第九章 導(dǎo)軌和自動(dòng)換刀裝置

1、第九章導(dǎo)軌和自動(dòng)換刀裝置第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌第四節(jié)動(dòng)壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求一、導(dǎo)軌的功用和分類導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。1)按工作性質(zhì)可分主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和調(diào)位導(dǎo)軌。2)按摩擦性質(zhì)可分滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。圖9-1開(kāi)式導(dǎo)軌與閉式導(dǎo)軌第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求3)按受力情況分為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。二、導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機(jī)床的加工精度、工作能力和使用壽命。(一)導(dǎo)向精度(二)精度保持性(三)低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性(四)結(jié)構(gòu)工藝性三、導(dǎo)軌的磨損形式滑

2、動(dòng)導(dǎo)軌磨損的基本形式是磨粒磨損和咬合磨損。(一)磨粒磨損(二)咬合磨損第一節(jié)導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求(三)疲勞磨損和壓潰現(xiàn)象第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌一、導(dǎo)軌材料及熱處理(一)對(duì)導(dǎo)軌材料的要求和搭配表9-1導(dǎo)軌材料的搭配(二)鑄鐵導(dǎo)軌(三) 鑲鋼導(dǎo)軌第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌圖9-2鑲鋼導(dǎo)軌(四) 非鐵金屬導(dǎo)軌第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌(五) 塑料導(dǎo)軌1.TSF導(dǎo)軌軟帶2.FQ-1導(dǎo)軌板3.HNT耐磨涂層圖9-3FQ-1導(dǎo)軌板1其他填料2多孔青銅3鋼背第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌二、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)(一) 截面形狀1.直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面的基本形式見(jiàn)表9-2。表9-2常見(jiàn)的導(dǎo)軌形式(1)三角形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凸形時(shí)，稱山形導(dǎo)軌；

3、支承導(dǎo)軌為凹形時(shí)，稱V形導(dǎo)軌。第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌(2)矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單、剛度高、承載能力大，具有水平和垂直兩個(gè)方向的導(dǎo)軌面，而且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝調(diào)整。(3)燕尾形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩，但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復(fù)雜，一般用作中、低速的多層導(dǎo)軌。(4)圓柱形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，但要求加工時(shí)就直接達(dá)到較高精度，磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。2.圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面的基本形式第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌圖9-4圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面(1) 平面圓環(huán)導(dǎo)軌(圖9-4a)制造容易，熱變形后導(dǎo)軌仍能接觸，第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌只能承受進(jìn)給力

4、，需與帶徑向滾動(dòng)軸承的主軸相配合，來(lái)承受背向力。(2) 錐形圓環(huán)導(dǎo)軌(圖9-4b)能承受進(jìn)給力和較大的背向力，熱變形不影響導(dǎo)軌接觸，導(dǎo)向性比平面好，但要保持錐面和主軸的同軸度較困難。(3) V型圓環(huán)導(dǎo)軌(圖9-4c)能承受較大的進(jìn)給力、背向力和顛覆力矩。(二) 組合形式圖9-5直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌常用組合形式第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌(1) 雙三角形組合(圖9-5a)導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，具有較好的精度保持性，但很難達(dá)到四個(gè)表面同時(shí)接觸的要求，制造較困難。(2) 雙矩形組合(圖9-5b)具有較大的承載能力，制造與維修簡(jiǎn)單，導(dǎo)向性差，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償。圖9-6窄導(dǎo)向與寬導(dǎo)向第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌(

5、3) 三角形-矩形組合(圖9-5c)這種組合形式兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。(4) 燕尾形組合(圖9-5d)兩個(gè)燕尾平面同時(shí)起導(dǎo)向及壓板作用，用一根鑲條就可調(diào)整各接觸面的間隙，但不能承受過(guò)大的顛覆力矩，摩擦損失也較大。(5) 燕尾形-矩形組合(圖9-5e)能承受較大力矩，間隙調(diào)整也較方便，適用于橫梁、立柱、搖臂等導(dǎo)軌。(6) 雙圓柱形組合(圖9-5f)容易制造，耐磨性較好，但磨損后不易補(bǔ)償。(7) 三矩形導(dǎo)軌組合兩邊矩形導(dǎo)軌主要起承載作用，以中間矩形導(dǎo)軌雙側(cè)導(dǎo)向，導(dǎo)向約束穩(wěn)定性好，扭轉(zhuǎn)變形小，熱變形小。(三) 間隙調(diào)整第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌1.壓板圖9-7壓板1動(dòng)導(dǎo)軌2支承

6、導(dǎo)軌3刮壓板4墊片5平鑲條6螺釘2.鑲條第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌圖9-8平鑲條1螺釘2平鑲條3支承導(dǎo)軌第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌圖9-9斜鑲條1螺釘2鑲條3開(kāi)口墊圈4、5、6、7螺母3.鑲條的安放位置三、導(dǎo)軌的潤(rùn)滑和防護(hù)(一)導(dǎo)軌的潤(rùn)滑(二)導(dǎo)軌的防護(hù)第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌四、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施1.力求無(wú)磨損2.力求少磨損3.均勻磨損1) 力求使摩擦面上的比壓均勻分布，例如，異軌的形狀和尺寸要盡可能與集中載荷對(duì)稱。2) 盡量減少扭矩和顛覆力矩。3) 保證工作臺(tái)、溜板等支承件有足夠的剛度。4) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌不宜太寬，以免線速度相差太大。5) 摩擦副中全長(zhǎng)上使用機(jī)會(huì)不均的那一件硬度應(yīng)高些。五、低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)

7、性(一)爬行現(xiàn)象及其影響第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌(二)產(chǎn)生爬行的原因圖9-10直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)力學(xué)模型1) 靜摩擦力和動(dòng)摩擦力之差，這個(gè)差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。2) 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度越差，越容易產(chǎn)生爬行。3) 運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量越大，越容易產(chǎn)生爬行。第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌4) 當(dāng)導(dǎo)軌面之間的阻尼較大時(shí)，有利于減輕或消除爬行。(三) 消除爬行的措施1.減小靜、動(dòng)摩擦力之差(1) 采用導(dǎo)軌油這種方法最簡(jiǎn)便，不需對(duì)原有滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改動(dòng)，因此應(yīng)用比較普遍。(2) 以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦例如，淬硬鋼滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)僅為0.005，而且靜、動(dòng)摩擦因數(shù)值接近，動(dòng)摩擦因數(shù)也不隨速度的變化而改變。(3) 采用卸荷導(dǎo)

8、軌和靜壓導(dǎo)軌采用卸荷導(dǎo)軌后，運(yùn)動(dòng)部件的部分重量由卸荷裝置承擔(dān)，使作用于導(dǎo)軌表面的正向作用力大大減小，從而使摩擦力減小。第二節(jié)滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌(4) 采用減摩導(dǎo)軌材料在導(dǎo)軌表面上鑲非鐵金屬板或采用聚四氟乙烯基滑動(dòng)導(dǎo)軌塑料軟帶，以獲得較小的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)，數(shù)控機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌和鑲條上都貼有塑料軟帶，以進(jìn)一步減小摩擦因數(shù)并防止爬行。2.提高傳動(dòng)系數(shù)剛度(1) 機(jī)械傳動(dòng)盡可能縮短傳動(dòng)鏈，以減少?gòu)椥宰冃瘟浚贿m當(dāng)提高末端傳動(dòng)副的剛度；合理分配傳動(dòng)比，使多數(shù)傳動(dòng)件受力較小。(2) 液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力后的變形來(lái)自油的可壓縮性以及活塞桿、活塞桿座等的變形。第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌一、滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)和應(yīng)用在兩導(dǎo)軌面之

9、間裝有一定數(shù)量的滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動(dòng)摩擦，這種導(dǎo)軌稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌。二、滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式滾動(dòng)導(dǎo)軌按運(yùn)動(dòng)軌跡可分直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌和圓周運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌。(一)直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌1.滾動(dòng)體不作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌(1)滾珠導(dǎo)軌(圖9-11)這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，容易制造，成本低，但由于導(dǎo)軌表面屬于點(diǎn)接觸，因此剛度低，承載能力較小。第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌圖9-11滾珠導(dǎo)軌1螺釘2螺母第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌圖9-12滾柱導(dǎo)軌(2)滾柱導(dǎo)軌(圖9-12)適用于載荷較大的機(jī)床。第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌(3)滾針導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌的特點(diǎn)是滾針直徑小，結(jié)構(gòu)緊湊。2.滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌(1) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副(圖9

10、-13)它包括導(dǎo)軌條7和滑塊5兩部分，導(dǎo)軌條7是支承導(dǎo)軌，安裝在支承件(如床身)上。圖9-13直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副1滾珠2回珠孔3、8密封墊4端面擋板5滑塊6油嘴7導(dǎo)軌條第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌(2) 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊(圖9-14)導(dǎo)軌塊2用螺釘1固定在動(dòng)導(dǎo)軌體3上，滾動(dòng)體4在導(dǎo)軌塊2與支承導(dǎo)軌5之間滾動(dòng)，并經(jīng)兩端的擋板7和6及上面的返回槽返回，作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。圖9-14滾動(dòng)導(dǎo)軌塊1固定螺釘2導(dǎo)軌塊3動(dòng)導(dǎo)軌體4滾動(dòng)體5支承導(dǎo)軌6、7帶返回槽擋塊(二) 圓周運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌(1) 滾珠導(dǎo)軌圖9-15a、b所示的結(jié)構(gòu)只能承受進(jìn)給力，且承載能力較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適用輕載低速運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，例如，臥

11、式鏜床和坐標(biāo)鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。圖9-15圓周運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌a) 鑄鐵平導(dǎo)軌(滾珠)b) 鑄鐵圓弧面導(dǎo)軌(滾珠)c) V形滾珠導(dǎo)軌d) 滾柱導(dǎo)軌第三節(jié)滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌(2) 滾柱導(dǎo)軌圖9-15d所示的結(jié)構(gòu)只能承受進(jìn)給力，承載能力大，安裝時(shí)需預(yù)緊，背向力由與圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌同軸線的滾動(dòng)軸承承受。三、滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊在滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動(dòng)體與導(dǎo)軌的接觸面積，以減小導(dǎo)軌面平面度、滾子直線度及滾動(dòng)體直徑不一致性誤差的影響，使大多數(shù)滾動(dòng)體均能參加工作。第四節(jié)動(dòng)壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌一、動(dòng)壓導(dǎo)軌動(dòng)壓導(dǎo)軌的工作原理與動(dòng)壓軸承相同。圖9-16動(dòng)壓導(dǎo)軌二、靜壓導(dǎo)軌第四節(jié)動(dòng)壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌

12、靜壓導(dǎo)軌的工作原理與靜壓軸承相同。圖9-17靜壓導(dǎo)軌第四節(jié)動(dòng)壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌三、卸荷導(dǎo)軌圖9-18機(jī)械卸荷導(dǎo)軌1工作導(dǎo)軌2輔助導(dǎo)軌3滾動(dòng)軸承4銷軸5滑柱6工作臺(tái)7彈簧第四節(jié)動(dòng)壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌(1)液壓卸荷導(dǎo)軌液壓卸荷的原理與靜壓導(dǎo)軌相同，只是油腔作用面積較小，油腔壓力不足以將運(yùn)動(dòng)部件浮起，但油液壓力作用于工作臺(tái)，可以抵消部分載荷，從而減少滑動(dòng)面上的比壓。(2)機(jī)械卸荷導(dǎo)軌圖9-18所示為T4163型坐標(biāo)鏜床所采用的機(jī)械卸荷導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置一、自動(dòng)換刀裝置的常見(jiàn)形式1.回轉(zhuǎn)刀架圖9-19數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)1刀盤2中心軸3回轉(zhuǎn)盤4柱銷5、9凸輪6液壓缸7盤1

13、1、12牙盤8、10開(kāi)關(guān)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(1)松開(kāi)刀架當(dāng)接到回轉(zhuǎn)信號(hào)后，液壓缸6右腔進(jìn)油，將中心軸2和刀盤1左移，使鼠牙盤12和11分離。(2) 刀架轉(zhuǎn)位液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)凸輪5旋轉(zhuǎn)，凸輪5撥動(dòng)回轉(zhuǎn)盤3上的柱銷4，使回轉(zhuǎn)盤3帶動(dòng)中心軸2和刀盤1旋轉(zhuǎn)。(3)刀架夾緊液壓缸6左腔進(jìn)油，將中心軸2和刀盤1右移，兩鼠牙盤嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位，并且將刀架夾緊，此時(shí)盤7壓下開(kāi)關(guān)8，發(fā)出回轉(zhuǎn)結(jié)束信號(hào)。2.主軸與刀庫(kù)合為一體的自動(dòng)換刀系統(tǒng)圖9-20更換主軸換刀第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-21轉(zhuǎn)塔頭的傳動(dòng)圖1轉(zhuǎn)塔座2蝸桿3蝸輪4轉(zhuǎn)塔頭5離合器第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置3.主軸與刀庫(kù)分離的自動(dòng)換刀系統(tǒng)圖

14、9-22帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)(一)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-23帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)(二)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-24帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)(三)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-25帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)(四)二、刀庫(kù)及刀具的選刀方式第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(一) 刀庫(kù)的類型1.盤式刀庫(kù)圖9-26盤式刀庫(kù)類型第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置2.鏈?zhǔn)降稁?kù)圖9-27鏈?zhǔn)降稁?kù)類型第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-28格子式刀類類型3.格子式刀庫(kù)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(二) 設(shè)計(jì)或選用刀庫(kù)時(shí)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題1.刀庫(kù)容量2.刀庫(kù)的工作可靠性3.刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)4.刀具在刀庫(kù)中的排列(三)

15、刀具的選擇方式1.刀具的順序選擇方式2.刀具的任意選擇方式3.刀具的識(shí)別第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-29刀具編碼法1刀柄2接觸式識(shí)別裝置3觸針(銷)4數(shù)碼環(huán)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(1)刀具編碼法刀具編碼法是一種早期使用的刀具識(shí)別方法。(2)軟件記憶法軟件記憶法的工作原理是將刀庫(kù)上的每一個(gè)刀座進(jìn)行編號(hào)，如TAB1TAB+N，稱為“地址”。三、刀具交換裝置在刀庫(kù)與主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。1.交換裝置的形式(1)由刀庫(kù)和主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換這種形式的刀具交換是在刀庫(kù)和主軸間直接進(jìn)行的。圖9-30機(jī)械手的基本形式第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(2) 由機(jī)械手進(jìn)行刀

16、具交換圖9-30是機(jī)械手的幾種基本形式。圖9-31雙機(jī)械手自動(dòng)換刀第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-32機(jī)械手換刀的基本動(dòng)作第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-33機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度2.刀具的夾持第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-34機(jī)械手的夾持機(jī)構(gòu)1活動(dòng)爪2軸3擋銷4銷緊銷5螺栓6彈簧柱塞7固定爪第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置圖9-35標(biāo)準(zhǔn)刀柄形式1機(jī)械手抓取部位2刀柄3鍵槽4安裝可調(diào)節(jié)拉桿的螺孔第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置3.自動(dòng)換刀系統(tǒng)對(duì)主軸部件的要求表A-1常用機(jī)床組、系代號(hào)及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置表A-1常用機(jī)床組、系代號(hào)及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置表A-1常用機(jī)床組、系代號(hào)及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置表A-1常用機(jī)床組、系代號(hào)及主參數(shù)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置表A-1常用機(jī)