數(shù)控機(jī)床與應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床與應(yīng)用第1頁/共104頁目錄

第一章：概論

第二章：數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第三章：計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)第四章：數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)第五章：數(shù)控機(jī)床的原理第六章：數(shù)控編程第七章：數(shù)控機(jī)床應(yīng)用實例數(shù)控機(jī)床與應(yīng)用目錄第2頁/共104頁第一章概述本章要點(diǎn)：1.1了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展1.2了解數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用特點(diǎn)、組成和工作原理1.3掌握數(shù)控機(jī)床的分類和發(fā)展趨勢第3頁/共104頁一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展產(chǎn)生：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，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化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。第4頁/共104頁第一臺數(shù)控機(jī)床是1952年美國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)用了電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，可用于加工復(fù)雜曲面零件。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）、大規(guī)模集成電路及小型計算機(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5頁/共104頁二、數(shù)控技術(shù)的基本概念1、數(shù)字控制數(shù)字控制（NumericalControl)，簡稱NC，它是采用數(shù)字化信息實現(xiàn)加工自動化的控制技術(shù)，用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床稱作數(shù)控機(jī)床。2、NC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)邏輯電路由硬件來實現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床稱作NC機(jī)床。第6頁/共104頁3、CNC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)（ComputerNumericalControl）由事先存放在存儲器里的系統(tǒng)程序（軟件）來實現(xiàn)控制邏輯，實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接，這樣的機(jī)床稱作CNC機(jī)床。第7頁/共104頁三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，具有以下特點(diǎn)：１、適應(yīng)性強(qiáng)

適應(yīng)性是指數(shù)控機(jī)床隨生產(chǎn)對象變化而變化的適應(yīng)能力。２、精度高工作過程不需要人工干預(yù)，而是自動工作的，且通過實時檢測裝置來修正或補(bǔ)償以獲得更高的精度。

第8頁/共104頁３、效率高數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量，而且具有自動換速、自動換刀和其他輔助操作自動化的功能。４、減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件５、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化第9頁/共104頁四、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理工作原理圖紙、MDI等存儲介質(zhì)數(shù)控裝置輸入輸出CNC裝置伺服驅(qū)動裝置伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)切削驅(qū)動裝置機(jī)床主體檢測裝置第10頁/共104頁組成1、程序的存儲介質(zhì)紙帶、磁帶或磁盤等。2、輸入輸出裝置3、數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，接受脈沖信號經(jīng)過譯碼、運(yùn)算和邏輯處理將指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使設(shè)備按軌定的動作執(zhí)行。第11頁/共104頁4、伺服裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的運(yùn)動。5、檢測反饋裝置作用是對機(jī)床的實際運(yùn)動速度、方向、位移量以及加工狀態(tài)加以檢測并將結(jié)果反饋給數(shù)控裝置，計算出與指令位移之間的偏差并發(fā)出糾正誤差指令。第12頁/共104頁6、機(jī)床主體是加工運(yùn)動的實際機(jī)械部件，主要包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件如工作臺、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位部件、夾緊、換刀機(jī)械手等輔助裝置。第13頁/共104頁五、數(shù)控機(jī)床的分類

1、按工業(yè)用途分類（1）數(shù)控車床（NCLathe）（2）數(shù)控銑床(NCMillingMachine)（3）數(shù)控鉆床(NCDrillingMachine)(4)數(shù)控鏜床(NCBoringMachine)（5）數(shù)控齒輪加工機(jī)床(NCGearingHoldingMachine)第14頁/共104頁（6）數(shù)控平面磨床(NCSurfaceGrindingMachine)（7）數(shù)控外圓磨床(NCExternalCylindricalGrindingMachine)（8）數(shù)控輪廓磨床(NCContourGrindingMachine)（9）數(shù)控工具磨床(NCToolGrindingMachine)（10）數(shù)控坐標(biāo)磨床(NCJigGrindingMachine)第15頁/共104頁（11）數(shù)控電火花加工機(jī)床(NCDieselingElectricDischargeMachine)（12）數(shù)控線切割機(jī)床(NCWireDischargeMachine)（13）數(shù)控激光加工機(jī)床(NCLaserBeamMachine)（14）數(shù)控沖床(NCPunchingPress)（15）加工中心(MachineCenter)（16）數(shù)控超聲波加工機(jī)床NCUltrasonicMachine)（17）其他（如三坐標(biāo)測量機(jī)等）第16頁/共104頁2、按運(yùn)動方式分類（1）點(diǎn)位控制系統(tǒng)它只控制刀具從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的位置，而不控制移動軌跡，在移動過程中刀具不進(jìn)行切削加工。刀具的三種路徑：

1）

2）

3）

XYZ第17頁/共104頁（2）直線控制系統(tǒng)（Straight-lineControl）它是控制刀具或機(jī)床工作臺以給定的速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，由一個位置到另一個位置的精確移動，并且在移動過程中進(jìn)行直線切削加工。第18頁/共104頁（3）輪廓控制系統(tǒng)（ContourControl）它是對兩個或兩個以上的坐標(biāo)軸同時進(jìn)行連續(xù)控制，并能對機(jī)床移動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)動軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。第19頁/共104頁3、按控制方式分類（1）開環(huán)控制系統(tǒng)即不帶位置測量元件，數(shù)控裝置根據(jù)控制介質(zhì)上的指令信號，經(jīng)控制運(yùn)算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅(qū)動元件轉(zhuǎn)過一定的角度，并通過傳動齒輪、滾珠絲杠螺母副，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如工作臺）移動或轉(zhuǎn)動。

特點(diǎn)：沒有來自位置測量元件的反饋信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作情況不進(jìn)行檢查，指令流向為單向，控制精度較低。第20頁/共104頁（２）閉環(huán)控制系統(tǒng)

這類機(jī)床帶有檢測反饋裝置，它可將測量出的實際位移值反饋到數(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，以實現(xiàn)運(yùn)動部件的精確定位。從理論上講，閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)動精度主要決定于檢測裝置精度，而與傳動鏈中誤差無關(guān)。但閉環(huán)控制系統(tǒng)對機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛性、傳動部件的間隙及導(dǎo)軌移動的靈敏性等都有嚴(yán)格的要求。第21頁/共104頁

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。第22頁/共104頁（３）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

這類機(jī)床不是直接測量工作臺位移量，而是通過檢測絲杠轉(zhuǎn)角，間接地測量工作臺位移量，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)控制制系統(tǒng)。第23頁/共104頁六、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢1、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展

1）高速化和高精度化

速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個重要指標(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0.1μｍ單元進(jìn)行設(shè)定。第24頁/共104頁

2）提高數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性

高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，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)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量來提高系統(tǒng)的可靠性。第25頁/共104頁

3）編程自動化

自動編程就是利用計算機(jī)完成數(shù)控機(jī)床程序編制工作。在面對一些復(fù)雜的加工零件時，人工編程是很復(fù)雜的。在此情況之下，可以利用系統(tǒng)的編程自動化來進(jìn)行自動編程，完成零件加工的程序編制。從而大大的減輕了工作人員的勞動強(qiáng)度。第26頁/共104頁

4）CNC系統(tǒng)智能化

CNC系統(tǒng)使用的計算機(jī)容量越來越大，運(yùn)行速度也越來越快，在此情況下，CNC系統(tǒng)不但能完成數(shù)字控制功能，同時還能與其他的一些輔助系統(tǒng)進(jìn)行連接，實現(xiàn)系統(tǒng)智能化。第27頁/共104頁

5）更強(qiáng)的通信功能

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床可以通過自身具備的通信功能與其他CNC系統(tǒng)進(jìn)行通信連接，實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)線要求。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除了具有RS-232C通信接口外，還具有其他功能的通信接口。第28頁/共104頁2、新進(jìn)制造技術(shù)

1）柔性制造單元（FMC）

FMC既可作為獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行自動加工，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）與自動交換工件(AWC)裝置組成，同時數(shù)控系統(tǒng)還增加了自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能。第29頁/共104頁

2)柔性制造系統(tǒng)（FMS）它具有多臺制造設(shè)備，大多在10臺以下。一個典型的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)過程由一臺中央計算機(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。

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3）計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

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)營活動所需的各種分布的自動化子系統(tǒng)，通過新的生產(chǎn)管理模式、工藝?yán)碚摵陀嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集成起來，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)。一個典型的CIMS系統(tǒng)由信息管理、工程設(shè)計自動化、制造自動化、質(zhì)量保證、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫等6個子系統(tǒng)組成。第31頁/共104頁七、作業(yè)１．什么叫數(shù)控機(jī)床？其特點(diǎn)是什么？２．?dāng)?shù)控機(jī)床是如何工作的？它由哪幾部分組成？各組成部分有什么作用？３．什么叫點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制？它們的主要特點(diǎn)與區(qū)別是什么？４．什么叫開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)？它們之間各有什么特點(diǎn)？第32頁/共104頁第二章數(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)床的結(jié)構(gòu)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，它的主傳動運(yùn)動系統(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)，實現(xiàn)了主軸的無級變速，從而減少傳動部件。另外，對主軸的部件來說，要具有更高的精度和剛度。第33頁/共104頁對主軸系統(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現(xiàn)無級變速。（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，主傳動系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，減少傳動件。第34頁/共104頁（4）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、機(jī)械手的正確嚙合。（5）為了擴(kuò)大機(jī)床功能，實現(xiàn)對C軸位置(主軸回轉(zhuǎn)角度)的控制，主軸還需要安裝位置檢測裝置，以便實現(xiàn)對主軸位置的控制。

第35頁/共104頁（二）主傳動運(yùn)動的變速方式

為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的加工范圍、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、自動化和加工精度高的特點(diǎn)，它的主傳動運(yùn)動要求有較大的調(diào)速范圍。傳統(tǒng)的主傳動運(yùn)動變速主要有：

（1）帶有簡單變速機(jī)構(gòu)的主傳動（機(jī)械變速：電機(jī)經(jīng)齒輪變速的主傳動運(yùn)動）（2）通過皮帶傳動的主傳動

（3）電機(jī)直接驅(qū)動的主軸結(jié)構(gòu)（兩種類型）第36頁/共104頁

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級變速的主傳動運(yùn)動系統(tǒng)越來越少。而是采用在交流和直流電機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配合齒輪傳動，以確保低速時的扭矩，擴(kuò)大調(diào)速范圍。第37頁/共104頁（1）帶有簡單變速機(jī)構(gòu)的主傳動優(yōu)點(diǎn)：能滿足各種切削運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)節(jié)速度的能力。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要潤滑及溫度控制裝置；成本較高；制造和維修難。應(yīng)用：一般大中型銑床多采用這種結(jié)構(gòu)。第38頁/共104頁（2）通過皮帶傳動的主傳動

主軸電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)同步帶或V帶傳動。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便、傳動平衡、震動和噪音小。在一定條件下能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求。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：低扭矩輸出要求的小型數(shù)控機(jī)床主軸上。第39頁/共104頁（3）電機(jī)直接驅(qū)動的主軸結(jié)構(gòu)（兩種類型）電機(jī)直接驅(qū)動主傳動運(yùn)動：電機(jī)通過精密聯(lián)軸器與主軸聯(lián)接。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率與實際功率差額較小、傳動效率高的，主軸的特性完全與電機(jī)輸出特性一致，因而在使用上受到一定限制。缺點(diǎn)：主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對主軸精度的影響比較大第40頁/共104頁電主軸：主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子為一體，稱電主軸。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)的啟動和停止特性好。制造和控制要求高。如主軸的散熱、動平衡、支承、潤滑及控制等。造價高。應(yīng)用：多用于高速加工。第41頁/共104頁（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。第42頁/共104頁1、主軸的軸承支承結(jié)構(gòu)

軸承的使用要相對應(yīng)于機(jī)床的規(guī)格和精度。第43頁/共104頁主軸軸承配置形式

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)：大幅度提高主軸的剛度，滿足強(qiáng)力切削要求。

第44頁/共104頁

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性能良好，可達(dá)4000r/min的最高時速。

特點(diǎn)：適用于高速主軸支承，承載能力小

適用：適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床第45頁/共104頁

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)：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：適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床第46頁/共104頁

液壓驅(qū)動自定心卡盤

2．常用卡盤結(jié)構(gòu)數(shù)控車床工件夾緊裝置可采用三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤或彈簧夾頭等。為了減少數(shù)控車床裝夾工件的輔助時間，廣泛采用液壓或氣壓動力自定心卡盤。下圖為某數(shù)控車床上采用的一種液壓驅(qū)動動力自定心卡盤第47頁/共104頁

3、主軸內(nèi)刀具自動裝卸及吹屑裝置

主軸在保證精度和剛度的同時，還必須設(shè)計刀具的自動裝卸和切屑清除裝置，以適應(yīng)自動化生產(chǎn)要求。右圖為自動換刀數(shù)控鏜銑床的主軸部件結(jié)構(gòu)圖圖5-11JCS-018加工中心的主軸部件

第48頁/共104頁4、

主軸準(zhǔn)停裝置

功能：當(dāng)特殊加工或自動換刀，主軸能實現(xiàn)準(zhǔn)確的停止在一個固定位置上。1）機(jī)械式準(zhǔn)停裝置：1-無觸點(diǎn)開關(guān)

2-感應(yīng)塊3-凸輪定位盤4-定位液壓缸5-定向滾輪6-定位活塞

缺點(diǎn)：機(jī)械準(zhǔn)停裝置比較準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。第49頁/共104頁2)電氣式準(zhǔn)停裝置

方式：1）利用主軸上光電脈沖產(chǎn)生準(zhǔn)停信號；

2）利用磁力傳感器檢產(chǎn)生準(zhǔn)停信號。1-主軸2-同步感應(yīng)器3-主軸電動機(jī)4-永久磁鐵5-磁傳感器磁力傳感器準(zhǔn)停裝置工作原理：

數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令時，主軸電動機(jī)3立即降速，當(dāng)永久磁鐵4對準(zhǔn)磁傳感器5時，磁傳感器發(fā)出準(zhǔn)停信號，由定向電路使電動機(jī)準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。第50頁/共104頁五、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/min~4500m/min;切屑鋼件速度達(dá)400m/min~1600m/min;切屑鑄鐵速度達(dá)800m/mim~2000m/min.

特點(diǎn)：加工表面質(zhì)量好、切屑溫度低、刀具使用壽命長

驅(qū)動方式：內(nèi)置電動機(jī)

軸承要求：高速球軸承或磁力軸承第51頁/共104頁（二）數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)字控制信號和運(yùn)動部件之間的傳動紐帶，直接影響機(jī)床的加工精度。因此，在進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性方面有更高的要求。第52頁/共104頁1、進(jìn)給系統(tǒng)的要求主要有：

1）提高傳動精度和剛度

2）減少各運(yùn)動零件的慣性量

3）減少運(yùn)動件的摩擦阻力

4）響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬

5）較強(qiáng)的過載能力、低速時扭矩大

6）穩(wěn)定性好，壽命長

7）使用維護(hù)方便第53頁/共104頁2、進(jìn)給系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)要求一個典型的數(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)動單元、機(jī)械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分組成。

機(jī)械傳動裝置是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置裝換為工作臺直線運(yùn)動的整個機(jī)械傳功鏈。第54頁/共104頁進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部件的總體設(shè)計要求：減少摩擦、消除間隙、減小慣性、提高傳動精度和剛度。

為了達(dá)到上述總體要求，通常采用的措施是：

1）采用低摩擦的傳動副；2）合理的支承形式提高傳動剛度等。在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)中，通常采用絲杠螺母副作為主要的減速和運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換。電機(jī)和絲杠之間的連接方式主要有：齒輪傳動連接、同步帶齒形連接和電機(jī)與絲杠之間的直接連接。第55頁/共104頁

3、滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠，作為中間傳動元件，以減少摩擦。

第56頁/共104頁工作原理如下所示。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)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自傳又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，從而迫使螺母（或絲杠）軸向移動。第57頁/共104頁

滾珠絲杠螺母副是滾動摩擦，它的特點(diǎn)是：1）摩擦因數(shù)小，傳動效率高，所需傳動轉(zhuǎn)距小；2）磨損小，壽命長，精度保持性好；3）靈敏度高，傳動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；4）絲杠和螺母之間可通過預(yù)緊和間隙消除措施提高軸向剛度和反向精度；第58頁/共104頁5）運(yùn)動具有可逆性，既可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，又可將直線運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；缺點(diǎn)：1）制造工藝復(fù)雜，成本高；2）在垂直安裝時不能自鎖，需附加制動機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：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。第59頁/共104頁1）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)兩種。滾珠在返回過程中與絲杠脫離接觸的為外循環(huán)；滾珠在循環(huán)過程中與絲杠始終接觸的為內(nèi)循環(huán)。循環(huán)中的滾珠叫做工作滾珠，工作滾珠所走過的滾道圈數(shù)叫工作圈數(shù)。第60頁/共104頁外循環(huán)常見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(a)插管式(b)螺旋槽式第61頁/共104頁

內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)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)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，實現(xiàn)循環(huán)。一般一個螺母上裝有2~4個反向器，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。第62頁/共104頁內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠第63頁/共104頁

2）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙。軸向間隙通常是指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動量。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量。為了保證反向傳動精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。第64頁/共104頁用預(yù)緊方法消除間隙時應(yīng)注意，預(yù)加載荷能夠有效地減少彈性變形所帶來的軸向位移，但預(yù)緊力不易過大，過大的預(yù)緊載荷將增加摩擦力，使傳動效率降低，縮短絲杠的使用壽命。所以，一般需要經(jīng)過多次調(diào)整才能保證機(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。第65頁/共104頁消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上。常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有：（1）齒差調(diào)隙式；（2）墊片調(diào)隙式；（3）螺紋調(diào)隙式；（4）單螺母變螺距預(yù)加載荷式。第66頁/共104頁

（1）墊片調(diào)隙式

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螺母產(chǎn)生方向相反的位移，則兩個螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(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)簡單，剛性好，但調(diào)整不便，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進(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。第67頁/共104頁

（2）螺紋調(diào)隙式

如下圖所示，左螺母外端有凸緣，右螺母右端加工有螺紋，用兩個圓螺母1、2把墊片壓在螺母座上，左右螺母通過平鍵和螺母座連接，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，擰緊圓螺母1使右螺母向右滑動，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2鎖緊。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)簡單緊湊，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。第68頁/共104頁

（3）齒差調(diào)隙式

如下圖所示，在兩個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，左右螺母不能轉(zhuǎn)動。兩螺母凸緣齒輪的齒數(shù)分別為Z1和Z2，且相差一個齒。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個螺母相對于螺母座同方向都轉(zhuǎn)動一個齒或多個齒，然后在插入內(nèi)齒圈并緊固在螺母座上，則兩個螺母便產(chǎn)生角位移，使兩個螺母軸向間距改變，實現(xiàn)消除隙和預(yù)緊。設(shè)滾珠絲杠的導(dǎo)程為t,兩個螺母相對于螺母座同方向轉(zhuǎn)動一個齒后，其軸向位移量為：第69頁/共104頁齒差調(diào)隙式例如，Z1=99，Z2=100，滾珠絲杠的導(dǎo)程t=10mm時，則S=10/9900≈0.001mm，若間隙量為0.002mm,則相應(yīng)的兩螺母沿同方向轉(zhuǎn)過兩個齒即可消除間隙。齒差調(diào)隙式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸較大，但是調(diào)整方便，可獲得精確的調(diào)整量，預(yù)緊可靠不會松動，適用于高精度傳動。第70頁/共104頁(4)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)滾珠軌道之間使內(nèi)螺紋軌道在軸向上產(chǎn)生一個導(dǎo)程突變量△L，從而使兩列滾珠在軸向上錯位實現(xiàn)預(yù)緊。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、

缺點(diǎn)：施加在螺母上的載荷必須預(yù)先設(shè)定，且不能改變。第71頁/共104頁

3）滾珠絲杠的支承方式

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠副本身的剛度外，對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。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。第72頁/共104頁常用的滾珠絲杠支承方式：

（1）一端裝推力軸承這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只適用于行程小的短絲杠。第73頁/共104頁（2）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的情況，當(dāng)熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動。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)熱源和絲杠工作時的常用段。

第74頁/共104頁（3）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)緊力，有助于提高絲杠的軸向剛度，但此種安裝方式對熱變形較為敏感。第75頁/共104頁（4）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)計時要注意提高推力軸承的承載力和支架剛度。第76頁/共104頁

4）滾珠絲杠的防護(hù)

滾珠絲杠副用潤滑劑來提高耐磨性及傳動效率，潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂。潤滑油一般為機(jī)械油或140號主軸油。潤滑油經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)；潤滑脂常采用鋰基潤滑脂，一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體的空間內(nèi)。第77頁/共104頁

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滑油，不僅會妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還會使磨損急劇增加。因此必須有防護(hù)裝置和使用潔凈的潤滑油。通常采用密封圈或防護(hù)罩對螺母進(jìn)行防護(hù)。當(dāng)滾珠絲杠螺母副處于隱蔽的位置時，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，應(yīng)采用密封的防護(hù)罩進(jìn)行密封保護(hù)。第78頁/共104頁注意：1、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。

接觸式的彈性密封圈用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀，與絲杠緊密接觸，它的防塵效果好，但也增加了滾珠絲杠的摩擦阻力距。第79頁/共104頁

非接觸式的密封圈又稱迷宮式密封圈，用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾導(dǎo)的形狀相反，并稍有間隙，避免了摩擦阻力矩，但防塵效果差。

2、安裝時將防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。3、由于滾珠絲杠螺母副沒有自鎖功能，在進(jìn)行垂直安裝時，要有制動裝置。通常采用的制動裝置有電磁鐵和離合器。第80頁/共104頁4、進(jìn)給系統(tǒng)中傳動間隙的消除

1）齒輪傳動間隙消除

常用的減小齒輪間隙的方法有剛性調(diào)推法和柔性調(diào)整法兩種。（1）直齒圓柱齒輪傳動

a、偏心套調(diào)整法b、軸向墊片調(diào)整法（2）斜齒圓柱齒輪傳動

a、周向彈簧調(diào)整法b、軸向彈簧調(diào)整法第81頁/共104頁1、3-齒輪2-偏心軸套偏心軸套調(diào)整法（1）直齒圓柱齒輪傳動a、偏心套調(diào)整法右圖為偏心軸套調(diào)整法，齒輪1裝在偏心軸套2上，調(diào)整套2可以改變齒輪l和3之間的中心距，從而消除了齒側(cè)間隙。這種方法常用于有一個齒輪軸懸臂安裝的結(jié)構(gòu)。

第82頁/共104頁b、軸向墊片調(diào)整法

利用的是兩嚙合齒輪的錐度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過修磨配合齒輪間墊片的厚度，使其產(chǎn)生軸向位移而消除間隙。圖中：1、2-齒輪

3、4-墊片

第83頁/共104頁（2）斜齒圓柱齒輪傳動(柔性調(diào)節(jié))

a、周向彈簧調(diào)整法將其中一個齒輪做成兩片，利用彈簧的伸縮性使其錯齒，以達(dá)到消除間隙的目的。

第84頁/共104頁b、軸向彈簧調(diào)整法

第85頁/共104頁偏心軸套調(diào)隙和軸套墊片調(diào)隙都是剛性調(diào)整法，在調(diào)整后，齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償，因此對齒輪的周節(jié)公差及齒厚公差要求嚴(yán)格，否則會影響傳動的靈活性。它們結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的傳動剛度，但調(diào)整較費(fèi)時。如果采用柔性調(diào)整法，在調(diào)整后，齒側(cè)間隙仍可自動補(bǔ)償，即使在齒輪的周節(jié)誤差及齒厚變化的情況下，也能保持無間隙嚙合，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸大，傳動剛度較低，平穩(wěn)性也較差。第86頁/共104頁2）鍵聯(lián)接的消隙

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動裝置中，齒輪等傳動件與軸鍵的配合間隙也會影響傳動的精度，需將其消除。下圖所示為消除鍵聯(lián)接間隙的結(jié)構(gòu)。(a)—雙鍵聯(lián)接消隙結(jié)構(gòu)

(b)—楔形銷聯(lián)接消隙結(jié)構(gòu)第87頁/共104頁右圖所示為一種無鍵聯(lián)接消隙結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)制造簡單，聯(lián)接可靠，得到廣泛的采用。1-軸2-螺釘3、4-圓環(huán)5-內(nèi)彈簧錐形脹套6-外彈性錐形脹套7-傳動件無鍵聯(lián)接機(jī)構(gòu)第88頁/共104頁5、導(dǎo)軌

1）數(shù)控機(jī)床對導(dǎo)軌的基本要求導(dǎo)軌的作用：支承和導(dǎo)向，支承運(yùn)動部件并保證運(yùn)動部件在外力(運(yùn)動部件本身的重量、工件的重量、切削力、牽引力等)的作用下，能準(zhǔn)確地沿著一定的方向運(yùn)動。第89頁/共104頁在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動的一方成為活動導(dǎo)軌，不動的一方稱為支承導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的精度和性能直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽命?；顒訉?dǎo)軌支承導(dǎo)軌第90頁/共104頁導(dǎo)軌應(yīng)滿足以下基本要求：（1）足夠的導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度是指機(jī)床的運(yùn)動部件沿導(dǎo)軌移動時的直線性和它與有關(guān)基面之間相互位置的準(zhǔn)確性。影響導(dǎo)向精度的主要因素有:導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌的制