數(shù)控機(jī)床3.1課件

1、第四章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能要求 第二節(jié) 常見數(shù)控機(jī)床布局 第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸組件 第四節(jié) 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 第五節(jié) 數(shù)控機(jī)床床身與導(dǎo)軌 第六節(jié) 數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)與換刀裝置 第七節(jié) 數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 第八節(jié) 數(shù)控加工用輔助裝置第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床：不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)機(jī)床的布局加以改進(jìn)而成。普通機(jī)床缺點(diǎn): 手工操作,自動(dòng)化程度差; 剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間的間隙 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床特點(diǎn): 支承件的高剛度化 床身、立柱等采用靜剛度、動(dòng)剛度、熱剛度特性都

2、較好的支承構(gòu)件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)約化 主軸、各移動(dòng)軸都由各自伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)和控制傳動(dòng)元件高精度化 采用高效率、高剛度和高精度的傳動(dòng)元件，并采取一系列消除間隙措施輔助操作自動(dòng)化 采用多主軸、多刀架和多工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，刀具與工件自動(dòng)夾緊裝置、自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)排屑裝置等等自動(dòng)化裝置1高的靜、動(dòng)剛度及良好的抗振性能 數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，采取措施大幅度地降低單件加工時(shí)間，盡可能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。是采用各種自動(dòng)輔助裝置，減少輔助時(shí)間。通過采用新型刀具材料，提高切削速度，即縮短切削時(shí)間； 明顯增加了機(jī)床的負(fù)荷及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間, 引起機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架和主軸箱等部件的變形增大,要求數(shù)控機(jī)床要有比傳統(tǒng)機(jī)床更高的靜

3、剛度。 切削過程中的振動(dòng)影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，降低刀具壽命，影響生產(chǎn)率。數(shù)控機(jī)床在加工過程中不允許采用改變幾何角度等類似的人工調(diào)整來消除振動(dòng)。對(duì)數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性提出更高要求。2良好的熱穩(wěn)定性 機(jī)床在切削熱、摩擦熱等內(nèi)外熱源的影響下，各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對(duì)關(guān)系遭到破壞，從而影響工件的加工精度。 工藝過程的自動(dòng)化和精密加工的發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度和精度穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。在加工精度較高時(shí)，熱變形的影響就更突出。 數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度以及切削量等也大于傳統(tǒng)機(jī)床的切削用量，且常常是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加工，產(chǎn)生的熱量也多于傳統(tǒng)機(jī)床。 因此要特別重視采取措

4、施減少熱變形對(duì)加工精度的影響。 減少熱變形主要從兩個(gè)方面著手： 對(duì)熱源采取液冷、風(fēng)冷等方法來控制溫升，如在加工過程中，采用多噴嘴大流量對(duì)切削部位進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。 改善機(jī)床結(jié)構(gòu)，在同樣發(fā)熱條件下，機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同，則熱變形的影響也不同。 盡量使關(guān)鍵部件的熱變形發(fā)生在非誤差敏感方向上， 結(jié)構(gòu)上還應(yīng)盡可能減少零件變形部分的長(zhǎng)度，以減少熱變形總量。 例如，根據(jù)熱對(duì)稱原則設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床，取得了較好的效果。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)熱源來說是對(duì)稱的，在產(chǎn)生熱變形時(shí)，工件或刀具的回轉(zhuǎn)中心對(duì)稱線的位置基本不變。例如臥式加工中心的立柱采用框式雙立柱結(jié)構(gòu)，熱變形時(shí)主軸中心主要產(chǎn)生垂直方向的變化，它很容易進(jìn)行補(bǔ)償。另外，還可采用熱平

5、衡措施和特殊的調(diào)節(jié)元件來消除或補(bǔ)償熱變形。 3高的運(yùn)動(dòng)精度和低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的位移量是以脈沖當(dāng)量作為它的最小單位，它常常以極低的速度運(yùn)動(dòng)，必須具有較好的低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,既不產(chǎn)生“爬行”。采取措施：采用靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌；用滾珠絲杠。 數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上取決于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的精度。除了減少傳動(dòng)齒輪和滾珠絲杠的加工誤差之外，另一個(gè)重要措施是采用無間隙傳動(dòng)副，用同步帶傳動(dòng)代替齒輪已成為一種趨勢(shì)。對(duì)于滾珠絲杠螺距的累積誤差，通常采用脈沖補(bǔ)償裝置進(jìn)行螺距精度補(bǔ)償。 4高的機(jī)床壽命和精度保持性 為了縮短數(shù)控機(jī)床投資的回收時(shí)間，務(wù)必使機(jī)床保持很高的開動(dòng)率，必須提高機(jī)床的壽命

6、和精度保持性。要求數(shù)控機(jī)床在長(zhǎng)期使用過程中不喪失精度，設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮數(shù)控機(jī)床零部件的耐磨性。 此外，保證數(shù)控機(jī)床各部件的良好潤(rùn)滑也是提高壽命的重要條件。 5高的效率和好的操作性 要進(jìn)一步提高機(jī)床生產(chǎn)率就必須采取措施最大限度地縮短輔助時(shí)間。目前，已經(jīng)有很多數(shù)控機(jī)床采用了多主軸、多刀架、多工作臺(tái)以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等，以減少換刀時(shí)間。 數(shù)控機(jī)床是一種自動(dòng)化程度很高的加工設(shè)備，在改善機(jī)床的操作性能方面已經(jīng)增加了新的含意：在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意提高機(jī)床各部分的互鎖能力，以防止意外事故的發(fā)生；盡可能改善操作者的觀察、監(jiān)控和維護(hù)條件，并設(shè)有緊急停車裝置，避免發(fā)生意外事故；此外，在數(shù)控機(jī)床上必須留出最有利

7、的工件裝夾位置，以改善裝拆工件的操作條件。 導(dǎo)軌常采用寬支承V平導(dǎo)軌，雙矩形導(dǎo)軌。絲杠位于兩導(dǎo)軌之間。 數(shù)控車床多采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來夾持各種不同用途的刀具，受空間大小的限制，刀架的工位數(shù)量不可能太多，一般都采用4、6、8、10或12位。 數(shù)控車削中心主要功能是回轉(zhuǎn)表面加工，同時(shí)可使用回轉(zhuǎn)刀具對(duì)非回轉(zhuǎn)表面的進(jìn)行鉆、銑、鏜等加工。一般具有C軸控制（C軸是繞主軸的回轉(zhuǎn)軸，并與主軸互鎖），在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)C軸和Z軸的插補(bǔ)或X軸插補(bǔ)。回轉(zhuǎn)動(dòng)力刀具，可安裝在回轉(zhuǎn)刀架和尾架上。 二、加工中心的布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 加工中心的布局主要在于主軸是臥式和立式、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分配、刀具和工件交換系統(tǒng)的不同。加工中心一般

8、由基礎(chǔ)部件、主軸部件、數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)換刀系統(tǒng)、自動(dòng)交換托盤系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)構(gòu)成。 2立式加工中心 中小型立式加工中心一般都采用固定立柱式，因?yàn)橹鬏S箱吊在立柱一側(cè)，而且立柱是中空的，以放置主軸箱的平衡重。 立式加工中心通常也有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，由溜板和工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)平面上X、Y兩個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)Z坐標(biāo)移動(dòng)。立式加工中心還可以在工作臺(tái)上安放一個(gè)第四軸A軸，可以加工螺旋線類和圓柱凸輪等零件。 3五面加工中心與多坐標(biāo)加工中心 五面加工中心具有立式和臥式加工中心的功能。常見的有兩種形式，一是主軸可做90旋轉(zhuǎn)，另一是工作臺(tái)可帶著工件一起做90的旋轉(zhuǎn)。 加工中心的另一個(gè)發(fā)展方向是五坐

9、標(biāo)、六坐標(biāo)甚至更多坐標(biāo)的加工中心，除XYZ三個(gè)直線外，還包括ABC三個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸組件 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)廣泛采用無級(jí)變速傳動(dòng)，用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)或直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，能方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，且傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)件少，提高了變速的可靠性。主軸組件具有較大的剛度和較高的精度，多數(shù)數(shù)控機(jī)床主軸具有特殊的刀具安裝和夾緊結(jié)構(gòu)。具體要求如下。 調(diào)速功能主軸必須具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)選用合理的切削用量，從而獲得最佳切削效率、加工精度和表面質(zhì)量。調(diào)速范圍的指標(biāo)主要由各種加工工藝對(duì)主軸最低速與最高速度的要求來確定。目前，一般標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床均在1：100以上。 功率要求要求主軸具

10、有足夠的驅(qū)動(dòng)功率或輸出轉(zhuǎn)矩，能在整個(gè)速度范圍內(nèi)提供切削所需的功率和轉(zhuǎn)矩，特別是滿足機(jī)床強(qiáng)力切削時(shí)的要求。 精度要求主要指主軸的回轉(zhuǎn)精度。并具有足夠的剛度和抗振性，具有較好的熱穩(wěn)定性，即主軸的軸向和徑向尺寸隨溫度變化小。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求升降速時(shí)間短，調(diào)速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對(duì)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削的機(jī)床，則要求換向時(shí)可進(jìn)行自動(dòng)加減速控制。一、數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)形式 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)主要有以下五種形式： 帶有（二級(jí)）齒輪變速的主傳動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)過二級(jí)齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列，這是大中型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種配置方式。這種分段無級(jí)變速，確保低速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩，滿足機(jī)床對(duì)轉(zhuǎn)矩特性的要求。齒輪變速自動(dòng)換擋

11、主要采用電液控制撥叉和電磁離合器兩種方式。電液控制撥叉是用電信號(hào)控制電磁換向閥，操縱液壓油缸帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)變速。電液控制撥叉是一種有效的變速方式，工作平穩(wěn)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，目前的加工中心大都采用這種變速方式。 通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。 二、數(shù)控機(jī)床主軸滾動(dòng)軸承一般配置形式 數(shù)控機(jī)床的主軸主要采用滾動(dòng)軸承支承。常用配置形式有三種。 前支承采用雙列短圓柱滾于軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對(duì)向心推力球軸承。主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，

12、普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床的主軸。 采用高精度向心推力球軸承，向心推力球軸承具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10000rmin，但是它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。 采用雙列和單列圓錐滾子軸承，徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能好。限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。 主軸的高速化正在成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。常用以氮化硅（Si3N4）陶瓷材料作為滾動(dòng)體的高速軸承。 硬度足夠 重量輕 與鋼材的分子結(jié)構(gòu)不同三、數(shù)控機(jī)床主軸端部標(biāo)準(zhǔn)形式 數(shù)控機(jī)床主軸端部的結(jié)構(gòu)對(duì)工件或刀具的定位、安裝、拆卸以及夾緊的準(zhǔn)確、牢固

13、、方便和可靠有很大影響。常見的幾種用于不同類型數(shù)控機(jī)床主軸的端部結(jié)構(gòu)，目前這些結(jié)構(gòu)都已標(biāo)準(zhǔn)化。五、主軸準(zhǔn)停裝置 自動(dòng)換刀時(shí)，刀柄上的鍵槽要對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵。為此，主軸每次停轉(zhuǎn)必須準(zhǔn)確地停在某一固定位置上。這種使主軸準(zhǔn)確地停止在某一位置上的裝置稱主軸準(zhǔn)停裝置。 1機(jī)械控制的主軸準(zhǔn)停裝置 采用機(jī)械控制的主軸準(zhǔn)停裝置定向比較可靠、精確，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。準(zhǔn)停裝置設(shè)在主軸尾端，當(dāng)主軸需要準(zhǔn)停時(shí)，主軸箱自動(dòng)改變傳動(dòng)路線，使主軸轉(zhuǎn)速換到低速運(yùn)轉(zhuǎn)。延時(shí)數(shù)秒后，開始接通無觸點(diǎn)開關(guān)4，在凸輪1上的感應(yīng)片對(duì)準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)，發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào)，立即切斷主電機(jī)電源，脫開與主軸的傳動(dòng)聯(lián)系，使主軸作低速空轉(zhuǎn)。再經(jīng)過短暫延時(shí)，接通壓力

14、油，使定位活塞6帶動(dòng)定位滾子5向上運(yùn)動(dòng)，并壓緊在凸輪1的外表面。當(dāng)主軸帶動(dòng)凸輪1慢速轉(zhuǎn)至其上的V形槽對(duì)準(zhǔn)滾子5時(shí)，滾子進(jìn)入槽內(nèi)，使主軸準(zhǔn)確停止。同時(shí)限位開關(guān)7發(fā)出信號(hào)，表示已完成準(zhǔn)停。 2電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置 這種準(zhǔn)停裝置利用裝在主軸上的磁性傳感器作為位置反饋部件，由它輸出信號(hào)，使主軸準(zhǔn)確停在規(guī)定位置上，它不需要機(jī)械部件，可靠性高，準(zhǔn)停時(shí)間短，只需要簡(jiǎn)單的強(qiáng)電順序控制，且有高的精度和剛性。這種主軸準(zhǔn)停裝置如圖示。它是目前加工中心普遍采用的電控準(zhǔn)停裝置。五、電主軸單元 目前高轉(zhuǎn)速主軸大都采用電主軸。有兩種：一種是內(nèi)裝式交流變頻電動(dòng)機(jī)電主軸單元， 另一種是內(nèi)埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)電主軸單元第四節(jié) 進(jìn)

15、給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、組成、特點(diǎn)和要求 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)裝置和執(zhí)行件組成。閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)中有位移檢測(cè)裝置。 對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)有很高的要求： 傳動(dòng)精度高 響應(yīng)速度快 調(diào)速范圍寬 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)一般具有以下特點(diǎn)： 摩擦阻力小 傳動(dòng)精度和剛度高 運(yùn)動(dòng)部件慣量小工作臺(tái)導(dǎo)軌副二、滾珠絲杠螺母副1工作原理與特點(diǎn) 在絲杠和螺母上都有半圓弧的螺旋槽，當(dāng)將它們套裝在一起時(shí)，便構(gòu)成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道為滾珠在螺母上的進(jìn)出口，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠或滾柱。它具有以下特點(diǎn)： 傳動(dòng)效率高、摩擦損失小. 無軸向間隙傳動(dòng)

16、. 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無爬行現(xiàn)象、傳動(dòng)精度高。 有可逆性。 磨損小、使用壽命長(zhǎng) 制造工藝復(fù)雜 不能自鎖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)。 外循環(huán)外循環(huán)的回珠器有螺旋槽式和插管式兩種。結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔數(shù)個(gè)螺距處鉆兩個(gè)孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出口。在螺母內(nèi)進(jìn)出口處各裝一擋珠器。制造工藝簡(jiǎn)單，使用較廣泛。 內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸鍵式反向器，反向器上銑有S形回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道聯(lián)結(jié)起來滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。和外循環(huán)相比，其結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易

17、發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失也小。3滾珠絲杠副的軸向間隙消除和預(yù)加載荷 消除滾珠絲杠副的軸向間隙和預(yù)加載荷預(yù)緊，可以顯著提高軸向剛度。預(yù)緊有多種方法。在機(jī)床上常用的雙螺母法，把左、右螺母往兩頭撐開，或是向中間擠緊。左右螺母接觸方向相反。左、右螺母裝在一個(gè)共同的螺母體內(nèi)，螺母作為一個(gè)整體與絲杠處于無間隙或過盈狀態(tài)。 預(yù)緊根據(jù)下述原則確定。不使負(fù)載F作用，出現(xiàn)不受力側(cè)螺母的接觸變形減小至零?？梢宰C明，使不受力側(cè)的螺母接觸變形降至零的外載荷F約等于預(yù)加載荷F0的3倍。通常，滾珠絲杠出廠時(shí)，就已由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷。常見有以下三種預(yù)緊結(jié)構(gòu)形式： 墊片式在這種結(jié)構(gòu)中，通常用螺釘連接滾珠絲杠兩個(gè)螺母的凸緣，在凸

18、緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，剛度高，拆裝方便。但調(diào)整費(fèi)時(shí)，不方便，預(yù)緊力不好控制。三、傳動(dòng)齒輪間隙消除機(jī)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的減速齒輪除了本身要求很高的運(yùn)動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性以外，還需盡可能消除傳動(dòng)齒輪副間的傳動(dòng)間隙。齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)每次反向運(yùn)動(dòng)滯后于指令信號(hào)，產(chǎn)生反向誤差，對(duì)加工精度影響很大。1直齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 偏心套調(diào)整電動(dòng)機(jī)1通過偏心套2裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套就能夠方便地調(diào)整兩齒輪的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。 墊片調(diào)整將相互嚙合的兩個(gè)齒輪1、2的分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，齒輪齒厚在軸向稍

19、有變化，裝配時(shí)只需改變墊片3的厚度，使齒輪2作軸向移動(dòng)，調(diào)整兩齒輪在軸向的相對(duì)位置即可達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。 上述兩種方法結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，傳動(dòng)剛度好，能傳遞較大的動(dòng)力，但磨損后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。第十六次 雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整兩個(gè)齒數(shù)相同的薄片齒輪1、2與另外一個(gè)寬齒輪嚙合。薄片齒輪1、2套裝在一起，并可作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在齒輪1、2NG 上有裝彈簧的凸耳4，由于彈簧3的作用使齒輪1、2錯(cuò)位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙。無論正向或反向旋轉(zhuǎn)因都分別只有一個(gè)齒輪承受轉(zhuǎn)矩，因此承載能力受到限制，設(shè)計(jì)時(shí)須計(jì)算彈簧3的拉力，使它能克服最大轉(zhuǎn)矩。 這種方法結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低，不宜傳遞大轉(zhuǎn)矩

20、,可始終保持嚙合無間隙。3錐齒輪傳動(dòng)間隙的消除 周向壓簧調(diào)整將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圓1開有三個(gè)圓弧槽8，內(nèi)圈2的端面帶有三個(gè)凸爪4，套裝在圓弧槽內(nèi)。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內(nèi)外齒圈1、2的錐齒錯(cuò)位與小錐齒輪嚙合達(dá)到消除間隙的作用。螺釘5將內(nèi)外齒圈相對(duì)固定是為了安裝方便，安裝完畢后即刻離去。 軸向壓簧調(diào)整錐輪1、2相互嚙合。在錐齒輪1的軸5上裝有壓簧3，用螺母4調(diào)整壓簧3的彈力。錐齒輪1在彈力作用下沿軸向移動(dòng)，可消除錐齒輪1和2的間隙。4齒輪齒條傳動(dòng)間隙的消除 對(duì)于工作行程很大的大型數(shù)控機(jī)床，一般采用齒輪齒條傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)也存在齒側(cè)間隙，因此也存

21、在消除間隙問題。 當(dāng)載荷較小進(jìn)給力不大時(shí)，齒輪齒條可采用雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整，分別與齒條的齒槽左、右兩側(cè)貼緊來消除間隙。 當(dāng)載荷較大所需進(jìn)給力較大時(shí)，通常采用雙齒輪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由軸2輸入，通過兩對(duì)斜齒輪將運(yùn)動(dòng)傳給軸1和軸3，然后由兩個(gè)直齒輪4和5去傳動(dòng)齒條，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。軸2上兩個(gè)斜齒輪的螺旋線的方向相反。在軸2上作用一個(gè)軸向力F，彈簧彈力使斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向移動(dòng)。這時(shí)軸1和軸3以相反的方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，消除了間隙。四、伺服電動(dòng)機(jī)與進(jìn)給絲杠的連接（聯(lián)軸器） 采用伺服電動(dòng)機(jī)直接與滾珠絲杠連接時(shí)，也要保證聯(lián)軸器傳動(dòng)無間隙。幾種聯(lián)軸器如下。 目前較常使用

22、的是一種撓性聯(lián)軸器。錐環(huán)是無隙直連方式的關(guān)鍵元件。此聯(lián)軸器已編入機(jī)床零部件標(biāo)準(zhǔn)，名稱為膜片彈性聯(lián)軸器。五、直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng) 為了在高速進(jìn)給狀態(tài)下得到良好的傳動(dòng)剛度和定位精度，原則上應(yīng)盡量縮短進(jìn)給傳動(dòng)鏈。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)經(jīng)過機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置的方式已不能滿足對(duì)高速直線運(yùn)動(dòng)高性能的要求。采用直線電機(jī)技術(shù)替代滾珠絲杠副應(yīng)用于數(shù)控伺服系統(tǒng)中，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高定位精度、實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)。直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)： 速度快、加減速過程短 精度高 傳動(dòng)剛度高、推力平穩(wěn) 高速響應(yīng)性 行程長(zhǎng)度不受限制 運(yùn)行時(shí)效率高、噪聲低 直線電機(jī)可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)上的一種演變，它實(shí)質(zhì)上是把旋轉(zhuǎn)電機(jī)在徑向刮開，然后將

23、電機(jī)沿著圓周展開成直線，這就形成了扁平型直線電機(jī)。是一種使電能直接轉(zhuǎn)變成直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)的推力裝置。對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子部分，稱為直線電機(jī)的初級(jí)，對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，稱為直線電機(jī)的次級(jí)。一、床身床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)，用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。床身的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和耐用度有一定要求。所以在床身結(jié)構(gòu)形式、材料選擇上要盡可能地提高它的靜剛度、抗振性，減少熱變形，有利清除切屑等。數(shù)控機(jī)床的床身多采用整體結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜或工藝性很差時(shí),采用組裝式結(jié)構(gòu)。常用材料和成形方法：鑄鐵鑄造、鋼板焊接、人造花崗巖機(jī)械加工等。1鑄造床身結(jié)構(gòu) 大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用鑄造床身。鑄鐵鑄造性能好，容易獲得

24、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的床身，內(nèi)摩擦力大，阻尼系數(shù)大，成本低。但鑄件需要木模芯盒，制造周期長(zhǎng)，有時(shí)產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷，適于成批生產(chǎn)。一般床身用灰鑄鐵制成，常用的鑄件牌號(hào)有HT200 、HT150 、HTIOO，在鑄鐵中加入少量合金元素可提高耐磨性。（另見教材）2鋼板焊接結(jié)構(gòu) 是將鋼板和型鋼等用焊接方法制成的床身。特點(diǎn)是制造周期短，省去制作木模和鑄造工藝；可制成封閉結(jié)構(gòu)，剛性好；便于產(chǎn)品更新和結(jié)構(gòu)改進(jìn)；在剛度要求相同情況下，比鑄鐵床身壁厚減少一半，質(zhì)量減小30，固有頻率高。缺點(diǎn)是內(nèi)摩擦阻尼約為鑄鐵的1/3，抗振性較鑄鐵差，應(yīng)采取措施提高阻尼。在單件小批生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，特別是大型和重型機(jī)床上。（另見教材）第五

25、節(jié) 數(shù)控機(jī)床床身與導(dǎo)軌3. 床身的截面形狀和選擇 床身結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)是在最小質(zhì)量條件下，具有最大靜剛度。靜剛度主要包括彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，均與截面慣性矩成正比。下表列出截面積相等的八種不同截面的慣性矩。 無論是方形、圓形或矩形，空心截面的剛度都比實(shí)心的大，而且同樣的斷面形狀和相同大小的面積，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗彎剛度和抗扭剛度都高。所以為提高床身剛度，床身的截面應(yīng)是中空形狀，盡可能加大截面尺寸，在工藝可能的前提下壁厚盡量薄一些。當(dāng)然壁厚不能太薄，以免出現(xiàn)薄壁振動(dòng)。 圓（環(huán)）形截面的抗扭剛度比方形好，而抗彎剛度比方形低。因此，以承受彎矩為主的床身的截面形狀應(yīng)取矩形

26、，并以其高度方向?yàn)槭軓澐较?；以承受轉(zhuǎn)矩為主的床身的截面形狀應(yīng)取圓（環(huán)）形。 封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能把床身的截面作成封閉形狀。但是為了排屑和在床身內(nèi)安裝一些機(jī)構(gòu)的需要，有時(shí)不能作成全封閉形狀。 3種臥式床身的截面。床身（床身）都設(shè)計(jì)成薄壁空心結(jié)構(gòu)。 車床 鏜床等 大型機(jī)床 3. 床身肋板和肋條的布置 肋板是指聯(lián)接床身四周外壁的內(nèi)板，能使床身外壁的局部載荷傳遞給其它壁板，使整個(gè)床身承受載荷，加強(qiáng)床身自身和整體剛度。 肋板的布置取決于床身的受力變形方向，水平布置的肋板有助于提高床身水平面內(nèi)彎曲剛度；垂直放置的肋板有助于提高床身垂直面內(nèi)的彎曲剛度；而斜向肋

27、板能同時(shí)提高床身的抗彎和抗扭剛度。 肋條是比肋板連接范圍小的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。一般將肋條配置于床身某一內(nèi)壁上，主要為了減小局部變形和薄壁振動(dòng)，提高床身的局部剛度。肋條可以縱向、橫向和斜向，常布置成交叉排列，如井字形、米字形等。必須使肋條位于壁板的彎曲平面內(nèi)，才能有效地減少壁板的彎曲變形。肋條厚度一般是床身壁厚的0.7-0.8倍。 4 提高床身結(jié)構(gòu)性能的措施 提高床身的靜剛度和固有頻率主要方法是： 合理地選擇床身的材料、截面形狀和尺寸、壁厚，合理地布置肋板和肋條，以提高結(jié)構(gòu)整體和局部的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 用有限元方法進(jìn)行定量分析，以便在較小質(zhì)量下得到較高的靜剛度和固有頻率。 改善床身等床身間的接觸剛度

28、以及與地基聯(lián)結(jié)處的剛度。 右圖是數(shù)控車床的床身斷面圖。床身采用傾斜式空心封閉箱形結(jié)構(gòu)，排屑方便，抗扭剛度高。左圖是加工中心床身斷面圖，采用三角形肋板結(jié)構(gòu)，抗扭抗彎剛度均較高。 圖為大型滾齒機(jī)、加工中心等立柱和床身截面，采用雙層壁加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔設(shè)計(jì)成供液壓油循環(huán)的通道使床身溫度場(chǎng)一致，防止熱變形；立柱設(shè)計(jì)成雙重臂加強(qiáng)肋的封閉式框架結(jié)構(gòu)，剛度好。 提高動(dòng)態(tài)特性主要方法有： 改善阻尼特性 對(duì)于鑄鐵床身，鑄件內(nèi)砂芯不清除，或在床身中充填型砂或混凝土等阻尼材料，可以起到減振作用。 對(duì)于焊接床身，除了可以在內(nèi)腔中填充混凝土減振外，還可以充分利用接合面間的摩擦阻尼來減小振動(dòng)。即兩焊接件之間留有貼合而未

29、焊死的表面，在振動(dòng)過程中，兩貼合面之間產(chǎn)生的相對(duì)摩擦起阻尼作用，使振動(dòng)減小。間斷焊縫雖使靜剛度有所下降，但阻尼比大為增加，使動(dòng)剛度大幅度增大。 采用新材料制造床身 提高熱穩(wěn)定性，減少機(jī)床熱變形主要方法有： 控制溫升 機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各種機(jī)械摩擦，電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)都會(huì)發(fā)熱。如果能適當(dāng)?shù)丶哟笊崦娣e，加設(shè)散熱片，設(shè)置風(fēng)扇等措施改善散熱條件，迅速將熱量散發(fā)到周圍空氣中，則機(jī)床的溫升不會(huì)很高。還可以采用分離或隔絕熱源方法，如把主要熱源（液壓油箱、變速箱、電動(dòng)機(jī)）移到與機(jī)床隔離的地基上；在床身中布置隔板來引導(dǎo)氣流經(jīng)過大件內(nèi)溫度較高的部位，將熱量帶走；在液壓馬達(dá)、液壓缸等熱源外面加隔熱罩，以減少熱源熱量的輻射

30、；采用雙層壁結(jié)構(gòu)，其間有空氣層，使外壁溫升較小，又能限制內(nèi)壁的熱脹作用。 采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 所謂熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)是指在發(fā)生熱變形時(shí)，其工件或刀具回轉(zhuǎn)中心線的位置基本不變，因而減小了對(duì)加工精度的影響。 采用熱補(bǔ)償裝置 采用熱補(bǔ)償?shù)幕痉椒ㄊ牵涸跓嶙冃蔚南喾捶较蛏喜扇〈胧?，產(chǎn)生相應(yīng)的反方向熱變形，使兩者之間影響相互抵消，減少綜合熱變形。目前，國(guó)內(nèi)外都已能利用計(jì)算機(jī)和檢測(cè)裝置進(jìn)行熱位移補(bǔ)償。先預(yù)測(cè)熱變形規(guī)律，然后建立數(shù)學(xué)模型存人計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，進(jìn)行熱補(bǔ)償?，F(xiàn)在，國(guó)外已把熱變形自動(dòng)補(bǔ)償修正裝置作為產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售。二、數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌 導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)要素之一，位于床身等床身上。導(dǎo)軌用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件

31、沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。作為運(yùn)動(dòng)副，導(dǎo)軌是成對(duì)出現(xiàn)的，稱為導(dǎo)軌副。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上決定于機(jī)床導(dǎo)軌的精度和耐磨性。數(shù)控機(jī)床要求高速進(jìn)給不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行，高的靈敏度，能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作，耐磨性高、精度保持性好等。 導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫做支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)軌副中，一般總是一長(zhǎng)一短，相應(yīng)稱為長(zhǎng)導(dǎo)軌和短導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌副按導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副。滑動(dòng)導(dǎo)軌副又分為普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和卸荷導(dǎo)軌等。 導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式可以分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。開式導(dǎo)軌是指在部件自重和外載作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌

32、的工作面始終保持接觸、貼合。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能承受較大顛覆力矩的作用。閉式導(dǎo)軌借助于壓板形成輔助導(dǎo)軌面，保證工作面始終保持可靠的接觸。 1對(duì)導(dǎo)軌的要求 導(dǎo)向精度高導(dǎo)向精度是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線性和它與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。無論在空載或切削工件時(shí)導(dǎo)軌都應(yīng)有足夠的導(dǎo)向精度，這是對(duì)導(dǎo)軌的基本要求。影響導(dǎo)軌精度的主要原因除制造精度外，還有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌及其床身的剛度和熱變形。 耐磨性能好導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)к壴诠ぷ鬟^程中難免有所磨損，所以應(yīng)力求減少磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整，數(shù)控機(jī)床常采用摩擦系數(shù)小的

33、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，以降低導(dǎo)軌磨損。 足夠的剛度導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對(duì)位置，因此要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為減輕或平衡外力的影響，數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法來提高剛度。 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)應(yīng)使導(dǎo)軌的磨擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)無爬行現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好導(dǎo)軌要制造和維修方便，在使用時(shí)便于調(diào)整和維護(hù)。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，主要有滑動(dòng)（靜壓）導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。2. 導(dǎo)軌的截面形狀 動(dòng)靜導(dǎo)軌承載和導(dǎo)向的接觸面，稱為工作面或?qū)蛎?。?dǎo)向面的數(shù)量、形狀、分布稱為截面形狀。 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀主要有五種：平面、矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，并可互相組合，每

34、種導(dǎo)軌副之中還有凸凹之分。 平面導(dǎo)軌 承受與導(dǎo)向面垂直方向的載荷，也僅在該方向起導(dǎo)向作用。具有承載能力大、剛度高、制造簡(jiǎn)便、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)； 矩形導(dǎo)軌 有水平和垂直兩個(gè)導(dǎo)向面，在兩個(gè)方向承載和導(dǎo)向。凸型導(dǎo)軌容易清除掉切屑，但不易存留潤(rùn)滑油；凹型導(dǎo)軌則相反。 矩形導(dǎo)軌具有承載能力大、剛度高、制造簡(jiǎn)便、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)；但存在側(cè)向間隙，需用鑲條調(diào)整，導(dǎo)向性差。適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求略低的機(jī)床。 三角形導(dǎo)軌 有兩個(gè)傾斜的導(dǎo)向面，導(dǎo)軌面磨損時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌會(huì)自動(dòng)下沉，自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，不會(huì)產(chǎn)生間隙。頂角一般在9001200 范圍內(nèi)變化，角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。小頂角用于輕載精密機(jī)械，

35、大頂角用于大型或重型機(jī)床。有對(duì)稱式和不對(duì)稱式兩種。 燕尾形導(dǎo)軌 是兩個(gè)導(dǎo)軌的對(duì)稱組合，每個(gè)導(dǎo)軌有兩個(gè)相交成55角的導(dǎo)軌面。燕尾形導(dǎo)軌可以承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便。但剛度較差，加工、檢驗(yàn)維修都不大方便。適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的部件。 圓柱形導(dǎo)軌 圓柱形導(dǎo)軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌。 上述四種截面的導(dǎo)軌尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，可參看有關(guān)機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)。3. 導(dǎo)軌的組合形式 機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌通常由兩條導(dǎo)軌組合而成，主要組合形式有： 雙三角形導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好。但是，工藝性差，加工、檢驗(yàn)和維修不方便。多用在精度要求較高的機(jī)床中。 雙矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向方式有兩種：由兩條導(dǎo)軌的外側(cè)導(dǎo)向時(shí)，叫做寬式組合；由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向時(shí)，叫做窄式組合（實(shí)際矩平組合）。熱變形后，寬式組合導(dǎo)軌的側(cè)向間隙變化比窄式組合導(dǎo)軌大，導(dǎo)向性不如窄式。無論是