《數(shù)控機(jī)床與應(yīng)用》教案

1、數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用玉溪工業(yè)財(cái)貿(mào)學(xué)校玉溪工業(yè)財(cái)貿(mào)學(xué)校主講主講:盧云學(xué)盧云學(xué)數(shù)控車(chē)床加工產(chǎn)品數(shù)控車(chē)床加工產(chǎn)品數(shù)控車(chē)床加工產(chǎn)品數(shù)控車(chē)床加工產(chǎn)品數(shù)控銑床加工產(chǎn)品數(shù)控銑床加工產(chǎn)品數(shù)控銑床加工產(chǎn)品數(shù)控銑床加工產(chǎn)品數(shù)控雕刻機(jī)加工產(chǎn)品數(shù)控雕刻機(jī)加工產(chǎn)品數(shù)控雕刻機(jī)加工產(chǎn)品數(shù)控雕刻機(jī)加工產(chǎn)品課程性質(zhì)：課程任務(wù)：1.掌握掌握數(shù)控機(jī)床的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí) ；2.熟悉熟悉數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理；3.具備具備數(shù)控加工手工編程能力和正確使用數(shù)控設(shè)備的能力 ；4.培養(yǎng)培養(yǎng)選用或設(shè)計(jì)組成數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的能力。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干主干專(zhuān)業(yè)技術(shù)課，是一門(mén)實(shí)踐性、綜合性實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的課

2、程。目 錄 第一章：數(shù)控機(jī)床概述 第二章：數(shù)控加工工藝分析及編程基礎(chǔ) 第三章：插補(bǔ)原理與計(jì)算 第四章：數(shù)控車(chē)床編程 第五章：數(shù)控銑床及加工中心編程 第六章：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 第七章：數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一章第一章 數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床 概概 述述本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 1.1 1.1 了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 1.2 1.2 掌握數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理和特點(diǎn)掌握數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理和特點(diǎn) 1.3 1.3 掌握數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)掌握數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1. 1.4 4 了解數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)了解數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 1.1.1產(chǎn)生： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)

3、展，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類(lèi)型其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類(lèi)型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對(duì)機(jī)由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動(dòng)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動(dòng)化的要求。數(shù)字控制機(jī)床就是為了解決單件、小批量、化的要求。數(shù)字控制機(jī)床就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。生的。第一章第一章 數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床

4、 概概 述述1.1 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是1952年美國(guó)PARSONS公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作研制的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密檢測(cè)與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，可用于加工復(fù)雜曲。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規(guī)摸集成電路（1965年）、面零件大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)（1970年）和微處理機(jī)或微型機(jī)算機(jī)（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。第一章第一章 數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床 概概 述述1.1 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 (1)(1)、數(shù)字控制、數(shù)

5、字控制 數(shù)字控制（Numerical Control)，簡(jiǎn)稱(chēng)NC，它是采用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化的控制技術(shù)，用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床稱(chēng)作數(shù)控機(jī)床。 (2)(2)、NCNC機(jī)床機(jī)床 早期的數(shù)控機(jī)床的NC裝置是由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機(jī)邏輯電路由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，稱(chēng)作硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床稱(chēng)作NC機(jī)床。第一章第一章 數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床 概概 述述1.1 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 (3)(3)、CNC CNC 機(jī)床機(jī)床 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用微處理器或?qū)Ｓ梦C(jī)的數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control）由事先

6、存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序（軟件）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并通過(guò)接口與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接，這樣的機(jī)床稱(chēng)作CNC機(jī)床。第一章第一章 數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床 概概 述述1.1 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 第一章第一章 數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床 概概 述述 2.我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況北京帝特馬，北京凱恩帝，南京華興，華中數(shù)控，廣數(shù)北京帝特馬，北京凱恩帝，南京華興，華中數(shù)控，廣數(shù), 藍(lán)天藍(lán)天NC-1103.數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控技術(shù)：用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控技術(shù)：用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行

7、控制的一種方法。數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)： 采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)。采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床： 裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床。 硬、軟件數(shù)控硬、軟件數(shù)控軟件數(shù)控軟件數(shù)控第五代：微處理器數(shù)控第五代：微處理器數(shù)控(1974年年)第四代：小型機(jī)數(shù)控第四代：小型機(jī)數(shù)控硬件數(shù)控硬件數(shù)控第三代：集成電路式第三代：集成電路式第二代：晶體管分立元件式第二代：晶體管分立元件式第一代：電子管、繼電器式第一代：電子管、繼電器式 1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展圖紙、MDI等存儲(chǔ)介質(zhì)數(shù)控裝置輸入輸出CNC裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)切削驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)床主體檢

8、測(cè)裝置1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的工作原理1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床一般由程序載體、輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺數(shù)控機(jī)床一般由程序載體、輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成。服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成。1. 1. 程序載體程序載體2. 2. 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備3. 3. 數(shù)控裝置數(shù)控裝置4. 4. 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)5. 5. 測(cè)量反饋裝置測(cè)量反饋裝置6. 6. 機(jī)床本體機(jī)床本體輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體測(cè)量反饋裝置程序載體(1)(1)、程序載體、程序載體 紙帶、磁帶或磁盤(pán)等。(2)(2)、輸入輸出裝置、輸

9、入輸出裝置(3)(3)、數(shù)控裝置、數(shù)控裝置 是數(shù)控機(jī)床的核心，接受脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算和邏輯處理將指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使設(shè)備按軌定的動(dòng)作執(zhí)行。1.2 1.2 掌握數(shù)控機(jī)床的組成掌握數(shù)控機(jī)床的組成(4)(4)、伺服裝置、伺服裝置 是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)。(5)(5)、檢測(cè)反饋裝置、檢測(cè)反饋裝置 作用是對(duì)機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、方向、位移量以及加工狀態(tài)加以檢測(cè)并將結(jié)果反饋給數(shù)控裝置，計(jì)算出與指令位移之間的偏差并發(fā)出糾正誤差指令。1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成(6)(6)、機(jī)床主體、機(jī)床主體 是加工運(yùn)動(dòng)的實(shí)際機(jī)械部件，主要

10、包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件如工作臺(tái)、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位部件、夾緊、換刀機(jī)械手等輔助裝置。1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn):(優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn))、適應(yīng)性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng) 適應(yīng)性是指數(shù)控機(jī)床隨生產(chǎn)對(duì)象變化而變化的適應(yīng)能力。)、精度高、精度高 工作過(guò)程不需要人工干預(yù)，而是自動(dòng)工作的，且通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置來(lái)修正或補(bǔ)償以獲得更高的精度。1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：(優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn))、效率高、效率高 數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量，而且具有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其他輔助操作自動(dòng)化的功能。)

11、、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件)、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 6 6 )、能加工復(fù)雜型面、能加工復(fù)雜型面 7 7 )、可向更高級(jí)的制造系統(tǒng)發(fā)展、可向更高級(jí)的制造系統(tǒng)發(fā)展 1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：(缺點(diǎn)缺點(diǎn))1)、增加成本2)、增加電子設(shè)備維護(hù)3)、對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高 適合適合數(shù)控機(jī)床加工的零件數(shù)控機(jī)床加工的零件:1)、批量零部件2)、復(fù)雜零部件3)、頻繁改型零部件4)、貴重關(guān)鍵零部件5)、公差等級(jí)要求高的零部件1.3、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1 1、按工藝用途分類(lèi)、按工藝用途分類(lèi)（1）普通數(shù)控機(jī)床 （2）加工中心機(jī)床（3）多坐

12、標(biāo)數(shù)控機(jī)床 (4)數(shù)控特種加工機(jī)床1.3、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1 1、按工藝用途分類(lèi)、按工藝用途分類(lèi)（1）普通數(shù)控機(jī)床 數(shù)控車(chē)數(shù)控車(chē)數(shù)控鉆銑床數(shù)控鉆銑床數(shù)控鏜床數(shù)控鏜床數(shù)控導(dǎo)軌磨數(shù)控導(dǎo)軌磨數(shù)控銑數(shù)控銑1.3、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1 1、按工藝用途分類(lèi)、按工藝用途分類(lèi)（2）加工中心機(jī)床銑削加工中心銑削加工中心車(chē)削加工中心車(chē)削加工中心采用直線電機(jī)的立式加工中心采用直線電機(jī)的立式加工中心1.3、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1 1、按工藝用途分類(lèi)、按工藝用途分類(lèi)（3）多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)加工中心1.3、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1 1、按工藝用途分類(lèi)、按工藝用途分類(lèi) (4)數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)床三維五軸聯(lián)動(dòng)

13、激光切割機(jī)三維五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī) 數(shù)控電火花機(jī)床數(shù)控電火花機(jī)床2 2、按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)、按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)車(chē)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)車(chē) 它只控制刀具從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的位置，而不控制移動(dòng)軌跡，在移動(dòng)過(guò)程中刀具不進(jìn)行切削加工。刀具的三種路徑： 1） 2） 3） 2 2、按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)、按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 數(shù)控鉆床數(shù)控鉆床數(shù)控鏜床數(shù)控鏜床（2）直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床 它是控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)以給定的速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)，并且在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行直線切削加工。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床 它是對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上

14、的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行連續(xù)控制，并能對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，即要控制加工的軌跡，加工出要求的輪廓。其運(yùn)動(dòng)軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。3、按伺服系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)、按伺服系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)（1 1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 即不帶位置測(cè)量元件，數(shù)控裝置根據(jù)控制介質(zhì)上的指令信號(hào)，經(jīng)控制運(yùn)算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅(qū)動(dòng)元件轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，并通過(guò)傳動(dòng)齒輪、滾珠絲杠螺母副，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如工作臺(tái)）移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。 特點(diǎn)：沒(méi)有來(lái)自位置測(cè)量元件的反饋信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作情況不進(jìn)行檢查，指令流向?yàn)閱蜗?，控制精度較低。3、按控制方式分類(lèi)、按控制方式分類(lèi)（1 1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) a）開(kāi)

15、環(huán)伺服系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（無(wú)檢測(cè)裝置）數(shù)控裝置數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)機(jī)床工作臺(tái)機(jī)床工作臺(tái)指令脈沖指令脈沖 特點(diǎn)：無(wú)檢測(cè)裝置，信號(hào)流程單向，精度取決于驅(qū)動(dòng)元件，步特點(diǎn)：無(wú)檢測(cè)裝置，信號(hào)流程單向，精度取決于驅(qū)動(dòng)元件，步進(jìn)電機(jī)，機(jī)械傳動(dòng)的綜合精度，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，但精度進(jìn)電機(jī)，機(jī)械傳動(dòng)的綜合精度，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，但精度低。低。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每接受一個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，從而通過(guò)齒輪與絲步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每接受一個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，從而通過(guò)齒輪與絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的進(jìn)給軸移動(dòng)量稱(chēng)為脈沖當(dāng)量。（）閉環(huán)控制系統(tǒng)（）閉環(huán)控制系統(tǒng) 這類(lèi)機(jī)床帶

16、有檢測(cè)反饋裝置，它可將測(cè)量出的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中與輸入的指令位移值相比較，用差值進(jìn)行控制，直至差值為零，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的精確定位。從理論上講，閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要決定于檢測(cè)裝置精度，而與傳動(dòng)鏈中誤差無(wú)關(guān)。但閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛性、傳動(dòng)部件的間隙及導(dǎo)軌移動(dòng)的靈敏性等都有嚴(yán)格的要求。 （）閉環(huán)控制系統(tǒng)（）閉環(huán)控制系統(tǒng) 特點(diǎn)：是位移精度高，但調(diào)試、維修都較復(fù)雜，成本較高，一般適用于精度很高的數(shù)控機(jī)床。 （）閉環(huán)控制系統(tǒng)（）閉環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)控裝置數(shù)控裝置位置比較電路位置比較電路速度控制電路速度控制電路伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)床工作臺(tái)機(jī)床工作臺(tái)速度反饋速度反饋位置反饋位置反饋 加工中，

17、時(shí)刻將指令位置值與檢測(cè)反饋末端工作臺(tái)實(shí)際位加工中，時(shí)刻將指令位置值與檢測(cè)反饋末端工作臺(tái)實(shí)際位置值進(jìn)行比較，產(chǎn)生比較跟隨誤差，并以該誤差為控制信息置值進(jìn)行比較，產(chǎn)生比較跟隨誤差，并以該誤差為控制信息，使工作臺(tái)不斷向誤差減小的方向運(yùn)動(dòng)，直到誤差為零為止，使工作臺(tái)不斷向誤差減小的方向運(yùn)動(dòng)，直到誤差為零為止，精度最高。，精度最高。（）半閉環(huán)控制系統(tǒng)（）半閉環(huán)控制系統(tǒng) 這類(lèi)機(jī)床不是直接測(cè)量工作臺(tái)位移量，而是通過(guò)檢測(cè)絲杠轉(zhuǎn)角，間接地測(cè)量工作臺(tái)位移量，然后再反饋給數(shù)控裝置， 特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)試較方便，控制特性比較穩(wěn)定，但系統(tǒng)的精度沒(méi)有閉環(huán)系統(tǒng)高。 目前，大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床廣泛采用半閉環(huán)控制制系

18、統(tǒng)。（）半閉環(huán)控制系統(tǒng)（）半閉環(huán)控制系統(tǒng) 表表1.1 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的功能分類(lèi) 1. 1.4 4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展數(shù)控機(jī)床的發(fā)展1 1、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1 1）高速化、高精度化和高可靠性）高速化、高精度化和高可靠性 速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)。要提高加工效率，首先必須提高切削速度和進(jìn)給速度。隨著工業(yè)技術(shù)不斷深化發(fā)展，產(chǎn)品的加工精度已提出了相當(dāng)高的要求。目前，相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)可在0.1單元進(jìn)行設(shè)定。 1 1）高速化、高精度化和高可靠性）高速化、高精度化和高可靠性 高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好

19、，而是適度可靠。 提高數(shù)控系統(tǒng)可靠性的措施有：采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模或超大規(guī)模的專(zhuān)用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。 2 2）復(fù)合化、智能化）復(fù)合化、智能化 為了保證加工精度,降低生產(chǎn)成本,將原來(lái)分散在多種數(shù)控機(jī)床上的加工集中在一臺(tái)控機(jī)床進(jìn)行,完成全部加工工序,以實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工。 2 2）復(fù)合化、智能化）復(fù)合化、智能化 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度不斷提高。 3 3）開(kāi)放式）開(kāi)放式 隨著開(kāi)放式計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)也逐漸具有了開(kāi)放式。 硬件、軟件開(kāi)放式 二次開(kāi)發(fā)性 系統(tǒng)升級(jí)性 遠(yuǎn)程故障排除2 2、先進(jìn)制造技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù) 1

20、 1）柔性制造單元（）柔性制造單元（FMCFMC） FMC既可作為獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)加工，也可作為柔性制造系統(tǒng)的加工模塊，具有占地面積小、便于擴(kuò)充、成本低、功能完善和加工適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，非常適用于中小企業(yè)。 它由加工中心（MC）與自動(dòng)交換工件(AWC)裝置組成，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)還增加了自動(dòng)檢測(cè)與工況自動(dòng)監(jiān)控等功能。 2)2)柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS） 它具有多臺(tái)制造設(shè)備，大多在10臺(tái)以下。一個(gè)典型的FMS由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、中央管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)四部分組成。其全部生產(chǎn)過(guò)程由一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。因此，該系統(tǒng)可以提高50%的生產(chǎn)效率，縮短50%的生產(chǎn)周期。 3 3）

21、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMSCIMS） 它是一種先進(jìn)的生產(chǎn)模式，它是將企業(yè)的全部生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所需的各種分布的自動(dòng)化子系統(tǒng)，通過(guò)新的生產(chǎn)管理模式、工藝?yán)碚摵陀?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集成起來(lái)，以獲得適應(yīng)于多品種、中小批量生產(chǎn)的高效益、高柔性和高質(zhì)量的智能制造系統(tǒng)。 一個(gè)典型的CIMS系統(tǒng)由信息管理、工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、質(zhì)量保證、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)等6個(gè)子系統(tǒng)組成。 4 4）敏捷制造）敏捷制造作業(yè)作業(yè) P10(1,2,4,5)第二章第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)要求與特點(diǎn)一、數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)要求與特點(diǎn) （一）（一）數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)

22、要求 數(shù)控機(jī)床具有加工范圍寬，工藝能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，它的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有更大、連續(xù)的調(diào)速范圍和更高的轉(zhuǎn)速以達(dá)到高加工精度和效率的要求?，F(xiàn)代所采用的電機(jī)多為交流和直流調(diào)速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了主軸的無(wú)級(jí)變速，從而減少傳動(dòng)部件。另外，對(duì)主軸的部件來(lái)說(shuō)，要具有更高的精度和剛度。對(duì)主軸系統(tǒng)的要求：對(duì)主軸系統(tǒng)的要求：（1）為了能達(dá)到最佳的切削效果，一般都應(yīng)在最佳的切削條件下工作，因此，主軸一般都要求能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。（2）要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速、高效的加工需求。（3）為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)件。4 4）在加工中心上，還必須具有安裝刀

23、具和刀具交）在加工中心上，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動(dòng)夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，換所需的自動(dòng)夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手的正確嚙合。以保證刀具和主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手的正確嚙合。（5 5）為了擴(kuò)大機(jī)床功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)）為了擴(kuò)大機(jī)床功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)C C軸位置軸位置( (主軸回轉(zhuǎn)主軸回轉(zhuǎn)角度角度) )的控制，主軸還需要安裝位置檢測(cè)裝置，以的控制，主軸還需要安裝位置檢測(cè)裝置，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。（二）主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的變速方式（二）主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的變速方式 為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的加工范圍、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化和加工精度高的特點(diǎn)，它的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)要求

24、有較大的調(diào)速范圍。 傳統(tǒng)的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)變速主要有： 帶有簡(jiǎn)單變速機(jī)構(gòu)的主傳動(dòng)（機(jī)械變速：電機(jī)經(jīng)齒輪變速的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)）通過(guò)皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) （3）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主軸結(jié)構(gòu)（兩種類(lèi)型） 但是隨著交流和直流變速主軸電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的日趨完善、成熟，單一使用齒輪分段無(wú)級(jí)變速的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越少。而是采用在交流和直流電機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配合齒輪傳動(dòng)，以確保低速時(shí)的扭矩，擴(kuò)大調(diào)速范圍。（1 1）帶有簡(jiǎn)單變速機(jī)構(gòu)的主傳動(dòng)）帶有簡(jiǎn)單變速機(jī)構(gòu)的主傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能滿(mǎn)足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)節(jié)速度的能力。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要潤(rùn)滑及溫度控制裝置；成本較高；制造和維修難。應(yīng)用：應(yīng)用：一般大中型銑床

25、多采用這種結(jié)構(gòu)。（2 2）通過(guò)皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)）通過(guò)皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 主軸電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)同步帶或V帶傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便、傳動(dòng)平衡、震動(dòng)和噪音小。在一定條件下能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：調(diào)速范圍比（恒功率調(diào)速范圍與恒扭矩調(diào)速范圍之比）受電機(jī)調(diào)速范圍比的約束。應(yīng)用：應(yīng)用：低扭矩輸出要求的小型數(shù)控機(jī)床主軸上。（3）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主軸結(jié)構(gòu)（兩種類(lèi)型）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主軸結(jié)構(gòu)（兩種類(lèi)型）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)：電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)：電機(jī)通過(guò)精密聯(lián)軸器與主軸聯(lián)接。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率與實(shí)際功率差額較小、傳動(dòng)效率高的，主軸的特性完全與電機(jī)輸出特性一致，因而在使用上受

26、到一定限制。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度的影響比較大電主軸：主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子為一體，稱(chēng)電主軸。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)更緊湊、慣量小、剛度高、響應(yīng)快、調(diào)速電機(jī)的啟動(dòng)和停止特性好。制造和控制要求高。如主軸的散熱、動(dòng)平衡、支承、潤(rùn)滑及控制等。造價(jià)高。應(yīng)用：多用于高速加工。（三）數(shù)控機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)（三）數(shù)控機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu) 主軸是影響機(jī)床加工質(zhì)量的主要部件。它的回轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度；功率和回轉(zhuǎn)速度影響加工效率。因此，主軸在工藝上要求與機(jī)床本身有相適應(yīng)的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗震性、耐磨性和低升溫等。1 1、主軸的軸承支承結(jié)構(gòu)、主軸的軸承支承結(jié)構(gòu) 軸承的使用要相對(duì)應(yīng)于機(jī)床的規(guī)格和精度。主軸軸承配置

27、形式主軸軸承配置形式 1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60度角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用向心推力球軸承。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：大幅度提高主軸的剛度，滿(mǎn)足強(qiáng)力切削要求。 2）前支承采用高精度雙列向心推力球軸承。 向心推力球軸承高速時(shí)性能良好，可達(dá)4000r/min的最高時(shí)速。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：適用于高速主軸支承，承載能力小 適用：適用：適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床 3）前支承用雙列圓錐滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：徑向和軸向剛度高、承載能力強(qiáng)、安裝和調(diào)試性能好。 使用：使用：適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床 液壓驅(qū)動(dòng)自定心卡盤(pán) 2 2常用卡盤(pán)結(jié)構(gòu)常用卡盤(pán)結(jié)構(gòu) 數(shù)控車(chē)床

28、工件夾緊裝置可采用三爪自定心卡盤(pán)、四爪單動(dòng)卡盤(pán)或彈簧夾頭等。為了減少數(shù)控車(chē)床裝夾工件的輔助時(shí)間，廣泛采用液壓或氣壓動(dòng)力自定心卡盤(pán)。下圖為某數(shù)控車(chē)床上采用的一種液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力自定心卡盤(pán) 3 3、主軸內(nèi)刀具自、主軸內(nèi)刀具自動(dòng)裝卸及吹屑裝置動(dòng)裝卸及吹屑裝置 主軸在保證精度和剛度的同時(shí)，還必須設(shè)計(jì)刀具的自動(dòng)裝卸和切屑清除裝置，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)要求。 右圖為自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的主軸部件結(jié)構(gòu)圖 圖5-11 JCS-018加工中心的主軸部件 4 4、 主軸準(zhǔn)停裝置主軸準(zhǔn)停裝置 功能：功能：當(dāng)特殊加工或自動(dòng)換刀，主軸能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的停止在一個(gè)固定位置上。 1）機(jī)械式準(zhǔn)停裝置：）機(jī)械式準(zhǔn)停裝置：1-無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 2-感

29、應(yīng)塊 3-凸輪定位盤(pán)4-定位液壓缸 5-定向滾輪 6-定位活塞 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：機(jī)械準(zhǔn)停裝置機(jī)械準(zhǔn)停裝置比較準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較比較準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。復(fù)雜。2)2)電氣式準(zhǔn)停裝置電氣式準(zhǔn)停裝置 方式：方式：1 1）利用主軸上光電脈沖產(chǎn)生準(zhǔn)停信號(hào)；）利用主軸上光電脈沖產(chǎn)生準(zhǔn)停信號(hào)； 2 2）利用磁力傳感器檢產(chǎn)生準(zhǔn)停信號(hào)。）利用磁力傳感器檢產(chǎn)生準(zhǔn)停信號(hào)。1-主軸主軸 2-同步感應(yīng)器同步感應(yīng)器 3-主軸電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī) 4-永久磁鐵永久磁鐵 5-磁傳感器磁傳感器磁力傳感器準(zhǔn)停裝置工作原理：磁力傳感器準(zhǔn)停裝置工作原理： 數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī)3立即降速，當(dāng)永久磁鐵4對(duì)準(zhǔn)磁傳感器5時(shí)，磁

30、傳感器發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào)，由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。五、高速精密主軸五、高速精密主軸 這種工藝采用的切屑速度比常規(guī)的要高幾倍到十幾倍。 如切屑鋁件的速度達(dá)2500m/min4500m/min;切屑鋼件速度達(dá)400m/min1600m/min;切屑鑄鐵速度達(dá)800m/mim2000m/min. 特點(diǎn)：加工表面質(zhì)量好、切屑溫度低、刀具使用壽命長(zhǎng) 驅(qū)動(dòng)方式：內(nèi)置電動(dòng)機(jī) 軸承要求：高速球軸承或磁力軸承（二）數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（二）數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)字控制信號(hào)和運(yùn)動(dòng)部件之間的傳動(dòng)紐帶，直接影響機(jī)床的加工精度。因此，在進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性方面有

31、更高的要求。 1）提高傳動(dòng)精度和剛度）提高傳動(dòng)精度和剛度 2）減少各運(yùn)動(dòng)零件的慣性量）減少各運(yùn)動(dòng)零件的慣性量 3）減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力）減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力 4）響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬）響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬 5）較強(qiáng)的過(guò)載能力、低速時(shí)扭矩大）較強(qiáng)的過(guò)載能力、低速時(shí)扭矩大 6）穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)）穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng) 7）使用維護(hù)方便）使用維護(hù)方便 一個(gè)典型的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)通常由位置比較、放大單元、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝位置比較、放大單元、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成。 機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)械傳動(dòng)裝置是指將驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置裝換為工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳功鏈

32、。 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部件的總體設(shè)計(jì)要求：進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部件的總體設(shè)計(jì)要求：減少摩減少摩擦、消除間隙、減小慣性、提高傳動(dòng)精度和剛度擦、消除間隙、減小慣性、提高傳動(dòng)精度和剛度。 為了達(dá)到上述總體要求，通常采用的措施是：為了達(dá)到上述總體要求，通常采用的措施是： 1 1）采用低摩擦的傳動(dòng)副；）采用低摩擦的傳動(dòng)副； 2 2）合理的支承形式提高傳動(dòng)剛度等。）合理的支承形式提高傳動(dòng)剛度等。 在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用絲杠螺母在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用絲杠螺母副作為主要的減速和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換。副作為主要的減速和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換。 電機(jī)和絲杠之間的連接方式主要有：齒輪傳電機(jī)和絲杠之間的連接方式主要有：齒輪傳動(dòng)連接、

33、同步帶齒形連接和電機(jī)與絲杠之間的直動(dòng)連接、同步帶齒形連接和電機(jī)與絲杠之間的直接連接。接連接。 滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠，作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦。 工作原理如下所示工作原理如下所示。在絲杠和螺母1上都加工有半圓弧形的螺旋槽，把它們套裝在一起構(gòu)成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道b，將螺旋滾道的兩端連接在一起構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，在滾道內(nèi)裝滿(mǎn)滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自傳又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而迫使螺母（或絲杠）軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副是滾動(dòng)摩擦，

34、它的滾珠絲杠螺母副是滾動(dòng)摩擦，它的特點(diǎn)特點(diǎn)是：是：1 1）摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)效率高，所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)距??；）摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)效率高，所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)距?。? 2）磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好；）磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好；3 3）靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；）靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；4 4）絲杠和螺母之間可通過(guò)預(yù)緊和間隙消除措施）絲杠和螺母之間可通過(guò)預(yù)緊和間隙消除措施提高軸向剛度和反向精度；提高軸向剛度和反向精度；5 5）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，既可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，既可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）制造

35、工藝復(fù)雜，成本高；）制造工藝復(fù)雜，成本高；2 2）在垂直安裝時(shí)不能自鎖，需附加制動(dòng)機(jī)構(gòu)。）在垂直安裝時(shí)不能自鎖，需附加制動(dòng)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣，在大型觸控機(jī)床上多采用齒應(yīng)用范圍廣，在大型觸控機(jī)床上多采用齒條或者渦輪蝸桿裝置。條或者渦輪蝸桿裝置。1 1）滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)）滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠副滾珠的循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副滾珠的循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。兩種。 滾珠在返回過(guò)程中與絲杠脫離接觸的為滾珠在返回過(guò)程中與絲杠脫離接觸的為外循環(huán)外循環(huán)； 滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終接觸的為滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終接觸的為內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)。 循環(huán)中的滾珠叫做循環(huán)中的滾珠叫

36、做工作滾珠工作滾珠，工作滾珠所走過(guò)的，工作滾珠所走過(guò)的滾道圈數(shù)叫滾道圈數(shù)叫工作圈數(shù)工作圈數(shù)。外循環(huán)常見(jiàn)的有插管式和螺旋槽式。外循環(huán)常見(jiàn)的有插管式和螺旋槽式。 圖(a)為插管式，它用彎管作為返回管道，這種形式結(jié)構(gòu)工藝性好，但管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。 圖(b)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。這種形式的結(jié)構(gòu)比插管式的結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較為復(fù)雜。 外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)滾珠絲杠(a)插管式插管式 (b)螺旋槽式螺旋槽式 內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)如圖下所示。如圖下所示。在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸鍵反向器，反向器上銑有S形回珠槽，將相鄰螺紋滾道聯(lián)

37、結(jié)起來(lái)，滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過(guò)絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。 一般一個(gè)螺母上裝有24個(gè)反向器，反向器沿螺母圓周均布。這種結(jié)構(gòu)徑向尺寸緊湊，剛性好，且不易磨損，因返程滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失小。但反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，且不能用于多頭螺紋傳動(dòng)。 內(nèi)循環(huán)滾珠絲內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠杠 2 2）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。軸向間隙通常是指軸向間隙通常是指絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動(dòng)量。除了結(jié)構(gòu)本身所有的游隙之外，還包

38、括施加軸竄動(dòng)量。除了結(jié)構(gòu)本身所有的游隙之外，還包括施加軸向載荷后產(chǎn)生彈性變形所造成的軸向竄動(dòng)量。向載荷后產(chǎn)生彈性變形所造成的軸向竄動(dòng)量。為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。隙。 用預(yù)緊方法消除間隙時(shí)應(yīng)注意，預(yù)加載荷能夠有效用預(yù)緊方法消除間隙時(shí)應(yīng)注意，預(yù)加載荷能夠有效地減少?gòu)椥宰冃嗡鶐?lái)的軸向位移，但地減少?gòu)椥宰冃嗡鶐?lái)的軸向位移，但預(yù)緊力不易過(guò)大預(yù)緊力不易過(guò)大，過(guò)大的預(yù)緊載荷將增加摩擦力，使傳動(dòng)效率降低，縮短過(guò)大的預(yù)緊載荷將增加摩擦力，使傳動(dòng)效率降低，縮短絲杠的使用壽命。所以，一般絲杠的使用壽命。所以，一般需要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整需要經(jīng)過(guò)多次

39、調(diào)整才能保才能保證機(jī)床在適當(dāng)?shù)妮S向載荷下既消除了間隙又能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。證機(jī)床在適當(dāng)?shù)妮S向載荷下既消除了間隙又能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。 消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺利用兩個(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道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。 常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有：常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有： （1 1）齒差調(diào)隙式；）齒差調(diào)隙式； （2 2）墊片調(diào)隙式；）墊片調(diào)隙式； （3 3）螺紋調(diào)隙式；）螺紋調(diào)隙式； （4 4）單螺母變螺距預(yù)加載荷式。）單螺母變螺距預(yù)加載荷

40、式。 （1 1）墊片調(diào)隙式）墊片調(diào)隙式 如下圖所示，在螺母處放入一墊片，如下圖所示，在螺母處放入一墊片，調(diào)整墊片厚度使左右兩個(gè)螺母產(chǎn)生方向相反的位移，則兩調(diào)整墊片厚度使左右兩個(gè)螺母產(chǎn)生方向相反的位移，則兩個(gè)螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上，個(gè)螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，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，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，調(diào)整精度不高，僅適用于一般精度的數(shù)控機(jī)床。調(diào)整精度不高，僅適用于一般精度的數(shù)控機(jī)床。

41、 （2 2）螺紋調(diào)隙式）螺紋調(diào)隙式 如下圖所示，左螺母外端有凸緣，如下圖所示，左螺母外端有凸緣，右螺母右端加工有螺紋，用兩個(gè)圓螺母右螺母右端加工有螺紋，用兩個(gè)圓螺母1 1、2 2把墊片壓在螺把墊片壓在螺母座上，左右螺母通過(guò)平鍵和螺母座連接，使螺母在螺母母座上，左右螺母通過(guò)平鍵和螺母座連接，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，擰緊圓螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，擰緊圓螺母1 1使右螺母向右滑動(dòng)，就改變了兩螺母的間距，即可消除使右螺母向右滑動(dòng)，就改變了兩螺母的間距，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺母間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺母2 2鎖緊。這種調(diào)整方法結(jié)鎖緊。這種調(diào)整

42、方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用較廣，但調(diào)整預(yù)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用較廣，但調(diào)整預(yù)緊量不能控制。緊量不能控制。 （3 3）齒差調(diào)隙式）齒差調(diào)隙式 如下圖所示，在兩個(gè)螺母的凸緣上加工有圓柱外齒如下圖所示，在兩個(gè)螺母的凸緣上加工有圓柱外齒輪，分別與緊固在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，左右螺母輪，分別與緊固在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，左右螺母不能轉(zhuǎn)動(dòng)。兩螺母凸緣齒輪的齒數(shù)分別為不能轉(zhuǎn)動(dòng)。兩螺母凸緣齒輪的齒數(shù)分別為Z1Z1和和Z2Z2，且相，且相差一個(gè)齒。差一個(gè)齒。 調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒或多個(gè)齒同方向

43、都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒或多個(gè)齒，然后在插入內(nèi)齒圈并緊，然后在插入內(nèi)齒圈并緊固在螺母座上，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生角位移，使兩個(gè)螺母固在螺母座上，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生角位移，使兩個(gè)螺母軸向間距改變，實(shí)現(xiàn)消除隙和預(yù)緊。軸向間距改變，實(shí)現(xiàn)消除隙和預(yù)緊。 設(shè)滾珠絲杠的導(dǎo)程為設(shè)滾珠絲杠的導(dǎo)程為t,t,兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座同方兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座同方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒后，其軸向位移量為：向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒后，其軸向位移量為：tZZS2111齒差調(diào)隙式齒差調(diào)隙式 例如，例如，Z1=99Z1=99，Z2=100Z2=100，滾珠絲杠的導(dǎo)程，滾珠絲杠的導(dǎo)程 t=10mmt=10mm時(shí)，時(shí)，則則S=10/99000.001mmS=10/99000

44、.001mm，若間隙量為，若間隙量為0.002mm,0.002mm,則相應(yīng)的兩則相應(yīng)的兩螺母沿同方向轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒即可消除間隙。螺母沿同方向轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒即可消除間隙。 齒差調(diào)隙式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸較大，但是調(diào)整方齒差調(diào)隙式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸較大，但是調(diào)整方便，可獲得精確的調(diào)整量，預(yù)緊可靠不會(huì)松動(dòng)，適用于高便，可獲得精確的調(diào)整量，預(yù)緊可靠不會(huì)松動(dòng)，適用于高精度傳動(dòng)。精度傳動(dòng)。 (4)(4)單螺母變螺距預(yù)加載荷式單螺母變螺距預(yù)加載荷式 即在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠軌道之間即在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠軌道之間使內(nèi)螺紋軌道在軸向上產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)程突變量使內(nèi)螺紋軌道在軸向上產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)程突變量L L，從而使

45、兩列滾珠在軸向上錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。從而使兩列滾珠在軸向上錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：施加在螺母上的載荷必須預(yù)先設(shè)定，施加在螺母上的載荷必須預(yù)先設(shè)定，且不能改變。且不能改變。 3 3）滾珠絲杠的支承方式）滾珠絲杠的支承方式 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠副本身的剛度外，對(duì)滾珠絲杠的正確安裝及支承結(jié)構(gòu)的剛珠絲杠副本身的剛度外，對(duì)滾珠絲杠的正確安裝及支承結(jié)構(gòu)的剛度也提出了重要的要求。度也提出了重要的要求。 由于滾珠絲杠所承受的主要是軸向載荷，它的徑向載荷主要由于滾珠絲杠所承受的主要是軸向載荷，它

46、的徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，常采用高剛度的推力軸承以提高滾珠絲杠的是臥式絲杠的自重，常采用高剛度的推力軸承以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。軸向承載能力。常用的滾珠絲杠支承方式：常用的滾珠絲杠支承方式： （1 1）一端裝推力軸承）一端裝推力軸承 這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只適用于行程小的短絲杠。適用于行程小的短絲杠。（2 2）一端裝推力軸承，另一端裝向心球軸承）一端裝推力軸承，另一端裝向心球軸承 這種安裝方式用于絲杠較長(zhǎng)的情況，當(dāng)熱變形這種安裝方式用于絲杠較長(zhǎng)的情況，當(dāng)熱變形造成絲杠伸長(zhǎng)時(shí)，其一端固定，另一端能作微量的造成絲杠伸長(zhǎng)時(shí)，其一端固

47、定，另一端能作微量的軸向浮動(dòng)。為減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的軸向浮動(dòng)。為減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離電機(jī)熱源和絲杠工作時(shí)的常用段。安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離電機(jī)熱源和絲杠工作時(shí)的常用段。 （3 3）兩端裝推力軸承）兩端裝推力軸承 將推力軸承安裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)將推力軸承安裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，有助于提高絲杠的軸向剛度，但此種安裝方緊力，有助于提高絲杠的軸向剛度，但此種安裝方式對(duì)熱變形較為敏感。式對(duì)熱變形較為敏感。（4 4）兩端裝推力軸承及向心球軸承）兩端裝推力軸承及向心球軸承: : 為了提高剛度，絲杠兩端均采用雙重支承并施加為了提高剛度，絲杠兩端均采用雙重支承并

48、施加預(yù)緊。這種方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為推力軸承預(yù)緊。這種方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高推力軸承的承載力和的預(yù)緊，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高推力軸承的承載力和支架剛度。支架剛度。 4 4）滾珠絲杠的防護(hù)）滾珠絲杠的防護(hù) 滾珠絲杠副用潤(rùn)滑劑來(lái)提高耐磨性及傳動(dòng)效率，滾珠絲杠副用潤(rùn)滑劑來(lái)提高耐磨性及傳動(dòng)效率，潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑油一般為機(jī)械油潤(rùn)滑油一般為機(jī)械油或或140140號(hào)主軸油。潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)殼體上的油孔注入螺母的號(hào)主軸油。潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)；潤(rùn)滑脂常采用鋰基潤(rùn)滑脂，一般加在螺紋滾空間內(nèi)；潤(rùn)滑脂常采用鋰基潤(rùn)滑脂，一般

49、加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體的空間內(nèi)。道和安裝螺母的殼體的空間內(nèi)。 滾珠絲杠副如果在滾道上落入了灰塵、切屑，或者滾珠絲杠副如果在滾道上落入了灰塵、切屑，或者使用了不凈的潤(rùn)滑油，不僅會(huì)妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還使用了不凈的潤(rùn)滑油，不僅會(huì)妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還會(huì)使磨損急劇增加。因此必須有防護(hù)裝置和使用潔凈的會(huì)使磨損急劇增加。因此必須有防護(hù)裝置和使用潔凈的潤(rùn)滑油。通常采用密封圈或防護(hù)罩對(duì)螺母進(jìn)行防護(hù)。潤(rùn)滑油。通常采用密封圈或防護(hù)罩對(duì)螺母進(jìn)行防護(hù)。 當(dāng)滾珠絲杠螺母副處于隱蔽的位置時(shí)，采用密封圈當(dāng)滾珠絲杠螺母副處于隱蔽的位置時(shí)，采用密封圈進(jìn)行密封保護(hù)；當(dāng)滾珠絲杠螺母副處于裸露的位置時(shí)，進(jìn)行密封保護(hù)；當(dāng)滾珠絲杠螺母副處于裸露的位置時(shí)，應(yīng)采用密封的防護(hù)罩進(jìn)行密封保護(hù)。應(yīng)采用密封的防護(hù)罩進(jìn)行密封保護(hù)。 1、密封圈裝在滾珠螺母的兩端，分為接觸式的和密封圈裝在滾珠螺母的兩端，分為接觸式的和非接觸式的兩種。非接觸式的兩種。 接觸式的彈性密封圈用耐油橡膠或尼龍制成，其接觸式的彈性密封圈用耐油橡膠或