數(shù)控_4(機(jī)構(gòu)3)

1、四、電主軸與高速主軸系統(tǒng)1.電主軸的主要特點2.電主軸的安裝形式3.電主軸的發(fā)熱及其解決方法4.電主軸的動平衡設(shè)計5.高速主軸系統(tǒng)的軸承配置要求電主軸：主軸與電機(jī)制成一體，使主軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)簡化。電主軸：主軸與電機(jī)制成一體，使主軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)簡化。電主軸組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測元件。電主軸組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測元件?？招妮S轉(zhuǎn)子，既是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，也是主軸?？招妮S轉(zhuǎn)子，既是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，也是主軸。主軸電機(jī)直接驅(qū)動主軸電機(jī)直接驅(qū)動定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電主軸電主軸第第二二章章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置CNC8.3 8.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動

2、系統(tǒng)第八章第八章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置CNC8.3 8.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)1.電主軸的主要特點1)機(jī)械結(jié)構(gòu)最為簡單，傳動慣量小，因而快速響應(yīng)性好，能實現(xiàn)極高的速度、加(減)速度和定角度的快速準(zhǔn)停(C軸控制)。2)通過采用交流變頻調(diào)速或磁場矢量控制的交流主軸驅(qū)動裝置，輸出功率大，調(diào)速范圍寬，并有比較理想的轉(zhuǎn)矩功率特性。3)可以實現(xiàn)了主軸部件的單元化。大大簡化了主運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所謂大大簡化了主運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所謂“零傳動零傳動”，使傳動，使傳動精度大大提高，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。精度大大提高，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。缺點缺點: :電

3、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主軸電機(jī)的關(guān)主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主軸電機(jī)的關(guān)鍵問題。鍵問題。若電主軸內(nèi)應(yīng)用較先進(jìn)的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸若電主軸內(nèi)應(yīng)用較先進(jìn)的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）可使主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提承等）可使主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止響應(yīng)特性，利于控制振動和噪聲。目前最高啟動、停止響應(yīng)特性，利于控制振動和噪聲。目前最高可達(dá)高可達(dá)200000 r/min200000 r/min。大大簡化了主運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了

4、所謂大大簡化了主運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所謂“零傳動零傳動”，使傳動精度大大提高，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。使傳動精度大大提高，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。缺點缺點: :電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主軸電機(jī)的關(guān)鍵問題。軸電機(jī)的關(guān)鍵問題。第八章第八章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置CNC8.3 8.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)2.電主軸的安裝形式1)主電動機(jī)置于主軸前、后軸承之間。2)主電動機(jī)置于主軸后軸承之后，即主軸箱

5、和主電動機(jī)作軸向的同軸布置(有的用聯(lián)軸器)。3.電主軸的發(fā)熱及其解決方法與一般的主軸部件不同，電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動機(jī)的發(fā)熱。由于主電動機(jī)旁邊就是主軸軸承，電動機(jī)的發(fā)熱會直接降低軸承的工作精度。如果主電動機(jī)的散熱問題解決不好，就會影響機(jī)床工作的可靠性。主主軸軸的的潤潤滑滑、冷冷卻卻方方式式水套冷卻水套冷卻油氣潤滑油氣潤滑4.電主軸的動平衡設(shè)計電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在10000r/min以上，甚至高達(dá)60000100000r/min，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量，都會引起巨大的離心力，造成機(jī)床的振動，影響加工精度和表面質(zhì)量，因此必須對電主軸進(jìn)行嚴(yán)格的動平衡。 采用電主軸后，主軸和主

6、軸上的零件都要經(jīng)過十分精密的加工、裝配和調(diào)校。在設(shè)計電主軸后，必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對稱原則，鍵聯(lián)接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用。電動機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸之間用過盈配合來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。主軸上軸向固定零件用的螺紋也用于主軸有過盈配合的圓盤來替代。 為了使轉(zhuǎn)子在裝配后達(dá)到精確的動平衡，還必須采用下面的工藝措施：一、電主軸轉(zhuǎn)子的外徑在裝配前一般都留有一定的加工余量，當(dāng)轉(zhuǎn)子用熱壓法裝入主軸后，把主軸裝夾在車床上對轉(zhuǎn)子進(jìn)行最后的精車。另一個保證動平衡的措施是在電動機(jī)轉(zhuǎn)子的兩個端蓋上，對稱加工16-24個直徑略有不用的孔，當(dāng)電主軸裝完后，根據(jù)動平衡機(jī)結(jié)果，在一定的方位上，旋入相應(yīng)的動平衡螺釘并調(diào)節(jié)旋入深度，進(jìn)行

7、動平衡的調(diào)節(jié)。 5.高速主軸系統(tǒng)的軸承配置要求1)提高軸承尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度，以適應(yīng)高精度切削要求。2)采用角接觸球軸承取代圓柱滾子軸承和推力球軸承，以承受徑向和軸向載荷，并適應(yīng)高速切削的需要。3)應(yīng)減小徑向截面尺寸，以減小主軸系統(tǒng)的體積，并有利于系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)。4)應(yīng)盡量采用小而多的滾動體，以減小高速旋轉(zhuǎn)慣性力并進(jìn)而提高軸系的動剛度。5)采用高強(qiáng)度、輕質(zhì)保持架，選擇合理的引導(dǎo)方式，以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)。6)盡量采用配對軸承，以保證軸承的旋轉(zhuǎn)精度與剛度。高剛性軸承配置高剛性軸承配置前支承是雙列圓柱滾子軸承，后支承雙列圓柱滾子軸承和雙列推力角接觸球軸承。高速度軸承配置高速度軸承配置CNC 主軸高速化首要

8、解決的技術(shù)問題有三方面主軸高速化首要解決的技術(shù)問題有三方面 (1)高速電動機(jī)的控制技術(shù)。 (2)高速軸承的開發(fā) 陶瓷軸承，其軸承的滾動體是用陶瓷材料制成，而內(nèi)、外因仍用軸承鋼制造。陶瓷材料為Si3O4，其優(yōu)點是重量輕為軸承鋼的40，熱膨脹率低是軸承鋼的25；彈性模量大，是軸承鋼的1.5倍。采用陶瓷滾動體，可大大減小離心力和慣性滑移，有利于提高主軸轉(zhuǎn)速。目前的問題是陶瓷價格昂貴，且有關(guān)壽命、可靠性試驗數(shù)據(jù)尚不充分需進(jìn)一步試驗和完善。磁懸浮軸承，它是靠電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮在中心位置，由于軸心的位置靠電子反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)解，因此其剛度值可以設(shè)定得很高，主軸的軸向尺寸變化很小，這種軸承溫升低，回轉(zhuǎn)精

9、度高。由于轉(zhuǎn)子和定子不接觸，因此沒有磨損，無需潤滑，轉(zhuǎn)速高，壽命很長。最高線速度可達(dá)200m/s（陶瓷軸承80m/s）。流體動靜壓軸承小球球軸承。 (3)冷卻潤滑技術(shù)的研究 過去加工中心機(jī)床主軸軸承大都采用油脂潤滑方式，為了適應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速向更高速化發(fā)展的需要，新的潤滑冷卻方式相繼開發(fā)出來，減小軸承溫升，進(jìn)而減小軸承內(nèi)外因的溫差，以及為解決高速主軸軸承滾道處進(jìn)油困難所開發(fā)的各種潤滑冷卻方式。五、主軸部件的結(jié)構(gòu)圖2-12車床主軸部件圖1、3、5、15、16螺釘2帶輪聯(lián)接盤4端蓋6圓柱滾珠軸承7、9、11、12擋圈8熱調(diào)整套10、13、17角接觸球軸承14卡盤過渡盤18主軸19主軸箱箱體第四節(jié)數(shù)控機(jī)床

10、的進(jìn)給傳動系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本要求二、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本形式三、直線電動機(jī)與高速進(jìn)給單元四、滾珠絲杠螺母副的原理五、滾珠絲杠螺母副的支承六、滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接七、滾珠絲杠螺母副的選擇與計算一、數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本要求1.提高傳動部件的剛度（加大滾珠絲杠的直徑，對絲杠螺母支承部件進(jìn)行預(yù)緊，對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸）2.減小傳動部件的慣量（傳動件的慣量直接決定進(jìn)給系統(tǒng)的加速度，他是影響進(jìn)給系統(tǒng)的快速性的主要因素）3.減小傳動部件的間隙（在開環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)中傳動間隙直接影響系統(tǒng)的精度，在閉環(huán)系統(tǒng)中，它是系統(tǒng)的非線性環(huán)節(jié)，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性）4.減小系統(tǒng)的摩擦阻力二

11、、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本形式1.滾珠絲杠螺母副摩擦損失小傳動效率高；預(yù)緊后可以消除間隙，提高傳動效率；摩擦阻力小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；長期工作磨損小、使用壽命長、精度保持性好。2.靜壓絲杠螺母副是通過油壓在絲杠和螺母的接觸面之間，產(chǎn)生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母之間的摩擦變成液體摩擦。特點：摩擦因數(shù)?。挥湍涌梢晕裉岣哌\(yùn)動平穩(wěn)性；有利于散熱減小熱變形；油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有均化作用；承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關(guān)3靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副4.直線電動機(jī)直接驅(qū)動可以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的環(huán)節(jié)，大大簡化機(jī)械傳動環(huán)可

12、以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的環(huán)節(jié)，大大簡化機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)所謂的零傳動。從根本上消除了傳動環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性、穩(wěn)定性節(jié)，實現(xiàn)所謂的零傳動。從根本上消除了傳動環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性、穩(wěn)定性的影響。的影響。三、直線電動機(jī)與高速進(jìn)給單元1.直線電動機(jī)的主要特點2.高速進(jìn)給單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.直線電動機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計注意點世界上第一臺使用直線電動機(jī)驅(qū)動工作臺的高速加工中心是德國世界上第一臺使用直線電動機(jī)驅(qū)動工作臺的高速加工中心是德國Ex-Cell-O公司公司于于1993年生產(chǎn)的，采用了德國年生產(chǎn)的，采用了德國Indrament公司開發(fā)成功的感應(yīng)式直線電機(jī)。同公司開發(fā)成功的感應(yīng)式

13、直線電機(jī)。同時，美國時，美國Ingersoll公司和公司和Ford汽車公司合作，在汽車公司合作，在HVM800型臥式加工中心上型臥式加工中心上采用了美國采用了美國Anorad公司生產(chǎn)的永磁式直線電動機(jī)。日本的公司生產(chǎn)的永磁式直線電動機(jī)。日本的FANUC公司于公司于1994年購買了年購買了Anorad公司的專利權(quán)，開始在亞洲市場銷售直線電動機(jī)。在公司的專利權(quán)，開始在亞洲市場銷售直線電動機(jī)。在1996年年9月芝加哥國際制造技術(shù)博覽會上，直線電動機(jī)如雨后春筍般展現(xiàn)在人們面前，月芝加哥國際制造技術(shù)博覽會上，直線電動機(jī)如雨后春筍般展現(xiàn)在人們面前，這預(yù)示著直線電動機(jī)開辟的機(jī)床新時代已經(jīng)到來。這預(yù)示著直線電

14、動機(jī)開辟的機(jī)床新時代已經(jīng)到來。 1直線電動機(jī)工作原理簡介直線電動機(jī)工作原理簡介 直線電動機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相比，并沒有本質(zhì)的區(qū)別，可以將其視直線電動機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相比，并沒有本質(zhì)的區(qū)別，可以將其視為旋轉(zhuǎn)電動機(jī)沿圓周方向拉開展平的產(chǎn)物。如圖所示。對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定為旋轉(zhuǎn)電動機(jī)沿圓周方向拉開展平的產(chǎn)物。如圖所示。對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子部分，稱為直線電動機(jī)的初級。對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，稱為直線電子部分，稱為直線電動機(jī)的初級。對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，稱為直線電動機(jī)的次級。當(dāng)多相交變電流通入多相對稱繞組時，就會在直線電動機(jī)初級和動機(jī)的次級。當(dāng)多相交變電流通入多相對稱繞組時，就

15、會在直線電動機(jī)初級和次級之間的氣隙中產(chǎn)生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當(dāng)然次級之間的氣隙中產(chǎn)生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當(dāng)然，二者之間也存在一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。，二者之間也存在一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。 直線電動機(jī)可以分為直流直線電動機(jī)、步進(jìn)直線電動機(jī)和交流直線電機(jī)三直線電動機(jī)可以分為直流直線電動機(jī)、步進(jìn)直線電動機(jī)和交流直線電機(jī)三大類。在機(jī)床上主要使用交流直線電動機(jī)。大類。在機(jī)床上主要使用交流直線電動機(jī)。 在結(jié)構(gòu)上，可以有如圖所示的短次級和短初級兩種形式。為了減小發(fā)熱量和在結(jié)構(gòu)上，可以有如圖所示的短次級和短初級兩種形式。為了

16、減小發(fā)熱量和降低成本，高速機(jī)床用直線電動機(jī)一般采用圖降低成本，高速機(jī)床用直線電動機(jī)一般采用圖b所示的短初級、動初級結(jié)構(gòu)。所示的短初級、動初級結(jié)構(gòu)。圖2-14直線電動機(jī)及安裝1、9、10位置檢測器2、6轉(zhuǎn)子3、13定子4床身5、8輔助導(dǎo)軌7、14冷卻板11拖鏈12導(dǎo)軌 1)使用直線伺服電動機(jī)，電磁力直接作用于運(yùn)動體(工作臺)上，而不用機(jī)械連接，因此沒有機(jī)械滯后或齒節(jié)周期誤差，精度完全取決于反饋系統(tǒng)的檢測精度。2)直線電動機(jī)上裝配全數(shù)字伺服系統(tǒng)，可以達(dá)到極好的伺服性能。由于電動機(jī)和工作臺之間無機(jī)械連接件，工作臺對位置指令幾乎是立即反應(yīng)(電氣時間常數(shù)約為1ms)，從而使得跟隨誤差減至最小而達(dá)到較高的

17、精度。并且，在任何速度下都能實現(xiàn)非常平穩(wěn)的進(jìn)給運(yùn)動。3)直線電動機(jī)系統(tǒng)在動力傳動小由于沒有低效率的中介傳動部件而能達(dá)到高效率可獲得很好的動態(tài)剛度(動態(tài)剛度即為在脈沖負(fù)荷作用下，伺服系統(tǒng)保持其位置的能力)。4)直線電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)由于無機(jī)械零件相互接觸，因此無機(jī)械磨損，也就不需要定期維護(hù)，也不象滾珠絲杠那樣有行程限制，使用多段拼接技術(shù)可以滿足超長行程機(jī)床的要求。 下表列出了滾珠絲杠與直線電動機(jī)的性能對比。 5)由于直線電動機(jī)的動件(初級)已和機(jī)床的工作臺合二為一，因此，和滾珠絲杠進(jìn)給單元不同，直線電動機(jī)進(jìn)給單元只能采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)。其控制框圖如圖所示。然而，直線電動機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用也存在一些問題

18、，包括：1)由于沒有機(jī)械連接或嚙合，因此垂直軸需要外加一個平衡塊或制動器。2)當(dāng)負(fù)荷變化大時，需要重新整定系統(tǒng)。目前，大多數(shù)現(xiàn)代控制裝置具有自動整定功能因此能快速調(diào)機(jī)。3)磁鐵(或線圈)對電動機(jī)部件的吸力很大，因此應(yīng)注意選擇導(dǎo)軌和設(shè)計滑架結(jié)構(gòu)，并注意解決磁鐵吸引金屬顆粒的問題。直線電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點，對于促進(jìn)機(jī)床的高速化有十分重要的意義和應(yīng)用價值。由于目前尚處于初級應(yīng)用階段，生產(chǎn)批量不大，因而成本很高。但可以預(yù)見，作為一種嶄新的傳動方式，直線電動機(jī)必然在機(jī)床工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，并顯現(xiàn)巨大的生命四、滾珠絲杠螺母副的原理1.滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理2.滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊絲杠（螺

19、母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動、絲杠（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。換成直線運(yùn)動。CNC滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：外循環(huán)：外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸CNC內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)：始終與絲杠保持接觸。始終與絲杠保持接觸。CNC2.滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊單螺母的預(yù)緊方式(1)增加滾珠直徑預(yù)緊法(2)螺母夾緊預(yù)緊法 (3)整體螺母變位螺距預(yù)緊法(1)增加滾珠直徑預(yù)緊法圖2-16滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊原理1螺母2滾珠3

20、絲杠4螺栓5墊片常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式：常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式： 墊片預(yù)緊方式墊片預(yù)緊方式 螺紋預(yù)緊方式螺紋預(yù)緊方式 齒差預(yù)緊方式齒差預(yù)緊方式 CNC調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，該形式結(jié)構(gòu)簡單調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，該形式結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于一般精度機(jī)構(gòu)。，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于一般精度機(jī)構(gòu)。CNC通過圓螺母調(diào)整，消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，再用鎖緊螺母通過圓螺母調(diào)整，消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。但調(diào)整精度較差，且易于松鎖緊，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。但調(diào)整精度較差，且易于松動動 。第八章第八章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械

21、結(jié)構(gòu)與裝置數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置CNC 兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數(shù)相差兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數(shù)相差1 1，分別與內(nèi)齒輪嚙合，調(diào)整時先取下內(nèi)，分別與內(nèi)齒輪嚙合，調(diào)整時先取下內(nèi)齒輪，使兩螺母產(chǎn)生相對位移（即在同方向轉(zhuǎn)過相同齒），然后將內(nèi)齒輪復(fù)位固定，達(dá)齒輪，使兩螺母產(chǎn)生相對位移（即在同方向轉(zhuǎn)過相同齒），然后將內(nèi)齒輪復(fù)位固定，達(dá)到消除間隙的目的。到消除間隙的目的。第八章第八章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝置CNC五、滾珠絲杠螺母副的支承1.滾珠絲杠螺母副的支承形式2.滾珠絲杠螺母副的支承軸承1.滾珠絲杠螺母副的支承形式圖2-17滾珠絲杠螺母副的支承形式1.滾珠絲杠螺

22、母副的支承形式圖2-18滾珠絲杠支承軸承2.滾珠絲杠螺母副的支承軸承六、滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接1.聯(lián)軸器直接聯(lián)接(圖2-19a)2.通過齒輪聯(lián)接(圖2-19b)3.通過同步齒形帶聯(lián)接(圖2-19c)六、滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接圖2-19滾珠絲杠螺母副與驅(qū)動電動機(jī)的聯(lián)接形式1驅(qū)動電動機(jī)2聯(lián)軸器3絲杠4齒輪5同步齒形帶1.聯(lián)軸器直接聯(lián)接(圖2-19a)圖2-20撓性聯(lián)軸器1壓圈2聯(lián)軸套3柔性片4球面墊5錐環(huán)2.通過齒輪聯(lián)接(圖2-19b)3.通過同步齒形帶聯(lián)接(圖2-19c)1)為了減小慣量，同步帶輪材料宜采用密度較小的鋁合金或塑料制造。2)同步帶輪應(yīng)直接安裝在電動機(jī)及絲杠軸上，以避免中

23、間環(huán)節(jié)給系統(tǒng)帶來附加慣量。3)必須對同步帶輪的平行性進(jìn)行調(diào)節(jié)，以防止不平行產(chǎn)生的傳動帶邊緣張力，引起傳動帶磨損。4)為了消除間隙，同步帶必須通過張力調(diào)整進(jìn)行預(yù)緊，張力調(diào)整的方法與普通傳動帶的張緊方法相同，在此從略。3.通過同步齒形帶聯(lián)接(圖2-19c)圖2-21同步帶1強(qiáng)力層2帶背3帶齒七、滾珠絲杠螺母副的選擇與計算1.確定滾珠絲杠的導(dǎo)程Pn2.滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計算3.確定絲杠預(yù)期額定動載荷4.按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m5.確定滾珠絲杠副的規(guī)格型號6.確定預(yù)緊力Fp7.計算行程補(bǔ)償值C和拉伸力Ft2.滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計算(1)最小載荷Fmin取機(jī)床空載時滾珠絲

24、杠副的傳動力，如工作臺重量引起的摩擦力，單位：N。(2)最大載荷Fmax取機(jī)床承受最大負(fù)荷時滾珠絲杠副的傳動力。(3)滾珠絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm及當(dāng)量載荷Fm設(shè)：滾珠絲杠副在n1、n2、nn各種轉(zhuǎn)速下，各轉(zhuǎn)速工作時間占總時間的百分比分別為t1%、t2%、tn%，所受載荷分別是F1、F2、Fn。3.確定絲杠預(yù)期額定動載荷1)絲杠預(yù)期額定動載荷按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時間Lh計算：2)對于有預(yù)加負(fù)荷的滾珠絲杠副，應(yīng)根據(jù)最大軸向負(fù)荷Fmax計算預(yù)期額定動載荷4.按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m(1)估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量m滾珠絲杠的最大允許軸向變形量m決定于滾珠絲杠的剛度，絲杠

25、的彈性變形產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床的死區(qū)間隙。(2)估算滾珠絲杠副的底徑d2m5.確定滾珠絲杠副的規(guī)格型號6.確定預(yù)緊力Fp)當(dāng)最大軸向工作載荷Fmax能確定時2)當(dāng)最大軸向工作載荷不能確定時表2-2預(yù)載荷系數(shù)表7.計算行程補(bǔ)償值C和拉伸力Ft1)目標(biāo)行程補(bǔ)償值C的計算2)預(yù)拉伸力的計算：1)計算軸承所受的最大軸向載荷FBmax時，對于在有預(yù)拉伸的滾珠絲杠副應(yīng)考慮到預(yù)拉伸力Ft；2)軸承應(yīng)根據(jù)滾珠絲杠副支承的要求選擇相應(yīng)的軸承的型號。3)確定軸承內(nèi)徑時，為便于絲杠加工，軸承內(nèi)徑最好不大于滾珠絲杠的大徑。第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌一、數(shù)控機(jī)床對導(dǎo)軌的基本要求二、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點三、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理與特點

26、四、滾動導(dǎo)軌的選擇與計算五、滾動導(dǎo)軌的安裝與使用一、數(shù)控機(jī)床對導(dǎo)軌的基本要求()導(dǎo)向精度高()精度保持性好()足夠的剛度()良好的摩擦特性()導(dǎo)向精度高導(dǎo)向精度是指機(jī)床的運(yùn)動部件沿導(dǎo)軌移動時的直線與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。()精度保持性好精度保持性是指導(dǎo)軌能否長期保持原始精度。()足夠的剛度機(jī)床各運(yùn)動部件所受的外力，最后都由導(dǎo)軌面來承受，若導(dǎo)軌受力后變形過大，不僅破壞了導(dǎo)向精度，而且惡化了導(dǎo)軌的工作條件。()良好的摩擦特性數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)要小，而且動、靜摩擦因數(shù)應(yīng)盡量接近，以減小摩擦阻力和導(dǎo)軌熱變形，使運(yùn)動輕便平穩(wěn)，低速無爬行。二、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點1.滑動導(dǎo)軌2.滾動導(dǎo)軌

27、3.靜壓導(dǎo)軌1.滑動導(dǎo)軌1)以聚四氟乙烯(PTFY)為基體，通過添加不同的填充料構(gòu)成的高分子復(fù)合材料。2)以環(huán)氧樹脂為基體，加入MoS2，膠體石墨TiO2等制成的抗磨涂層材料。1.滑動導(dǎo)軌圖2-22鑲粘塑料導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖1床身2滑板3鑲條4軟塑料帶5壓板2.滾動導(dǎo)軌(1)滾珠導(dǎo)軌 (2)滾柱導(dǎo)軌(3)滾針導(dǎo)軌(1)滾珠導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌以滾珠作為滾動體，運(yùn)動靈敏度好，定位精度高；但其承載能力和剛度較小，一般都需要通過預(yù)緊提高承載能力和剛度。(2)滾柱導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌的承載能力及剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，但對于安裝的要求也高，如果安裝不良，會引起偏移和側(cè)向滑動，使導(dǎo)軌磨損加快、降低精度。(3)滾針導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌

28、的滾針比同直徑的滾柱長度更長。3.靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌的滑動面之間開有油腔，將有一定的油通過節(jié)流輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運(yùn)動部件，使導(dǎo)軌工作表面處于純液體摩擦，不產(chǎn)生磨損，精度保持性好。同時摩擦因數(shù)也極低(0.0005)，使驅(qū)動功率大大降低；低速無爬行，承載能力大，剛度好；此外，油液有吸振作用，抗振性好。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要有供油系統(tǒng)，油的清潔度要求高。三、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理與特點1.滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理2.滾動導(dǎo)軌的特點1.滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理圖2-23滾動直線導(dǎo)軌副1滑塊2導(dǎo)軌3鋼球4回珠孔5側(cè)密封6密封端蓋7擋板8油杯2.滾動導(dǎo)軌的特點1)動、靜摩擦力之差很小，靈敏性極好，驅(qū)動信號與機(jī)械動作

29、間的滯后時間極短，有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。2)可以使驅(qū)動電動機(jī)的功率大幅度下降，它實際所需的功率只相當(dāng)于普通導(dǎo)軌的左右。3)適合于高速、高精度加工的機(jī)床，它的瞬時速度可以比滑動導(dǎo)軌提高10倍左右。4)可以實現(xiàn)無間隙運(yùn)動，提高進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動精度。5)滾動導(dǎo)軌成對使用時，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件(導(dǎo)軌安裝面)的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。6)導(dǎo)軌副的滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承載能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高。7)導(dǎo)軌采用表面硬化處理工藝，導(dǎo)軌內(nèi)仍保持良好的力學(xué)性能，從而使它具有良好的可校性。2.滾動導(dǎo)軌的特點8)滾動導(dǎo)軌對安裝

30、面的要求較低，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，降低了機(jī)床加工、制造四、滾動導(dǎo)軌的選擇與計算(一)滾動導(dǎo)軌的精度等級與通用數(shù)據(jù)(二)滾動直線導(dǎo)軌副的額定壽命(三)滾動直線導(dǎo)軌副的載荷計算(四)滾動直線導(dǎo)軌副的預(yù)載荷(一)滾動導(dǎo)軌的精度等級與通用數(shù)據(jù)滾動導(dǎo)軌的精度分四個等級，即2、3、4、5級，其中2級精度最高，依次遞減。由于滾動直線導(dǎo)軌副具有“誤差均化效應(yīng)”，當(dāng)在同一平面內(nèi)使用兩套或兩套以上時，可選用較低一級精度達(dá)到高一級的運(yùn)動精度，成套使用通常可以提高產(chǎn)品質(zhì)量20%50%。(二)滾動直線導(dǎo)軌副的額定壽命)滾動直線導(dǎo)軌副的額定運(yùn)動距離壽命的計算公式為)當(dāng)行程的長度一定，以小時為單位的額定壽命的計算公式：表

31、2-3滾動導(dǎo)軌的接觸系數(shù)表(三)滾動直線導(dǎo)軌副的載荷計算1.滾動直線導(dǎo)軌副的載荷特點2.作用于滾動直線導(dǎo)軌副的載荷計算1.滾動直線導(dǎo)軌副的載荷特點由于滾動直線導(dǎo)軌副的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有垂直向上，向下和左右水平四方向額定載荷相等，且額定載荷大、剛性好、剛度高、三個方向抗顛覆力矩能力強(qiáng)，因此，可以適用于各種載荷機(jī)床。2.作用于滾動直線導(dǎo)軌副的載荷計算)載荷為分段變化的情況)載荷呈線性變化的情況)載荷呈全波正弦曲線變化的情況)載荷呈半波正弦曲線變化的情況)同時承負(fù)垂向載荷Pv和水平向載荷Ph的情況)同時承負(fù)外部扭矩M和外部載荷P的情況(四)滾動直線導(dǎo)軌副的預(yù)載荷表2-推薦預(yù)載荷表五、滾動導(dǎo)軌的安裝與

32、使用1.滾動直線導(dǎo)軌副的安裝2.滾動直線導(dǎo)軌副的防護(hù)與潤滑1.滾動直線導(dǎo)軌副的安裝圖2-24滾動直線導(dǎo)軌副的安裝2.滾動直線導(dǎo)軌副的防護(hù)與潤滑使用滾動直線導(dǎo)軌副時，應(yīng)注意工作環(huán)境與裝配過程中的清潔，不能有鐵屑、雜質(zhì)、灰塵等粘附在導(dǎo)軌副上。若在工作環(huán)境有灰塵時，除利用導(dǎo)軌本身的密封外，還應(yīng)考慮增加防塵裝置。第六節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置一、自動換刀裝置的基本要求和形式二、回轉(zhuǎn)刀架三、加工中心刀庫的類型與布局四、無機(jī)械手換刀五、機(jī)械手換刀六、凸輪機(jī)械手換刀裝置七、自動換刀機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)八、機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)一、自動換刀裝置的基本要求和形式圖2-25電動刀架結(jié)構(gòu)原理圖1刀架2左鼠牙盤3右鼠牙盤4滑塊5蝸輪

33、6軸7蝸桿8、9、10齒輪11電動機(jī)12微動開關(guān)13端部14圓盤15壓板16斜鐵二、回轉(zhuǎn)刀架()刀架松開()刀架轉(zhuǎn)位()刀架定位()刀架夾緊()刀架松開換刀開始后，首先松開電動機(jī)制動器，電動機(jī)通過齒輪10、9、8帶動蝸桿7、蝸輪5旋轉(zhuǎn)。()刀架轉(zhuǎn)位由圖可見，在軸6上開有兩個對稱槽，內(nèi)裝兩個滑塊4，當(dāng)鼠牙盤脫開后，電動機(jī)繼續(xù)帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，一旦蝸輪轉(zhuǎn)到一定角度時，與蝸輪固定的圓盤14上的凸塊便碰到滑塊4，蝸輪便通過圓盤14上的凸塊帶動滑塊，連同軸6、刀盤一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，刀架進(jìn)行轉(zhuǎn)位動作。()刀架定位當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到要求的位置之后，驅(qū)動電動機(jī)11反轉(zhuǎn)，這時圓盤14上的凸塊便與滑塊4脫離，不再帶動軸6轉(zhuǎn)動。(

34、)刀架夾緊刀架定位完成后，電動機(jī)制動器制動，維持電動機(jī)軸上的反轉(zhuǎn)力矩，以保證鼠牙盤之間有一定的夾緊力。三、加工中心刀庫的類型與布局1.鼓輪式刀庫2.鏈?zhǔn)降稁烊?、加工中心刀庫的類型與布局圖2-26鼓輪式刀庫布局圖三、加工中心刀庫的類型與布局圖2-27傾斜式鼓輪式刀庫布局圖三、加工中心刀庫的類型與布局圖2-28鏈?zhǔn)降稁靾D1.鼓輪式刀庫鼓輪式刀庫又稱為圓盤刀庫，其中最常見的形式有刀具軸線與鼓輪軸線平行式(圖2-26a)布局和刀具軸線與鼓輪軸線傾斜式(圖2-27a)布局兩種。2.鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁斓膬?yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活、刀庫容量大，可以實現(xiàn)刀具的“預(yù)選”，換刀時間短。但刀庫一般都需要獨立安裝于機(jī)床側(cè)

35、面(圖2-28c)或頂部(圖2-28b)，占地面積通常較大。另外，由于通常情況下，刀具軸線和主軸軸線垂直，因此，換刀必須通過機(jī)械手進(jìn)行，機(jī)械結(jié)構(gòu)比鼓輪式刀庫復(fù)雜。四、無機(jī)械手換刀1)主軸定向準(zhǔn)停，使主軸上的定位鍵方向和刀庫定位鍵一致；同時，Z軸快速向上運(yùn)動到換刀點，作好換刀準(zhǔn)備，如圖2-29及圖2-30a所示。2)刀庫向右運(yùn)動，刀座中的彈簧機(jī)構(gòu)卡入刀柄的V形槽中，主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置放松，刀具被松開，如圖2-30b所示。3)主軸箱上升，使主軸上的刀具放回刀庫的空刀座中，如圖2-30c所示。4)刀庫旋轉(zhuǎn)，將下一步需要的刀具轉(zhuǎn)到主軸下。5)主軸箱下降，將刀具插入機(jī)床的主軸，同時，主軸箱內(nèi)的夾緊裝置

36、夾緊刀具，如圖2-30d所示。6)刀庫快速向左返回，將刀庫從主軸下面移開，刀庫恢復(fù)圖2-30a所示狀態(tài)，主軸箱再向下運(yùn)動，便可以進(jìn)行下一工序的加工。四、無機(jī)械手換刀圖2-29刀庫布局圖2-30換刀動作圖五、機(jī)械手換刀()刀具預(yù)選()主軸定向準(zhǔn)停()機(jī)械手回轉(zhuǎn)夾刀()卸刀()刀具換位()裝刀()機(jī)械手返回五、機(jī)械手換刀圖-機(jī)械凸輪聯(lián)動換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理圖刀座轉(zhuǎn)位氣缸回轉(zhuǎn)電動機(jī)機(jī)械手電動機(jī)回轉(zhuǎn)蝸桿刀座刀庫刀具交換位置機(jī)械手()刀具預(yù)選在機(jī)床進(jìn)行加工的同時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的T代碼指令，由回轉(zhuǎn)電動機(jī)將下一把要加工的刀具，回轉(zhuǎn)到刀具交換位置，完成刀具的“預(yù)選”動作，為刀具交換做好準(zhǔn)備。()主軸定向準(zhǔn)停在

37、換刀指令發(fā)出后，首先進(jìn)行主軸定向準(zhǔn)停，使主軸上的定位鍵方向和刀庫定位鍵一致。()機(jī)械手回轉(zhuǎn)夾刀當(dāng)主軸箱到達(dá)換刀位置，同時刀庫上的刀具完成旋轉(zhuǎn)動作后，凸輪換刀機(jī)構(gòu)通過電動機(jī)驅(qū)動，使機(jī)械手進(jìn)行轉(zhuǎn)位，兩邊的手爪分別夾持刀庫換刀位以及主軸上的刀具。()卸刀在機(jī)械手完成夾刀動作后，刀庫以及主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置同時放松，刀具被松開，凸輪換刀機(jī)構(gòu)在電動機(jī)驅(qū)動下，機(jī)械手向下伸出，同時取出刀庫和主軸上的刀具，進(jìn)行卸刀。()刀具換位卸刀完成后，凸輪換刀機(jī)構(gòu)在電動機(jī)驅(qū)動下，使機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行刀庫側(cè)刀具和主軸側(cè)刀具的換位。()裝刀刀具完成換位后，凸輪換刀機(jī)構(gòu)在電動機(jī)驅(qū)動下，機(jī)械手向上縮回，將刀庫側(cè)刀具和主軸側(cè)刀具同時

38、裝入刀座和主軸，并且，刀庫以及主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置同時夾緊。()機(jī)械手返回刀庫以及主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置完成夾緊后，凸輪換刀機(jī)構(gòu)在電動機(jī)驅(qū)動下，機(jī)械手反向旋轉(zhuǎn)回到起始位置(這時手臂為位置，兩邊手爪互換)，完成換刀動作。六、凸輪機(jī)械手換刀裝置2032.TIF六、凸輪機(jī)械手換刀裝置圖-凸輪機(jī)械手換刀機(jī)構(gòu)原理圖驅(qū)動電動機(jī)減速器錐齒輪平面凸輪弧面凸輪連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械手滾珠盤電氣信號盤六、凸輪機(jī)械手換刀裝置圖-平面凸輪與弧面凸輪的運(yùn)動過程七、自動換刀機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)圖-立式加工中心的主軸部件結(jié)構(gòu)圖端面鍵主軸拉釘鋼球碟形彈簧拉桿活塞、行程開關(guān)彈力卡爪卡套七、自動換刀機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)圖-機(jī)械聯(lián)動式手爪松、夾機(jī)構(gòu)的原理

39、示意圖定位塊撞塊凸輪控制塊手爪、彈簧連桿滾輪八、機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu))當(dāng)機(jī)械手向圖-所示的左邊移動時，通過安裝在刀庫(或主軸)側(cè)的滾輪推動連桿向右運(yùn)動，連桿又帶動撞塊向右運(yùn)動，并通過凸輪帶動手爪回轉(zhuǎn)夾住刀具。)當(dāng)?shù)稁?或主軸)上的刀具被夾持住后，若機(jī)械手向上(伸出)運(yùn)動，由于在起始階段滾輪始終壓住連桿，刀具仍然被夾住，而控制塊卻通過彈簧向下運(yùn)動，這樣就使控制塊上的定住面逐漸和撞塊嚙合，防止了撞塊2在連桿脫離滾輪以后的復(fù)位，刀具夾緊被自鎖，保證了手爪一旦從刀庫(或主軸)上取下刀具后，這一刀具仍被牢牢夾在手爪上。)在機(jī)械手完成伸出和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動后，機(jī)械手左右兩側(cè)的刀具被交換，這時機(jī)械手縮回、動作過程相反。)在以上)、)兩種情況下若機(jī)械手向左運(yùn)動，由于這時夾緊自鎖已被解除，撞塊被松開彈簧、手爪、凸輪帶動自動向左運(yùn)動，手爪也就被彈簧松開，從而實現(xiàn)了松開的動作。第七節(jié)數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺一、回轉(zhuǎn)工作臺的基本要求和形式二、分度工作臺三、立式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺四、臥式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一、回轉(zhuǎn)工作臺的基本要求和形式.分度工作臺.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺.分度工作臺數(shù)控機(jī)床的分度工作臺只能完成分度運(yùn)動。它可以是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時，將工作臺連同工件回轉(zhuǎn)一定的角度并定位。采用伺服電動機(jī)驅(qū)動的分度工作臺稱為數(shù)控分度工作臺，