數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)課件

1、第五章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)5.1 概述5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)5.4 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)5.5 思考與練習(xí)第五章 本章教學(xué)要點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn)掌握程度相關(guān)知識(shí)概述了解數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；掌握對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求。強(qiáng)力切削、高效加工；高剛度、高精度。數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)了解滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)；掌握齒輪傳動(dòng)間隙消除結(jié)構(gòu)；了解機(jī)床導(dǎo)軌；掌握刀庫(kù)與自動(dòng)換刀裝置；了解回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與分度工作臺(tái)。滾動(dòng)摩擦；滑動(dòng)摩擦；多工位加工；加工中心；動(dòng)靜摩擦系數(shù)。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)掌握基本要求和變速方式；了解主軸部件的結(jié)構(gòu)；了解電主軸與高速主軸系統(tǒng)。主軸控制；旋轉(zhuǎn)精度；高速主軸。

2、數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)掌握對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)基本要求；熟悉進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式；了解直線電機(jī)高速進(jìn)給單元。進(jìn)給伺服控制；直線運(yùn)動(dòng)精度；直線電動(dòng)機(jī)。5.1.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床本體結(jié)構(gòu)是機(jī)床的主體部分，雖然也有普通機(jī)床所具有的床身、立柱、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架等部件，但為了與數(shù)控加工的高精度、高速切削性能相匹配，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)性能方面具有其自身的特點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：1) 簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)、縮短傳動(dòng)鏈，多采用無(wú)級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)。2) 為適應(yīng)連續(xù)自動(dòng)化加工和提高生產(chǎn)效率，具有較高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和阻尼精度，耐磨性，熱變形小。3) 為了減小摩擦、消除傳動(dòng)間隙和獲得高

3、加工精度，更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠螺母副、塑料導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等。4) 為了改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，采用多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)，刀具與工件的自動(dòng)夾緊裝置、自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)排屑裝置及自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻裝置等。5) 為了保證機(jī)床精度的穩(wěn)定性、獲得可靠的加工質(zhì)量，數(shù)控機(jī)床多采取減小熱變形的措施。5.1 概述 數(shù)控機(jī)床與同類型的普通機(jī)床在結(jié)構(gòu)上十分相似，事實(shí)上兩者之間存在很大的差異，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求： 1. 較高的機(jī)床靜、動(dòng)剛度及良好的抗振性 機(jī)床剛度是機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，機(jī)床在加工過(guò)程中承受多種外力的作用，根據(jù)所受載荷的不同，機(jī)床的剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度。靜剛度是機(jī)床

4、在穩(wěn)定載荷作用下抵抗變形的能力，它與系統(tǒng)構(gòu)件的幾何參數(shù)及材料彈性模量有關(guān)；動(dòng)剛度是機(jī)床在交變載荷作用下阻止振動(dòng)的能力，它與系統(tǒng)構(gòu)件阻尼大小有關(guān)。 為了提高機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度，需采用合理的構(gòu)建截面形狀、封閉界面的床身等措施。為了提高機(jī)床各部件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，需采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)緊載荷，以增加接觸面積。為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用剛性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形。5.1.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求5.1 概述5.1 概述在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高

5、動(dòng)態(tài)剛度。常用的措施主要有：提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)表明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來(lái)在數(shù)控機(jī)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺(tái)。封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減，對(duì)提高抗振性具有較好的效果。3. 減少運(yùn)動(dòng)件間的摩擦和消除傳動(dòng)間隙數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度與運(yùn)動(dòng)件的摩擦特性有關(guān)。用滾珠絲杠代替滑動(dòng)絲杠可以明顯減少摩擦阻力。執(zhí)行件的摩擦阻力主要2. 減少機(jī)床的熱變形機(jī)床的主軸、工作臺(tái)、刀架等運(yùn)動(dòng)部件，在工作中產(chǎn)生熱量，為減小熱變形，要求各運(yùn)動(dòng)部件的發(fā)熱量盡量少。為此，

6、機(jī)床結(jié)構(gòu)根據(jù)熱對(duì)稱的原則設(shè)計(jì)，并改善主軸軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦特性。對(duì)于產(chǎn)生大量切屑的數(shù)控機(jī)床，一般都帶有良好的自動(dòng)排屑裝置等。來(lái)自導(dǎo)軌，數(shù)控機(jī)床通常采用塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌來(lái)減少摩擦副之間的摩擦力，避免低速爬行。數(shù)控機(jī)床，尤其是開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，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(wú)間隙滾珠絲杠傳動(dòng)和無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)，也可提高數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度。4. 提高機(jī)床的壽命和精度保持性為了提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮數(shù)控機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌、進(jìn)給傳動(dòng)絲杠以及主軸部件等

7、影響加工精度的主要零部件的耐磨性。在使用過(guò)程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件間的潤(rùn)滑良好。5. 操作方便安全可靠將機(jī)床設(shè)計(jì)成全封閉結(jié)構(gòu)，只在工作區(qū)留有可以自動(dòng)開(kāi)閉的安全門窗，用于觀察和裝卸工件，防止切屑與冷卻液飛濺。機(jī)床結(jié)構(gòu)布局要合理、緊湊，人性化設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單，維修方便，外型美觀。5.1 概述5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.1 滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)絲杠螺母副是機(jī)床上常用的將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)不同，常用的絲杠螺母運(yùn)動(dòng)副有滑動(dòng)絲杠螺母副、滾動(dòng)絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副。 滾動(dòng)絲杠螺母副摩擦損失小，形成了專業(yè)化、系列化產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用，這里只對(duì)其進(jìn)

8、行介紹。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)原理如圖5-1所示。在絲杠3和螺母1上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠2的螺旋滾道。a為滾珠出口，c為滾珠入口，螺母上有滾珠回路管道b，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠2。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使螺母軸向移動(dòng)。圖 5-1 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理1-螺母 2-滾珠 3-絲杠2滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式滾珠在滾道內(nèi)的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。1) 外循環(huán)。圖5-2所示為常用的一

9、種外循環(huán)方式，這種結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔數(shù)個(gè)導(dǎo)程處鉆兩個(gè)孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出口，再在螺母的外表面上銑出回珠槽并溝通兩孔。另外在螺母內(nèi)進(jìn)口、出口處各裝一擋珠器，并在螺母外表面裝一套筒，這樣構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道。外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造工藝簡(jiǎn)單，使用較廣泛。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動(dòng)的平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪聲也較大。 圖 5-2 外循環(huán)方式示意圖5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2) 內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種形式。圖5-3(a)所示為圓柱凸鍵反向器，反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開(kāi)有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺

10、紋滾道方向。圖5-3(b)為扁圓鑲塊反向器，反向器為一半圓頭平鍵形鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開(kāi)有反向槽3，用鑲塊的外廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。內(nèi)循環(huán)反向器和外循環(huán)反向器相比，其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失也小。其缺點(diǎn)是反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，且不能用于多頭螺紋傳動(dòng)。 (a) (b) 圖5-3 兩種形式的內(nèi)循環(huán)方式示意圖5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3滾珠絲杠螺母副的選用滾珠絲杠螺母副的選擇包括其精度、尺寸規(guī)格、支承方式等幾個(gè)方面。

11、根據(jù)機(jī)床精度選用絲杠副的精度，根據(jù)機(jī)床載荷來(lái)選定絲杠直徑，對(duì)細(xì)長(zhǎng)而又承受軸向壓縮載荷的滾珠絲杠，需核算壓桿穩(wěn)定性；對(duì)轉(zhuǎn)速高，支承距離大的滾珠絲杠副需校核臨界轉(zhuǎn)速；對(duì)精度要求高的滾珠絲杠需校核剛度。1) 精度等級(jí)的選擇目前我國(guó)滾珠絲杠螺母副的精度標(biāo)準(zhǔn)為4級(jí)：普通級(jí)P、標(biāo)準(zhǔn)級(jí)B、精密級(jí)J和超精密級(jí)C。各級(jí)精度所規(guī)定的各項(xiàng)允差可查有關(guān)手冊(cè)。一般的數(shù)控機(jī)床可選用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)B，精密數(shù)控機(jī)床可選精密級(jí)J或超精密級(jí)C。2) 結(jié)構(gòu)尺寸的選擇滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)尺寸主要有：絲杠的名義直徑D0、螺距t、長(zhǎng)度L、滾珠直徑d0等。名義直徑與剛度直接相關(guān)，直徑越大，承載能力和剛度越大，但直徑大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之增加，使系統(tǒng)的靈敏度

12、降低。應(yīng)兼顧這兩個(gè)方面。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)(1) 名義直徑D0。滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。對(duì)于小型加工中心采用名義直徑D0為32mm、40mm，中型加工中心選用名義直徑D0為40、50mm，大型加工中心采用名義直徑D0為50mm、63mm的滾珠絲杠，但通常應(yīng)大于L/35L/30。(2) 螺距t。常用的螺距t為4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm,t越小，螺旋升角越小，摩擦力矩小，分辨率高，但傳動(dòng)效率低，承載能力低。(3) 絲桿長(zhǎng)度L。一般為“工作行程螺母長(zhǎng)度(510)mm”。(4) 滾珠直徑d0。滾珠直徑d0越大，承載能力越高，盡量取大值

13、。一般取d0=0.6t。(5) 滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K和工作滾珠總數(shù)N對(duì)絲桿工作特性影響較大。一般工作圈數(shù)j為2.53.5圈,列數(shù)K為23列,工作滾珠總數(shù)一般N小于150粒。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3) 驗(yàn)算 當(dāng)有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)選定后，還應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度、臨界轉(zhuǎn)速和壽命的校驗(yàn)。(1) 剛度驗(yàn)算。數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠是精密傳動(dòng)元件，它在軸向力的作用下將產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，受扭矩會(huì)引起扭轉(zhuǎn)變形，這將引起絲杠的導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其傳動(dòng)精度及定位精度，因此滾珠絲杠應(yīng)驗(yàn)算滿載時(shí)的變形量。(2) 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速是指快速移動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于臨界轉(zhuǎn)速。

14、同時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速應(yīng)避開(kāi)絲杠自身的自振頻率，避免產(chǎn)生共振。(3) 壽命驗(yàn)算。滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命，滾珠絲杠副的壽命可根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式校核，應(yīng)保證總時(shí)間壽命Lt20000小時(shí)。 5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)4滾珠絲杠的支承形式 為提高傳動(dòng)剛度，不僅應(yīng)合理確定滾珠絲杠螺母副的參數(shù)，螺母座的結(jié)構(gòu)，絲杠兩端的支承形式，以及它們與機(jī)床的連接剛度也有很大影響。因此，螺母座的孔與螺母之間必須有良好的配合，保證孔與端面的垂直度，螺母座宜增添加強(qiáng)筋，加大螺母座和機(jī)床結(jié)合面的接觸面積，均可提高螺母座的局部剛度和接觸剛度。為了提高螺母支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承及其支承方式是十分重要的。常用的支承方

15、式如圖5-4所示。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-4 常用的幾種支承方式 5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)1) 一端裝止推軸承如圖(a)所示。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直移動(dòng)環(huán)節(jié)。2) 一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承如圖(b)所示。滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一自由端裝向心球軸承。為了減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源(如液壓馬達(dá))及絲杠上的常用段。3) 兩端裝止推軸承如圖(c)所示。將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。但這種安裝方式對(duì)熱伸長(zhǎng)較為敏感。4) 兩端裝

16、止推軸承及向心軸承如圖(d)所示。為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和向心球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高止推軸承的承載能力和支架剛度。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5滾珠絲杠的制動(dòng) 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)效率很高，但不能自鎖，用在垂直傳動(dòng)或水平放置的高速大慣量傳動(dòng)中，必須裝有制動(dòng)裝置。常用的制動(dòng)方法有超越離合器、電磁摩擦離合器或者使用具有制動(dòng)裝置的伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。6滾珠絲杠螺母副的軸向間隙消除和預(yù)緊 滾珠絲杠副對(duì)軸向間隙有嚴(yán)格的要求，以保證反向時(shí)的運(yùn)動(dòng)精度。所謂軸向間隙是指絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間最大軸向竄動(dòng)

17、。它除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，還包括在施加軸向載荷之后彈性變形所造成的竄動(dòng)。因此要把軸向間隙完全消除比較困難，通常采用雙螺母預(yù)緊的方法，把彈性變形控制在允許的限度內(nèi)。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)1) 用鎖緊螺母預(yù)緊 圖5-5所示為利用雙螺母來(lái)調(diào)整間隙實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠左右兩螺母以平鍵與外套相連，其中右邊一個(gè)螺母的外伸端沒(méi)有凸緣并制有螺紋。用兩個(gè)圓螺母1、2可使右端螺母相對(duì)于絲杠作軸向移動(dòng)，在消除間隙后將其鎖緊。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用廣泛，但調(diào)整位移量不易精確控制。圖5-5鎖緊螺母調(diào)間隙式滾珠絲杠副1-圓螺母 2-鎖緊螺母5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2) 修磨墊

18、片調(diào)間隙 如圖5-6所示，通過(guò)修磨墊片的厚度，使?jié)L珠絲杠的左右螺母產(chǎn)生軸向位移，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，調(diào)整間隙時(shí)需卸下調(diào)整墊片修磨，為了裝卸方便，最好將調(diào)整墊片做成半環(huán)結(jié)構(gòu)。圖5-6 修磨墊片調(diào)間隙式滾珠絲杠副5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3) 齒差式調(diào)整 圖5-7為齒差式調(diào)整間隙結(jié)構(gòu)。Z1和Z2相差一個(gè)齒。兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合。內(nèi)齒圈緊固在螺母座上，預(yù)緊時(shí)脫開(kāi)兩個(gè)內(nèi)齒圈，使兩個(gè)螺母同向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的齒數(shù)，然后再合上內(nèi)齒圈，兩螺母的軸向相對(duì)位置發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力。當(dāng)Z1=99，Z2=100，t=10mm，兩齒輪沿同一方向各轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒時(shí)其軸向位移量為

19、s=1/99-1/1001m。這種方法使兩個(gè)螺母相對(duì)軸向位移最小，可達(dá)1m，調(diào)整精度高，調(diào)整準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖5-7 齒差調(diào)間隙式滾珠絲杠副 1-左螺母 2-滾珠 3-套筒 4-絲杠 5-右螺母 6-內(nèi)齒圈5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.2 齒輪傳動(dòng)間隙消除結(jié)構(gòu) 由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪副存在間隙，在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位移值滯后于指令值；反向時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋?zhàn)饔?，滯后量雖可得到補(bǔ)償，但反向時(shí)會(huì)使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。為了提高數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的性能，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須采取相應(yīng)的措施，控制間隙在

20、允許范圍內(nèi)，通常采取下列方法消除間隙。1剛性整調(diào)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，且有較好的傳動(dòng)剛度。 5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)偏心軸調(diào)整法。 如圖5-8所示，小齒輪1裝在偏心軸套2上，調(diào)整偏心軸套2可以改變小齒輪1和大齒輪3之間的中心距，從而消除了齒側(cè)間隙。圖5-8 偏心軸調(diào)整法1-小齒輪 2-偏心軸套 3-大齒輪5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2) 軸向墊片調(diào)整法。 如圖5-9所示，一對(duì)嚙合著的圓柱齒輪，若它們的節(jié)圓直徑沿著齒厚方向制成一個(gè)較小的錐度，只要改變3的厚度就能改變齒輪2和

21、齒輪1的軸向相對(duì)位置，從而消除了齒側(cè)間隙。圖5-9 軸向墊片調(diào)整法1-小齒輪 2-大齒輪 3-調(diào)整墊片5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3) 雙片斜齒輪墊片調(diào)整法。如圖5-10所示，在兩個(gè)薄片斜齒輪3和4之間加一墊片2，將墊片厚度增加或減少t，薄片齒輪3和4的螺旋線就會(huì)錯(cuò)位，分別與厚齒輪1的齒槽左、右側(cè)面都可貼緊，消除了間隙。墊片厚度的增減量t與齒側(cè)間隙的關(guān)系，可用下式表示：式中， 為斜齒輪螺旋角。墊片的厚度采用測(cè)試法確定，一般要經(jīng)過(guò)幾次修磨墊片厚度，直至消除齒側(cè)間隙，使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活為止。這種調(diào)整法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)整麻煩，齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，同時(shí)，無(wú)論正、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，分別只有一薄齒輪承受載荷，故齒

22、輪的承載能力較小。 圖5-10 雙片斜齒輪調(diào)墊片整法1-厚斜齒輪 2-調(diào)整墊片 3-薄片斜齒輪 4-薄片斜齒輪5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)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，并在齒輪的齒厚和調(diào)節(jié)有變化的情況下，也能保持無(wú)間隙嚙合，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大、轉(zhuǎn)動(dòng)剛度底，同時(shí)，傳動(dòng)平穩(wěn)性也差。1) 軸向壓簧調(diào)整法如圖5-11所示，兩個(gè)薄片斜齒輪1和2用鍵4滑套在軸6上，用螺母5來(lái)調(diào)節(jié)壓縮彈簧3的軸向壓力，使齒輪1和2的左、右齒面分別與厚斜齒輪7齒槽的左右側(cè)面貼緊。彈簧力需調(diào)整適當(dāng)，過(guò)松消除不了間隙，過(guò)緊則齒輪磨損過(guò)

23、快。2) 周向彈簧調(diào)整法如圖5-12所示，兩個(gè)齒數(shù)相同的薄片齒輪1和2與另一個(gè)厚齒輪相嚙合，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)螺釘7和凸耳3上。旋轉(zhuǎn)螺母5和6可以調(diào)整彈簧4的拉力，彈簧的拉力可以使薄片齒輪錯(cuò)位，即兩片薄齒輪的左、右齒面分別與寬齒輪齒槽的右、左貼緊，消除了齒側(cè)間隙。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-11 軸向壓簧調(diào)整法1-薄片斜齒輪 2-薄片斜齒輪 3-壓縮彈簧 4-鍵 5-螺母 6-軸 7-厚斜齒輪圖5-12 周向彈簧調(diào)整法1-薄片斜齒輪 2-薄片斜齒輪 3-凸耳 4

24、-拉伸彈簧 5-調(diào)整螺母 6-鎖緊螺母 7-調(diào)節(jié)螺釘 8-凸耳5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.3 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)軌質(zhì)量對(duì)機(jī)床的剛度、加工精度和使用壽命具有很大的影響，作為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌比普通機(jī)床的導(dǎo)軌要求更高?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用的導(dǎo)軌主要有塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。1對(duì)導(dǎo)軌的基本要求1) 導(dǎo)向精度高導(dǎo)向精度主要指運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)的直線度或圓度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌的剛度和熱變形、裝配質(zhì)量及動(dòng)壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌之間油膜的剛度。2) 足夠的剛度導(dǎo)軌剛度是指導(dǎo)軌在動(dòng)靜載荷下抵抗變形的能力。導(dǎo)軌要有足

25、夠的剛度，保證在靜載荷作用下不產(chǎn)生過(guò)大的變形，從而保證各部件間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3) 良好的耐磨性 動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌面長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。 4) 摩擦特性好 摩擦系數(shù)小，摩擦阻力損失小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)差別小，高低速下摩擦系數(shù)穩(wěn)定，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行。5) 抗振性與結(jié)構(gòu)工藝性好2塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)低，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差值?。粶p振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自潤(rùn)滑作用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、成本低等特點(diǎn)。目前，數(shù)控機(jī)床所采用的塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌有鑄鐵對(duì)塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和鑲鋼對(duì)塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。

26、按照成型方法，塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌分為注塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的塑料常采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧樹(shù)脂耐磨涂料。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)1) 貼塑導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼一層抗磨的塑料軟帶，與之相配的導(dǎo)軌滑動(dòng)面經(jīng)淬火和磨削加工。軟帶以聚四氟乙烯為材料，添加合金粉和氧化物制成。塑料軟帶可切成任意大小和形狀，用膠粘劑粘接在導(dǎo)軌基面上。由于這類導(dǎo)軌用粘接方法，故稱為貼塑導(dǎo)軌。導(dǎo)軌軟帶使用工藝簡(jiǎn)單。首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度 Ra為3.2m1.6m，為了對(duì)軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面應(yīng)加工成0.5mm1.0mm深的凹槽，再用汽油或丙酮清洗粘結(jié)面后，用膠粘劑粘貼。加壓初固化1h2h后，再合攏到配對(duì)的固

27、定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施加一定壓力，并在室溫固化24h，取下清除余膠，即可開(kāi)油槽和精加工。2) 注塑導(dǎo)軌。注塑導(dǎo)軌或抗氧化涂層的材料是以環(huán)氧樹(shù)脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組分，固化劑為另一組分的塑料涂層。這種涂料附著力強(qiáng)，具有良好的可加工性，可經(jīng)過(guò)車、銑、刨、磨削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。而且可以在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌間的相互位置精度后注入涂料。特別適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)差別小，啟動(dòng)阻力小，能微量準(zhǔn)確移動(dòng)，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不宜

28、發(fā)生爬行的特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)靈活，定位精度高，通過(guò)預(yù)緊可以提高剛度和抗振性，承受較大的沖擊和振動(dòng)載荷，壽命長(zhǎng)，是適合數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)用，比較理想的導(dǎo)軌元件，常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)1) 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。是一種圓柱滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌元件，其結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。在使用時(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)目與導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和負(fù)載的大小有關(guān)，與之相配的導(dǎo)軌多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱在支承部件的導(dǎo)軌面與本體之間滾動(dòng)，同時(shí)又繞滾動(dòng)導(dǎo)軌塊本體循環(huán)滾動(dòng)，滾柱與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不接觸，因而該導(dǎo)軌面不需淬硬磨光。滾

29、動(dòng)導(dǎo)軌塊的特點(diǎn)是剛度高，承載能力大，便于拆裝，它的行程取決于支承件導(dǎo)軌平面的長(zhǎng)度。缺點(diǎn)是導(dǎo)軌制造成本高，抗振性能力欠佳。圖5-13 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的結(jié)構(gòu)5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)如圖5-14所示，主要由導(dǎo)軌塊、滑塊、滾珠、保持架、端蓋等組成。由于它將支承導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌組合在一起，作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌副部件由專門生產(chǎn)廠家制造，故又稱單元式滾動(dòng)導(dǎo)軌。在使用時(shí)導(dǎo)軌固定在不運(yùn)動(dòng)的部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)的部件上。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)，并通過(guò)端蓋內(nèi)的暗道從工作負(fù)載區(qū)到非工作負(fù)載區(qū)，然后再滾動(dòng)回工作負(fù)載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊

30、之間的滑動(dòng)，變成了滾珠的滾動(dòng)。1-壓緊圈 2-支承塊 3-密封板 4-承載鋼珠 5-反向鋼珠列 6-加油嘴 7-側(cè)板 8-導(dǎo)軌 9-保待器5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)4靜壓導(dǎo)軌 液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液，經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面上的油腔中，形成承載油膜，將相互接觸的導(dǎo)軌表面隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。這種導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小(一般為0.0050.001)，機(jī)械效率高，能長(zhǎng)期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度；承載油膜有良好的吸振性，低速下不易產(chǎn)生爬行，所以在機(jī)床上得到日益廣泛的應(yīng)用。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需備置一套專門的供油系統(tǒng)，制造成本較高。按承載方式的不同，靜壓導(dǎo)軌可分為開(kāi)式和閉式兩種。1) 開(kāi)式靜壓導(dǎo)

31、軌。工作原理如圖5-15(a)，油泵2啟動(dòng)后，壓力油Ps經(jīng)節(jié)流器調(diào)節(jié)至Pr (油腔壓力)進(jìn)入導(dǎo)軌油腔，并通過(guò)導(dǎo)軌間隙向外流出回油箱8。油腔壓力形成浮力將運(yùn)動(dòng)部件6浮起，形成一定的導(dǎo)軌間隙h0。當(dāng)載荷增大時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件下沉，導(dǎo)軌間隙減小，液阻增加，流量減小，從而油經(jīng)過(guò)節(jié)流器時(shí)的壓力損失減小，油腔壓力Pr增大，直至與載荷W平衡。開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌只能承受垂直方向的負(fù)載，不能承受顛覆力矩。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-15 靜壓導(dǎo)軌工作原理圖1，4-濾油器 2-油泵 3-溢流閥 5-節(jié)流器 6-運(yùn)動(dòng)部件 7-固定部件 8-油箱) 閉式靜壓導(dǎo)軌。工作原理如圖5-15 (b)，閉式靜壓導(dǎo)軌各方向?qū)к壝嫔隙?/p>

32、開(kāi)有油腔，所以，它能承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌剛度也較大。另外，還有以空氣為介質(zhì)的空氣靜壓導(dǎo)軌。它不僅內(nèi)摩擦阻力低，而且還有很好的冷卻作用，可減小熱變形。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.4 刀庫(kù)與自動(dòng)換刀裝置 為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量及改善勞動(dòng)條件，數(shù)控機(jī)床正朝著一臺(tái)機(jī)床在一次裝夾中完成多道工序加工方向發(fā)展。為此，在數(shù)控機(jī)床上必須具備自動(dòng)換刀裝置。 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)該滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，刀具儲(chǔ)存數(shù)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整，具有防屑、防塵裝置，布局合理等要求。同時(shí)也應(yīng)具有較好的剛性，沖擊、振動(dòng)及噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等特點(diǎn)。 各類數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置的具

33、體結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的型式、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等因素。常見(jiàn)的自動(dòng)換刀裝置主要有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、更換主軸箱換刀和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)等幾種形式(見(jiàn)表5-1)。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)類型特點(diǎn)適用范圍轉(zhuǎn)塔刀架回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀，換刀時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，容納刀具少各種數(shù)控車床，車削中心機(jī)床轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時(shí)間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限數(shù)控鉆床、鏜床、銑床刀庫(kù)式刀庫(kù)與主軸之間直接換刀換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)部件少。但刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)多。布局不靈活，適應(yīng)性差各種自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，尤其是對(duì)使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜銑，鉆鏜類立式、臥式加工中心機(jī)床，要

34、根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫(kù)容量和自動(dòng)換刀裝置類型，用于加工工藝范圍廣的立、臥式車削中心機(jī)床用機(jī)械手配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀刀庫(kù)只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，比刀庫(kù)作換刀運(yùn)動(dòng)慣性小，速度快用機(jī)械手、運(yùn)輸裝置配合刀庫(kù)換刀換刀運(yùn)動(dòng)分散，由多個(gè)部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)部件多，但布局靈活，適應(yīng)性好有刀庫(kù)的轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置彌補(bǔ)轉(zhuǎn)塔換刀刀具數(shù)量不足的缺點(diǎn)，換刀時(shí)間短擴(kuò)大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔時(shí)數(shù)控機(jī)床 表5-1 自動(dòng)換刀裝置的主要類型、特點(diǎn)及適用范圍5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)1刀庫(kù)的種類 刀庫(kù)的作用是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具，通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)與主軸上刀具的交換。根據(jù)刀庫(kù)存放刀具的數(shù)目和取刀方式，刀庫(kù)可設(shè)計(jì)成不同的形式。1)

35、直線刀庫(kù)，刀具在刀庫(kù)中直線排列、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存放刀具的數(shù)量有限(一般812把)，較少使用。2) 圓盤(pán)刀庫(kù)，存刀量少則68把，多則5060把，其有多種形式。3) 鏈?zhǔn)降稁?kù)，鏈?zhǔn)降稁?kù)是較常使用的形式之一，這種刀庫(kù)刀座固定在鏈節(jié)上，常用的有單排鏈?zhǔn)降稁?kù)見(jiàn)圖5-16，圖5-16(a)一般存刀量小于30把，個(gè)別達(dá)60把。若進(jìn)一步增加存刀量，可采用多排鏈刀庫(kù)圖5-16(b)，或采用加長(zhǎng)鏈條的鏈?zhǔn)降稁?kù)圖5-16(c)。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)(a)單排鏈?zhǔn)降稁?kù) (b)多排鏈刀庫(kù) (c)加長(zhǎng)鏈條的鏈?zhǔn)降稁?kù)圖5-16 鏈?zhǔn)降稁?kù)4) 其他刀庫(kù)，刀庫(kù)的形式還有很多，值得一提的是格子箱式刀庫(kù)。刀庫(kù)容量較大，可以使

36、整箱刀庫(kù)與機(jī)外交換。 5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2換刀方式 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式和具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)效率，工作可靠性，有著直接的影響。刀具的交換方式一般可分為兩大類。 1)無(wú)機(jī)械手換刀 無(wú)機(jī)械手的換刀系統(tǒng)一般是采用把刀庫(kù)放在機(jī)床主軸可以運(yùn)動(dòng)到的位置，或整個(gè)刀庫(kù)(或某一刀位)能移動(dòng)到主軸箱可以到達(dá)的位置，刀庫(kù)中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時(shí)，由主軸運(yùn)動(dòng)到刀庫(kù)上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。圖5-17為某立式數(shù)控镋銑床換刀結(jié)構(gòu)示意圖，其順序如下： 5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)(1)

37、根據(jù)換刀指令，機(jī)床工作臺(tái)快速向右移動(dòng)，工件從主軸下面移開(kāi)，刀庫(kù)移到主軸下面，使刀庫(kù)的某個(gè)空刀座對(duì)準(zhǔn)主軸。 (2) 主軸箱下降，將主軸上用過(guò)的刀具放回刀庫(kù)的空刀座中。(3) 主軸箱上升，刀庫(kù)回轉(zhuǎn)，將下一工步所需用的刀具對(duì)準(zhǔn)主軸。(4) 主軸箱下降，刀具插入機(jī)床主軸。(5) 主軸箱及主軸帶著刀具上升。(6) 刀庫(kù)從主軸下面移開(kāi)，機(jī)床工作臺(tái)快速向左返回，工件移至主軸下面，使刀具對(duì)準(zhǔn)工件的加工面。 無(wú)機(jī)械手換刀結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但換刀動(dòng)作麻煩，時(shí)間長(zhǎng)，并且刀庫(kù)的容量相對(duì)少。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-17 無(wú)機(jī)械手換刀2) 機(jī)械手換刀機(jī)械手換刀裝置所需的換刀時(shí)間短，換刀動(dòng)作靈活，多數(shù)加工中心采用機(jī)

38、械手進(jìn)行刀具交換，圖5-18為加工中心機(jī)械手自動(dòng)換刀過(guò)程。(1) 刀庫(kù)將準(zhǔn)備更換的刀具轉(zhuǎn)到刀庫(kù)最下方的換刀位置。(2) 上一工步結(jié)束后，刀庫(kù)將換刀位置上的刀座逆時(shí)針轉(zhuǎn)90，主軸箱上升到換刀位置后，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)75，分別抓住主軸和刀庫(kù)刀座上的刀柄。 (3) 待主軸自動(dòng)放松刀柄后，機(jī)械手下降，同時(shí)把主軸孔內(nèi)和刀座內(nèi)的刀柄拔出。 (4) 機(jī)械手回轉(zhuǎn)180。 (5) 機(jī)械手上升，將交換位置后的兩刀柄同時(shí)插入主軸孔和刀座中，并夾緊。 (6) 機(jī)械手反方向回轉(zhuǎn)75，回到初始位置，刀座帶動(dòng)刀具向上(順時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)90，回到初始水平位置，換刀過(guò)程結(jié)束。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-18 機(jī)械手自動(dòng)換刀過(guò)程5

39、.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3刀具的選擇方式 根據(jù)換刀指令，刀具交換裝置從刀庫(kù)中挑選各工序所需刀具的操作稱為自動(dòng)選刀。常用的選刀方法主要有順序選刀和任意選刀兩種，任意選刀又分為刀具編碼選擇、刀座編碼選擇和記憶式選擇。 1) 順序選刀方式 順序選刀是在加工之前，將刀具按預(yù)定的加工工藝先后順序依次插入刀庫(kù)的刀座中，加工時(shí)按順序選刀。用過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。但加工不同的工件時(shí)必須重新調(diào)整刀具順序，因而操作十分繁瑣；而且同一工件、不同工序加工時(shí)，刀具也不能重復(fù)使用，這樣就增加了刀具的數(shù)量和刀庫(kù)的容量，降低了刀具和刀庫(kù)的利用率；此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果不按順序

40、裝刀，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。由于該方式不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單，工作可靠，因此，此種方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2) 刀具編碼方式 這種方式是采用一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，對(duì)每把刀具按照二進(jìn)制原理進(jìn)行編碼，換刀時(shí)通過(guò)編碼識(shí)別裝置在刀庫(kù)中識(shí)別所需的刀具。這樣就可以將刀具存放于刀庫(kù)的任意刀座中，并且刀具可以在不同的工序中重復(fù)使用，刀庫(kù)的容量減少；用過(guò)的刀具也不一定放回原刀座中，從而避免了因刀具存放順序的差錯(cuò)而造成事故，同時(shí)也縮短了刀庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，簡(jiǎn)化了自動(dòng)換刀控制線路。但由于要求每把刀具上都帶有專用編碼系統(tǒng)，使刀具長(zhǎng)度增加，制造困

41、難，剛度降低，同時(shí)機(jī)械手和刀庫(kù)結(jié)構(gòu)也變復(fù)雜。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3) 刀座編碼選刀方式 刀座編碼方式是對(duì)刀庫(kù)中的刀座進(jìn)行編碼，并將與刀座編碼對(duì)應(yīng)的刀具放入刀座中，換刀時(shí)根據(jù)刀座的編碼進(jìn)行選刀。由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。刀座編碼的識(shí)別原理與刀柄編碼的識(shí)別原理相同，但由于取消了刀柄編碼環(huán)，識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)不再受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當(dāng)?shù)奈恢?。缺點(diǎn)是當(dāng)操作者把刀具放入與刀座編碼不符的刀座中時(shí)仍然會(huì)造成事故；同時(shí)，在自動(dòng)換刀過(guò)程中必須將用過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀座中，增加了換刀動(dòng)作的復(fù)雜性。與順序選擇刀具方式相比，刀座編碼最突出的優(yōu)點(diǎn)也是刀具在加工過(guò)程中可

42、以重復(fù)使用。 刀座編碼方式分為永久性編碼和臨時(shí)性編碼。永久性編碼是將一種與刀座編號(hào)相對(duì)應(yīng)的刀座編碼板安裝在每個(gè)刀具座的側(cè)面，它的編碼是固定不變的。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu) 4) 記憶式選刀 目前，絕大多數(shù)采用加工中心記憶式選刀方式。它取消了傳統(tǒng)的編碼環(huán)和識(shí)別裝置，利用軟件構(gòu)制一個(gè)模擬刀庫(kù)數(shù)據(jù)表，其長(zhǎng)度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫(kù)的刀座數(shù)及刀具號(hào)對(duì)應(yīng)，選刀時(shí)數(shù)控裝置根據(jù)數(shù)據(jù)表中記錄的目標(biāo)刀具位置，控制刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)將選中的刀具送到取刀位置，用過(guò)的刀具可以任意存放，由軟件記住其存放的位置，因此具有方便靈活的特點(diǎn)。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了由于識(shí)別裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來(lái)的選刀失誤。 5.2

43、 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.5 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與分度工作臺(tái) 為了擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，數(shù)控機(jī)床除了具有直線進(jìn)給功能外，還應(yīng)具有繞X、Y、Z軸圓周進(jìn)給或分度的功能。通常數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)完成。 常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。分度工作臺(tái)的功能是將工件轉(zhuǎn)位換面，完成分度運(yùn)動(dòng)，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的多種工序。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)除了用來(lái)進(jìn)行各種圓弧加工或與直線進(jìn)給聯(lián)動(dòng)進(jìn)行曲面加工外，還可實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度工作。1. 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要部件，其作用是按照控制裝置的信號(hào)或指令作回轉(zhuǎn)分度或

44、連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以使數(shù)控機(jī)床能完成指定的加工工序。其外形和數(shù)控分度工作臺(tái)十分相似，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的許多特點(diǎn)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種。 5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)1) 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)如圖5-19，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)3，經(jīng)過(guò)齒輪2、齒輪6、蝸桿4和蝸輪15實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。齒輪2和齒輪6的嚙合間隙由調(diào)整偏心環(huán)1消除。齒輪6與蝸桿4用花鍵聯(lián)接。蝸桿4為雙導(dǎo)程蝸桿，用以消除蝸桿、蝸輪嚙合間隙。蝸輪15下部的內(nèi)、外兩面裝有夾緊瓦18和19，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的底座21上固定的支座24內(nèi)均布有6個(gè)油缸14，當(dāng)油缸的上腔進(jìn)壓力油時(shí)，柱塞16下移，

45、并通過(guò)鋼球17推動(dòng)夾緊瓦18和19，將蝸輪夾緊，從而將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊。當(dāng)不需要夾緊時(shí)，只要卸掉油缸14上腔的壓力油，彈簧20即可將鋼球17抬起，蝸輪被放松。作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)時(shí)，不需要夾緊，功率步進(jìn)電機(jī)將按指令脈沖的要求來(lái)確定數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-19 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 1-偏心環(huán) 2-齒輪 3-步進(jìn)電機(jī) 4-蝸桿 5-螺塞 6-齒輪 7-調(diào)整墊片 8-微動(dòng)開(kāi)關(guān) 9-擋塊 10-微動(dòng)開(kāi)關(guān) 11-擋塊12-圓柱滾子軸承 13-滾珠軸承14-油缸 15-蝸輪 16-柱塞 17-鋼球 18-夾緊瓦 19-夾緊瓦 20-彈簧 21-底座 22-圓錐

46、滾子軸承 23-調(diào)整套 24-支座5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2) 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)與開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件 (圓光柵或感應(yīng)同步器 )。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度更高。 圖5-20所示為閉環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。直流伺服電動(dòng)機(jī)15通過(guò)減速齒輪14、16及蝸桿蝸輪副12、13帶動(dòng)工作臺(tái)1回轉(zhuǎn)，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角位置用圓光柵9測(cè)量。測(cè)量結(jié)果發(fā)出反饋信號(hào)與數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)進(jìn)行比較，若有偏差經(jīng)放大后控制伺服電動(dòng)機(jī)朝消除偏差方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使工作臺(tái)精確定位。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的中心回轉(zhuǎn)軸采用圓錐滾子軸承11及

47、雙列向心短圓柱滾子軸承10，并預(yù)緊消除其徑向和軸向間隙，以提高工作臺(tái)的剛度和回轉(zhuǎn)精度。工作臺(tái)支承在鑲鋼滾柱導(dǎo)軌2上，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)而且耐磨。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-20 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)1-工作臺(tái) 2-滾柱導(dǎo)軌 3-夾緊瓦 4-夾緊瓦 5-鎖緊油缸 6-活塞 7-彈簧 8-鋼球 9-圓光柵10-短圓柱滾子軸承 11-圓錐滾子軸承 12-蝸桿 13-蝸輪 14-齒輪 15-伺服電動(dòng)機(jī) 16-齒輪5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)2.分度工作臺(tái) 分度工作臺(tái)的分度、轉(zhuǎn)位和定位工作，是按照控制系統(tǒng)的指令自動(dòng)地進(jìn)行，通常分度運(yùn)動(dòng)只限于某些規(guī)定的角度(45、60、90、180等)，但實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的機(jī)

48、構(gòu)都很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門的定位元件來(lái)保證。常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、齒盤(pán)定位和鋼球定位等幾種。 圖5-21為齒盤(pán)定位分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。齒盤(pán)定位的分度工作臺(tái)能達(dá)到很高的分度定位精度，一般為3，最高可達(dá)0.4。能承受很大的外載荷，定位剛度高，精度保持性好，實(shí)際上，由于齒盤(pán)嚙合脫開(kāi)相當(dāng)于兩齒盤(pán)對(duì)研過(guò)程，隨著齒盤(pán)使用時(shí)間的延續(xù)，其定位精度還有不斷提高的趨勢(shì)。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作包括：1) 分度前的準(zhǔn)備，工作臺(tái)9抬起，齒盤(pán)脫離嚙合：當(dāng)需要分度時(shí)，液壓油進(jìn)入分度工作臺(tái)9中央的液壓缸12的下腔，上腔回油，活塞 8上移，通過(guò)推力球軸承10和11帶動(dòng)工作臺(tái)9也向

49、上抬起，使上、下齒盤(pán)13、14相互脫開(kāi)嚙合，完成分度準(zhǔn)備工作。2) 回轉(zhuǎn)分度：當(dāng)分度工作臺(tái)9向上抬起時(shí)，通過(guò)推桿和微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，ZM16液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸輪副3、4和齒輪副5、6帶動(dòng)工作臺(tái)9回轉(zhuǎn)分度。工作臺(tái)分度回轉(zhuǎn)角度的大小由指令給出，共有八個(gè)等分，即45的倍數(shù)。當(dāng)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時(shí)，減速擋塊使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出減速信號(hào)，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)減速，當(dāng)回轉(zhuǎn)角度達(dá)到所要求的角度時(shí)，準(zhǔn)停擋塊壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)完成準(zhǔn)停。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)3)工作臺(tái)下降，齒盤(pán)重新嚙合，完成定位夾緊：工作臺(tái)完成準(zhǔn)停動(dòng)作的同時(shí)，壓力油進(jìn)入液壓缸12的上腔，推動(dòng)活塞8帶

50、動(dòng)工作臺(tái)下降，上下齒盤(pán)重新嚙合，完成定位夾緊，同時(shí)推桿使另一微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出分度完成信號(hào)。由于上下齒盤(pán)重新嚙合時(shí)，齒盤(pán)會(huì)帶動(dòng)蝸輪產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)，而傳動(dòng)蝸輪副具有自鎖性，如果蝸輪蝸桿鎖住不動(dòng)，則上下齒盤(pán)下降時(shí)就難以嚙合并準(zhǔn)確定位，為此將蝸輪軸3設(shè)計(jì)成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，即其軸向用兩個(gè)推力球軸承2抵在一個(gè)螺旋彈簧1上面。這樣，齒盤(pán)下降時(shí)，蝸輪可帶動(dòng)蝸桿作微量的軸向移動(dòng)。5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖5-21 齒盤(pán)定位分度工作臺(tái)1-彈簧 2-推力球軸承 3、4-蝸輪副 5、6-齒輪副 7-螺釘 8-活塞9-工作臺(tái) 10、11-推力球軸承 12-液壓缸 13-上齒盤(pán) 14-下齒盤(pán)5.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)

51、構(gòu)5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)是指驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，主軸是數(shù)控機(jī)床上帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸，它往往是數(shù)控機(jī)床上消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)軸。與普通機(jī)床一樣數(shù)控機(jī)床也必須通過(guò)變速，才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的加工要求。在變速的同時(shí)，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。5.3.1 主傳動(dòng)的基本要求和變速方式1數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求：1) 為能達(dá)到最佳的切削效果，主軸一般都要求能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。2) 必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速、高效加工。3) 為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng)，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)件。4) 在加工中心上，

52、還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動(dòng)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(kù)、機(jī)械手的正確位置。5) 有C軸功能時(shí)，還需要安裝位置檢測(cè)裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。2數(shù)控機(jī)床主軸的調(diào)速方法數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速方式主要有：有級(jí)變速 (機(jī)械變速 )、無(wú)級(jí)變速、分段無(wú)級(jí)變速、電主軸變速幾種形式。1) 有級(jí)變速(機(jī)械變速) 有級(jí)變速僅用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用無(wú)級(jí)變速或分段無(wú)級(jí)變速。如圖5-22所示，電動(dòng)機(jī)不具備變速功能，通過(guò)撥叉控制滑移齒輪嚙合位置實(shí)現(xiàn)主軸變速。2) 無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)采用無(wú)級(jí)變速，不僅能在一定的速度范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運(yùn)動(dòng)中自動(dòng)換速。

53、無(wú)級(jí)變速有機(jī)械、液壓、電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的電氣無(wú)級(jí)變速方式。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖5-22 有級(jí)變速系統(tǒng) 如圖5-23所示，電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng)主軸，電動(dòng)機(jī)采用性能更好的交、直流主軸電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是變速范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000r/min，在傳動(dòng)上能基本能滿足目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的要求，易于實(shí)現(xiàn)豐富的控制功能、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，可滿足現(xiàn)在中高檔數(shù)控機(jī)床的控制要求。但對(duì)于越來(lái)越高的速度需求，該配置方式已難以滿足。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖5-23 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3) 分段無(wú)級(jí)變速 數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中，并不需要在整個(gè)變速范圍內(nèi)均

54、為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動(dòng)，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。為了保證數(shù)控機(jī)床主軸低速時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控系統(tǒng)在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速。在小型數(shù)控機(jī)床上，或主傳動(dòng)系統(tǒng)要求振動(dòng)小、噪聲低的數(shù)控機(jī)床，也可采用平帶、V帶、齒形帶以及多楔帶等帶傳動(dòng)形式形成分段無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)5.3.2 主軸部件的結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床的主軸部件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分之一，包括主軸的支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的加工精度，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率，它的自動(dòng)變速、準(zhǔn)停和換刀影響機(jī)床的自動(dòng)化程度

55、。因此，要求主軸部件具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、部件耐磨性和精度保持性。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，為了實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)裝卸和夾持，還必須有刀具的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu)。1主軸部件的支承與潤(rùn)滑 機(jī)床主軸帶動(dòng)刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。數(shù)控機(jī)床主軸的支承配置形式主要有三種，如圖5-24所示。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)前支承采用 60接觸雙列向心推力球軸承(b) 前支承采用高精度雙列向心推力球軸承(c) 前支承采用雙列圓錐滾子軸承圖5-24 主軸的常見(jiàn)支承配置形式5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)1) 前支承采

56、用雙列圓柱滾子軸承和60接觸雙列球軸承組合，后支承采用成對(duì)安裝的角接觸球軸承。這種配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床主軸中。2) 前軸承采用高精度的雙列角接觸球軸承，后軸承采用單列(或雙列)角接觸球軸承。這種配置具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，但它承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。在加工中心的主軸中，為了提高承載能力，有時(shí)應(yīng)用 34個(gè)角接觸球軸承組合的前支承，并用隔套實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。3) 前后軸承采用雙列和單列圓錐軸承。這種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。但這

57、種配置限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，因此適用于中等精度，低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)2常用卡盤(pán)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(pán)、四爪單動(dòng)卡盤(pán)或彈簧夾頭等。為了減少數(shù)控車床裝夾工件的輔助時(shí)間，廣泛采用液壓或氣壓動(dòng)力自定心卡盤(pán)。圖5-25為某數(shù)控車床上采用的一種液壓驅(qū)動(dòng)自定心卡盤(pán)，它主要由固定在主軸后端的液壓缸5和固定在主軸前端的卡盤(pán)3兩部分組成，改變液壓缸左、右腔的通油狀態(tài)，活塞桿4帶動(dòng)卡盤(pán)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)爪1驅(qū)動(dòng)卡爪2，夾緊或松開(kāi)工件，并通過(guò)行程開(kāi)關(guān)6和7發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，其夾緊力的大小通過(guò)調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力進(jìn)行控制。具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、能夠?qū)崿F(xiàn)較大夾緊力的特點(diǎn)。圖

58、5-25 液壓驅(qū)動(dòng)自定心卡盤(pán)1-驅(qū)動(dòng)爪 2-卡爪 3-卡盤(pán) 4-活塞桿 5-液壓缸 6、7-行程開(kāi)關(guān)5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)3主軸準(zhǔn)停裝置在數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床和以鏜銑為主的加工中心上，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，使機(jī)械手準(zhǔn)確地將刀具裝入主軸孔中，刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?zhǔn)；在鏜削加工退刀時(shí)，要求刀具向刀尖反方向徑向移動(dòng)一段距離后才能退出，以免劃傷工件，這都需要主軸具有周向定位功能；另外，一些特殊工藝要求，如在通過(guò)前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進(jìn)行反倒角等加工時(shí)，也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，使刀尖停在一個(gè)固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大刀刃能通過(guò)前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對(duì)大孔進(jìn)行鏜削，所以在主軸上

59、必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)目前，主軸準(zhǔn)停裝置很多，主要分為機(jī)械式和電氣式兩種。傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械擋塊等來(lái)定向。圖5-26為V形槽輪定位盤(pán)準(zhǔn)停裝置原理圖，在主軸上固定一個(gè)V形槽定位盤(pán)，使V形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對(duì)位置關(guān)系。當(dāng)主軸需要停車換刀時(shí)，發(fā)出降速信號(hào)，主軸轉(zhuǎn)換到最低速運(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間繼電器開(kāi)始動(dòng)作，并延時(shí)46s后，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)1接通電源，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即V形槽輪定位盤(pán)3上的感應(yīng)塊2與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)1相接觸后發(fā)出信號(hào)，使主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。另一延時(shí)繼電器延時(shí)0.20.4s后，壓力油進(jìn)入定位液壓缸下腔，使定向活塞向左移動(dòng)，當(dāng)定向活塞上的定向滾輪5頂入定位盤(pán)的V形槽內(nèi)時(shí)，行

60、程開(kāi)關(guān)LS2發(fā)出信號(hào)，主軸準(zhǔn)停完成。若延時(shí)繼電器延時(shí)1s后行程開(kāi)關(guān)LS2仍不發(fā)信號(hào)，說(shuō)明準(zhǔn)停沒(méi)完成，需使定向活塞 6后退，重新準(zhǔn)停。當(dāng)活塞桿向右移到位時(shí)，行程開(kāi)關(guān)LS1發(fā)出定向滾輪5退出凸輪定位盤(pán)凹槽的信號(hào)，此時(shí)主軸可啟動(dòng)工作。5.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖5-26 V形槽輪定位盤(pán)準(zhǔn)停裝置1-無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 2-感應(yīng)塊 3-V形槽輪定位盤(pán) 4-定位液壓缸 5-定向滾輪 6-定向活塞 機(jī)械準(zhǔn)停裝置準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)，主軸就可以準(zhǔn)確的定向。圖5-27為加工中心電氣準(zhǔn)停裝置原理圖，在帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個(gè)厚墊片4，墊