矩形導(dǎo)軌主要起承載作用，以中間矩形導(dǎo)軌雙側(cè)導(dǎo)向，導(dǎo)向約束穩(wěn)定性好，扭轉(zhuǎn)變形小，熱變形小。(三) 間隙調(diào)整第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌1.壓板圖9-7壓板1動導(dǎo)軌2支承

6、導(dǎo)軌3刮壓板4墊片5平鑲條6螺釘2.鑲條第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌圖9-8平鑲條1螺釘2平鑲條3支承導(dǎo)軌第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌圖9-9斜鑲條1螺釘2鑲條3開口墊圈4、5、6、7螺母3.鑲條的安放位置三、導(dǎo)軌的潤滑和防護(一)導(dǎo)軌的潤滑(二)導(dǎo)軌的防護第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌四、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施1.力求無磨損2.力求少磨損3.均勻磨損1) 力求使摩擦面上的比壓均勻分布，例如，異軌的形狀和尺寸要盡可能與集中載荷對稱。2) 盡量減少扭矩和顛覆力矩。3) 保證工作臺、溜板等支承件有足夠的剛度。4) 回轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌不宜太寬，以免線速度相差太大。5) 摩擦副中全長上使用機會不均的那一件硬度應(yīng)高些。五、低速運動的平穩(wěn)

7、性(一)爬行現(xiàn)象及其影響第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌(二)產(chǎn)生爬行的原因圖9-10直線運動進給系統(tǒng)力學(xué)模型1) 靜摩擦力和動摩擦力之差，這個差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。2) 傳動系統(tǒng)剛度越差，越容易產(chǎn)生爬行。3) 運動件的質(zhì)量越大，越容易產(chǎn)生爬行。第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌4) 當導(dǎo)軌面之間的阻尼較大時，有利于減輕或消除爬行。(三) 消除爬行的措施1.減小靜、動摩擦力之差(1) 采用導(dǎo)軌油這種方法最簡便，不需對原有滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)進行任何改動，因此應(yīng)用比較普遍。(2) 以滾動摩擦代替滑動摩擦例如，淬硬鋼滾動導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)僅為0.005，而且靜、動摩擦因數(shù)值接近，動摩擦因數(shù)也不隨速度的變化而改變。(3) 采用卸荷導(dǎo)

8、軌和靜壓導(dǎo)軌采用卸荷導(dǎo)軌后，運動部件的部分重量由卸荷裝置承擔，使作用于導(dǎo)軌表面的正向作用力大大減小，從而使摩擦力減小。第二節(jié)滑 動 導(dǎo) 軌(4) 采用減摩導(dǎo)軌材料在導(dǎo)軌表面上鑲非鐵金屬板或采用聚四氟乙烯基滑動導(dǎo)軌塑料軟帶，以獲得較小的靜、動摩擦因數(shù)，數(shù)控機床的動導(dǎo)軌和鑲條上都貼有塑料軟帶，以進一步減小摩擦因數(shù)并防止爬行。2.提高傳動系數(shù)剛度(1) 機械傳動盡可能縮短傳動鏈，以減少彈性變形量；適當提高末端傳動副的剛度；合理分配傳動比，使多數(shù)傳動件受力較小。(2) 液壓傳動液壓傳動機構(gòu)受力后的變形來自油的可壓縮性以及活塞桿、活塞桿座等的變形。第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌一、滾動導(dǎo)軌的特點和應(yīng)用在兩導(dǎo)軌面之

9、間裝有一定數(shù)量的滾動體，使導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動摩擦，這種導(dǎo)軌稱為滾動導(dǎo)軌。二、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式滾動導(dǎo)軌按運動軌跡可分直線運動滾動導(dǎo)軌和圓周運動滾動導(dǎo)軌。(一)直線運動滾動導(dǎo)軌1.滾動體不作循環(huán)運動的滾動導(dǎo)軌(1)滾珠導(dǎo)軌(圖9-11)這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，容易制造，成本低，但由于導(dǎo)軌表面屬于點接觸，因此剛度低，承載能力較小。第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌圖9-11滾珠導(dǎo)軌1螺釘2螺母第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌圖9-12滾柱導(dǎo)軌(2)滾柱導(dǎo)軌(圖9-12)適用于載荷較大的機床。第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌(3)滾針導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌的特點是滾針直徑小，結(jié)構(gòu)緊湊。2.滾動體作循環(huán)運動的滾動導(dǎo)軌(1) 直線滾動導(dǎo)軌副(圖9

10、-13)它包括導(dǎo)軌條7和滑塊5兩部分，導(dǎo)軌條7是支承導(dǎo)軌，安裝在支承件(如床身)上。圖9-13直線滾動導(dǎo)軌副1滾珠2回珠孔3、8密封墊4端面擋板5滑塊6油嘴7導(dǎo)軌條第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌(2) 滾動導(dǎo)軌塊(圖9-14)導(dǎo)軌塊2用螺釘1固定在動導(dǎo)軌體3上，滾動體4在導(dǎo)軌塊2與支承導(dǎo)軌5之間滾動，并經(jīng)兩端的擋板7和6及上面的返回槽返回，作循環(huán)運動。圖9-14滾動導(dǎo)軌塊1固定螺釘2導(dǎo)軌塊3動導(dǎo)軌體4滾動體5支承導(dǎo)軌6、7帶返回槽擋塊(二) 圓周運動滾動導(dǎo)軌第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌(1) 滾珠導(dǎo)軌圖9-15a、b所示的結(jié)構(gòu)只能承受進給力，且承載能力較低，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用輕載低速運動的工作臺，例如，臥

11、式鏜床和坐標鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。圖9-15圓周運動滾動導(dǎo)軌a) 鑄鐵平導(dǎo)軌(滾珠)b) 鑄鐵圓弧面導(dǎo)軌(滾珠)c) V形滾珠導(dǎo)軌d) 滾柱導(dǎo)軌第三節(jié)滾 動 導(dǎo) 軌(2) 滾柱導(dǎo)軌圖9-15d所示的結(jié)構(gòu)只能承受進給力，承載能力大，安裝時需預(yù)緊，背向力由與圓周運動導(dǎo)軌同軸線的滾動軸承承受。三、滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊在滾動體與導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動體與導(dǎo)軌的接觸面積，以減小導(dǎo)軌面平面度、滾子直線度及滾動體直徑不一致性誤差的影響，使大多數(shù)滾動體均能參加工作。第四節(jié)動壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌一、動壓導(dǎo)軌動壓導(dǎo)軌的工作原理與動壓軸承相同。圖9-16動壓導(dǎo)軌二、靜壓導(dǎo)軌第四節(jié)動壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌

12、靜壓導(dǎo)軌的工作原理與靜壓軸承相同。圖9-17靜壓導(dǎo)軌第四節(jié)動壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌三、卸荷導(dǎo)軌圖9-18機械卸荷導(dǎo)軌1工作導(dǎo)軌2輔助導(dǎo)軌3滾動軸承4銷軸5滑柱6工作臺7彈簧第四節(jié)動壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌(1)液壓卸荷導(dǎo)軌液壓卸荷的原理與靜壓導(dǎo)軌相同，只是油腔作用面積較小，油腔壓力不足以將運動部件浮起，但油液壓力作用于工作臺，可以抵消部分載荷，從而減少滑動面上的比壓。(2)機械卸荷導(dǎo)軌圖9-18所示為T4163型坐標鏜床所采用的機械卸荷導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置一、自動換刀裝置的常見形式1.回轉(zhuǎn)刀架圖9-19數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)1刀盤2中心軸3回轉(zhuǎn)盤4柱銷5、9凸輪6液壓缸7盤1

13、1、12牙盤8、10開關(guān)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置(1)松開刀架當接到回轉(zhuǎn)信號后，液壓缸6右腔進油，將中心軸2和刀盤1左移，使鼠牙盤12和11分離。(2) 刀架轉(zhuǎn)位液壓馬達驅(qū)動凸輪5旋轉(zhuǎn)，凸輪5撥動回轉(zhuǎn)盤3上的柱銷4，使回轉(zhuǎn)盤3帶動中心軸2和刀盤1旋轉(zhuǎn)。(3)刀架夾緊液壓缸6左腔進油，將中心軸2和刀盤1右移，兩鼠牙盤嚙合實現(xiàn)精確定位，并且將刀架夾緊，此時盤7壓下開關(guān)8，發(fā)出回轉(zhuǎn)結(jié)束信號。2.主軸與刀庫合為一體的自動換刀系統(tǒng)圖9-20更換主軸換刀第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-21轉(zhuǎn)塔頭的傳動圖1轉(zhuǎn)塔座2蝸桿3蝸輪4轉(zhuǎn)塔頭5離合器第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置3.主軸與刀庫分離的自動換刀系統(tǒng)圖

14、9-22帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)(一)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-23帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)(二)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-24帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)(三)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-25帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)(四)二、刀庫及刀具的選刀方式第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置(一) 刀庫的類型1.盤式刀庫圖9-26盤式刀庫類型第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置2.鏈式刀庫圖9-27鏈式刀庫類型第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-28格子式刀類類型3.格子式刀庫第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置(二) 設(shè)計或選用刀庫時應(yīng)考慮的主要問題1.刀庫容量2.刀庫的工作可靠性3.刀庫的運動4.刀具在刀庫中的排列(三)

15、刀具的選擇方式1.刀具的順序選擇方式2.刀具的任意選擇方式3.刀具的識別第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-29刀具編碼法1刀柄2接觸式識別裝置3觸針(銷)4數(shù)碼環(huán)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置(1)刀具編碼法刀具編碼法是一種早期使用的刀具識別方法。(2)軟件記憶法軟件記憶法的工作原理是將刀庫上的每一個刀座進行編號，如TAB1TAB+N，稱為“地址”。三、刀具交換裝置在刀庫與主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。1.交換裝置的形式(1)由刀庫和主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換這種形式的刀具交換是在刀庫和主軸間直接進行的。圖9-30機械手的基本形式第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置(2) 由機械手進行刀

16、具交換圖9-30是機械手的幾種基本形式。圖9-31雙機械手自動換刀第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-32機械手換刀的基本動作第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-33機械手的運動自由度2.刀具的夾持第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-34機械手的夾持機構(gòu)1活動爪2軸3擋銷4銷緊銷5螺栓6彈簧柱塞7固定爪第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置圖9-35標準刀柄形式1機械手抓取部位2刀柄3鍵槽4安裝可調(diào)節(jié)拉桿的螺孔第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置3.自動換刀系統(tǒng)對主軸部件的要求表A-1常用機床組、系代號及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置表A-1常用機床組、系代號及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置表A-1常用機床組、系代號及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置表A-1常用機床組、系代號及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置表A-1常用機