數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

1、 第六章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié) 主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)一、對(duì)主傳動(dòng)的要求數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，工藝范圍寬，工藝能力強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。主傳動(dòng)系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)：1轉(zhuǎn)速高、功率大，能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。2主軸必須具有較寬的調(diào)速范圍，能迅速可靠地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，使切削始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。3主軸必須具有較高的回轉(zhuǎn)精度，足夠的剛度和抗振性，較好的熱穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。4有些數(shù)控機(jī)床還具有自動(dòng)換刀功能、主軸準(zhǔn)停功能等。二、主軸調(diào)速方法為滿(mǎn)足以上對(duì)主傳動(dòng)的要求，數(shù)控機(jī)床常采用電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng),為擴(kuò)大調(diào)速范圍,適應(yīng)低速大扭矩的要求,也常用齒輪有級(jí)調(diào)速和電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)

2、主軸調(diào)速。1電動(dòng)機(jī)調(diào)速用于主軸驅(qū)動(dòng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要分為直流和交流兩大類(lèi)。（1）直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速 通常數(shù)控機(jī)床的調(diào)速范圍較大，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速同時(shí)采用調(diào)壓和調(diào)磁兩種方法。其典型的直流主軸電動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)如圖6-1所示。從其特性曲線(xiàn)可知，電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速n0以下屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即采用改變電樞電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)；在轉(zhuǎn)速n0以上屬于恒功率調(diào)速，通過(guò)改變勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。較為常用的 FANUC直流它勵(lì)式主軸電動(dòng)機(jī)采用的是三相全控晶閘管無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速，調(diào)速范圍35 圖6-1 直流主軸電動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)3500r/min。 1恒轉(zhuǎn)矩區(qū) 2恒功率區(qū) （2）交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速 目前數(shù)控機(jī)床交流主軸驅(qū)動(dòng)中均

3、采用籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，廣泛采用矢量控制變頻調(diào)速的方法。隨著新型直流和交流主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)的日趨完善，電動(dòng)機(jī)調(diào)速將得到廣泛的應(yīng)用，但在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中為降低成本，也常采用機(jī)械齒輪換檔的方法來(lái)改變主軸轉(zhuǎn)速。2機(jī)械齒輪變速在數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于采用了電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，使傳統(tǒng)的主軸箱結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。但由于主軸電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源的限制，往往在其低速段為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為了盡可能使主軸在整個(gè)速度范圍內(nèi)提供主電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率，并滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床低速?gòu)?qiáng)力切削的需要，常采用14檔齒輪變速與無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的方法，即所謂分段無(wú)級(jí)調(diào)速。采用機(jī)械齒輪減速，既放大了輸出功率，又?jǐn)U大了調(diào)速范圍。數(shù)控機(jī)床在切削時(shí)，主軸是按零件加工程序

4、中S指令所指定的轉(zhuǎn)速來(lái)自動(dòng)運(yùn)行。因此，數(shù)控系統(tǒng)中必須有兩類(lèi)主軸速度指令信號(hào)，即用模擬量或數(shù)字量信號(hào)（S代碼）來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)調(diào)速電路，同時(shí)采用開(kāi)關(guān)量信號(hào)（M代碼）來(lái)控制機(jī)械齒輪變速自動(dòng)換檔的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。自動(dòng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種電機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，常用的有液壓撥叉和電磁離合器。三、主傳動(dòng)的配置方式采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主傳動(dòng)變速系統(tǒng)，通常有以下三種配置方式，如圖6-2所示。圖6-2 主傳動(dòng)的配置方式1變速齒輪傳動(dòng)方式如圖6-2a）所示，主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)二級(jí)齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列，使之成為分段無(wú)級(jí)調(diào)速。通過(guò)齒輪傳動(dòng)降速后，擴(kuò)大了輸出扭矩和調(diào)速范圍，特別是主軸恒功率輸出時(shí)的調(diào)速范圍，以滿(mǎn)足主軸

5、輸出扭矩特性、功率特性及調(diào)速范圍的要求。這種配置方式在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多。2皮帶傳動(dòng)方式如圖6-2b）所示，主軸電動(dòng)機(jī)將其運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒形同步帶以定比傳動(dòng)傳遞給主軸。這種配置方式傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，但只適用于低扭矩特性要求的主軸。3調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式這種配置方式又有兩種類(lèi)型。一種如圖6-2c）所示，主軸電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)精密聯(lián)軸器直接與主軸聯(lián)接，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出完全與電動(dòng)機(jī)的輸出特性一致，因而在使用上受到一定的限制。隨著主軸電動(dòng)機(jī)性能的提高，這種方式將越來(lái)越多地被采用。另一種如圖6-2d）所示，主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

6、子合為一體，稱(chēng)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)更緊湊、剛度高、重量輕、慣量小，可提高啟動(dòng)、停止的響應(yīng)頻率，有利于控制振動(dòng)和噪聲，缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度影響較大。四、主軸軸承的配置方式一般中、小型數(shù)控機(jī)床的主軸部件多數(shù)采用滾動(dòng)軸承作為主軸支承，目前主要有以下三種配置方式，如圖6-3所示。1前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60。角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用向心推力球軸承，如圖6-3a）所示。此配置方式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可滿(mǎn)足強(qiáng)力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的主軸。這種配置的后軸承也可采用圓柱滾子軸承，進(jìn)一步提高后支承的徑向剛度。2前支承采用高精度雙列向心推

7、力球軸承，如圖6-3b）所示。 6-3 數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置方式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)4000r/min，但其承載能力小，僅適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床的主軸。為提高這種配置方式的主軸剛度，前支承可以用四個(gè)或更多的軸承相組合，后支承用兩個(gè)軸承相組合。3前后軸承采用雙列和單列圓錐滾子軸承，如圖6-3c）所示。這種軸承能承受較大的徑向和軸向力，使主軸能承受重載荷尤其是承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，剛度好，安裝和調(diào)試性能好。但這種配置限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，只適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。五、典型主軸部件簡(jiǎn)介1數(shù)控車(chē)床主軸箱圖6-4為MJ-50型數(shù)控車(chē)床主軸箱的結(jié)

8、構(gòu)簡(jiǎn)圖。交流主軸電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪15把運(yùn)動(dòng)傳給主軸7，主軸有兩個(gè)支承，前支承由一圓錐孔雙列圓柱滾子軸承11和一對(duì)角接觸球軸承10組成，軸承11用來(lái)承受徑向載荷，兩個(gè)角接觸球軸承一個(gè)大口向外（朝向主軸前端），一個(gè)大口向里（朝向主軸后端），用來(lái)承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支承軸承的間隙用螺母8來(lái)調(diào)整，螺釘12用來(lái)防止螺母8的回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承14，軸承間隙由螺母1和6來(lái)調(diào)整。螺釘17和13分別用來(lái)防止螺母1和6的回松。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹將向后伸長(zhǎng)。前后支承所用圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許

9、的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜高速、大載荷的需要。主軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)同步帶輪16和3以及同步帶2帶動(dòng)脈沖編碼器4，使其與主軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘5固定在主軸箱體9上。2立式加工中心主軸部件圖6-5為立式加工中心主軸部件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。它由主軸、刀具的自動(dòng)夾緊松開(kāi)機(jī)構(gòu)、前后軸承等組成。主軸的前端采用724錐孔，易于裝卸刀柄，又有臨界摩擦力矩，標(biāo)準(zhǔn)的拉釘5是擰緊在刀柄內(nèi)的。當(dāng)需要卡緊刀具時(shí)，活塞1的上油腔無(wú)油壓，疊形彈圖6-4 MJ-50型數(shù)控車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1、6、8螺母 2、15同步帶 3、16同步帶輪 4脈沖編碼器5、12、13、17螺釘 7主軸 9主軸箱體 10、11、14軸承簧3

10、的彈簧力使活塞1向上移至圖示位置。拉桿2在彈簧3的壓力下向上移至圖示位置，鋼球4被迫收攏，卡緊在拉釘5的環(huán)槽中，通過(guò)鋼球拉桿把拉釘5向上拉緊，使刀桿錐柄的外錐面與主軸錐孔的內(nèi)錐面相互壓緊，這樣刀柄就被卡緊在主軸上。放松刀柄時(shí)，液壓油進(jìn)入活塞1的上油腔，油壓使活塞1下移，推動(dòng)拉桿2向下移動(dòng)。此時(shí)，疊形彈簧3被壓縮，鋼球4隨拉釘5一起向下移動(dòng)，當(dāng)鋼球移至主軸孔徑較大處便松開(kāi)拉釘5，刀具連同拉釘5可被機(jī)械手取下。當(dāng)機(jī)械手將新刀柄裝入后，活塞1上油腔液壓油卸壓將刀柄拉緊。刀柄卡緊機(jī)構(gòu)使用彈簧卡緊，液壓放松，可保證在工作中，如遇突然停電，刀桿不會(huì)自行松脫。在活塞桿孔的上端接有壓縮空氣，當(dāng)機(jī)械手把刀具從主

11、軸中拔除后，壓縮空氣通過(guò)活塞桿和拉桿的中心孔把主軸錐孔吹凈，使刀柄錐面與主軸錐孔緊密貼合，保證刀具的正確定位。行程開(kāi)關(guān)7和8用于發(fā)出卡緊和放松刀桿的信號(hào)。 圖6-5 立式加工中心主軸部件1活塞 2拉桿 3彈簧 4鋼球 5拉釘 6主軸 7、8行程開(kāi)關(guān)六、電主軸電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線(xiàn)電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。高速主軸是高速切削技

12、術(shù)最重要的關(guān)鍵技術(shù)，也是高速切削機(jī)床最重要的部件。要求動(dòng)平衡性很高，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性，能傳遞足夠的力矩和功率，能承受高的離心力，帶有準(zhǔn)確的測(cè)溫裝置和高效的冷卻裝置。高速切削一般要求主軸轉(zhuǎn)速能力不小于40000r/min,主軸功率大于15kW。通常采用主軸電機(jī)一體化的電主軸部件，實(shí)現(xiàn)無(wú)中間環(huán)節(jié)的直接傳動(dòng)，電機(jī)大多采用感應(yīng)式集成主軸電動(dòng)機(jī)。目前一般使用較多的是熱壓氮化硅(Si3N4)陶瓷軸承和液體動(dòng)、靜壓軸承以及空氣軸承。潤(rùn)滑多采用油-氣潤(rùn)滑、噴射潤(rùn)滑等技術(shù)。主軸冷卻一般采用主軸內(nèi)部水冷或氣冷方式。圖6-6 陶瓷軸承高速主軸工作原理圖1 陶瓷球軸承 2密封圈 3電主軸 4陶瓷球

13、軸承 5冷卻水出口6冷卻水出口 7旋轉(zhuǎn)變壓器 8冷卻水入口1陶瓷軸承高速主軸圖6-6為陶瓷軸承高速主軸工作原理圖，采用C或B級(jí)精度角接觸球軸承，軸承布置與傳統(tǒng)磨床主軸結(jié)構(gòu)相類(lèi)似；采用“小珠密球”結(jié)構(gòu)，滾珠材料Si3N4；采用電動(dòng)主軸（電機(jī)與主軸作成一體）；軸承轉(zhuǎn)速特征值（= 軸徑（mm）轉(zhuǎn)速（r/min）較普通鋼軸承提高1.2 2倍，可達(dá)0.51106?；剞D(zhuǎn)精度高，液體靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在0.2m以下，空氣靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在0.05m以下；功率損失?。灰后w靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)1106，空氣靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)3106 ?？諝忪o壓軸承承載能力較小。與鋼球相比，陶瓷軸承的優(yōu)點(diǎn)是：（1）陶瓷球密度

14、減小60%，從而可大大降低離心力；（2）陶瓷彈性模量比鋼高50%，使軸承具有更高剛度；（3）陶瓷摩擦系數(shù)低，可減小軸承發(fā)熱、磨損和功率損失；（4）陶瓷耐磨性好，軸承壽命長(zhǎng)。2磁浮軸承高速主軸圖6-7為磁浮軸承高速主軸工作原理圖，主軸由兩個(gè)徑向和兩個(gè)軸向磁浮軸承支承，磁浮軸承定子與轉(zhuǎn)子間空隙約0.1mm。 剛度高，約為滾珠軸承主軸剛度10倍。 轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)4106。 回轉(zhuǎn)精度主要取決于傳感器的精度和靈敏度，以及控制電路性能，目前可達(dá)0.2m。 機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)均較復(fù)雜；又由于發(fā)熱多，對(duì)冷卻系統(tǒng)性能要求較高。圖6-7磁浮軸承高速主軸工作原理圖1前輔助軸承 2前徑向傳感器 3前徑向軸承 4電主軸

15、 5后徑向軸承 6后徑向傳感器 7雙面軸向推力軸承 8后輔助軸承 9軸向傳感器七、主軸準(zhǔn)停裝置為了保證刀具在主軸中準(zhǔn)確定位，提高機(jī)床的工作效率和自動(dòng)化程度，多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有主軸準(zhǔn)停功能。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床一般都采用電氣定向式主軸準(zhǔn)停裝置，這種準(zhǔn)停裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速、可靠，精度和剛度較高。電氣定向式主軸準(zhǔn)停裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖6-8所示。在帶輪1的端面上裝有一個(gè)厚墊片4，墊片4上裝有一個(gè)體積很小的永久磁鐵3，在主軸箱箱體對(duì)應(yīng)于主軸準(zhǔn)停的位置上，裝有磁傳感器2，當(dāng)主運(yùn)動(dòng)接到主軸停轉(zhuǎn)的指令后，主軸立即以最低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)永久磁鐵3對(duì)準(zhǔn)磁傳感器2時(shí)，磁傳感器2立即發(fā)出準(zhǔn)停圖6-8主軸準(zhǔn)停裝置結(jié)構(gòu)原理圖1多

16、楔帶輪 2磁傳感器 3永久磁鐵 4墊片 5主軸信號(hào)，信號(hào)放大后，由定向電路控制主軸電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。 第二節(jié) 進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 一、對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，不論點(diǎn)位控制還是輪廓控制，工件的最后尺寸精度和輪廓精度都受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)充分注意減小摩擦阻力，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減小運(yùn)動(dòng)部件慣量等。1減小摩擦阻力為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦力之差。為滿(mǎn)足上述要求，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動(dòng)導(dǎo)軌

17、、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。在減小摩擦阻力的同時(shí)，還必須考慮傳動(dòng)部件要有適當(dāng)?shù)淖枘?，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2提高傳動(dòng)精度和剛度進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和剛度，從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面考慮主要取決于傳動(dòng)間隙以及絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副（圓周進(jìn)給時(shí)）及其支承結(jié)構(gòu)的精度和剛度。傳動(dòng)間隙主要來(lái)自傳動(dòng)齒輪副、蝸輪蝸桿副、絲杠螺母副及其支承部件之間，應(yīng)施加預(yù)緊力或采取消除間隙的措施。縮短傳動(dòng)鏈和在傳動(dòng)鏈中設(shè)置減速齒輪，也可提高傳動(dòng)精度。加大絲杠直徑，以及對(duì)絲杠螺母副、支承部件、絲杠本身施加預(yù)緊力，是提高傳動(dòng)剛度的有效措施。剛度不足還會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)（或拖板）產(chǎn)生爬行和振動(dòng)。3減小運(yùn)動(dòng)部件慣量運(yùn)動(dòng)部件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性

18、都有影響，尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件，其慣量的影響更大。因此，在滿(mǎn)足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量、減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運(yùn)動(dòng)部件的慣量。二、電動(dòng)機(jī)與絲杠間的聯(lián)接數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)對(duì)位置精度、快速響應(yīng)性能、調(diào)速范圍等有較高的要求。實(shí)現(xiàn)進(jìn)給傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)主要有三種：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，直流伺服電動(dòng)機(jī)在我國(guó)正廣泛使用，交流伺服電動(dòng)機(jī)作為比較理想的傳動(dòng)元件正逐步替代直流伺服電動(dòng)機(jī)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)采用不同的傳動(dòng)元件時(shí)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有所不同。電動(dòng)機(jī)與絲杠間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖6-9所示。1齒輪傳動(dòng)方式 圖6-

19、9 電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)接形式如圖6-9a）所示。數(shù)控機(jī)床在進(jìn)給傳動(dòng)裝置中一般采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降速比要求。由于齒輪在制造中不可能達(dá)到理想齒面要求，總存在著一定的誤差，一對(duì)嚙合齒輪必須有一定的齒側(cè)間隙才能正常工作，但齒側(cè)間隙會(huì)造成反向傳動(dòng)間隙，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用消隙機(jī)構(gòu)來(lái)盡量減小齒側(cè)間隙。2同步帶輪傳動(dòng)形式如圖6-9b）所示，這種聯(lián)接形式的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但只能適用于低扭矩特性要求的場(chǎng)合，安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪的制造工藝復(fù)雜。3聯(lián)軸器傳動(dòng)形式如圖6-9c）所示。通

20、常電動(dòng)機(jī)軸和絲杠之間采用錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，并大大簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)中，普遍采用這種聯(lián)接形式。三、進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的傳動(dòng)齒輪必須盡可能地消除相嚙合齒輪之間的傳動(dòng)間隙，否則在進(jìn)給系統(tǒng)的每次反向之后就會(huì)使運(yùn)動(dòng)滯后于指令信號(hào)，影響加工精度。數(shù)控機(jī)床消除傳動(dòng)齒輪間隙的常用方法有以下兩種。1剛性調(diào)整法剛性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法，因此，齒輪的周節(jié)公差及齒厚要嚴(yán)格控制，否則影響傳動(dòng)的靈活性。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，具有較好的傳動(dòng)剛度。（1）偏心軸調(diào)整法 如圖

21、6-10所示，齒輪1裝在偏心軸套2上，調(diào)整偏心軸套2可以改變齒輪1和齒輪3之間的中心距，從而消除間隙。 a） b）圖6-10 偏心軸消隙結(jié)構(gòu) 圖6-11 軸向墊片消隙結(jié)構(gòu) 1、3齒輪 2偏心軸套 a）1、2齒輪 3墊片 b）1寬斜齒輪 2墊片 3、4薄片斜齒輪（2）軸向墊片調(diào)整法 如圖6-11a）所示，一對(duì)嚙合的圓柱齒輪，若它們的節(jié)圓直徑沿齒輪軸向制成一個(gè)較小的錐度，改變墊片3的厚度，就能改變齒輪2和齒輪1的軸向相對(duì)位置，從而消除齒側(cè)間隙。如圖6-11b）所示，在兩個(gè)薄片斜齒輪3和4之間加一墊片2，改變墊片的厚度t，薄片齒輪3和4的螺旋線(xiàn)就會(huì)錯(cuò)位，這樣薄片齒輪3和4分別與寬斜齒輪1的齒槽左、右

22、側(cè)面相互貼緊，從而消除了齒側(cè)間隙。2柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法是調(diào)整之后齒側(cè)間隙仍可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。這種方法一般都采用調(diào)整壓力彈簧的壓力來(lái)消除齒側(cè)間隙，并在齒輪的齒厚和周節(jié)有變化的情況下，也能保持無(wú)間隙嚙合，但這種調(diào)整方法的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，軸向尺寸大，傳動(dòng)剛度低，傳動(dòng)的平穩(wěn)性也較差。（1）軸向壓簧調(diào)整法 如圖6-12所示，兩個(gè)薄片斜齒輪1和2用鍵4套在軸6上，用螺母5來(lái)調(diào)節(jié)壓力彈簧3的軸向壓力，使薄片齒輪1和2的左、右齒面分別與寬斜齒輪7的齒槽左、右齒面相互貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。彈簧力需調(diào)整適當(dāng)，過(guò)松消除不了間隙，過(guò)緊則加速齒輪的磨損。（2）周向彈簧調(diào)整法 如圖6-13所示，兩個(gè)齒數(shù)相同的薄片齒輪

23、1和2與另一個(gè)寬齒輪相嚙合，齒輪1空套在齒輪2上可以相對(duì)回轉(zhuǎn)。每個(gè)齒輪端面分別均勻裝有四個(gè)螺紋凸耳3和8，齒輪1的端面還有四個(gè)通孔，凸耳8可以從中穿過(guò)，彈簧4分別鉤在調(diào)節(jié)螺桿7和凸耳3上。轉(zhuǎn)動(dòng)螺母5和6可以調(diào)整彈簧4的拉力，彈簧的拉力使薄片齒輪1和2相互錯(cuò)位，分別與寬齒輪齒槽的左、右齒面相互貼緊，消除齒側(cè)間隙。 圖6-12 軸向壓簧消隙結(jié)構(gòu) 圖6-13周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)1、2薄片斜齒輪 3彈簧 4鍵 1、2薄片齒輪 3、8凸耳 4彈簧 5螺母 6軸 7寬斜齒輪 5、6螺母 7調(diào)節(jié)螺釘?shù)谌?jié) 滾珠絲杠螺母副數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鏈中，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方法很多，如滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副

24、、靜壓蝸桿螺母條副和齒輪齒條副等。其中用最常用的是滾珠絲杠螺母副，它是在絲杠和螺母之間以鋼球作為滾動(dòng)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種傳動(dòng)元件，是數(shù)控設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)中的典型機(jī)構(gòu)之一。一、滾珠絲杠螺母副的工作原理、特點(diǎn)及類(lèi)型1滾珠絲杠螺母副的工作原理滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖6-14所示，絲杠1和螺母4上都加工有半圓弧形的螺旋槽，它們套裝在一起時(shí)便形成滾珠的螺旋滾道。滾道內(nèi)裝滿(mǎn)滾珠2，當(dāng)絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過(guò)數(shù)圈后通過(guò)回程引導(dǎo)裝置3又逐個(gè)地滾回到，絲杠和螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉和回路。圖6-14 滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)原理圖1絲杠 2滾珠 3回程引導(dǎo)裝置 4螺母2滾珠絲

25、杠螺母副的特點(diǎn)（1）滾珠絲杠螺母副中是滾動(dòng)摩擦，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)90%以上；（2）絲杠螺母預(yù)緊后，可以很好地消除間隙，傳動(dòng)精度高，軸向剛性好；（3）摩擦阻力小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；（4）磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好；（5）有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也可將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；（6）不能自鎖，立式使用時(shí)應(yīng)增加制動(dòng)裝置。3滾珠絲杠螺母副的分類(lèi)滾珠絲杠螺母副通?？筛鶕?jù)其特征進(jìn)行分類(lèi)，按制造方法分為：普通滾珠絲杠螺母副和滾軋滾珠絲杠螺母副兩類(lèi)；按螺紋滾道型面分為：?jiǎn)螆A弧型面和雙圓弧型面兩類(lèi)；按滾珠的循環(huán)方式分為：外循環(huán)式和內(nèi)循環(huán)式兩類(lèi)；按螺母型式分為：

26、單側(cè)法蘭盤(pán)雙螺母型、單側(cè)法蘭盤(pán)單螺母型、雙法蘭盤(pán)雙螺母型、圓柱雙螺母型、圓柱單螺母型、簡(jiǎn)易螺母型和方螺母型等七類(lèi)；按預(yù)加負(fù)載形式分為：?jiǎn)温菽笩o(wú)預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母齒差預(yù)緊和雙螺母螺紋預(yù)緊等六類(lèi)。國(guó)產(chǎn)的滾珠絲杠螺母副分為兩類(lèi)：定位滾珠絲杠螺母副（P類(lèi)），即通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量的滾珠絲杠螺母副；傳動(dòng)滾珠絲杠副（T類(lèi)），即與旋轉(zhuǎn)角度無(wú)關(guān)，用于傳遞動(dòng)力的滾珠絲杠螺母副。二、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的各種滾珠絲杠螺母副主要區(qū)別體現(xiàn)在螺紋滾道型面的形狀、滾珠的循環(huán)方式以及軸向間隙的調(diào)整和預(yù)加負(fù)載的方法等方面。 a） b）1螺紋滾道

27、型面的形狀 圖6-15 螺旋滾道型面的形狀螺紋滾道型面常見(jiàn)的法向截面形狀有單 a）單圓弧型面 b）雙圓弧型面圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖6-15所 示。其中雙圓弧型面因其性能較好而得到廣泛應(yīng)用。 2滾珠的循環(huán)方式 （1）外循環(huán)式 指滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸。該方式按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式又分為插管式和螺旋槽式。如圖6-16所示，a）圖為常用的插管式，它用彎管作為返回通到；b）圖為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出一條螺旋槽，槽的兩端各鉆一通孔與螺紋滾道相切，形成返回通道。外循環(huán)式使用較廣，缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，從而影響滾珠滾動(dòng)的平穩(wěn)性。 a） b）圖6-16 外循環(huán)方式原理圖a）

28、插管式 b）螺旋槽式（2）內(nèi)循環(huán)式 指滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠保持接觸。內(nèi)循環(huán)式均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)。如圖6-17所示，反向器有兩種型式，a）圖為圓柱凸鍵反向器，b）圖為扁圓鑲塊反向器。反向器上銑有S形反向槽，將相鄰兩螺紋滾道連接起來(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)絲杠頂牙進(jìn)入相鄰滾道，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。a） b）圖6-17 內(nèi)循環(huán)方式原理圖a） 圓柱凸鍵反向器 b）扁圓鑲塊反向器1凸鍵 2、3反向槽內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式相比較，其結(jié)構(gòu)較為緊湊，定位可靠、剛性好，返回滾道短，摩擦損失小，且不易磨損、不易發(fā)生滾珠堵塞，但內(nèi)循環(huán)式的反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難，也不能用于多頭螺紋傳動(dòng)。3滾

29、珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法滾珠絲杠螺母副的軸向間隙通常是指絲杠和螺母在無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大軸向竄動(dòng)，它除了結(jié)構(gòu)本身的原有間隙之外，還包括施加軸向載荷后的彈性變形所引起的相對(duì)位移。滾珠絲杠螺母副的軸向間隙將直接影響其傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，尤其是反向傳動(dòng)精度，因此，必須對(duì)軸向間隙提出嚴(yán)格的要求。滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊，通常采用雙螺母預(yù)緊方式，使兩個(gè)螺母之間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。雙螺母預(yù)緊方式的結(jié)構(gòu)型式有三種。（1）雙螺母墊片調(diào)隙式 通過(guò)改變調(diào)整墊片的厚度使左、右兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向位移，6-18 雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1左螺母2右螺母 3墊片4絲杠即可消除間隙

30、和產(chǎn)生預(yù)緊力。如圖6-18所示，這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、剛性好、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)整較費(fèi)時(shí)，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊，僅適應(yīng)于一般精度的數(shù)控機(jī)床。 （2）雙螺母齒差調(diào)隙式 如圖6-19 所示，在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，且齒數(shù)差為z2-z1=1，內(nèi)齒輪的齒數(shù)分別與相嚙合的外齒輪的齒數(shù)相同，通過(guò)螺釘和銷(xiāo)固定圖6-19 雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1左螺母2右螺母 3內(nèi)齒輪4外齒輪 5絲杠 6套筒在套筒的兩端。調(diào)整時(shí)先將兩個(gè)內(nèi)齒圈取下，根據(jù)間隙大小使螺母1和2分別在相同方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)齒，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)螺母之間的距離達(dá)到調(diào)整軸向間隙的目的。齒差調(diào)隙式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但調(diào)整方便

31、、可靠，并可以預(yù)先計(jì)算出精確的調(diào)整量，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動(dòng)。 （3）雙螺母螺紋調(diào)隙式 如圖6-20所示，左螺母外端有凸緣，右螺母外端沒(méi)有凸緣而制有螺紋，并用兩個(gè)圓螺母固定，使用平鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，擰動(dòng)內(nèi)側(cè)圓螺母即可將左螺母沿軸向移動(dòng)一定距離，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。在消除間隙后再用外側(cè)圓螺母將其鎖緊。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)整精度較差。滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 除以上三種常用型式外，還有單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊和單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊等型式，這里不再詳細(xì)介紹。圖6-20 雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1左螺母 2右螺母 3平鍵 4絲杠 5內(nèi)側(cè)

32、圓螺母三、滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)及標(biāo)注方法1滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)根據(jù)JB3162.282標(biāo)準(zhǔn)，滾珠絲杠螺母副的精度分成C、D、E、F、G、H六個(gè)等級(jí)，最高精度為C級(jí)，最低精度為H級(jí)；而JB3162.291標(biāo)準(zhǔn)將滾珠絲杠螺母副的精度分成1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級(jí)，最高精度為1級(jí)，最低精度為10級(jí)。2滾珠絲杠螺母副的標(biāo)注方法滾珠絲杠螺母副的標(biāo)注方法因生產(chǎn)廠(chǎng)家的不同而略有差異，通常采用如下格式進(jìn)行標(biāo)注。 第四節(jié) 導(dǎo) 軌 副 機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而對(duì)數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求，如：高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)、低速進(jìn)給時(shí)不爬行

33、、有高的靈敏度、能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作、有高的耐磨性、有良好的精度保持性等等。因此，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床普遍采用摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差甚微，運(yùn)動(dòng)靈活輕便的導(dǎo)軌副，主要有滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。其中，滾動(dòng)導(dǎo)軌的應(yīng)用最為普遍。 一、滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌副就是在導(dǎo)軌工作面之間安排滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面之間為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小（一般在0.003左右），動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差小，且?guī)缀醪皇苓\(yùn)動(dòng)變化的影響，定位精度高，靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。 圖6-21 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)示意圖1防護(hù)板 2端蓋 3滾柱 4導(dǎo)向片 5保護(hù)架 6本體1滾動(dòng)導(dǎo)

34、軌塊滾動(dòng)導(dǎo)軌塊又稱(chēng)滾動(dòng)導(dǎo)軌支承塊，是一種滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，多用于中等負(fù)荷，其結(jié)構(gòu)型式如圖6-21所示。1為防護(hù)板，端蓋2與導(dǎo)向片4引導(dǎo)滾動(dòng)體（滾柱3）返回，5為保持器，6為本體。使用時(shí)，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝在運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面上，每一導(dǎo)軌至少用兩塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和負(fù)載的大小，與之相配的導(dǎo)軌多采用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱3在支承部件的導(dǎo)軌面與本體6之間滾動(dòng)，同時(shí)又繞本體6作循環(huán)滾動(dòng)，滾柱3與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不接觸。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn)，有多種規(guī)格、型式供客戶(hù)選用。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的特點(diǎn)是剛度高，承載能力大，便于拆裝。2直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌又稱(chēng)單元式直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌，是

35、近幾年來(lái)新出現(xiàn)的一種滾動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)型式如圖6-22所示。它由導(dǎo)軌體1、滑塊7、滾珠4、保持器3、端蓋6等組成。使用時(shí)，導(dǎo)軌固定在不運(yùn)動(dòng)部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，通過(guò)端蓋內(nèi)的滾道從工作負(fù)載區(qū)到非工作負(fù)載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體與滑塊之間的移動(dòng)變成滾珠的滾動(dòng)。直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌一般由生產(chǎn)廠(chǎng)家組裝而成，其突出的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有間隙，與一般滾動(dòng)導(dǎo)軌相比較，還有以下特點(diǎn)：（1）具有自調(diào)整能力，安裝基面允許誤差大；（2）制造精度高；（3）可高速運(yùn)行，運(yùn)行速度可大于10m/s；（4）能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度；（5）可預(yù)加負(fù)載以提高剛度。直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌分四個(gè)精

36、度等級(jí)，即2、3、4、5級(jí)，2級(jí)精度最高，依次遞減。圖6-22 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖1導(dǎo)軌體 2、5塑料密封墊 3保持器 4滾珠 6端蓋 7滑塊 8注油杯二、靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液通過(guò)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌滑動(dòng)面之間的油腔中，形成壓力油膜，將運(yùn)動(dòng)件浮起，使導(dǎo)軌面間處于純液體摩擦狀態(tài)。根據(jù)承載的要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開(kāi)式和閉式兩種。開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌只能承受垂直方向的負(fù)載，承受顛覆力矩的能力差；閉式靜壓導(dǎo)軌則具有承受各方面載荷和顛覆力矩的能力。靜壓導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)，因此不產(chǎn)生磨損，精度保持性好，壽命長(zhǎng)，而且導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小（一般為0.00050.001），機(jī)械效率高，能長(zhǎng)

37、期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。壓力油膜承載能力大，剛度好，有良好的吸振性，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，低速下不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并需要有一個(gè)具有良好過(guò)濾效果的供油系統(tǒng)，制造成本也較高。此導(dǎo)軌多用于重型數(shù)控機(jī)床。三、塑料導(dǎo)軌塑料導(dǎo)軌就是在與床身導(dǎo)軌相配的滑動(dòng)導(dǎo)軌上粘接上靜、動(dòng)摩擦系數(shù)基本相同，耐磨、吸振的塑料軟帶，或者在定、動(dòng)導(dǎo)軌之間采用注塑的方法制成塑料導(dǎo)軌。這種塑料導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性、耐磨性和吸振性，因此在數(shù)控機(jī)床上廣泛使用。塑料軟帶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，國(guó)內(nèi)已有牌號(hào)為T(mén)SF的導(dǎo)軌軟帶生產(chǎn)，以及配套用的DJ膠合劑。導(dǎo)軌軟帶使用的工藝

38、簡(jiǎn)單，只要將導(dǎo)軌粘貼面作半精加工至表面粗糙度Ra1.63.2m，清洗粘貼面后，用膠合劑粘合，加壓固化后，再經(jīng)精加工即可。由于這類(lèi)導(dǎo)軌軟帶采用了粘接方法，故習(xí)慣上稱(chēng)為“貼塑導(dǎo)軌”。導(dǎo)軌注塑的材料是以環(huán)氧樹(shù)脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合為膏狀為一組分和固化劑為另一組分的雙組分塑料，國(guó)內(nèi)牌號(hào)為HNT。導(dǎo)軌注塑的工藝簡(jiǎn)單，在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌間相互位置精度后注入雙組分塑料，固化后將定、動(dòng)導(dǎo)軌分離即成塑料導(dǎo)軌，這種方法制作的塑料導(dǎo)軌習(xí)慣上又稱(chēng)為“注塑導(dǎo)軌”。第五節(jié) 自動(dòng)換刀裝置及回轉(zhuǎn)臺(tái)一、自動(dòng)換刀裝置目前，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置的形式多種多樣，換刀的原理及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也不同，但絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)

39、床都是利用刀庫(kù)進(jìn)行換刀。1刀庫(kù)的形式 常用的刀庫(kù)有盤(pán)式刀庫(kù)和鏈?zhǔn)降稁?kù)兩種。盤(pán)式刀庫(kù)如圖6-23所示。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于刀具環(huán)狀排列，空間利用率低，一般用于刀具容量較小的刀庫(kù)。鏈?zhǔn)降稁?kù)如圖624所示，刀庫(kù)結(jié)構(gòu)緊湊，容量大。鏈環(huán)的形式可以根據(jù)機(jī)床的布局配置成各種形狀，也可以將換刀位突出以利于換刀。當(dāng)需要增加刀具時(shí)，只需增加鏈條的長(zhǎng)度，此類(lèi)刀庫(kù)的容量一般在30120把之間。圖6-23 盤(pán)式刀庫(kù)a）徑向取刀方式 b）軸向取刀方式圖6-24 鏈?zhǔn)降稁?kù)1刀座 2滾輪 3主動(dòng)鏈掄2自動(dòng)選刀方式 常用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種。順序選刀方式是將刀具按加工工序的要求依次放入刀庫(kù)中，其控制及刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)比較

40、簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是同一工件上不能重復(fù)使用同一把刀具，增加了刀具數(shù)量，降低了刀具和刀庫(kù)的利用率。當(dāng)更換加工工件時(shí)，刀具在刀庫(kù)中的排列順序必須改變。任意選刀方式是預(yù)先把刀庫(kù)中每把刀具（刀座）都編上代碼，按照編碼選刀，刀具在刀庫(kù)中不必按工件的加工順序排列。自動(dòng)選刀有三種方式，即：刀具編碼方式、刀座編碼方式和計(jì)算機(jī)記憶方式，其中計(jì)算機(jī)記憶方式目前用最廣。3刀具交換裝置 它是實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具裝置。刀具的交換方式通常分為無(wú)機(jī)械手換刀和有機(jī)械手換刀兩大類(lèi)。（1）無(wú)機(jī)械手換刀 利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換。XH754型臥式加工中心采用無(wú)機(jī)械手換刀如圖6-25所示，換刀過(guò)程的基本動(dòng)作：

41、a）當(dāng)本工步工作結(jié)束后執(zhí)行換刀指令，主軸準(zhǔn)停，主軸箱沿Y軸上升。這時(shí)刀庫(kù)上刀位的空檔位置正好處在交換位置，裝夾刀具的卡爪打開(kāi)。b）主軸箱上升到極限位置，被更換的刀具刀桿進(jìn)入刀庫(kù)空刀位，即被刀具定位卡爪鉗住，與此同時(shí)，主軸內(nèi)刀桿自動(dòng)夾緊裝置放松刀具。c)刀庫(kù)伸出，從主軸錐孔中將刀拔出。d)刀庫(kù)轉(zhuǎn)位，按照程序指令要求將選好的刀具轉(zhuǎn)到最下面的位置，同時(shí)，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈。f)主軸下降到加工位置后起動(dòng)，開(kāi)始下一工步的加工。這種換刀機(jī)構(gòu)不需要機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。 圖6-25 換刀過(guò)程由于交換刀具時(shí)機(jī)床不工作，所以不會(huì)影響加工精 度，但會(huì)影響機(jī)床的生產(chǎn)率。其次因刀庫(kù)尺寸限制，裝刀數(shù)量不能太多。這

42、種換刀方式常用于小型加工中心。 （2）機(jī)械手換刀 目前多數(shù)機(jī)床廣泛采用機(jī)械手換刀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活、快速。根據(jù)刀庫(kù)及刀具交換方式的不同，換刀機(jī)械手有多種形式，圖6-26為常用的幾種型式。 圖6-26 常用換刀機(jī)械手型式圖6-27為鉤刀機(jī)械手換刀一次所需的基本動(dòng)作：圖6-27 鉤刀機(jī)械手換刀過(guò)程a）抓刀 b）拔刀 c）換刀 d）插刀 e）復(fù)位a）抓刀 手臂旋轉(zhuǎn)900，同時(shí)抓住刀庫(kù)和主軸上的刀具。b）拔刀 主軸夾頭松開(kāi)刀具，機(jī)械手同時(shí)將主軸和刀庫(kù)上的刀具拔出。c）換刀 手臂旋轉(zhuǎn)1800，新舊刀具交換。d）插刀 機(jī)械手同時(shí)將新舊刀具分別入主軸和刀庫(kù)，然后主軸夾頭夾緊刀具。e）復(fù)位 轉(zhuǎn)動(dòng)手臂，回到

43、原始位置。二、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要部件，主要有矩形、回轉(zhuǎn)式以及傾斜成各種角度的萬(wàn)能工作臺(tái)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)又有分度工作臺(tái)、數(shù)控工作臺(tái)、臥式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、立式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。1分度工作臺(tái)分度工作臺(tái)只能完成分度輔助運(yùn)動(dòng)，即按照數(shù)控系統(tǒng)指令，在需要分度時(shí)，將工作臺(tái)及其工件回轉(zhuǎn)一定的角度（450、600或900等），以改變工件相對(duì)主軸的位置，加工工件的各個(gè)表面。按定位機(jī)構(gòu)的不同，可分為鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)和定位銷(xiāo)式分度工作臺(tái)。（1）鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)機(jī)構(gòu)和工作原理鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)主要由工作臺(tái)面、底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和鼠牙盤(pán)等零件組成，如圖6-28所示。它是目前用得最多的一種精密的分度工作臺(tái)。機(jī)

44、床需要分度時(shí)，數(shù)控裝置發(fā)出分度指令（也可以用手壓按鈕進(jìn)行手動(dòng)分度），由電磁鐵控制液壓閥（圖中未畫(huà)出），使液壓油經(jīng)管道23至分度工作臺(tái)7中央的夾緊液壓缸下腔10，推動(dòng)活塞上移（液壓缸上腔9回油經(jīng)管道22排出），經(jīng)推力軸承5使工作臺(tái)7抬起，上鼠牙盤(pán)4和下鼠牙盤(pán)3脫離嚙合，工作臺(tái)上移的同時(shí)帶動(dòng)內(nèi)齒圈12上移并與齒輪11嚙合，完成分度前的準(zhǔn)備工作。當(dāng)工作臺(tái)7向上抬起時(shí)，推桿2在彈簧作用下向上移動(dòng)，推桿1在彈簧的作用下右移，松開(kāi)微動(dòng)開(kāi)關(guān)D的觸頭，控制鐵磁閥（圖中未畫(huà)出）使壓力油經(jīng)管道21進(jìn)入分度液壓缸的左腔19內(nèi)，推動(dòng)齒條活塞8右移（右腔18的油經(jīng)管道20及節(jié)流閥流回油箱），與它想嚙合的齒輪11作逆時(shí)針

45、轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)齒輪活塞8移動(dòng)113mm時(shí)，齒輪11回轉(zhuǎn)900，因此時(shí)內(nèi)齒輪12已與齒輪11相嚙合，故分度工作臺(tái)7也回轉(zhuǎn)900。分度運(yùn)動(dòng)的快慢可由油管路20中的節(jié)流閥來(lái)控制齒條活塞8的運(yùn)動(dòng)速度。齒輪11開(kāi)始回轉(zhuǎn)時(shí)，擋塊14放開(kāi)桿15，使微動(dòng)開(kāi)關(guān)C復(fù)位，當(dāng)齒輪11轉(zhuǎn)過(guò)900時(shí)，它上面的擋塊17壓推桿16，使微動(dòng)開(kāi)關(guān)E被壓下，控制鐵磁鐵使夾緊液壓缸上腔9通入壓力油，活塞6下移（下腔10的油經(jīng)管道23及節(jié)流閥流回油箱），工作臺(tái)7下降。上鼠牙盤(pán)4和下鼠牙盤(pán)3又重新嚙合，并定位夾緊，這時(shí)分度運(yùn)動(dòng)已完成，管道23中有節(jié)流閥用來(lái)限制工作臺(tái)7的下降速度，避免產(chǎn)生沖擊。當(dāng)分度工作臺(tái)下降時(shí)，推桿2被壓下，推

46、桿1左移，微動(dòng)開(kāi)關(guān)D的觸頭被壓下，通過(guò)電磁鐵控制液壓閥，使壓力油從管道20進(jìn)入分度液壓缸的右腔18，推動(dòng)活塞齒條8左移（左腔19的油經(jīng)管道21流回油箱），使齒輪11順時(shí)針回轉(zhuǎn)。它上面的擋塊17離開(kāi)推桿16，微動(dòng)開(kāi)關(guān)E的觸頭被放松，因工作臺(tái)面下降夾緊后齒輪11下部的輪齒已與內(nèi)齒圈脫開(kāi)，故分度工作臺(tái)面不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)活塞齒條8向左移動(dòng)113mm時(shí)，齒輪11就順時(shí)針轉(zhuǎn)900，齒輪11上的擋塊14壓下推桿15，微動(dòng)開(kāi)關(guān)C的觸頭有被壓緊，齒輪11停在原始位置，為下次分度做好準(zhǔn)備。鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是分度和定心精度高，分度精度可達(dá)0.53，由于采用多齒重復(fù)定位，從而可使重復(fù)定位精度穩(wěn)定，而且定位剛度好，只

47、要分度數(shù)能除盡鼠牙盤(pán)齒數(shù)，都能分度，除用于數(shù)控機(jī)床外，還用在各種加工和測(cè)量裝置中。缺點(diǎn)是鼠牙盤(pán)的制造比較困難，此外，它不能進(jìn)行任意角度的分度。圖6-28 鼠牙盤(pán)式工作臺(tái)1、2、15、16-推桿 3-下齒盤(pán) 4-上齒盤(pán) 5、13-推力軸承 6-活塞 7-工作臺(tái) 8-齒條活塞 9-升降液壓缸上腔 10-升降液壓缸下腔 11-齒輪 12-齒圈 14、17-擋塊 18-分度液壓缸右腔 19-分度液壓缸左腔 20、21-分度液壓缸進(jìn)回油管道 22、23-升降液壓缸進(jìn)回油管道2定位銷(xiāo)式分度工作臺(tái)圖6-29所示為T(mén)HK6380型自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷(xiāo)式分度工作臺(tái)1的兩側(cè)有長(zhǎng)方工作臺(tái)10。在不單獨(dú)使用

48、分度工作臺(tái)，它們可以作為整體工作臺(tái)使用。6-29 定位銷(xiāo)式分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)1-分度工作臺(tái) 2-錐套 3-螺釘 4-支座 5-消隙液壓缸 6-定位孔襯套 7-定位銷(xiāo) 8-鎖緊液壓缸 9-齒輪 10-長(zhǎng)方工作臺(tái) 11-鎖緊缸活塞 12-彈簧 13-油槽 14、19、20-軸承 15-螺栓 16-活塞 17-中央液壓缸 18-油管 21-底座 22-擋塊 在分度工作臺(tái)1的底部均布地固定有八個(gè)圓柱定位銷(xiāo)7，在底座21上有一個(gè)定位孔襯套6及供定位銷(xiāo)移動(dòng)的環(huán)行槽。其中只有一個(gè)定位銷(xiāo)7進(jìn)入定位孔襯套6中。因?yàn)槎ㄎ讳N(xiāo)之間的分布角度為450，因此工作臺(tái)只能作二、四、八等分的分度運(yùn)動(dòng)。分度時(shí)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令

49、，由電器控制的液壓缸使六個(gè)均布的鎖緊液壓缸8（圖中只畫(huà)出一個(gè)）中的壓力油，經(jīng)環(huán)行油槽13流回油箱，活塞11被彈簧12頂起，工作臺(tái)1處于松開(kāi)狀態(tài)。同時(shí)間隙液壓缸5也卸荷，液壓缸中的壓力油經(jīng)回油路流回油箱。油管18中的壓力油進(jìn)入中央液壓缸17，使活塞16上升，并通過(guò)螺栓15、支座4把推力軸承20向上抬起15mm，頂在底座21上。分度工作臺(tái)1用四個(gè)螺釘與錐套2相連，而錐套2用六角螺釘3固定在支座4上，所以當(dāng)支座上4上移時(shí)，通過(guò)錐套使工作臺(tái)1抬高15mm，固定在工作臺(tái)面上的定位銷(xiāo)7從襯套中拔出。當(dāng)工作臺(tái)抬起之后發(fā)出信號(hào)使液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速齒輪（圖中未畫(huà)出），帶動(dòng)固定在工作臺(tái)1下面的大齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行分度

50、運(yùn)動(dòng)。分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度由液壓馬達(dá)和液壓系統(tǒng)中的單向節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)，分度開(kāi)始時(shí)作快速轉(zhuǎn)動(dòng)，在將要到達(dá)規(guī)定位置前減速，減速信號(hào)由固定在大齒輪9上的擋塊22（供八個(gè)周向均布）碰撞限位開(kāi)關(guān)時(shí)。擋塊碰撞第一個(gè)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，發(fā)出信號(hào)使工作臺(tái)降速，當(dāng)擋塊碰撞第二個(gè)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，分度工作臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，相應(yīng)的定位銷(xiāo)7正好對(duì)準(zhǔn)定位孔襯套6。分度完畢后，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使中央液壓缸17卸荷，油液經(jīng)管道18流回油箱，分度工作臺(tái)1靠自重下降，定位銷(xiāo)7插入定位孔襯套6中。定位完畢后間隙液壓缸5通壓力油，活塞頂向工作臺(tái)面1，以消除徑向間隙。經(jīng)油槽13來(lái)的壓力油進(jìn)入鎖緊液壓缸8的上腔，推動(dòng)活塞桿11下降，通過(guò)活塞桿11上的T形頭將工作臺(tái)鎖緊。至此分度工作完成。分度工作臺(tái)1的回轉(zhuǎn)部分支承在加長(zhǎng)型雙列圓柱滾子軸承14和滾針軸承19上，軸承14的內(nèi)孔帶有1：12的錐度，用來(lái)調(diào)整徑向間隙。軸承內(nèi)環(huán)固定在錐套2和支座4之間，并可帶著滾珠在加長(zhǎng)的外環(huán)內(nèi)作15mm的軸向移動(dòng)。軸承19裝在支座4內(nèi)，能隨支座4作上升或下降移動(dòng)并作為另一端的