數(shù)控機床各組成部分

數(shù)控機床各組成部分第一頁，共五十三頁，2022年，8月28日第一節(jié)輸入裝置輸入裝置是整個數(shù)控系統(tǒng)的初始工作機構(gòu)，它將準確可靠的接收信息介質(zhì)上所記錄的“工程語言”、運算及操作指令等原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)為數(shù)控裝置能處理的信息，并同時輸送給數(shù)控裝置。輸入信息的方式分手動輸入和自動輸入。手動輸入簡單、方便但輸入速度慢容易出錯。現(xiàn)代數(shù)控機床普遍采用自動輸入，其輸入形式有光電閱讀機、磁帶閱讀機及磁盤驅(qū)動器以及無帶自動輸入方式。第二頁，共五十三頁，2022年，8月28日其它輸入方式:1.無帶自動輸入方式在高檔數(shù)控機床上，設置有自動編程系統(tǒng)和動態(tài)模擬顯示器（CRT）。將這些設備通過計算機接口與機床的數(shù)控系統(tǒng)相連接,自動編程所編制的加工程序即可直接在機床上調(diào)用,無需經(jīng)制控制介質(zhì)后再另行輸入。2.觸針接觸式閱讀機輸入方式又稱為程控機頭或電報機頭，結(jié)構(gòu)簡單，閱讀速度較慢，但輸入可靠、價格低廉故在部分線切割機床加工中仍在用。3.磁帶、磁盤輸入方式磁帶輸入方式進行信息輸入，其信息介質(zhì)為“錄音”磁帶，只不過錄制的不是聲音，而是各種數(shù)據(jù)。加工程序等數(shù)據(jù)信息一方面由微機內(nèi)的磁盤驅(qū)動器“寫入”磁盤上進行儲存，另外也由磁盤驅(qū)動器進行閱讀并通過微機接口輸入到機床數(shù)控裝置中去。第三頁，共五十三頁，2022年，8月28日第二節(jié)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，數(shù)控機床幾乎所有的控制功能（進給坐標位置與速度，主軸、刀具、冷卻及機床強電等多種輔助功能）都由它控制實現(xiàn)。因此數(shù)控裝置的發(fā)展，在很大程度上代表了數(shù)控機床的發(fā)展方向。數(shù)控裝置的作用是接收加工程序等送來的各種信息，并經(jīng)處理分配后，向驅(qū)動機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行的命令，在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機構(gòu)同時將有關信息反饋給數(shù)控裝置，經(jīng)處理后，發(fā)出新的命令。第四頁，共五十三頁，2022年，8月28日

一、數(shù)控裝置的組成1、數(shù)字控制的信息1）幾何信息——是指通過被加工零件的圖樣所獲得的幾何輪廓的信息。這些信息由數(shù)控裝置處理后，變?yōu)榭刂聘鬟M給軸的指令脈沖，最終形成刀具的移動軌跡。幾何信息的指令，由準備功能G具體規(guī)定。2）工藝信息———通過工藝處理后所獲得的各種信息。包括工藝準備、刀具選擇、加工方案（走刀路線、切削用量等）及補償方案等各方面信息。加工實際經(jīng)驗的積累，也是獲得工藝信息的有效途徑。3）輔助信息——泛指除幾何、工藝信息之外的其它信息，其作用主要為控制機床輔助動作。如主軸的啟、停與調(diào)速、換向，冷卻液的開、關，零件的夾緊與松開，以及找刀、換刀等各種信息。第五頁，共五十三頁，2022年，8月28日3、數(shù)控機床用計算機簡介

數(shù)控的實質(zhì)是計算機控制。計算機技術的高速發(fā)展，開辟了數(shù)字技術綜合應用的新領域，促進了生產(chǎn)過程自動化的不斷發(fā)展。1）電子計算機的組成

電子計算機由軟件和硬件兩大部分組成。硬件即指設備，它包括構(gòu)成計算機的集成電路、存儲器、接口元件等。軟件是以程序為中心的信息組合，軟硬件結(jié)合，才能實現(xiàn)所給定的功能。電子計算機的基本結(jié)構(gòu)（硬件）電子計算機的基本結(jié)構(gòu)由中央處理器（CPU）、存儲器（PAM、ROM和輸入/輸出部分（I/O）三部分組成。電子計算機的軟件部分上述計算機的基本結(jié)構(gòu)式是指硬件部分，但僅有硬件部分，只是具備了計算機或過程控制的可能性。要使計算機真正能進行計算或過程控制，還必須軟件的支持。計算機運行的程序通過程序設計確定，使計算機完成指定的工作。第六頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、數(shù)控裝置的工作原理數(shù)控裝置的工作原理就是指控制各進給坐標所需進給脈沖的基本規(guī)律。通過插補原理和逐點比較法進行說明。1、插補原理1）脈沖當量是數(shù)控機床的一個基本參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給脈沖，機床機械運動機構(gòu)就產(chǎn)生一個相應的位移量，一個脈沖所對應的位移量稱為脈沖當量。它是脈沖分配計算中的基本單位。用Q表示。Q——脈沖當量（MM）θ——步距角（伺服電機在輸入一個脈沖時所轉(zhuǎn)過的角度）L——傳動螺旋副的導程i——伺服電機至螺旋副間的傳動比同理可得刀具位移的關系式：S=QNS——刀具運動的位移量（MM）N——脈沖個數(shù)車床數(shù)控系統(tǒng)一般規(guī)定Z軸的脈沖當量為0.01,X軸的脈沖當量為0.005.在實際應用中為了簡便計算與操作,X軸向的脈沖當量可通過計算機自動進行乘2處理,使系統(tǒng)的設定值為0.01。

第七頁，共五十三頁，2022年，8月28日2）插補的概念插補運動的產(chǎn)生將兩個或兩個以上的進給軸的直線運動合成，以實現(xiàn)所需輪廓的運動軌跡。在數(shù)控技術中這種合成的復雜運動稱為插補運動。數(shù)控裝置為了完成機床所需插補運動而進行的一系列運算，即稱為插補運算；在其插補運動過程中，每一個單位脈沖（即每一步）所到達的終點，稱為插補點。插補運動軌跡分析第八頁，共五十三頁，2022年，8月28日插補運動軌跡分析通過舉例分析可得如下結(jié)論：插補運動的實際軌跡始終不可能與其理想軌跡完全相同，插補點一般也不會落在理想軌跡上。當進給運動的軌跡不與坐標軸平行時，則經(jīng)數(shù)控插補后的實際軌跡均由很多線段組成，其折線交點即插補點不能與理想軌跡重合，每一個交點的位置將由數(shù)控系統(tǒng)確定并控制。因為數(shù)控系統(tǒng)所進行的插補運算，是以最小設定單位為插補單位的，所以在完成加工的零件上，看不出實際插補軌跡的折線形狀。實際終點與理想終點的誤差，一般不超過半個脈沖。數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當量越小，插補運動的實際軌跡就越接近理想軌跡，加工精度就越高。第九頁，共五十三頁，2022年，8月28日插補概念——根據(jù)給定的信息，在理想輪廓（或軌跡）上的已知兩點之間，確定一些中間點的一種方法。插補原理——通過插補計算的結(jié)果，對各進給坐標所需進給脈沖個數(shù)、頻率及方向進行分配，以實現(xiàn)進給軌跡控制，這就是插補原理。插補原理是數(shù)控技術中的基本原理之一，它廣泛應用在除點位控制機床以外的各種機床數(shù)控裝置中。插補的類型插補的類型由其給定的信息的類型決定，給定信息為一次函數(shù)時計算機進行的插補類型為直線插補；二次函數(shù)時根據(jù)二次曲線的不同類型又有圓弧、拋物線、橢圓、漸開線及螺旋線等插補類型。它們都可以通過計算機軟件方式實現(xiàn)。第十頁，共五十三頁，2022年，8月28日

2、逐點比較法

應用插補原理的方法有很多種，如逐點比較法、數(shù)字積分法及單步追蹤法等。在對平面曲線進行插補的各種方法中，最常用的是逐點比較法。采用這種方法進行插補的優(yōu)點是運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當量，輸入脈沖的速度變化小，以及調(diào)節(jié)方便、簡便易行。

1）逐點比較法的工作節(jié)拍

逐點比較法是一種邊判別邊逼近的方法，幫又稱為逼近法或區(qū)域判別法。在逐點比較法的應用中，插補點在主運動的坐標軸方向每進一步都必須經(jīng)過偏差判別、刀具進給、偏差計算并判別、終點判別四個工作節(jié)拍。第十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日第三節(jié)數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)一、主傳動系統(tǒng)的要求1、寬調(diào)速、無極調(diào)速2、高剛度、低噪聲3、高抗振性、高熱穩(wěn)定性二、主傳動的變速方式1、經(jīng)皮帶和變速齒輪的主傳動傳動方式特點：可擴大恒功率調(diào)速范圍。擴大主軸出轉(zhuǎn)距。具有齒輪傳動缺點。2、齒輪變速方式主軸正反轉(zhuǎn)、啟停與制動均是靠直接制動電機來實現(xiàn)，而齒輪的變速操縱常采用液壓撥叉與電磁離合器來實現(xiàn)。

第十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日帶傳動與齒輪傳動的傳動系統(tǒng)圖第十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日2、經(jīng)帶傳動的主傳動

由無極變速的主軸電機經(jīng)皮帶傳動直接帶動主軸運轉(zhuǎn)的主運動形式。這種變速方式一般用于中小型數(shù)控機床，用于調(diào)速范圍不大，轉(zhuǎn)距也不需太高的場合。它可避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，從而大提高主軸的運轉(zhuǎn)精度。隨現(xiàn)代主軸伺服電動機的發(fā)展，出現(xiàn)了能實現(xiàn)寬范圍無極調(diào)速的寬域主電動機，使主的輸出特性得到很好的改善，擴大了恒功率的調(diào)速范圍，并提高了輸出轉(zhuǎn)距。在避免齒輪傳動不足的情況下，又能保持齒輪傳動帶來的優(yōu)點。使數(shù)控機床在機械結(jié)構(gòu)上朝著優(yōu)化的方向前進了一大步。

為保證皮帶傳動平穩(wěn)，一般用多楔帶為宜。第十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日南汽培訓中心

經(jīng)帶傳動的主傳動系統(tǒng)圖第十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日3、由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動

這種電動機是將主電動機直接與主軸連接，帶動主軸轉(zhuǎn)動，大大簡化了主軸箱體結(jié)構(gòu),有效提高了主軸剛度。缺點：減少了皮帶降速傳動，其主軸的輸出轉(zhuǎn)矩更小，而且主電動機的發(fā)熱對主軸精度的影響更大。直接驅(qū)動主軸第十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

近年來，出現(xiàn)了一種內(nèi)裝式電動機主軸，即主軸與電動機的轉(zhuǎn)子合為一體，而電動機的定子則與主軸箱體固定。這種形式使主軸部件的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高主軸的啟動、停止響應特性，有利于控制振動和噪聲，主軸的最高轉(zhuǎn)速可達20000r／rain以上．但是，這種傳動方式最大的缺點是主電動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形．因此，采用內(nèi)裝式主電動機方式時，溫度的控制與冷卻是一個關鍵的問匣．通常，這種數(shù)控機床自帶特定的冷卻系統(tǒng)，如風冷、水冷、空調(diào)降溫等裝置．第十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日

第十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日3.主軸頭部刀具自動夾緊機構(gòu)

在帶有刀庫的自動換刀數(shù)控機床中，為實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，其主軸必須設計有刀具的自動夾緊機構(gòu)。

第十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日3.主軸頭部刀具自動夾緊機構(gòu)當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出裝刀信號后，刀具則由機械手或其他方法裝插入主軸孔后，其刀柄及后部的拉釘1便被送到與主軸固定的前端套筒5內(nèi)。隨即數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀具夾緊信號，此時拉桿3在后端碟形彈簧(圖中略)的彈力作用下，呈緊緊拉伸(圖2—8中往右方向)的狀態(tài)。與拉桿固定連接的套筒4內(nèi)的一組鋼球2，在套筒5的錐孔逼迫下，收縮分布直徑，隨即將刀柄拉釘1緊緊拉住，從而完成了刀具定位工作；反之，如需要松開刀具時,數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出松刀信號后，在主軸拉桿3后端的油缸(圖中略)作用下，便可克服碟形彈簧的彈力，放松對拉桿3的拉伸，即拉桿3往左移而呈壓縮狀態(tài)。這時套筒5前端的喇叭口使鋼球2的分布直徑變大，隨即松開刀柄后的拉釘1，即可卸下用過的刀具為進一步換新刀做準備。另外，自動清除主軸孔中的切屑和灰塵是換刀時一個不容忽視的問題。通常采用在換刀的同時，從主軸內(nèi)孔噴射壓縮空氣的方法來解決，以保證刀具準確地定位。第二十頁，共五十三頁，2022年，8月28日4.主軸的準停裝置在自動換刀的數(shù)控銑鏜類機床上，必須具有主軸準確的周向定位功能，這個功能稱為主軸準停。這是由于刀具裝在主軸錐孔內(nèi)，在切削時的切削轉(zhuǎn)矩不能完全靠錐孔的摩擦力來傳遞，通常在主軸前端設置一個凸鍵，稱為端面鍵。當?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與凸鍵對準相配，為保證自動換刀，主軸必須停止在某一固定角度的位置上，準停裝置就是為保證主軸換刀時準確停止在換刀位置而設置的。

目前準停裝置有很多形式，就其基本原理有以下三種，機械方式一種、電氣方式兩種。第二十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日第四節(jié)伺服系統(tǒng)一、伺服系統(tǒng)的作用及分類1、伺服系統(tǒng)的作用伺服系統(tǒng)位于數(shù)控裝置與機床主體之間，它的作用是將從數(shù)控裝置輸出線路接收到的微弱電信號（脈沖電壓約5V左右，脈沖電流為毫安級），經(jīng)功率放大等電路放大為較強的電信號（驅(qū)動電壓約幾十伏至幾百伏，電流可達幾十安培）然后將接收的上述數(shù)字量信息轉(zhuǎn)換成模擬量（執(zhí)行電機軸的角位移和角速度）信息，從而驅(qū)動執(zhí)行電機帶動機床運動部件按約定的速度和位置進行運動。

第二十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日

二、數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求

與普通機床相比，對數(shù)控機床進給系統(tǒng)的設計要求，除了具有較高的定位精度之外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要快，穩(wěn)定性要好，可概括為以下幾點要求：1．高的精度要求2．寬的調(diào)速范圍3．快的響應速度4．好的穩(wěn)定性5．大的轉(zhuǎn)矩輸出

第二十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日1．高的精度要求

數(shù)控機床是按預定的程序自動加工零件的，不可能像普通機床那樣可用手動操作來調(diào)整和補償各種誤差，因此它要求有很高的定位精度和重復定位精度，所謂精度是指伺服系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)接收一個指令脈沖驅(qū)動工作臺移動的距離稱為一個脈沖當量。脈沖當量越小，機床的精度就越高。為此，消除進給傳動鏈的間隙，是保證高精度的重要措施之一，一般脈沖當量應達到0.01～0.001mm。2．寬的調(diào)速范圍

由于數(shù)控機床加工要適應各種工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，伺服進給系統(tǒng)在承擔全部工作負載的條件下，應具有很寬的調(diào)速范圍。既要高到為縮短輔助時間、提高加工效率的快速移動速度要求，如10一30m／min；也要能滿足在完成高精度定位的低速度(如0.1mm／min)時，均勻、穩(wěn)定、無爬行地工作。對于一般數(shù)控機床的調(diào)速范圍1：24000就可以了，較先進的數(shù)控機床可以獲得更寬的調(diào)速范圍。第二十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日3．快的響應速度所謂響應速度是指伺服系統(tǒng)跟隨指令信號的響應速度快，使工作臺能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確地跟蹤指令，保證輪廓切削的形狀精度和良好的加工表面精度。一般反應時間要求在200ms，甚至幾十毫秒內(nèi)。要保證如此高的響應速度，進給傳動工作臺的剛度、間隙、摩擦、轉(zhuǎn)動慣量等都是必須考慮的問題。4．好的穩(wěn)定性要有較強的抗干擾能力，保證電源、環(huán)境、負載等所產(chǎn)生的波動對其影響較小，有較好的調(diào)速機械特性，外加負載變化的適應能力強，以保證加工穩(wěn)定地進行。5．大的轉(zhuǎn)矩輸出機床加工大多在低速時進行重切削，則要求低速時進給系統(tǒng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。為此，需縮短進給系統(tǒng)傳動鏈，簡化機械結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)剛度，提高傳動精度。第二十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日

三、數(shù)控進給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動裝置與機械傳動執(zhí)行件等組成，對于半閉環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)還包括位置檢測環(huán)節(jié)。而驅(qū)動裝置是由驅(qū)動元件電動機和電動機驅(qū)動控制單元兩部分組成，通常它們由同一生產(chǎn)廠家配套提供給機床制造廠。進給伺服驅(qū)動裝置用于數(shù)控機床各坐標軸的進給運動，進給驅(qū)動用的伺服電動機主要有步進電動機和交流、直流調(diào)速電動機，電動機作為驅(qū)動元件是伺服系統(tǒng)的關鍵之一。第二十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

四、數(shù)控進給傳動結(jié)構(gòu)進給傳動結(jié)構(gòu)是進給伺服系統(tǒng)的主要組成部分，它是將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為執(zhí)行部件的直線移動或回轉(zhuǎn)運動，以保證刀具與工件相對位置關系為目的。在數(shù)控機床中，進給運動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。無論是開環(huán)還是閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)，工件的精度均要受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控機床的進給系統(tǒng)應力求做到減少摩擦力，提高傳動精度與剛度，消除傳動間隙以及減少運動件的慣量等。目前，在數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置主要有：滾珠絲杠螺母副、靜壓蝸桿－蝸母條、預加載荷雙齒輪－齒條及雙導程蝸桿等。第二十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日

1．滾珠絲杠螺母副傳動為了提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的快速響應性能和運動精度，必須減少運動件的摩擦阻力和動靜摩擦力之差。為此，在中小型數(shù)控機床中，滾珠絲杠螺母副是采用最普遍的結(jié)構(gòu)。

(1)滾珠絲杠副的工作原理。滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。１－滾珠絲桿２－滾珠螺母３－滾珠４－滾珠返回裝置５－滾道第二十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日(2)滾珠絲杠副的特點

滾珠絲杠副的絲杠與螺母之間是通過滾珠來傳遞運動的，使之成為滾動摩擦，這是滾珠絲杠區(qū)別于普通滑動絲杠的關鍵所在，其特點主要有以下幾點：1)傳動效率高。滾珠絲杠副的傳動效率高達95％～98％，是普通梯形絲杠的3～4倍，功率消耗減少2／3～3／4。２)靈敏度高、傳動平穩(wěn)。由于是滾動摩擦，動靜摩擦系數(shù)相差極小。因此低速不易產(chǎn)生爬行。３）定位精度高、傳動剛度高。用多種方法可以消除絲杠螺母的軸向間隙，使反向無空行程，定位精度高，適當預緊后，還可以提高軸向剛度。4)不能自鎖、有可逆性。既能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也能將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。因此絲杠在垂直狀態(tài)使用時，應增加制動裝置或平衡塊。5)制造成本高。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度及表面粗糙度等要求高，制造工藝較復雜，成本高。第二十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日（3)滾珠絲杠副的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)反向過程中，與絲杠滾道脫離接觸的稱為外循環(huán)；而在整個循環(huán)過程中，滾珠始終與絲杠各表面保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)內(nèi)循環(huán)1一插管2一滾珠3一外循環(huán)螺母4—滾珠絲杠5一反向器6一內(nèi)循環(huán)螺母第三十頁，共五十三頁，2022年，8月28日(4)滾珠絲杠副的使用防護滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動元件一樣，如有硬質(zhì)的灰塵或切屑等臟物落進滾道，就會妨礙滾珠的運轉(zhuǎn)并加速磨損，因此有效地防護密封和保持潤滑油的清潔就顯得十分必要．常用的防塵密封裝置由密封圈和防護罩相結(jié)合，密封圈裝在滾珠螺母的兩端，和絲杠直接接觸，其材料有毛氈、耐油橡皮或尼龍等，防塵效果好。但有接觸壓力、摩擦力矩增加的現(xiàn)象，所以有時采用非接觸式、由聚氯乙烯等塑料制成的迷宮密封圈。對于暴露在外面的絲杠一般采用伸縮套筒式、折疊式的塑料或人造革等形式的防護罩，以防止空氣中塵埃粘附在絲杠表面。滾珠絲杠副和普通滑動絲杠螺母副一樣，要用潤滑劑來提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油或潤滑脂兩大類。潤滑油可采用一般機械油、90~180號透平油或140號主軸油，經(jīng)過殼體上的油孔而注入螺紋的空間內(nèi)。潤滑脂可采用鋰基油脂，油脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。第三十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日2．其他進給傳動機構(gòu)(1)靜壓蝸桿一蝸母條傳動蝸桿－蝸母條機構(gòu)是絲杠螺母機構(gòu)的一種特殊形式蝸桿可看作長度很短的絲杠，蝸母條則可看作一個很長的螺母沿軸向剖開后的一部分。

液體靜壓蝸桿一蝸母條機構(gòu)是在蝸桿一蝸母條的嚙合齒面間注入壓力油，以形成一定厚度的油膜，使兩嚙合面形成液體摩擦，特別適宜重型數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)。進給伺服電動機通過聯(lián)軸器與蝸桿相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。蝸母條與運動部件(工作臺)相連，以獲得往復直線運動。這種形式常用于龍門銑床的工作臺進給驅(qū)動。

第三十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日

(2)雙齒輪一齒條傳動齒輪一齒條是行程較長的大型數(shù)控機床上常用的進給傳動形式，適用于傳動剛性要求高，傳動精度不太高的場合。

采用齒輪一齒條傳動時，必須采取消除齒側(cè)間隙的措施。通常采用兩個齒輪2，3與齒條嚙合的方法，專用的預加載機構(gòu)使兩齒輪以相反方向預轉(zhuǎn)過微小的角度，使兩齒輪分別與齒條的兩側(cè)齒面貼緊，從而消除間隙。第三十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日

(3)雙導程蝸桿傳動。

為了擴大工藝范圍，提高生產(chǎn)效率，數(shù)控機床除了直線進給運動之外，還有圓周進給運動。圓周進給運動可由回轉(zhuǎn)工作臺來實現(xiàn)，其進給傳動一般采用蝸輪一蝸桿傳動。第三十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日

五、數(shù)控進給傳動導軌

導軌是伺服進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，它對數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性等有著重要的影響，現(xiàn)代數(shù)控機床的導軌，對導向精度、精度保持性、摩擦特性、運動平穩(wěn)性和靈敏度都有更高的要求，在材料和結(jié)構(gòu)上有了“質(zhì)”的變化，明顯不同于普通機床的導軌。1．塑料滑動導軌

為了進一步降低普通滑動導軌的摩擦系數(shù)，防止低速爬行，提高定位精度，在數(shù)控機床上普遍采用塑料作為滑動導軌的材料，使原來鑄鐵一鑄鐵的滑動變?yōu)殍T鐵一塑料或鋼一塑料的滑動。(1)塑料軟帶(2)塑料涂層第三十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日(1)塑料軟帶也稱聚四氟乙烯導軌軟帶，導軌材料是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀，厚度約1．2mm。由于這類導軌軟帶采用粘貼的方法，習慣上也稱為“貼塑導軌”

第三十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

(2)塑料涂層是以環(huán)氧樹脂為基體，加入鐵粉、二硫化鉬和膠體石墨，并加入增塑劑，混合成液膏狀為一組分，另一組分為固化劑，雙組分組成塑料涂層。涂層的厚度在1～1．5mm之間。由于這類涂層導軌采用涂刮或注入膏狀塑料的方法，習慣上也稱為“涂塑導軌”或“注塑導軌”。第三十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日

(3)塑料導軌的特點1)摩擦特性好

鑄鐵一淬火鋼或鑄鐵一鑄鐵導軌副的動、靜摩擦系數(shù)相差較大，近一倍。而金屬一聚四氟乙烯導軌軟帶(Turcite—B，TSF)的動、靜摩擦系數(shù)基本不變，而且摩擦系數(shù)很低。這種良好的摩擦特性能防止低速爬行，使機床運行平穩(wěn)，以獲得高的定位精度。1一鑄鐵一鑄鐵(30＃機油)

2一Turcite--B--鑄鐵(干摩擦)

3一Turcte--B--鑄鐵(30＃機油)4一TSF--鑄鐵(干摩擦)5一TSF--鑄鐵(30＃機油)各種導軌摩擦系數(shù)曲線第三十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日2）耐磨性好。除摩擦系數(shù)低外，塑料材料中含有青銅、二硫化鉬和石墨，因此其本身具有自潤滑作用，對潤滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。另外，塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入細小的金屬碎屑、灰塵等，也不至于損傷金屬導軌面和軟帶本身，可延長導軌的使用壽命。3)減振性好。塑料的阻尼性能好，其減振消聲的性能對提高摩擦副的相對運動速度有很大的意義。4)工藝性好?？山档团c塑料結(jié)合的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量，而且塑料易于加工(銑、刨、磨、刮)，使導軌副接觸面獲得良好的表面質(zhì)量。

第三十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日2．滾動導軌滾動導軌是在導軌工作面之間安裝滾動體(滾珠、滾柱和滾針)，與滾珠絲杠的工作原理類似，使兩導軌面之間形成的摩擦為滾動摩擦。動、靜摩擦系數(shù)相差極小，幾乎不受運動速度變化的影響。優(yōu)點是：摩擦系數(shù)小，運動輕便靈活，靈敏度高；低速運動平穩(wěn)性好，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，定位精度高；耐磨性好，磨損小，精度保持性好；且潤滑系統(tǒng)簡單。缺點：滾動導軌的抗振性較差，結(jié)構(gòu)復雜，對臟物較敏感，必須要有良好的防護措施。直線滾動導軌外形直線滾動導軌結(jié)構(gòu)l一導軌體2，5一密封墊

3一滾動體保持器卜滾動體

6一端蓋

7一滑塊

8一潤滑油杯第四十頁，共五十三頁，2022年，8月28日3．靜壓導軌

靜壓導軌又分為液體靜壓導軌和氣體靜壓導軌兩種。1）液體靜壓導軌

是在兩個相對運動的導軌面間通人壓力油，使運動件浮起。工作過程中，導軌面上油腔中的油壓能隨著外加負載的變化自動調(diào)節(jié)，以平衡外負荷，保證導軌面始終處于純液體摩擦狀態(tài)。由于其導軌工作面完全處于純液體摩擦狀態(tài)，故工作時的摩擦系數(shù)極低，一般為十萬分之幾，無“爬行”現(xiàn)象，吸振性好，壽命長但結(jié)構(gòu)復雜，主要用于在大、重型的數(shù)控機床。２）氣體靜壓導軌

是利用恒定壓力的空氣膜，使兩導軌間呈懸浮狀態(tài)，其摩擦系數(shù)比液體靜壓還小，并完全避免了運動副的熱變形。用于數(shù)控坐標磨床和三坐標測量儀。第四十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日

第五節(jié)數(shù)控機床的自動換刀裝置

在零件的加工制造過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸、測量和搬運零件等非切削時間上，切削加工時間占整個工時中較小的比例。為了進一步壓縮非切削時間，數(shù)控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多工序加工的方向發(fā)展。這就是近年來帶有自動換刀裝置的多工序數(shù)控機床得以迅速發(fā)展的原因。為此，更進一步發(fā)展和完善各類刀具自動更換裝置，擴大換刀數(shù)量，以便實現(xiàn)更為復雜的換刀操作。這不僅可以提高機床的生產(chǎn)效率，擴大數(shù)控機床的功能和使用范圍，而且，由于零件在一次安裝中完成多工序加工，大大減少了零件的裝夾次數(shù)，進一步提高了零件的加工精度。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、足夠的刀具儲存量、結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求。第四十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日一、回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置

回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復定位精度(一般為0.005~0.01mm)。螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動機4經(jīng)安全離合器5，至蝸輪副6帶動螺母7旋轉(zhuǎn)，螺母7舉起刀架3使端齒盤的上齒盤2與下齒盤1分離，隨即電動機4帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)出信號反轉(zhuǎn)鎖緊。十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架，銷子9每轉(zhuǎn)一周刀架轉(zhuǎn)過—個工位，如四方刀架為90'第四十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日凸輪棘爪式刀架，蝸輪帶動端面凸輪14相對于相對的端面凸輪13轉(zhuǎn)動，使刀架的上下齒盤脫開，然后利用棘輪機構(gòu)推動刀架體12轉(zhuǎn)過所需的工位，最后利用電氣元件發(fā)出電動機反轉(zhuǎn)信號而鎖緊刀架。電磁式刀架，利用線圈通電時的電磁力使刀架定位鎖緊回轉(zhuǎn)刀架中，十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架體積大，占用空間多，相對地減少了機床的切削區(qū)域；凸輪棘爪式轉(zhuǎn)位刀架不易做到可靠定位；電磁式轉(zhuǎn)位刀架則需多一套控制電路，并要有斷電保護；螺母升降式轉(zhuǎn)位刀架零件較多，但定位可靠，目前使用較多。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作主要包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架壓緊等幾個步驟。1，10一下齒盤2，11一上齒盤3，8，12一刀架體4，17一電動機5一離合器6一蝸輪副7一絲杠螺母副9一銷釘13，14一端面凸輪15，16一棘輪副第四十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、多主軸轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置

這種機床的主軸轉(zhuǎn)塔頭就是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，轉(zhuǎn)塔頭有臥式和立式兩種。如圖示為數(shù)控轉(zhuǎn)塔式鏜銑床的外觀圖，每次換刀包括轉(zhuǎn)塔頭脫開主軸傳動、轉(zhuǎn)塔頭抬起、轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位和轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊等步驟。由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設計得十分堅實，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。帶主軸轉(zhuǎn)塔頭的數(shù)控機床

轉(zhuǎn)塔頭機床主體第四十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日

三、刀庫一機械手自動換刀系統(tǒng)

這種自動換刀裝置有一個專做儲存刀具用的刀庫，機床只需一個夾持刀具進行切削的刀具主軸，其刀具的交換方式通常分為通過刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，以及采用機械手交換刀具兩大類。前者換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不可能同時進行，因此換刀時間較長；而后者機械手換刀時有很大的靈活性，這種刀庫可儲存較多的刀具，自動換刀時，機械手把機床主軸已用過的刀具送回刀庫，同時從刀庫中取出下一工序所需刀具送往主軸，換刀時間重疊，因而換刀時間短，加工效率高1一主軸箱2一主軸3一刀具4一刀庫5一工件刀庫一主軸自動換刀數(shù)控機床配合換刀系統(tǒng)使用,并以合理方式存儲較多刀具,及輔具的部件稱為刀庫第四十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

這種刀庫可儲存較多的刀具，自動換刀時，機械手把機床主軸已用過的刀具送回刀庫，同時從刀庫中取出下一工序所需刀具送往主軸，換刀時間重疊，因而換刀時間短，·加工效率高，適用于加工各種較復雜的工件，及所需刀具數(shù)量多的自動換刀數(shù)控鏜銑床。第四十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日

第六節(jié)數(shù)控機床常用位置檢測裝置

一、檢測反饋裝置的作用檢測反饋裝置的作用是將其準確測得的直線位移或角位移迅速反饋給數(shù)控裝置，以便與加工程序給定的指令值進行比較，如有誤差，數(shù)控裝置將向伺服系統(tǒng)發(fā)出新的修正指令，從而控制驅(qū)動系統(tǒng)正確運轉(zhuǎn)，使工作臺(或刀具)按規(guī)定的軌跡和坐標移動。二、對檢測反饋裝置的基本要求1、分辨率和制造精度高，工作可靠抗干擾能力強2、反應快，測量靈敏3、光柵等測量尺的溫度系數(shù)小4、使用和維護方便第四十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、位置檢測裝置的分類

不同類型的數(shù)控機床對于檢測系統(tǒng)的精度與速度有不同的要求。一般來說，對于大型數(shù)控機床以滿足速度要求為主，而對于中小型和高精度數(shù)控機床以滿足精度要求為主。1、按測量方法分類（1）直接測量反饋裝置（閉環(huán)）（2）間接測量反饋裝置（半閉環(huán)）2、按獲得量值的方式分類（1）增量式檢測反饋裝置該裝置通過測量尺發(fā)出一個個脈沖信號，每一個脈沖即表示一個單位的位移，最后計數(shù)器顯示出累計位移量。因該裝置未設絕對測量零點故在開機后必須先回零確認其測量起點（2）絕對式檢測反饋裝置該裝置一般由絕對刻度尺（盤）為測量尺，通過讀數(shù)，即可直接得到測量結(jié)果。因該裝置設有與機床固定原點相一至的絕對測量零點，故裝置開機后不用回零，就可測得有關位置，機床發(fā)生故障時，也易查到故障前所在位置3、按測量元件的結(jié)構(gòu)類型分類（1）旋轉(zhuǎn)型檢測反饋裝置（2）直