數(shù)控加工技術(shù) 課件 第1章 數(shù)控加工與數(shù)控機(jī)床

第一章數(shù)控加工與數(shù)控機(jī)床第一節(jié)數(shù)控基本概念第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)習(xí)題

第一節(jié)數(shù)控基本概念

一、數(shù)控機(jī)床1.數(shù)控數(shù)控是數(shù)字控制(NumericalControl，NC)的簡稱，是利用數(shù)字化信息對機(jī)械運動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計算機(jī)數(shù)控(ComputerizedNumericalControl，CNC)。

數(shù)控系統(tǒng)是指利用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的核心。為了對機(jī)械運動及加工過程進(jìn)行數(shù)字化信息控制，必須具備相應(yīng)的硬件和軟件。數(shù)控機(jī)床采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制，它是一種綜合應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。因此，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的性能、水平和發(fā)展方向。

2.數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床主要由六部分組成，包括控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、可編程邏輯控制器(PLC)、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體和檢測裝置等，如圖1-1所示。圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成

1)控制介質(zhì)

控制介質(zhì)主要是指加工程序的載體。數(shù)控機(jī)床工作時，不需要工人直接去操作機(jī)床，要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機(jī)床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數(shù)(進(jìn)給量主軸轉(zhuǎn)速等)和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等，通過數(shù)控機(jī)床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元?，F(xiàn)在作為數(shù)控機(jī)床的組成部分，控制介質(zhì)的功能已經(jīng)弱化了。某些先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床將自動編程軟件安裝在數(shù)控裝置中，可以在機(jī)床控制面板上直接進(jìn)行圖形編程，不再需要輸入程序。

2)數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部分，相當(dāng)于人的大腦。數(shù)控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構(gòu)成。它的主要任務(wù)是通過輸入裝置，接收數(shù)控加工程序和各種參數(shù)，然后進(jìn)行譯碼和運算處理，由輸出部分發(fā)出兩類控制量：一類是連續(xù)的控制量，發(fā)送給伺服系統(tǒng)，以控制機(jī)床各軸的運動；以另一類是離散的開關(guān)控制量，送往可編程邏輯控制器(PLC)，以控制機(jī)床的機(jī)械輔助動作。所有這些工作都由計算機(jī)的系統(tǒng)程序進(jìn)行合理的組織，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。

3)伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，是由伺服驅(qū)動電機(jī)和伺服驅(qū)動裝置組成的，用于實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。它接收數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字信號，將其轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動或移動，驅(qū)動并控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的運動和主軸的運動。伺服系統(tǒng)的主要部件有伺服電動機(jī)，包括步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)，還有對應(yīng)的驅(qū)動電源。

4)檢測裝置

檢測裝置是用于測量數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運動和主運動的裝置，包括編碼盤、光柵、磁柵和旋轉(zhuǎn)變壓器等。檢測進(jìn)給運動的裝置通常用于伺服系統(tǒng)為閉環(huán)和半閉環(huán)控制方式的數(shù)控機(jī)床，開環(huán)控制方式的數(shù)控機(jī)床沒有進(jìn)給運動的檢測裝置。對于主運動的檢測裝置，通常用于數(shù)控車床，作為車螺紋的多次進(jìn)刀用；對于加工中心，則用于檢測主軸的準(zhǔn)停，以實現(xiàn)自動換刀。

5)機(jī)床本體

機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等機(jī)械部件。它是在數(shù)控機(jī)床上自動地完成各種切削加工的機(jī)械部分。

6)?可編程邏輯控制器(PLC)

輔助裝置是保證充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能所必需的配套裝置。常用的輔助裝置包括刀具自動交換裝置(ATC)、工件自動交換裝置(APC)、液壓系統(tǒng)、潤滑裝置、冷卻液裝置、排屑裝置等。

3.數(shù)控機(jī)床的分類

數(shù)控機(jī)床的種類很多，可從不同的角度進(jìn)行分類。

1)按照加工方式分類

根據(jù)數(shù)控機(jī)床加工方式的不同，可分為以下幾類：

(1)金屬切削類。

(2)金屬成型類。

(3)特種加工類。

(4)其他類。

2)按照控制刀具運動軌跡分類

根據(jù)刀具的運動軌跡可以分為以下三類：

(1)點位控制類。點位控制數(shù)控機(jī)床只能控制刀具點對點的運動，即從一個點準(zhǔn)確地移動到另一個點，而不控制移動的軌跡，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工。這個軌跡通常是折線。這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控電焊機(jī)等。點位控制方式如圖1-2所示。圖1-2點位控制方式

(2)點位直線控制類。點位直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具點對點的運動和刀具平行于各軸進(jìn)給方向的直線運動。它可準(zhǔn)確地控制點的坐標(biāo)和直線運動的速度及路線，在機(jī)床移動部件時進(jìn)行切削加工。這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)車床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床等。點位直線控制方式如圖1-3所示。圖1-3點位直線控制方式

(3)輪廓控制類。輪廓控制是指數(shù)控機(jī)床可以控制刀具按照工件的輪廓進(jìn)行加工，即可以同時控制兩個或兩個以上軸的運動，也叫作二坐標(biāo)、三坐標(biāo)、四坐標(biāo)、五坐標(biāo)甚至六坐標(biāo)聯(lián)動或更多的坐標(biāo)聯(lián)動加工。目前實際應(yīng)用最多的是五坐標(biāo)聯(lián)動加工，它可控制刀具在輪廓每一點上的速度和位置。這種控制方式比較復(fù)雜，通常用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心、數(shù)控特種加工機(jī)床等。輪廓控制方式如圖1-4所示。圖1-4輪廓控制方式

3)按照伺服系統(tǒng)控制方式分類

數(shù)控機(jī)床按照伺服系統(tǒng)的控制方式可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制三類。

(1)開環(huán)控制類。開環(huán)控制類數(shù)控機(jī)床是指沒有位置檢測裝置的數(shù)控機(jī)床，如圖1-5所示。這類機(jī)床不帶位置檢測反饋裝置，通常用步進(jìn)電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這類數(shù)控機(jī)床的控制精度取決于步進(jìn)電動機(jī)的步距精度和機(jī)械傳動的精度。其控制線路簡單，調(diào)節(jié)方便，精度較低(一般可以達(dá)到±0.02mm)，制造成本低，通常用于簡易數(shù)控機(jī)床或小型機(jī)床。圖1-5開環(huán)控制

(2)閉環(huán)控制類。閉環(huán)控制類數(shù)控機(jī)床是指有位置檢測裝置的機(jī)床，且檢測的信息為工作臺或刀架的位移量，如圖1-6所示。這類數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測反饋裝置，其位置檢測反饋裝置采用直線位移檢測元件，直接安裝在機(jī)床的移動部件上，將測量結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與設(shè)定的指令值進(jìn)行比較后，利用其差值控制伺服電動機(jī)，直至差值為零，最終實現(xiàn)精確定位。這類數(shù)控機(jī)床控制精度高，可達(dá)0.001mm～0.003mm，但制造成本高，維修復(fù)雜，通常用于一些高精度的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控加工中心、數(shù)控車削中心等。圖1-6閉環(huán)控制

(3)半閉環(huán)控制類。半閉環(huán)控制類數(shù)控機(jī)床是指有位置檢測裝置的機(jī)床，但是檢測元件(如感應(yīng)同步器或光電編碼器等)安裝在伺服電動機(jī)的軸上或滾珠絲杠的端部，檢測的信息不是工作臺或刀架的位移量，而是絲杠或伺服電動機(jī)的角位移量，如圖1-7所示。由于大部分機(jī)械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，但調(diào)試比較方便，因而被廣泛采用。因此，多數(shù)數(shù)控機(jī)床屬于此類控制方式。圖1-7半閉環(huán)控制

4)按照聯(lián)動坐標(biāo)數(shù)分類

數(shù)控機(jī)床控制的聯(lián)動坐標(biāo)數(shù)目是指數(shù)控裝置能同時控制的由幾個伺服電動機(jī)同時驅(qū)動的機(jī)床移動部件的運動坐標(biāo)數(shù)目。聯(lián)動坐標(biāo)控制數(shù)分類主要有：兩軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、2.5軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、四軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床和五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床。

(1)兩軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床：能同時控制兩個坐標(biāo)軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控車床可同時控制X、Z兩軸聯(lián)動。

(2)?2.5軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床：有三個坐標(biāo)軸，但是只能同時控制兩個坐標(biāo)軸聯(lián)動，第三個坐標(biāo)軸僅能作等距的周期移動。

(3)三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床：能同時控制三個坐標(biāo)軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床。

(4)四軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床：能同時控制X、Y、Z三個直線軸與一個旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床。

(5)五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床：能同時控制X、Y、Z三個直線軸與兩個旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床，是功能最全、控制最復(fù)雜的一種數(shù)控機(jī)床。

二、數(shù)控機(jī)床加工

1.數(shù)控機(jī)床加工過程

數(shù)控機(jī)床加工過程是指用數(shù)控機(jī)床完成一個零件由毛坯到成品的工藝過程。數(shù)控機(jī)床加工過程和普通機(jī)床加工過程有非常相似之處，二者主要是在編程和操作上有一些區(qū)別。

數(shù)控機(jī)床加工過程比普通機(jī)床加工過程多了幾個環(huán)節(jié)，如圖1-8所示，即編制加工程序(包括切削仿真)、輸入程序、建立工件坐標(biāo)系，只要在普通機(jī)床加工的基礎(chǔ)上掌握這幾個環(huán)節(jié)，就可掌握數(shù)控機(jī)床的加工。圖1-8數(shù)控機(jī)床加工過程

2.數(shù)控機(jī)床的特點

數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率的機(jī)床，其特點非常突出，主要有以下幾個方面：

(1)適應(yīng)性強(qiáng)。即柔性化程度高。柔性是指數(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。數(shù)控機(jī)床的各軸移動由數(shù)控裝置控制伺服系統(tǒng)，通過伺服電動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動各軸進(jìn)給。

(3)生產(chǎn)效率高。零件加工所需的時間主要包括機(jī)動時間和輔助時間兩部分。

(4)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。數(shù)控機(jī)床可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動加工，一般機(jī)床多可以二、三軸聯(lián)動，高檔次的機(jī)床可以進(jìn)行四、五軸聯(lián)動，能加工復(fù)雜的螺旋槳、汽輪機(jī)葉片等空間曲面類零件。

三、數(shù)控系統(tǒng)

1.數(shù)控系統(tǒng)基本原理

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部件，通常由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)組成(有的書中定義為數(shù)控裝置)。數(shù)控系統(tǒng)的作用是輸入程序，編譯、運算，輸出信號給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)由伺服控制單元、驅(qū)動單元、伺服電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、速度反饋單元、位置反饋單元組成，其作用為接收數(shù)控裝置發(fā)來信號，輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)動或移動，驅(qū)動機(jī)床完成加工。數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖1-9所示。其基本組成為微機(jī)基本系統(tǒng)和接口電路，伺服系統(tǒng)的基本組成為速度伺服單元和伺服電動機(jī)。圖1-9數(shù)控系統(tǒng)框圖

2.常用數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)有不同的品牌、不同的種類，其指令代碼中的基本代碼也不完全相同。數(shù)控系統(tǒng)之間的不同指令對學(xué)習(xí)編程是一大障礙，因為學(xué)習(xí)的數(shù)控系統(tǒng)如果和操作使用的數(shù)控系統(tǒng)不一樣，則編好的程序在數(shù)控系統(tǒng)不相同的機(jī)床上將不能使用。因此，在數(shù)控機(jī)床實際編程時，一定要遵循一個前提：編程前一定要仔細(xì)閱讀機(jī)床編程說明書。這樣才能保證所編程序與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)相適應(yīng)，不會因為指令錯誤而發(fā)生加工錯誤。

3.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展

在20世紀(jì)40年代，隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對零件的加工質(zhì)量要求越來越高，零件的形狀越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法已無法達(dá)到零件要求，迫切需要新的加工方法的出現(xiàn)。1948年，美國帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升飛機(jī)葉片輪廓檢查用樣板的加工機(jī)床時，首先提出了數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。后來由美國空軍委托帕森斯公司和麻省理工學(xué)院進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的研制工作，歷時三年，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機(jī)床——三坐標(biāo)聯(lián)動立式數(shù)控銑床。

數(shù)控機(jī)床的功能越來越強(qiáng)，從單一功能到復(fù)合功能，從數(shù)控車床到車削中心，從數(shù)控銑床到加工中心，從單軸到多軸，從立式或臥式到立臥轉(zhuǎn)換，以至于到車銑中心。目前，數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高可靠性、多功能、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化及其開放性等技術(shù)方向發(fā)展。

第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)

一、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成和特點典型數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、自動換刀裝置及其他機(jī)械功能部件等幾部分組成。

(1)基礎(chǔ)件。數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件通常是指床身、立柱(或橫梁)、工作臺、底座等結(jié)構(gòu)件，是機(jī)床的基本框架。其他部件附著在基礎(chǔ)件上，有的部件還需要沿著基礎(chǔ)件運動。由于基礎(chǔ)件起著支承和導(dǎo)向的作用，因而對基礎(chǔ)件的基本要求是剛度好。此外，由于基礎(chǔ)件通常固有頻率較低，在設(shè)計時，還希望它的固有頻率能高一些，阻尼能大一些。

(2)主傳動系統(tǒng)。和傳統(tǒng)機(jī)床一樣，數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)將動力傳遞給主軸，保證系統(tǒng)具有切削所需要的轉(zhuǎn)矩和速度。但由于數(shù)控機(jī)床具有比傳統(tǒng)機(jī)床更高的切削性能，因而要求數(shù)控機(jī)床的主軸部件具有更高的回轉(zhuǎn)精度、更好的結(jié)構(gòu)剛度和抗振性能。

(3)進(jìn)給傳動系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)械結(jié)構(gòu)是直接接收計算機(jī)發(fā)出的控制指令，實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動的進(jìn)給和定位，對機(jī)床的運行精度和質(zhì)量影響最明顯。因此，對數(shù)控機(jī)床傳動系統(tǒng)的主要要求是精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)的能力，即要求它能盡快地根據(jù)控制指令，穩(wěn)定地達(dá)到所需的加工速度和位置精度，并盡量少地出現(xiàn)振蕩和超調(diào)現(xiàn)象。

(4)回轉(zhuǎn)工作臺。根據(jù)工作要求可將回轉(zhuǎn)工作臺分成兩種類型，即數(shù)控轉(zhuǎn)臺和分度轉(zhuǎn)臺。數(shù)控轉(zhuǎn)臺在加工過程中參與切削，相當(dāng)于進(jìn)給運動坐標(biāo)軸，因而對它的要求和進(jìn)給傳動系統(tǒng)的要求是一樣的。分度轉(zhuǎn)臺只完成分度運動，其主要具備分度精度指標(biāo)和在切削力作用下保持位置不變的能力。轉(zhuǎn)塔刀架在原理和結(jié)構(gòu)上都和分度轉(zhuǎn)臺類似。

(5)自動換刀裝置。為了在—次安裝后能盡可能多地完成同一工件不同部位的加工要求，并盡可能減少數(shù)控機(jī)床的非故障停機(jī)時間，數(shù)控加工中心的機(jī)床常具有自動換刀裝置和自動化托盤交換裝置。對自動換刀裝置的基本要求主要是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。

(6)其他機(jī)械功能部件。這主要指潤滑、冷卻、排屑和監(jiān)控機(jī)構(gòu)。由于數(shù)控機(jī)床是生產(chǎn)效率極高并可以長時間實現(xiàn)自動化加工的機(jī)床，因而潤滑、冷卻、排屑問題比傳統(tǒng)機(jī)床更為突出。大切削量的加工需要強(qiáng)力冷卻和及時排屑，冷卻不足或排屑不暢會嚴(yán)重影響刀具的壽命，甚至使得加工無法繼續(xù)進(jìn)行。大量冷卻和潤滑的作用還對系統(tǒng)的密封和防漏提出了更高的要求，從而導(dǎo)致半封閉、全封閉結(jié)構(gòu)的機(jī)床出現(xiàn)。

為滿足數(shù)控機(jī)床的高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，在設(shè)計和制造數(shù)控機(jī)床的過程中，在機(jī)床的機(jī)械傳動和結(jié)構(gòu)方面采取了許多相應(yīng)的措施，這就使得數(shù)控機(jī)床與同類的普通機(jī)床在結(jié)構(gòu)上雖然十分相似，但兩者之間實際存在很大的差異。這些差異主要包括：

(1)機(jī)床的支承件應(yīng)有更高的靜、動剛度，以及更好的抗振性。

(2)采用在效率、剛度、精度等方面較優(yōu)良的傳動副，如滾珠絲杠-螺母副、靜壓絲杠-螺母副等。

(3)采用消除間隙的傳動副，以消除傳動鏈中反向空行程死區(qū)，提高伺服性能。

(4)采用自動換刀和自動更換工件裝置，以減少停機(jī)時間。

(5)采用多主軸、多刀架的結(jié)構(gòu)，以提高單位時間的切削效率。

(6)采用自動排屑、自動潤滑和冷卻等裝置。

(7)采取措施減小機(jī)床的熱變形，保證機(jī)床的精度穩(wěn)定，獲得可靠的加工質(zhì)量。

二、提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度

根據(jù)床身所受載荷性質(zhì)的不同，床身剛度分為靜剛度和動剛度。床身的靜剛度包括支承件的自身機(jī)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，靜剛度直接影響機(jī)床的加工精度及其生產(chǎn)率。動剛度直接反映機(jī)床的動態(tài)特征，其表征機(jī)床在交變載荷作用下所具有的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自振動的能力。靜剛度和固有頻率是影響動剛度的重要因素。數(shù)控機(jī)床要求具有更高的靜剛度和動剛度。

機(jī)床在加工過程中，承受各種外力的作用。承受的靜態(tài)力有運動部件和工件的自重，承受的動態(tài)力有切削力、驅(qū)動力、加速和減速所引起的慣性力、摩擦阻力等。機(jī)床的各個部件在這些力的作用下，將產(chǎn)生變形。如固定連接表面或運動嚙合表面的接觸變形，各支承零部件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支承件的局部變形等，這些變形都會直接或間接地影響刀具和工件之間的相對位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響機(jī)床切削過程的特性。

1.合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式

1)正確選擇截面的形狀和尺寸

構(gòu)件在承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷后，其變形大小取決于斷面的抗彎和扭轉(zhuǎn)慣性矩，抗彎和扭轉(zhuǎn)慣性矩大的其剛度就高。表1-1列出了在截面面積相同(即重力相同)時各斷面形狀的慣性矩，從表中的數(shù)據(jù)可知，形狀相同的截面，當(dāng)保持相同的截面面積時，應(yīng)減小壁厚、加大截面的輪廓尺寸；圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大，抗彎剛度則比方形截面的小，封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多；壁上開孔將使剛度下降，在孔周加上凸緣可使抗彎剛度得到恢復(fù)。

2)合理選擇及布置隔板和筋條

隔板的作用是將支承板的局部載荷傳遞給其他壁板，從而使整個支承件承受載荷，提高支承件的自身剛度。合理布置承重件的隔板和筋條，可提高構(gòu)件的靜、動剛度。常見的筋條如圖1-10所示，其中以蜂窩狀加強(qiáng)筋較好。圖1-10筋條種類

對一些薄壁構(gòu)件，為減小壁面的翹曲和構(gòu)件截面的畸變，可以在壁板上設(shè)置如圖1-11所示的筋條。如圖1-11(a)所示，它除了能提高構(gòu)件的剛度外，還能減小鑄造時的收縮應(yīng)力。圖1-11薄壁板上的筋條

最常見的隔板形狀為T形、門形、V形等，如圖1-12所示。圖1-12隔板形狀

3)提高構(gòu)件的局部剛度

機(jī)床的導(dǎo)軌和支承件的連接部件，往往是局部剛度最弱的部分，但是連接方式對局部剛度的影響很大，需增加導(dǎo)軌與支承件的連接部分的剛度。支承件在連接處抵抗變形的能力,稱為支承件的連接剛度。如圖1-13所示為導(dǎo)軌和床身連接的幾種形式。當(dāng)導(dǎo)軌的尺寸較寬時，應(yīng)用雙壁連接形式，如圖1-13(d)、(e)、(f)所示；當(dāng)導(dǎo)軌較窄時，可用單壁或加厚的單壁連接，或者在單壁上增加垂直筋條以提高剛度。圖1-13導(dǎo)軌與床身的連接形式

4)增加機(jī)床各部件的接觸剛度和承載能力

在機(jī)床各部件的固定連接面和運動副的結(jié)合面之間，總會存在宏觀和微觀不平，兩個面之間真正接觸的只是一些高點，實際接觸面積小于兩接觸表面的面積，因此，在承載時，作用于這些接觸點的壓強(qiáng)要比平均壓強(qiáng)大得多，從而產(chǎn)生接觸變形。由于機(jī)床總有為數(shù)較多的靜、動連接面，如果不注意提高接觸剛度，則各連接面的接觸變形就會大大降低機(jī)床的整體剛度，對加工精度產(chǎn)生非常不利的影響。

影響接觸剛度的根本因素是實際接觸面積的大小，任何增大實際接觸面積的方法都能有效地提高接觸剛度。如機(jī)床的導(dǎo)軌常采用人工鏟刮工藝作為最終的精加工工序，通過刮研可以增加單位面積上的接觸點，并使接觸點分布均勻，從而增加導(dǎo)軌副結(jié)合面的實際接觸面積，提高接觸剛度；又如采用滾動軸承作為支承的主軸部件，都要設(shè)計預(yù)緊結(jié)構(gòu)來調(diào)整軸承間隙，使軸承在有預(yù)加載荷的條件下運轉(zhuǎn)，以提高主軸的支承剛度。預(yù)加載荷增大了實際接觸點的面積，從而達(dá)到提高接觸剛度的目的；采用螺紋緊固的固定連接面，合理布置一定數(shù)量的螺栓，并對螺栓的擰緊力矩提出嚴(yán)格要求以保證適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，也是為提高接觸剛度而常采用的措施。

5)采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)

機(jī)床的床身、立柱等支承件，采用鋼板和型鋼焊接而成，具有減小質(zhì)量提高剛度的顯著優(yōu)點。鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件與鑄件的剛度相同，則焊接件的壁厚只需鑄件的1/2；如果要求局部剛度相同，則因局部剛度與壁厚的三次方成正比，所以焊接件的壁厚只需鑄件壁厚的80%左右。此外，無論是剛度相同以減輕質(zhì)量，或者質(zhì)量相同以提高剛度，都可以提高構(gòu)件的諧振頻率，使共振不易發(fā)生。

用鋼板焊接有可能將構(gòu)件做成封閉的箱形結(jié)構(gòu)，從而有利于提高構(gòu)件的剛度。所以，近年來以鋼板焊接結(jié)構(gòu)代替鑄鐵件的趨勢不斷擴(kuò)大，從開始在單件和小批量的重型和超重型機(jī)床上的應(yīng)用，逐步發(fā)展到有一定批量的中型機(jī)床。

2.合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度

機(jī)床的總體布局直接影響到機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能。合理選擇機(jī)床布局，不但可以使機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單、合理、經(jīng)濟(jì)，而且能提高機(jī)床剛度，改善機(jī)床受力情況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，使機(jī)床滿足數(shù)控化的要求。

以臥式鏜床或臥式加工中心為例進(jìn)行分析，如圖1-14所示的幾種布局形式中，如圖(a)、(b)、(c)三種方案的主軸箱是單面懸掛在立柱側(cè)面，主軸箱的自重將使立柱產(chǎn)生彎曲變形；切削力將使立柱產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，這些變形將影響到加工精度；圖(d)的主軸箱中心位于立柱的對稱面內(nèi)，主軸箱的自重不再引起立柱的變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小，這就相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。圖1-14臥式加工中心的幾種布局形式(a)、(b)、(c)主軸箱單面懸掛在立柱側(cè)面；(d)主軸箱位于立柱對稱面內(nèi)

數(shù)控機(jī)床的拖板或工作臺，由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，厚度尺寸不能設(shè)計得太大，但是寬度或跨度又不能減小，因而剛度不足。為彌補這個缺陷，除主導(dǎo)軌外，在懸伸部位增設(shè)輔助導(dǎo)軌，可大大提高拖板或工作臺的剛度。如圖1-15所示為采用輔助導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)實例。圖1-15采用輔助導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

3.采取補償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施

當(dāng)測量機(jī)床著力點的相對變形的大小和方向，或者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī)律時，可以采取相應(yīng)的措施來補償變形以消除其影響，補償?shù)慕Y(jié)果相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。圖1-16(a)所示的大型龍門銑床與主軸部件移到橫梁的中部時，橫梁的彎曲變形最大。為此，可將橫梁導(dǎo)軌做成“拱形”，即中部為凸起的拋物線形，可使其變形得到補償?；蛘咄ㄟ^在橫梁內(nèi)部安裝的輔助橫梁和預(yù)校正螺釘對主導(dǎo)軌進(jìn)行預(yù)校正，也可以用加平衡重的辦法，減少橫梁同主軸箱自重而產(chǎn)生的變形，如圖1-16(b)所示。圖1-16采用平衡裝置補償部件變形

三、數(shù)控機(jī)床主軸部件

主軸部件是機(jī)床的一個關(guān)鍵部件，它包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響加工質(zhì)量。

1.主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀

主軸的軸端用于安裝夾具和刀具，要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位剛度好、裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。在設(shè)計要求上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標(biāo)準(zhǔn)化。

數(shù)控車床的主軸端部結(jié)構(gòu)一般采用短圓錐法蘭盤式。短圓錐法蘭結(jié)構(gòu)有很高的定心精度，主軸的懸伸長度短，大大提高了主軸的剛度。加工中心主軸如圖1-17所示。其他類型機(jī)床的主軸軸端結(jié)構(gòu)見表1-2所示。圖1-17加工中心主軸

2)主軸部件的支承

機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運動能傳遞切削扭矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。

(1)主軸部件常用滾動軸承的類型：包括錐孔雙列圓柱滾子軸承、雙列推力向心球軸承、雙列圓錐滾子軸承、帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承等。

圖1-18(a)為錐孔雙列圓柱滾子軸承，內(nèi)圈為1∶12的錐孔，當(dāng)內(nèi)圈沿錐形軸作軸向移動時，內(nèi)圈脹大，可以調(diào)整滾道間隙。特點：滾子數(shù)量多，兩列滾子交錯排列，因此承載能力大，剛性好，允許轉(zhuǎn)速較高。但它對箱體孔、主軸頸的加工精度要求高，且只能承受徑向載荷。

圖1-18(b)為雙列推力向心球軸承，接觸角為60°。這種軸承的球徑小、數(shù)量多，允許轉(zhuǎn)速高，軸向剛度較高，能承受雙向載荷。該種軸承一般與雙列圓柱滾子軸承配套用作主軸的前支承。

圖1-18(c)為雙列圓錐滾子軸承。這種軸承的特點是內(nèi)、外列滾子數(shù)量相差一個，能使振動頻率不一致，因此，可以改善軸承的動態(tài)性能。該軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，通常用作主軸的前支承。

圖1-18(d)為帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承。這種軸承的結(jié)構(gòu)和圖1-18(c)相似，特點是滾子做成空心，因此能進(jìn)行有效潤滑和冷卻；此外，還能在承受沖擊載荷時產(chǎn)生微小變形，增加接觸面積，起到有效的吸振和緩沖作用。常見滾動軸承的性能比較見表1-3。

圖1-18常用的主軸軸承

(2)滾動軸承的精度。主軸部件所用滾動軸承的精度有：高級E、精密級D、特精級C和超精級B。前軸承的精度一般比后支承的精度高一級，也可以用相同的精度等級。普通精度的機(jī)床通常前支承取C、D級，后支承用D、E級。特高精度的機(jī)床前后支承均用B級精度。

3)主軸滾動軸承的配置

合理配置軸承，對提高主軸部件的精度和剛度、降低支承溫升、簡化支承結(jié)構(gòu)有很大的作用。主軸的前后支承均應(yīng)有承受徑向載荷的軸承，承受軸向力的軸承的配置主要根據(jù)主軸部件的工作精度、剛度、溫升和支承結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素來決定。

一般中、小型數(shù)控機(jī)床的主軸部件多數(shù)采用滾動軸承作為主軸支承，目前主要有以下四種配置方式，如圖1-19所示。圖1-19數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置方式

(1)前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列推力向心球軸承組合，如圖1-19(a)所示。

(2)如圖1-19(b)所示，前軸承采用成組推力角接觸球軸承，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用雙列圓柱滾子軸承。

(3)前支承采用高精度雙列推力向心球軸承，如圖1-19(c)所示。

(4)前、后軸承采用雙列和單列圓錐滾子軸承，如圖1-19(d)所示。

4)主軸滾動軸承的預(yù)緊

為了提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減少機(jī)床工作時軸的振動，常采用預(yù)緊的滾動軸承。主軸軸承的內(nèi)部間隙必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體與滾道之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊

軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更為均勻，這些都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性，但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高，且太大的預(yù)緊將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。

(1)雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊。這種軸承是靠內(nèi)孔的錐面，使內(nèi)圈徑向脹大實現(xiàn)預(yù)緊的，故稱徑向預(yù)緊。衡量預(yù)緊量大小的是滾子包絡(luò)圓直徑D2(見圖1-20(a))與外圈滾道直徑D1之差Δ=D2－D1。將Δ稱為徑向預(yù)緊量或簡稱預(yù)緊量，單位為μm。裝配時，把外圈裝入殼體孔內(nèi)，測出D1。先不裝隔套(見圖1-20(b))，把內(nèi)圈裝上主軸，擰動螺母，用專門的包絡(luò)圓測量儀測量滾動體的包絡(luò)圓直徑，直到使它比D1大Δ，測出距離τ，按τ值研磨隔套的厚度。裝上隔套，擰緊螺母，便可得到預(yù)定的預(yù)緊量。

(2)角接觸軸承的預(yù)緊。這種軸承是在軸向力Fa0的作用下，使內(nèi)、外圈產(chǎn)生軸向錯位以實現(xiàn)預(yù)緊(見圖1-20(c))。衡量預(yù)緊大小的是軸向預(yù)緊力Fa0，簡稱預(yù)緊力，單位為N。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊、重預(yù)緊幾級預(yù)緊。訂貨時可指定預(yù)緊級別。軸承廠在內(nèi)圈(背靠背組配，見圖1-20(d))或外圈(面對面組配，見圖1-20(e))的端面根據(jù)預(yù)緊力磨去δ。裝配時通過擠緊便可得到預(yù)定的預(yù)緊力，如果兩個軸承間需隔開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)、外隔套，在軸向載荷作用下，不受力側(cè)軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。圖1-20軸承預(yù)緊

5)主軸的材料和熱處理

主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。主軸材料常采用的有45鋼、38CrMoAlA、GCr15、9Mn2V，需經(jīng)滲氮和感應(yīng)淬火。

2.立式加工中心主軸部件

如圖1-21所示為立式加工中心主軸箱的結(jié)構(gòu)簡圖。主軸為中空外圓柱零件，前端裝定向鍵，與刀柄配合部位采用7∶24的錐度。為了保證主軸部件剛度，前支承由三個C級向心推力角接觸球軸承4組成，前兩個大口朝上，承受切削力，提高主軸剛度，后一個大口朝下，后支承采用兩個D級向心推力角接觸球軸承6，小口相對，后支承僅承受徑向載荷，故外圈軸向不定位。軸承采用油脂潤滑。

刀具自動拉緊與松開機(jī)構(gòu)及切屑清除裝置裝在主軸內(nèi)孔中，刀夾自動拉與緊松開機(jī)構(gòu)由拉桿7和頭部的四個5/16英寸(1英寸＝25.4mm)鋼球3、蝶形彈簧8、活塞10和圓柱螺旋彈簧9組成。夾緊時，活塞10的上端無油壓，彈簧9使活塞10向上移到圖示位置。蝶形彈簧8使拉桿7上移至圖示位置，鋼球進(jìn)入刀桿尾部拉釘2的環(huán)形槽內(nèi)，將刀桿拉緊。當(dāng)需松開刀柄時，液壓缸的上腔進(jìn)油，活塞10向下移動壓縮彈簧9，并推動拉桿7向下移動。與此同時，蝶形彈簧8被壓縮。鋼球隨拉桿一起向下移動。移至主軸孔徑較大處時，便松開刀桿，刀具連同刀桿將一起被機(jī)械手拔出。圖1-21立式加工中心主軸箱結(jié)構(gòu)簡圖

該機(jī)床用鋼球拉緊刀柄，此拉緊方法的缺點是接觸應(yīng)力太大，易將主軸孔和刀柄壓出坑痕，改進(jìn)后的刀桿拉緊機(jī)構(gòu)采用彈力卡爪?？ㄗτ蓛砂杲M成，裝在拉桿1的下端，如圖1-22所示。夾緊刀具時，拉桿1帶動彈力卡爪2上移，卡爪下端的外周是錐面B，與套3的錐孔相配合使爪收緊，從而卡緊刀柄。這種卡爪與刀柄的接合面A與拉力垂直，故拉緊力較大?？ㄗεc刀柄為面接觸，接觸應(yīng)力較小，不易壓潰。圖1-22改進(jìn)后的刀柄拉緊機(jī)構(gòu)1—拉桿；2—卡爪；3—套

活塞10對蝶形彈簧8的壓力如果作用在主軸上，并傳至主軸的支承，使主軸承受附加的載荷，這樣不利于主軸支承的工作。因此采用了卸荷結(jié)構(gòu)，使對蝶形彈簧8的壓力轉(zhuǎn)化為內(nèi)力，不致傳遞到主軸的支承上去。圖1-23為其卸荷結(jié)構(gòu)。圖1-23卸荷結(jié)構(gòu)1—螺母；2—箱體；3—連接座；4—彈簧；5—螺釘；6—油缸體；7—活塞桿；8—拉桿；9—套環(huán)；10—墊圈

3.主軸的準(zhǔn)停裝置

為了保證刀具在主軸中的準(zhǔn)確定位，提高機(jī)床的工作效率和自動化程度，多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有主軸準(zhǔn)停功能。所謂準(zhǔn)停，就是當(dāng)主軸停轉(zhuǎn)進(jìn)行刀具交換時，主軸需停在一個固定不變的方位上，因而保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對正端面鍵。

目前準(zhǔn)停裝置很多，主要分電氣定向式和機(jī)械控制式兩種形式。

(1)電氣定向式主軸準(zhǔn)停裝置?，F(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)簡單，動作迅速、可靠，精度和剛度較高。在主軸上或與主軸有傳動聯(lián)系的傳動軸上安裝位置編碼器或磁性傳感器，配合直流或交流調(diào)速電機(jī)實現(xiàn)純電氣定向準(zhǔn)停。電氣定向式主軸準(zhǔn)停裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1-24所示。圖1-24電氣定向式主軸準(zhǔn)停裝置結(jié)構(gòu)原理圖1—多楔帶輪；2—磁傳感器；3—永久磁鐵；4—墊片；5—主軸

(2)機(jī)械控制式主軸準(zhǔn)停裝置。機(jī)械控制式主軸準(zhǔn)停裝置采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)或光電盤方式進(jìn)行粗定位，然后由一個液動或氣動的定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽實現(xiàn)精確定位，完成換刀后定位銷退出，主軸才開始旋轉(zhuǎn)。這種傳統(tǒng)方法定位比較可靠、精確，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在早期數(shù)控機(jī)床上使用較多。

四、進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)

1.進(jìn)給運動的要求

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，包括引導(dǎo)和支承執(zhí)行部件的導(dǎo)軌、絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸桿蝸輪副、齒輪或齒鏈副及其支承部件等。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動是數(shù)字控制的直接對象，不論點位控制還是輪廓控制，被加工工件的最終坐標(biāo)位置精度和輪廓精度都與其傳動結(jié)構(gòu)的幾何精度、傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性密切相關(guān)。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，提高傳動精度和剛度，減小運動部件慣量等。

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)性能和運動精度，必須減小運動件的摩擦阻力和動、靜摩擦力之差。為滿足上述要求，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、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。在減小摩擦阻力的同時，還必須考慮傳動部件要有適當(dāng)?shù)淖枘?，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2)提高傳動精度和剛度

進(jìn)給傳動系統(tǒng)的傳動精度和剛度，從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面考慮，主要取決于傳動間隙以及絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副(圓周進(jìn)給時)及其支承結(jié)構(gòu)的精度和剛度。傳動間隙主要來自傳動齒輪副、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。縮短傳動鏈和在傳動鏈中設(shè)置減速齒輪，也可提高傳動精度。加大絲杠直徑，以及對絲杠螺母副、支承部件、絲杠本身施加預(yù)緊力，是提高傳動剛度的有效措施。剛度不足還會導(dǎo)致工作臺(或拖板)產(chǎn)生爬行和振動。

3)減小運動部件慣量

運動部件的慣量對伺服機(jī)構(gòu)的啟動和制動特性都有影響，尤其是處于高速運轉(zhuǎn)的零部件，其慣量的影響更大。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小運動部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運動部件的慣量。

2.電動機(jī)與絲杠間的連接

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動對位置精度、快速響應(yīng)性能、調(diào)速范圍等有較高的要求。實現(xiàn)進(jìn)給傳動的電動機(jī)主要有三種：步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。目前，步進(jìn)電動機(jī)只用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，直流伺服電動機(jī)在我國正廣泛使用，交流伺服電動機(jī)作為比較理想的傳動元件正逐步替代直流伺服電動機(jī)。當(dāng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用不同的傳動元件時，其傳動結(jié)構(gòu)有所不同。電動機(jī)與絲杠間的連接主要有三種形式，如圖1-25所示。

1)齒輪傳動方式

如圖1-25(a)所示，數(shù)控機(jī)床在進(jìn)給傳動裝置中一般采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比要求。進(jìn)給系統(tǒng)采用齒輪傳動裝置，是為了使絲杠、工作臺的慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重；同時可使高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服驅(qū)動裝置的輸出變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大扭矩，從而適應(yīng)驅(qū)動執(zhí)行件的需要；另外，在開環(huán)系統(tǒng)中還可計算所需的脈沖當(dāng)量。在設(shè)計齒輪傳動裝置時，除了要考慮滿足強(qiáng)度、精度之外，還應(yīng)考慮其速比分配及傳動級數(shù)對傳動件的轉(zhuǎn)動慣量和執(zhí)行件的傳動的影響。

增加傳動級數(shù)，可以減小轉(zhuǎn)動慣量，但級數(shù)增加，使傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動效率，增大了噪聲，同時也加大了傳動間隙和摩擦損失，對伺服系統(tǒng)不利。因此，不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量來選取傳動級數(shù)，要綜合考慮，選取最佳的傳動級數(shù)和各級的速比。齒輪速比分配及傳動級數(shù)對失動的影響規(guī)律為：級數(shù)愈多，存在傳動間隙的可能性愈大；若傳動鏈中的齒輪速比按遞減原則分配，則傳動鏈的起始端的間隙影響較小，末端的間隙影響大。

圖1-25電動機(jī)與絲杠的連接形式

2)同步帶輪傳動形式

如圖1-25(b)所示，這種連接形式的結(jié)構(gòu)較為簡單。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只能適用于低扭矩特性要求的場合，安裝時對中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪的制造工藝復(fù)雜。

3)聯(lián)軸器傳動形式

如圖1-25(c)所示，通常電動機(jī)軸和絲杠之間采用錐環(huán)無鍵連接或高精度十字連軸器連接，從而使進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了傳動結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動中，普遍采用這種連接形式。

3.消除傳動齒輪間隙的措施

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)間隙會造成反向傳動間隙。對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由于有反饋作用，滯后量雖可得到補償，但反向時會使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。在開環(huán)系統(tǒng)中會造成進(jìn)給運動的位移值滯后于指令值；反向時，會出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度。

因此，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的傳動齒輪必須盡可能地消除相嚙合齒輪之間的傳動間隙，否則在進(jìn)給系統(tǒng)的每次反向之后就會使運動滯后于指令信號，影響加工精度。在設(shè)計時必須采取相應(yīng)的措施，使間隙減小到允許的范圍內(nèi)，通常采取下列方法消除間隙。

1)剛性調(diào)整法

剛性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整法，因此，齒輪的周節(jié)公差及齒厚要嚴(yán)格控制，否則影響傳動的靈活性。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)比較簡單，具有較好的傳動剛度。具體方法有偏心軸調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法。

(1)偏心軸調(diào)整法。如圖1-26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。圖1-26偏心軸消隙結(jié)構(gòu)

(2)軸向墊片調(diào)整法。如圖1-27(a)所示，一對嚙合的圓柱齒輪，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的軸向相對位置，從而消除齒側(cè)間隙。如圖1-27(b)所示，在兩個薄片斜齒輪5和6之間加一墊片3，改變墊片的厚度t，薄片斜齒輪5和6的螺旋線就會錯位，這樣薄片斜齒輪5和6分別與寬斜齒輪4的齒槽左、右側(cè)面相互貼緊，從而消除了齒側(cè)間隙。圖1-27軸向墊片消隙結(jié)構(gòu)

2)柔性調(diào)整法

柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍可自動補償?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，仍能保持無間隙嚙合。但這種調(diào)整方法的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，軸向尺寸大，傳動剛度低，傳動的平穩(wěn)性也較差。

(1)軸向壓簧調(diào)整法。如圖1-28所示，兩個薄片斜齒輪1和2用鍵4套在軸6上，用螺母5來調(diào)節(jié)壓力彈簧3的軸向壓力，使薄片斜齒輪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)，過松消除不了間隙，過緊則加速齒輪的磨損。圖1-28軸向壓簧消隙結(jié)構(gòu)

(2)周向彈簧調(diào)整法。如圖1-29所示，兩個齒數(shù)相同的薄片齒輪1和2與另一個寬齒輪相嚙合，齒輪1空套在齒輪2上可以相對回轉(zhuǎn)。每個齒輪端面分別均勻裝有四個螺紋凸耳3和8，齒輪1的端面還有四個通孔，凸耳8可以從中穿過，彈簧4分別鉤在調(diào)節(jié)螺釘7和凸耳3上。轉(zhuǎn)動螺母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1-29周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)

4.滾珠絲杠螺母副

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動鏈中，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的方法很多，如滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、靜壓蝸桿螺母條副和齒輪齒條副等。其中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介質(zhì)，實現(xiàn)運動相互轉(zhuǎn)換的一種傳動元件，是數(shù)控設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)中的典型機(jī)構(gòu)之一。

1)工作原理與特點

滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖1-30所示，絲杠1和螺母3上都加工有半圓弧形的螺旋槽，它們套裝在一起時便形成滾珠的螺旋滾道。滾道內(nèi)裝滿滾珠2，當(dāng)絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈后通過回程引導(dǎo)裝置4又逐個地滾回絲杠和螺母之間，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動。圖1-30滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)原理圖

滾珠絲杠螺母副具有以下特點：

(1)摩擦損失小，傳動效率高，可達(dá)0.90～0.96；

(2)絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動剛度；

(3)摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，且磨損小、壽命長、精度保持性好；

(4)不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。因此絲杠立式使用時，應(yīng)增加制動裝置。

2)滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式

常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。

(1)外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸。該方式按滾珠循環(huán)時的返回方式又分為插管式和螺旋槽式。圖1-31(a)為常用的插管式，它用彎管作為返回通道；圖1-31(b)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)式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、承載能力高，但徑向尺寸大，目前使用較廣泛，也可用于重載傳動系統(tǒng)。其缺點是滾道接縫處很難做得平滑，從而影響滾珠滾動的平穩(wěn)性。圖1-31外循環(huán)方式原理圖

(2)內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸。內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)。如圖1-32所示，內(nèi)循環(huán)靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道。反向器上銑有S形反向槽，將相鄰兩螺紋滾道連接起來，滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠頂牙進(jìn)入相鄰滾道，實現(xiàn)循環(huán)。圖1-32內(nèi)循環(huán)方式原理圖

3)滾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相對轉(zhuǎn)動時的最大軸向竄動，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位移。滾珠絲杠螺母副的軸向間隙將直接影響其傳動精度和傳動剛度，尤其是反向傳動精度，因此，必須對軸向間隙提出嚴(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)形式有以下三種。

(1)雙螺母墊片調(diào)隙式。通過改變調(diào)整墊片的厚度使左、右兩個螺母產(chǎn)生軸向位移，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。如圖1-33所示，這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛性好、拆裝方便等優(yōu)點，但調(diào)整較費時，且不能在工作中隨意調(diào)整。滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊，僅適應(yīng)于一般精度的數(shù)控機(jī)床。圖1-33雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

(2)雙螺母齒差調(diào)隙式。如圖1-34所示，在兩個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，通過螺釘和銷固定在套筒的兩端。調(diào)整時先將兩個內(nèi)齒圈取下，根據(jù)間隙大小使螺母5和2分別在相同方向轉(zhuǎn)過一個或幾個齒，通過調(diào)整兩個螺母之間的距離達(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、可靠，并可以預(yù)先計算出精確的調(diào)整量，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動。圖1-34雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

(3)雙螺母螺紋調(diào)隙式。如圖1-35所示，左螺母外端有凸緣，右螺母外端沒有凸緣而制有螺紋，并用兩個圓螺母固定，使用平鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動，擰動內(nèi)側(cè)圓螺母可將左螺母沿軸向移動一定距離，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)簡單、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點，但調(diào)整精度較差。圖1-35雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

4)滾珠絲杠螺母副的選用

根據(jù)JB3162.2－82標(biāo)準(zhǔn)，滾珠絲杠螺母副的精度分成C、D、E、F、G、H六個等級，最高精度為C級，最低精度為H級；而JB3162.2－91標(biāo)準(zhǔn)將滾珠絲杠螺母副的精度分成1、2、3、4、5、7、10七個等級，最高精度為1級，最低精度為10級。

在設(shè)計和選用滾珠絲杠螺母副時，首先要確定螺距t、名義直徑D0、滾珠直徑d等主要參數(shù)。在確定后兩個參數(shù)時，采用與驗算滾珠軸承相似的方法，即規(guī)定在最大軸向載荷Q作用下，滾珠絲杠能以33.3r/min的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)500h(小時)而不出現(xiàn)點蝕。

五、數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌

機(jī)床導(dǎo)軌是兩個相對運動部件的結(jié)合面組成的滑動副，是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機(jī)床上的運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁等零件上的導(dǎo)軌而運動，導(dǎo)軌的功用可概括為導(dǎo)向和支撐作用。因此，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、機(jī)床高速進(jìn)給時不振動、低速進(jìn)給時不爬行、有高的靈敏度、能在重載下長期連續(xù)工作、有高的耐磨性、有良好的精度保持性，等等。

所以對數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌要求應(yīng)有：

(1)一定的導(dǎo)向精度；

(2)良好的精度保持性；

(3)足夠的剛度；

(4)良好的耐摩擦性；

(5)良好的低速平穩(wěn)性。

表1-4概括介紹了各種類型機(jī)床工作臺導(dǎo)軌的性能。

盡管導(dǎo)軌系統(tǒng)的形式是多種多樣的，但工作性質(zhì)都是相同的，機(jī)床工作部件在指定導(dǎo)軌系統(tǒng)上移動，體現(xiàn)為如下三種基本功能：

(1)為承載體提供運動導(dǎo)向。

(2)為承載體提供光滑的運動表面。

(3)把機(jī)床的切削所產(chǎn)生的力傳到地基或床身上，減少由此產(chǎn)生的沖擊對工件的影響。

1.滾動導(dǎo)軌

滾動導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌工作面之間安排滾動體，使導(dǎo)軌面之間為滾動摩擦。滾動導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小(一般在0.003左右)，動、靜摩擦系數(shù)相差小，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的行程一般較長，因此滾動體必須循環(huán)。滾動導(dǎo)軌運動輕便靈活，所需功率小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好，低速運動平穩(wěn)，移動精度和定位精度都較高，且?guī)缀醪皇苓\動變化的影響；但滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，抗震性差。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的滾動導(dǎo)軌有滾動導(dǎo)軌塊和直線滾動導(dǎo)軌副兩種。直線滾動導(dǎo)軌副一般用滾珠作滾動體，滾動導(dǎo)軌塊用滾子作滾動體。

1)滾動導(dǎo)軌塊

滾動導(dǎo)軌塊又稱滾動導(dǎo)軌支承塊，是一種滾動體作循環(huán)運動的滾動導(dǎo)軌，多用于中等負(fù)荷，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-36所示。端蓋2與導(dǎo)向片4引導(dǎo)滾動體(滾柱3)返回。使用時，滾動導(dǎo)軌塊安裝在運動部件的導(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)運動部件移動時，滾柱3在支承部件的導(dǎo)軌面與本體6之間滾動，同時又繞本體6作循環(huán)滾動，滾柱3與運動部件的導(dǎo)軌面不接觸。圖1-36滾動導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)示意圖

2)直線滾動導(dǎo)軌副

直線滾動導(dǎo)軌副又稱單元式直線滾動導(dǎo)軌，如圖1-37所示，是近幾年來新出現(xiàn)的一種滾動導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-38所示。它由導(dǎo)軌、滑塊、滾珠、密封端蓋等組成。使用時，導(dǎo)軌固定在不運動部件上，滑塊固定在運動部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體運動時，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，通過密封端蓋內(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)軌與滑塊之間的移動變成滾珠的滾動。圖1-37直線滾動導(dǎo)軌副圖1-38直線滾動導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)示意圖

直線滾動導(dǎo)軌副一般由生產(chǎn)廠家組裝而成，其突出的優(yōu)點是沒有間隙，與一般滾動導(dǎo)軌副相比較，還有以下特點：

(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)可高速運行，運行速度可大于10m/s；

(4)能長時間保持高精度；

(5)可預(yù)加負(fù)載以提高剛度。

直線滾動導(dǎo)軌副分四個精度等級，即2、3、4、5級，2級精度最高，依次遞減。

2.靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌是指在兩個相對運動的導(dǎo)軌面之間通入具有一定壓力的潤滑油以后，使動導(dǎo)軌微微抬起，在導(dǎo)軌面間充滿潤滑油所形成的油膜，保證導(dǎo)軌面間在液體摩擦狀態(tài)下工作。工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔的油壓隨外加載荷的變化自動調(diào)節(jié)。靜壓導(dǎo)軌的滑動面之間開有油腔，將有一定壓力的油通過節(jié)流器輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運動部件，使導(dǎo)軌工作表面處于純液體摩擦，不產(chǎn)生磨損，精度保持性好。根據(jù)承載的要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開式和閉式兩種。開式靜壓導(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)，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小(一般為0.0005～0.001)，使驅(qū)動功率大大降低，其運動不受速度和負(fù)載的限制，低速無爬行，承載能力大，剛度好；機(jī)械效率高，能長期保持導(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，并需要一個具有良好過濾效果的供油系統(tǒng)，制造成本也較高。此導(dǎo)軌多用于重型數(shù)控機(jī)床。

靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點如下：

(1)由于其導(dǎo)軌的工作面完全處于純液體摩擦下，因而工作時摩擦系數(shù)極低；

(2)導(dǎo)軌的運動不受負(fù)載和速度的限制，且低速時移動均勻，無爬行現(xiàn)象；

(3)由于液體具有吸振作用，因而導(dǎo)軌的抗振性好；

(4)承載能力大、剛性好；

(5)摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升小。

靜壓導(dǎo)軌的缺點為：液體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多了一套液壓系統(tǒng)，成本高，油膜厚度難以保持恒定不變。

1)工作原理

由于承載的要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開式和閉式兩種。其工作原理與靜壓軸承完全相同。開式靜壓導(dǎo)軌的工作原理如圖1-39所示。油經(jīng)液壓泵1吸入，用溢流閥2調(diào)節(jié)供油壓力，再經(jīng)濾油器3，通過節(jié)流器4降壓，(油腔壓力)進(jìn)入導(dǎo)軌的油腔，并通過導(dǎo)軌間隙向外流出，回到油箱。油腔壓力形成浮力將運動導(dǎo)軌5浮起，形成一定的導(dǎo)軌間隙h。當(dāng)載荷增大時，運動導(dǎo)軌5下沉，與支撐導(dǎo)軌6的間隙減小，液阻增加，流量減小，從而油經(jīng)過節(jié)流器時的壓力損失減小，油腔壓力增大，直至與載荷W平衡時為止。圖1-39開式靜壓導(dǎo)軌的原理圖

開式靜壓導(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)軌能承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌剛度也較高，其工作原理如圖1-40所示。當(dāng)運動部件受到顛覆力矩M后，油腔p1、p6間隙減小，p3、p4的間隙增大，由于各相應(yīng)節(jié)流器的作用，使p1、p6升高，p3、p4降低，因此作用在運動部件上的力形成了一個與顛覆力矩方向相反的力矩，從而使運動部件保持平衡。在工作臺受到垂直載荷W時，油腔p1、p4間隙減小，油腔p3、p6間隙增大，使p1、p4升高，p3、p6降低，因此形成的力向上，以平衡載荷W。圖1-40閉式靜壓導(dǎo)軌的原理圖

2)結(jié)構(gòu)形式

靜壓導(dǎo)軌橫截面的幾何形狀一般采用V形與矩形兩種。V形便于導(dǎo)向和回油。矩形便于做成閉式靜壓導(dǎo)軌。油腔的結(jié)構(gòu)對靜壓導(dǎo)軌性能影響很大。

3)節(jié)流器的形式

靜壓導(dǎo)軌節(jié)流器分為固定節(jié)流器和可變節(jié)流器兩種。

3.塑料滑動導(dǎo)軌

滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大的優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易發(fā)生爬行現(xiàn)象。目前僅簡易型數(shù)控機(jī)床使用這種類型的導(dǎo)軌。數(shù)控機(jī)床上常用帶耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌，這種塑料導(dǎo)軌具有摩擦性能良好及壽命長的優(yōu)點。

塑料導(dǎo)軌的床身仍是金屬導(dǎo)軌，它只是在與床身導(dǎo)軌相配的滑動導(dǎo)軌上粘貼上靜、動摩擦系數(shù)基本相同且耐磨、吸振的塑料軟帶，或者在定、動導(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)床上被廣泛使用。常用的塑料導(dǎo)軌有聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨樹脂導(dǎo)軌涂層兩類。

1)聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶

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，國內(nèi)已有牌號為TSF的導(dǎo)軌軟帶生產(chǎn)，以及配套用的DJ膠合劑。這種軟帶有以下特點：

(1)摩擦特性好。采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的摩擦副的摩擦系數(shù)小，靜、動摩擦系數(shù)差別小。這種良好的摩擦特性能防止導(dǎo)軌低速爬行，使運行平穩(wěn)和獲得高的定位精度。

(2)耐磨性好。聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶中含有青銅、二硫化鉬和石墨，本身具有自潤滑作用，對潤滑油的供油量要求不高。此外，塑料質(zhì)地較軟，即便嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不致?lián)p傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌副的使用壽命。

(3)減振性好。塑料的阻尼特性好，其減振消聲的性能對提高導(dǎo)軌副的相對運動速度有很大意義。

(4)工藝性好?？山档蛯φ迟N塑料的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工(銑、刨、磨、刮)，使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。

首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度Ra3.2μm～1.6μm，有時為了起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面加工成0.5mm～1mm深的凹槽，如圖1-41所示，用汽油或金屬清洗或丙酮清洗導(dǎo)軌粘貼面后，用膠合劑黏合導(dǎo)軌軟帶，加壓初固化1h～2h后再合攏到配對的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上施以一定的壓力，并在室溫固化24h后，取下清除余膠即可開油槽和進(jìn)行精加工，由于這類導(dǎo)軌軟帶采用了黏結(jié)方法，故習(xí)慣上稱為“貼塑導(dǎo)軌”。圖1-41軟帶導(dǎo)軌的粘貼

2)環(huán)氧型耐磨樹脂導(dǎo)軌涂層

導(dǎo)軌注塑的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成以膏狀和固化劑組分的雙組分塑料，國內(nèi)牌號為HNT。它有良好的可加工性，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運動導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料，這樣可節(jié)省許多加工工時，故它特別適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。

耐磨導(dǎo)軌涂層的使用工