《數控機床》課件項目6

項目6數控機床的典型機械

結構及功能部件6.1技能解析

6.2項目的引出6.3數控機床的典型機械結構及功能部件概述6.4主傳動系統(tǒng)的典型機械結構及功能部件6.5進給傳動系統(tǒng)的典型機械結構及功能部件6.6數控機床的床身與導軌6.7數控機床的輔助裝置6.8實訓6.1技能解析

(1)熟悉數控機床典型機械結構的種類、功能和特點，掌握數控機床主傳動系統(tǒng)及進給傳動系統(tǒng)的典型結構和原理，了解數控機床常用的輔助裝置。

(2)通過實訓理解數控機床主軸軸承、滾珠絲杠螺母副和直線滾動導軌副的結構和原理，掌握齒輪傳動間隙消除裝置和滾珠絲杠副間隙消除裝置的工作原理。6.2項?目?的?引?出

典型數控機床結構1：

如圖6-1所示為去掉防護裝置的臥式數控車床，主軸單元、回轉刀架、滾珠絲杠副、滾動導軌副及防護裝置等是組成數控車床的主要功能部件。圖6-1臥式數控車床結構圖典型數控機床結構2：

如圖6-2所示為去掉防護裝置的臥式加工中心，主軸單元、滾珠絲杠副、回轉工作臺、刀庫和機械手及防護裝置等是組成臥式加工中心的主要功能部件。圖6-2臥式加工中心結構圖數控系統(tǒng)、主軸單元、滾珠絲杠副、滾動導軌副和輔助裝置等是組成數控機床的重要功能部件。了解和掌握各功能部件的組成、結構特點及工作原理，對操作和維護數控機床具有重要的指導意義。6.3數控機床的典型機械結構及功能部件概述

6.3.1數控機床的機械結構

數控機床可按照預先編制的程序，根據計算機發(fā)出的指令自動進行加工，且在加工過程中不需要進行頻繁的測量和手動補償等人工干預。為避免振動、熱變形、爬行和間隙對加工工件精度的影響，這就要求數控機床機械結構具有較高的靜剛度、動剛度和熱穩(wěn)定性，同時要求數控機床的結構精密、完善且能長時間穩(wěn)定可靠的工作，以滿足重復加工過程。早期的數控機床機械結構繼承了普通機床的結構模式，其零部件的設計方法類似于普通機床。隨著數控機床的發(fā)展，人們對數控機床的生產率、加工精度和使用壽命提出了更高的要求，傳統(tǒng)機床的某些基本結構已不能滿足數控機床技術性能發(fā)揮的要求，故現代數控機床在機械結構上許多地方與普通機床顯著不同，具有獨特的機械結構。數控機床的機械結構主要由主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、床身、導軌和輔助裝置等幾部分組成。主傳動系統(tǒng)與進給傳動系統(tǒng)的性能和精度決定了數控機床本身可能具有的性能和加工精度。如主軸部件支承軸承決定了數控機床的最高轉速可能達到的極限，而軸承的精度決定了主軸的運動精度。床身與導軌用于保證和支承安裝在其上的各零部件的相對位置。6.3.2數控機床機械結構的特點

1．切削功率大，動、靜剛度高

數控機床加工工件是按預先編制的加工程序自動進行的，即在加工過程中，由數控裝置根據程序指令和機床位置檢測裝置的測量結果，控制刀具和工件的相對位置，從而達到控制工件尺寸的目的。機床→刀具→工件的工藝系統(tǒng)彈性變形及產生的誤差，在加工過程中不能進行人為調整和補償。數控機床上通常采用強力切削，最大限度地提高切削效率。因此，要求數控機床的結構具有良好的剛度、抗振能力和承載能力，以便把移動部件的重量和切削力所引起的彈性變形控制在最小限度之內，從而保證所要求的加工精度與表面質量。數控機床主傳動裝置多采用交流或直流電動機拖動，實現無級變速或分段無級變速，利用程序控制主軸的變向和變速，簡化了主傳動系統(tǒng)的機械結構，增大了主軸的調速范圍。

2．精度和靈敏度高

數控機床的運動精度和定位精度不僅受到機床零部件的加工精度和裝配精度、剛度及熱變形的影響，而且與運動件的摩擦特性有關。同時，由于數控機床進給系統(tǒng)設定的脈沖當量(或稱最小設定單位)一般為0.001～0.01mm，故要求運動件能以極低的速度運動。要提高運動精度和定位精度，就必須設法提高進給運動的低速運動的平衡性。采用降低運動件的質量；減少運動件的靜、動摩擦力之差；減少傳動間隙，縮短傳動鏈等措施，以提高傳動精度。數控機床進給傳動裝置中廣泛采用滾珠絲杠傳動和無間隙齒輪傳動，以及摩擦系數很低的貼塑導軌、滾動導軌和靜壓導軌，可減少運動副的摩擦力，提高機床動靜運動的靈敏度和傳動精度。

3．熱穩(wěn)定性好

數控機床的熱變形是影響加工精度的重要因素。引起機床熱變形的熱源主要是機床的內部熱源，如電動機發(fā)熱、摩擦熱以及切削熱等。熱變形影響加工精度的原因，主要是由于熱源分布不均，各處零部件的質量不均勻，形成各部位的溫升不一致，從而產生不均勻的熱膨脹變形，以致影響刀具與工件的相對位置。機床的熱穩(wěn)定性是多方面綜合的結果。數控機床采取減少機床內部熱源和發(fā)熱量，改變機床散熱和隔熱條件，改善的機床結構和布局等措施來減小熱變形，保證機床的精度穩(wěn)定，從而獲得可靠的加工質量。

4．自動化程度高

為了提高數控機床的生產率，在提高切削效率、縮短切削時間的同時，在數控機床上還采取各種措施來縮短輔助時間(包括裝卸刀具、裝卸搬運工件、測量工件尺寸、調整機床等輔助時間)。數控機床采用自動排屑、自動潤滑、冷卻及安全防護裝置等，以減少輔助時間，提高安全防護性能；采用多主軸、多刀架的結構以及自動換刀和自動更換工件裝置，進行多工序加工，以減少停機時間，提高單位時間內的切削效率。

6.4主傳動系統(tǒng)的典型機械結構及功能部件

6.4.1主傳動系統(tǒng)的特點

(1)主軸轉速高，變速范圍廣，并可無級變速。

(2)主軸傳動平穩(wěn)，噪聲低，精度高。

(3)具有良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。6.4.2主軸的傳動方式

1．帶有變速齒輪的主傳動方式

如圖6-3所示，帶有變速齒輪的主傳動是在交流或直流伺服電動機無級變速的基礎上，通過少數幾對齒輪的降速傳動，使主傳動系統(tǒng)成為分段無級變速。這種配置方式在大中型數控機床中應用較多，也有一部分小型數控機床采用這種傳動方式，以獲得強力切削所需的扭矩。圖6-3變速齒輪傳動方式帶有變速齒輪的主傳動方式的優(yōu)點是能夠確保低速時輸出大扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，而且變速范圍廣；其缺點是結構復雜，需增加潤滑和溫度冷卻系統(tǒng)，成本較高。

帶有變速齒輪的主傳動方式常用的變速操縱方法有液壓撥叉變速和電磁離合器變速，在一些簡易或教學型數控機床中采用手動換擋變速。

1)液壓撥叉變速

變速機構中滑移齒輪的移位采用液壓缸和撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實現。如圖6-4所示為三位液壓撥叉的工作原理圖?；讫X輪的撥叉與變速液壓缸的活塞桿連接，通過改變不同通油方式可以使三聯齒輪獲得三個變速位置，帶動滑移齒輪移動實現變速。圖6-4三位液壓撥叉的工作原理圖

(1)如圖6-4(上)所示。當液壓缸1通壓力油、液壓缸5卸荷時，活塞桿2帶動撥叉3向左移動到極限位置，同時帶動三聯滑移齒輪滑移到左端嚙合位置。

(2)如圖6-4(中)所示。當液壓缸5通壓力油、液壓缸1卸荷時，活塞桿2和套筒4一起向右移動，套筒4碰到液壓缸5的端部后，活塞桿2繼續(xù)右移到極限位置，同時帶動撥叉3向右移動，從而帶動三聯滑移齒輪滑移到右端嚙合位置。

(3)如圖6-4(下)所示。當液壓缸1、5同時通入壓力油時，由于活塞桿2右端直徑大于左端直徑，在壓力油的作用下活塞桿2向左移動，又因為套筒圓環(huán)的面積加上活塞桿左端的面積大于活塞桿右端的面積，所以活塞桿2向左移動碰到套筒4后，緊靠在套筒4的右端，套筒4仍然壓在液壓缸5的右端，此時三聯滑移齒輪在撥叉3的作用下，被限制在中間嚙合位置。

2)電磁離合器變速

如圖6-5所示為一種數控車床二級齒輪變速的主傳動系統(tǒng)，滑移齒輪軸的右端與主軸伺服電動機相連接，通過滑移齒輪的移位，使主軸變速分為高速無級變速段和低速無級變速段。圖6-5二級齒輪變速的主傳動系統(tǒng)

2．通過帶傳動的主傳動方式

如圖6-6所示，通過帶傳動的主傳動是由伺服電動機通過一級帶傳動，直接帶動主軸旋轉的主傳動方式，主要應用在轉速較高、變速范圍不大的小型數控機床上。伺服電動機本身的調速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲。圖6-6帶傳動方式

(1)同步齒形帶傳動。同步齒形帶傳動是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的傳動方式，它可使主、從動帶輪做無相對滑動的同步傳動，避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，是數控機床上應用較多的一種帶傳動形式。如圖6-7所示為同步帶的結構和傳動結構。同步帶的傳動結構如圖6-7(a)所示，同步帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形。工作時，通過帶齒與輪齒相嚙合，做無滑動的嚙合傳動。同步帶的結構如圖6-7(b)所示，同步帶內采用了承載后無彈性伸長的材料做強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主、從動帶輪做無相對滑動的同步傳動。圖6-7同步帶的傳動和結構與一般帶傳動相比，同步齒形帶傳動具有如下優(yōu)點：無相對滑動，傳動比準確；傳動效率高，可達98%以上；傳動平穩(wěn)，噪聲??；使用范圍廣，速度可達50?m/s，傳遞功率由幾千瓦至數千瓦；維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。

同步齒形帶傳動的缺點是：主、從動帶輪中心距要求嚴格，同步齒形帶和帶輪的制造工藝復雜，成本高。同步齒形帶根據齒形不同分為梯形齒和圓弧形齒。梯形齒同步帶在傳遞功率時，由于應力集中在齒根部位，使功率傳遞能力下降，且與齒輪嚙合時受力狀況差，會產生振動與噪聲，一般僅在轉速不高或小功率的傳動中使用。而圓弧齒同步帶均化了應力，改善了嚙合條件，因此數控機床使用帶傳動時，總是優(yōu)先考慮采用圓弧齒同步帶。

(2)多楔帶傳動。多楔帶也叫多聯V形帶或復合三角帶，橫向斷面呈多個楔形，如圖6-8所示，楔角為40°，為一次加工成型，它不會因長度不一致而受力不均，因而承載能力比多根V形帶(截面積之和相同)高。同樣的承載能力，多楔帶的截面積比多根V形帶小，因而質量較輕，耐撓曲性能高，允許的帶輪最小直徑小，線速度高。圖6-8多楔帶如圖6-9所示為一種通過多楔帶傳動的立式加工中心主傳動系統(tǒng)，主軸伺服電動機11通過帶輪10、多楔帶9和帶輪5帶動主軸旋轉。圖6-9立式加工中心主傳動系統(tǒng)

3．由調速電動機直接驅動的主傳動方式

如圖6-10所示為由調速電動機直接驅動主軸傳動。無級調速的主軸電動機通過精密聯軸器直接驅動主軸旋轉，大大簡化了主軸箱體和主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸轉速的變化及轉矩的輸出和電動機的輸出特性完全一致，主軸輸出轉矩小，電動機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。圖6-10電動機直接驅動主軸如圖6-11所示為內裝電動機主軸(簡稱電主軸)。即將主軸電動機的定子、轉子直接裝入主軸單元內部，主軸與電動機轉子合為一體，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩，主軸工作轉速可達每分鐘數萬轉，適于高速加工的數控機床。

圖6-11內裝電動機主軸其優(yōu)點是主軸組件結構緊湊、速度快、傳動效率高；質量輕、轉動慣量小，提高了主軸啟動、停止的響應特性；取消了傳動帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，實現“零傳動”，徹底解決了主軸高速運轉時傳動帶、帶輪和齒輪等傳動件引起的振動和噪聲問題。缺點是制造和維護困難且成本較高；電動機發(fā)熱易使主軸產生熱變形，影響機床加工精度，因此控制溫升是使用內裝電動機主軸要解決的關鍵問題。如圖6-12所示為用于加工中心的電主軸外觀圖，如圖6-13所示為用于加工中心電主軸的結構示意圖。圖6-12加工中心用電主軸外觀圖6-13加工中心電主軸的結構示意圖6.4.3主軸主要參數及前端結構

1．主軸的主要尺寸參數

(1)主軸直徑。主軸的直徑越大，剛度越高，但同時使得軸承和軸上的其他零件的尺寸相應增大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值也越大，保證主軸的回轉精度就會越困難，同時主軸的最高轉速也會受到制約。

(2)主軸內孔直徑。主軸內孔是用于通過棒料、液壓卡盤拉桿或刀具夾緊裝置的，主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑越大，機床的使用范圍就越廣，同時主軸的質量也越輕，但是主軸的剛度就會越差。為保證主軸的剛度，一般取主軸內孔直徑與主軸直徑之比為0.3～0.5。

(3)懸伸長度。主軸的懸伸長度對主軸的剛度影響很大，懸伸長度越短則主軸剛度越大。主軸的懸伸長度與主軸前端結構的形狀尺寸、前軸承的類型和軸承的潤滑密封形式有關。

(4)主軸的支承跨距。主軸的支承跨距對主軸剛度和對支承部件剛度有很大影響。主軸的支承跨距存在著最佳跨距，但數控機床的主軸部件由于受結構的限制以及要保證主軸部件的重心落在兩支承點之間，實際的支承跨距要大于最佳跨距。

2．主軸前端結構

數控機床主軸的前端用于安裝刀具或夾具。其結構應保證刀具和夾具定位準確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉矩。同時主軸懸伸長度應盡量短，以便提高主軸的剛度。由于刀具和夾具已經標準化，數控機床主軸前端的結構形狀和尺寸也已標準化。圖6-14所示為車、銑、磨幾種典型數控機床的主軸前端結構形式。如圖6-14(a)所示為數控車床主軸前端結構，一般采用短圓錐法蘭盤結構，具有定心精度高、主軸的懸伸長度短、剛度好的優(yōu)點?？ūP靠主軸前端的短圓錐面和凸緣端面定位，用撥銷傳遞扭矩，通過穿過凸緣上通孔的螺栓固定在主軸的前端。主軸為空心，前端加工有莫氏錐度孔，用以安裝頂尖或心軸。如圖6-14(b)所示為數控鏜床、?數控銑床和加工中心主軸前端結構，主軸前端為7∶24的錐孔，刀柄安裝在主軸錐孔中，定心精度高。主軸端面安裝有端面鍵，既可以通過它向刀具傳遞扭矩，又可以用于刀具的徑向定位。

如圖6-14(c)所示為數控外圓磨床、數控平面磨床主軸前端結構。圖6-14車、銑、磨三種主要數控機床主軸前端的結構形式6.4.4主軸軸承及配置形式

1．主軸軸承

數控機床的主軸軸承根據其摩擦性質不同，可分為滑動摩擦軸承(簡稱滑動軸承)和滾動摩擦軸承(簡稱滾動軸承)兩大類。而每一類軸承，按其所能承受載荷方向的不同，又可分為向心軸承(承受徑向載荷)、推力軸承(承受軸向載荷)和向心推力軸承(同時承受徑向和軸向載荷)等。數控機床根據機床規(guī)格、精度的不同，采用不同的主軸軸承。一般中、小規(guī)格的數控機床(如車床、銑床、加工中心、磨床)的主軸部件多采用成組高精度滾動軸承，重型數控機床采用液體靜壓軸承，高精度數控機床(如坐標磨床)采氣體靜壓軸承，轉速達每分鐘數萬轉的高速數控機床的主軸可采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。

(1)滾動軸承。滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單方便，能在一定轉速范圍和載荷變動下穩(wěn)定地工作，由專業(yè)化工廠生產，選購維修方便。但與滑動軸承相比，滾動軸承噪聲大，對轉速有很大的限制。滾動軸承根據滾動體的不同分為球軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承等。線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承剛度高，但在一定溫升下允許的轉速較低。圓錐滾子軸承由于圓錐滾子的大端面與內圈擋邊之間為滑動摩擦，發(fā)熱較多。為了降低溫升，提高轉速，可使用空心滾子軸承。如圖6-15所示為數控機床主軸常用的滾動軸承類型。圖6-15數控機床主軸常用滾動軸承類型如圖6-15(a)所示為雙列短圓柱滾子軸承，內圈為1∶12的錐孔，當軸承內圈沿錐形軸頸的軸向移動時，內圈向外膨脹，以調整滾道間隙。該軸承的兩列滾子交錯排列，承載能力大、支承剛性好、允許的極限轉速高，但只能承受徑向載荷。如圖6-15(b)所示為雙列推力角接觸球軸承，接觸角為60°，能承受雙向軸向載荷。修磨中間隔套可以調整軸承間隙或預緊。該軸承軸向剛度較高，允許的極限轉速高，一般與雙列短圓柱滾子軸承配套做主軸的前支承，其外圈外徑為負偏差，與箱體孔之間有間隙，只承受軸向載荷。如圖6-15(c)所示為角接觸球軸承，能同時承受徑向和軸向載荷，結構簡單，調整方便，允許的極限轉速高，承載力較低，適用于高速、輕載的精密主軸，常在一個支承中使用多個角接觸球軸承，以提高支承剛性。角接觸球軸承有背靠背、面對面和同向排列三種基本組合方式。這三種組合方式中的兩個軸承都能共同承受徑向載荷，背靠背和面對面組合都能承受雙向軸向載荷，同向排列則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對面相比，支承點(接觸線與軸線的交點)間的距離前者比后者大，因而能產生一個較大的抗彎力矩，故支承剛度較大。數控機床主軸既承受彎曲力矩，又要高速旋轉，因此角接觸球軸承一般采用背靠背組合方式。如圖6-15(d)所示為雙列圓錐滾子軸承，能同時承受徑向和軸向載荷，剛度和承載能力很高，發(fā)熱大，允許的極限轉速低。它有一個公用外圈和兩個內圈，外圈帶凸緣可以在箱體上進行軸向定位，修磨中間隔套可以調整軸承間隙或預緊，兩列滾子數目相差一個，可使振動頻率不一致，改善軸承的動態(tài)特性，適用于中、低速，重載，高剛度主軸。如圖6-15(e)所示為空心圓錐滾子軸承，結構與圖6-15(d)所示的雙列圓錐滾子軸承相似，但滾子是空心的，保持架為整體結構，采用油潤滑，潤滑和冷卻效果好、發(fā)熱少，允許的極限轉速高?？招臐L子承受沖擊載荷時可產生微小變形，能增大接觸面積并有吸振和緩沖作用。該軸承抗振性好，剛度和旋轉精度高，承載能力強，能同時承受徑向和軸向載荷，常用于主軸的前支承。

(2)滑動軸承。在數控機床上使用最多的滑動軸承是靜壓滑動軸承，靜壓滑動軸承又分為液體靜壓軸承和氣體靜壓軸承。液體靜壓軸承用于重型數控機床，氣體靜壓軸承用于高精度數控機床。液體靜壓滑動軸承的油膜壓強是由液壓泵從外界供給的，與主軸轉與不轉、轉速高低無關。它的承載能力不隨轉速變化而變化，而且無摩擦，啟動和運轉時的摩擦阻力力矩相同，所以靜壓軸承的回轉精度高、剛度大，但靜壓軸承需要一套液壓裝置，成本高、污染大。液體靜壓軸承裝置主要由供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承三部份組成，其工作原理如圖6-16所示。在軸承的內圓柱表面上，對稱地開了四個矩形油腔2和回油槽5，油腔與回油槽之間的圓弧面成為周向封油面4，封油面與主軸之間有0.02～0.04mm的徑向間隙。液壓系統(tǒng)的壓力油經節(jié)流器降壓后進入各油腔，在壓力油的作用下，將主軸浮起并處在平衡狀態(tài)，油腔內的壓力油經封油面流出后，流回油箱。圖6-16液體靜壓軸承

2．主軸軸承的配置

(1)適應高剛度要求的軸承配置形式。

這種配置形式如圖6-17所示，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°雙列推力角接觸球軸承組合，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承或兩個角接觸球軸承。該種配置形式大幅提高了主軸的綜合剛度，能夠滿足強力切削的要求，主要適用于大中型臥式加工中心主軸和強力切削數控機床主軸。圖6-17適應高剛度要求的軸承配置形式

(2)適應高速要求的軸承配置形式。

這種配置形式如圖6-18所示，前支承采用一對高精度角接觸球軸承和一個角接觸球軸承的組合，后支承采用一對角接觸球軸承，這種配置形式高速性能好，但承載能力較小，適用于高速、輕載和精密的數控機床。圖6-18適應高速要求的軸承配置形式

(3)適應低速重載要求的軸承配置形式。

這種配置形式如圖6-19所示，前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承。由于圓錐滾子軸承的徑向和軸向剛度高，承載能力強，尤其能承受較大的動載荷，安裝和調整方便，但這種結構限制了主軸轉速和精度，因而僅適用于中等精度、低速與重載的數控機床主軸。圖6-19適應低速重載要求的軸承配置形式如圖6-20所示為TND360型數控車床主軸軸承配置形式。前支承為三個角接觸球軸承，前面兩個軸承開口朝向主軸前端，第三個軸承開口朝向主軸后端，用以承受前、后兩個方向的軸向切削力；后支承由一對背靠背的角接觸球軸承組成，只承受徑向載荷。圖6-20TND360型數控車床主軸軸承配置形式6.5進給傳動系統(tǒng)的典型機械結構及功能部件

6.5.1進給傳動系統(tǒng)的特點

1．摩擦阻力小

為了減小摩擦阻力，數控機床的進給傳動系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動導軌、靜壓導軌和塑料導軌。在減小摩擦阻力的同時，各運動部件還應有適當的阻尼，以保證它們抗干擾的能力。

2．傳動精度和剛度高

進給傳動系統(tǒng)的傳動精度和剛度，主要取決于傳動間隙和絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副及其支承結構的精度和剛度。傳動間隙主要來自傳動齒輪副、蝸輪副、聯軸器、絲杠螺母副及其支承部件之間，因此數控機床進給傳動系統(tǒng)廣泛采取施加預緊力或其他消除間隙的措施?？s短傳動鏈可以提高傳動精度。

3．運動部件慣量小

運動部件的慣量對伺服機構的啟動和制動特性都有影響，尤其是處于高速運轉的零件，其慣量的影響更大。因此，在滿足部件強度和剛度的前提下，盡可能減小運動部件的質量，減小旋轉零件的直徑和質量，以減小其慣量。6.5.2齒輪傳動間隙消除裝置

齒輪傳動是應用最廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數控機床進給傳動系統(tǒng)中，采用齒輪傳動裝置是為了使高轉速、低轉矩的伺服電動機的輸出，改變?yōu)榈娃D速、大扭矩的執(zhí)行部件的輸出，從而適應機床加工工件的需要；同時可使?jié)L珠絲杠、工作臺的慣量在進給傳動系統(tǒng)中占有較小的比重。

1．直齒圓柱齒輪傳動間隙消除裝置

1)偏心套調整裝置

如圖6-21所示為偏心套調整裝置，小齒輪1裝在電動機的輸出軸上，大齒輪3裝在機床傳動軸上，而電動機的止口通過偏心套2安裝在機床箱體孔中，通過轉動偏心套2就能夠使電動機軸線的位置上移，而大齒輪3的軸線位置不變，因此相互嚙合的兩個齒輪的中心距減小，從而達到消除齒側間隙的目的。圖6-21偏心套調整裝置

2)軸向墊片調整裝置

墊片調整裝置是通過調整齒輪軸上的墊片厚度來改變齒輪的軸向位置，從而達到消除間隙的目的。如圖6-22所示為軸向墊片調整裝置。在加工相互嚙合的直齒輪1、2時，將分度圓柱面加工成沿軸向帶有小錐度的圓錐面，即齒厚沿軸向逐漸增大，裝配時，兩齒輪按齒厚相反變化走向嚙合。調整時，只需調整墊片3的厚度，即可使齒輪2做軸向移動，相互嚙合的兩直齒輪沿軸向產生相對位移，從而消除了齒側間隙。圖6-22軸向墊片調整裝置

3)雙齒輪錯齒調整裝置

如圖6-23所示為雙齒輪錯齒調整裝置，兩個齒數相同的薄片齒輪1和齒輪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。每個齒輪端面分別均勻裝有四個螺紋凸耳3和8，齒輪1的端面開有四個通孔，凸耳8可以從中穿過，彈簧4分別鉤在調節(jié)螺釘7和凸耳3上。調節(jié)螺釘7安裝在凸耳8的圓孔中,旋轉螺母5可以調節(jié)彈簧4的拉力，調節(jié)完畢用螺母6鎖緊。圖6-23雙齒輪錯齒調整裝置

2．斜齒圓柱齒輪傳動間隙消除裝置

1)軸向墊片調整裝置

如圖6-24所示為斜齒圓柱齒輪傳動間隙消除裝置，其原理與直齒雙齒輪錯齒調整裝置相似。寬齒輪1同時與兩個相同齒數的薄片斜齒輪3和4嚙合，兩個薄片斜齒輪經平鍵與軸連接，相互間無相對轉動。在兩個薄片斜齒輪3和4之間加一墊片2，使薄片斜齒輪3和4的齒面產生錯位，兩齒面分別與寬齒輪1的齒槽兩側面貼緊，從而消除齒側間隙。圖6-24斜齒圓柱齒輪傳動間隙消除裝置

2)軸向壓簧調整裝置

如圖6-25所示為斜齒輪軸向壓簧調整裝置，兩個相同齒數的薄片斜齒輪1和2經平鍵滑套在軸上，相互間無相對轉動，并同時與寬齒輪5嚙合。螺母3用來調節(jié)彈簧4的軸向壓力，使薄片斜齒輪1和2的兩側齒面分別與寬齒輪5的齒槽兩側面貼緊，以消除齒側間隙。

圖6-25斜齒輪軸向壓簧調整裝置斜齒輪軸向壓簧調整裝置與斜齒輪軸向墊片調整裝置相似，它采用軸向彈簧壓緊薄片斜齒輪的方法來消除齒側間隙，可實現齒輪磨損后的齒側間隙自動補償，但對彈簧力要求較高。彈簧力過低會影響傳動剛度，過高則會加速齒輪磨損。這種裝置比較復雜，軸向尺寸大，傳動剛度低，傳動平穩(wěn)性差。

3．錐齒輪傳動間隙消除裝置

1)軸向壓簧調整裝置

如圖6-26所示為錐齒輪軸向壓簧調整裝置，錐齒輪1、2相互嚙合，在安裝錐齒輪1的傳動軸5上裝有壓簧3，用螺母4調整壓簧3的壓力。錐齒輪1在彈簧力的作用下沿軸向移動，從而消除錐齒輪1和2間的齒側間隙。圖6-26錐齒輪軸向壓簧調整裝置

2)周向壓簧調整裝置

如圖6-27所示為錐齒輪周向壓簧調整裝置，大錐齒輪由外齒圈1和內齒圈2兩部分組成，外齒圈1上開有三個圓弧槽8，內齒圈2的下端面帶有三個凸爪4，凸爪4插入外齒圈1的圓弧槽8中，鑲塊7鑲嵌在外齒圈1上。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內、外齒圈的錐齒錯位，大齒輪錐齒兩側齒面分別與小錐齒輪3的齒槽兩側面貼緊，消除齒側間隙。

圖6-27錐齒輪周向壓簧調整裝置

4．齒輪齒條副傳動間隙消除裝置

如圖6-28所示為齒輪齒條副傳動間隙消除裝置，進給運動由軸2輸入，通過兩對斜齒輪將運動傳遞給軸1和軸3，然后由兩個直齒輪4和5去驅動齒條，帶動執(zhí)行部件移動。如果在軸2上施加一個軸向力F，由于軸2上的兩個斜齒輪的螺旋線方向相反，在兩對斜齒輪的作用下，軸1和軸3向相反的方向轉過微小的角度，使直齒輪4和5分別與齒條齒槽的兩側面貼緊，從而消除齒側間隙。圖6-28齒輪齒條副傳動間隙消除裝置

5．蝸輪蝸桿副傳動間隙消除裝置

在數控機床上要實現回轉進給運動或大降速比的傳動，常采用蝸輪蝸桿傳動副。蝸輪蝸桿傳動副的嚙合側隙對傳動精度和定位精度影響很大，為提高傳動精度，可用雙導程蝸桿來消除或調整蝸輪蝸桿傳動副的間隙。如圖6-29所示，雙導程蝸桿的左、右兩側面具有不同的導程t左、t右，而同一側的導程是相同的，因此該蝸桿的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故雙導程蝸桿也稱為變齒厚蝸桿，即可用移動蝸桿的辦法來消除或調整蝸輪蝸桿副之間的嚙合間隙。圖6-29雙導程蝸桿齒形示意圖

6．鍵連接間隙的消除裝置

如圖6-30所示為消除鍵連接間隙的兩種裝置。圖6-30(a)為雙鍵連接裝置，用雙螺釘逆向頂緊雙鍵，以消除軸與輪之間的間隙。圖6-30(b)為楔形銷連接裝置，用螺母拉緊楔形銷，以消除軸與輪之間的間隙。圖6-30消除鍵連接間隙的兩種裝置

(a)雙鍵連接裝置；(b)楔形銷連接裝置如圖6-31所示為一種可獲得無間隙傳動的錐環(huán)無鍵連接裝置。圖中5和6是錐面相互配合的內、外錐環(huán)，當擰緊螺釘2時，使法蘭盤3推動圓環(huán)4壓迫內錐環(huán)5，使其向內收縮，外錐環(huán)6受力后向外膨脹，從而依靠摩擦力使傳動件7和1連接在一起。這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽，而且錐環(huán)的內外圓錐面壓緊后，使連接配合面無間隙，對中性好。選用錐環(huán)對數的多少取決于傳遞扭矩的大小。圖6-31錐環(huán)無鍵連接裝置如圖6-32所示為數控回轉工作臺傳動系統(tǒng)的消除間隙裝置。數控回轉工作臺是由步進電動機1驅動，經齒輪2和4帶動蝸桿9,通過蝸輪10使工作臺回轉。為了盡量消除反向間隙和傳動間隙，通過偏心套3來消除齒輪2與齒輪4之間的嚙合間隙；用楔形銷5來消除齒輪4與蝸桿9之間的聯接配合間隙；通過調整雙導程蝸桿9的軸向位置，來調節(jié)蝸桿9與蝸輪10之間的嚙合間隙。圖6-32數控回轉工作臺傳動系統(tǒng)消除間隙裝置６.5.3滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠的優(yōu)點是：①傳動效率高。滾珠絲杠副的傳動效率很高，可達92%～98%，是普通絲杠傳動的2～4倍。②摩擦力小。滾珠滾動時的動、靜摩擦系數相差較小，因而傳動靈敏，運動平穩(wěn)，低速運行不易產生爬行，隨動精度和定位精

度高。③使用壽命長。滾珠絲杠副采用優(yōu)質合金鋼，其滾道表面硬度高達60～62HRC，又因為是滾動摩擦，所以磨損小、壽命長、精度保持性好。④剛度高。滾珠絲杠副經預緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度。⑤運動精度高。由于滾珠絲杠副反向運動無空行程，故可以提高軸向運動精度。⑥有可逆性。滾珠絲杠副既能將旋轉運動轉換為直線運動，也能將直線運動轉換為旋轉運動，可滿足一些特殊場合的需求。滾珠絲杠的缺點是：①制造成本高。滾珠絲杠副對加工精度和裝配精度要求嚴格，其制造成本大大高于普通絲杠。②不能實現自鎖。由于滾珠絲杠副的摩擦系數小、不能自鎖，當滾珠絲杠副垂直布置時，自重和慣性會造成機床移動部件下滑，因此必須加設制動裝置。

1．滾珠絲杠螺母副的結構與分類

(1)外循環(huán)式滾珠絲杠副。外循環(huán)式滾珠絲杠副是指滾珠在返回過程中，脫離與絲杠的接觸，在螺旋滾道外進行循環(huán)。如圖6-33(a)所示，在外循環(huán)式滾珠絲杠副的螺母上設有一個回程引導裝置，滾珠從螺旋滾道的一端滾入回程引導裝置中被迫轉彎，經返回滾道回到螺旋滾道的另一端，從而形成一個閉合的循環(huán)回路。圖6-33滾珠絲杠副的結構如圖6-34(a)為插管式滾珠絲杠副，在螺母兩端加工有兩個與螺旋槽相切的通孔，插入一段彎管(也稱為回珠管)將其連接起來，構成閉合的循環(huán)回路，該彎管即為滾珠的返回滾道。插管式滾珠絲杠副的特點是結構工藝性好，但由于回珠管突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖6-34(b)為螺旋槽式滾珠絲杠副，在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆兩個通孔與螺旋槽相切，以形成返回滾道。圖6-34外循環(huán)式滾珠絲杠

(2)內循環(huán)式滾珠絲杠副。內循環(huán)式滾珠絲杠副是指滾珠在整個循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸的滾珠絲杠副，如圖6-33(b)所示。內循環(huán)滾珠絲杠副的螺母上開有側孔，孔內鑲有反向器，反向器上加工有S形回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道連接起來。滾珠從螺旋滾道進入反向器，在反向器的作用下越過絲杠齒頂進入相鄰滾道，形成一個閉合的循環(huán)回路。一個循環(huán)回路里只有一圈滾珠，設有一個反向器。

2．滾珠絲杠螺母副的間隙調整

(1)墊片調隙式。如圖6-35所示，雙螺母墊片調隙式結構是通過調整墊片的厚度，使左、右兩個螺母間產生相對軸向位移，從而使兩螺母中的滾珠分別與絲杠螺旋滾道的左、右側接觸，以達到消除間隙和產生預緊力的作用。這種方法結構簡單、可靠、剛性好，但調整費時，很難在一次修磨中調整完成，調整精度不高，僅適用于一般精度的數控機床。

圖6-35雙螺母墊片調隙式結構

(2)螺紋調隙式。如圖6-36所示為雙螺母螺紋調隙式結構，螺母7的外端有凸緣，螺母5的外端有螺紋，螺母5和螺母7與螺母座6之間用平鍵連接，以限制螺母在螺母座內的轉動。調整時，擰動圓螺母1使螺母5相對絲杠沿軸向移動一定距離，在消除間隙之后用圓螺母2將其鎖緊。圖6-36雙螺母螺紋調隙式結構

(3)齒差調隙式。如圖6-37所示為雙螺母齒差調隙式結構，在螺母1和螺母2的凸緣上分別加工有齒數為Z1和Z2的直齒圓柱齒輪，兩個齒輪的齒數僅相差一個齒，即Z2－Z1=1。兩個內齒圈4和5與相嚙合的外齒輪齒數分別相同，并用螺釘和圓柱銷固定在螺母座3的兩端。調整時先將內齒圈取下，根據軸向間隙的大小，使兩個螺母1和2相對絲杠6分別向同一方向轉過相同的齒數，然后再將兩個內齒圈套上，并固定在螺母座3上。圖6-37雙螺母齒差調隙式結構齒差調隙式的結構比較復雜，尺寸較大，但調整方便，可獲得精確的調整量，多用于高精度的數控機床。間隙消除量Δ可用下式簡便地計算：

Δ?=nt/(Z1·Z2)

式中，n為兩螺母向同一方向轉過的齒數；t為滾珠絲杠的導程；Z1、Z2為兩螺母凸緣上齒輪的齒數。例如：Z1=99，Z2=100，t=10mm，當兩個螺母向同一方向各轉過一個齒時，其相對軸向位移量為

s=t/(Z1·Z2)=10/(99×100)≈0.001mm

若間隙量為0.005mm，則兩螺母向同一方向轉過5個齒即可將間隙消除，即n=Δ/s=0.005/0.001=5。

3．滾珠絲杠螺母副的安裝

數控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠副本身的剛度外，滾珠絲杠螺母副的正確安裝及支承結構的剛度也是不可忽視的因素。如圖6-38所示，滾珠絲杠副常用的安裝方式有以下幾種：

(1)一端裝推力軸承。如圖6-38(a)所示為一端固定一端自由的支承形式，固定端安裝一對推力軸承，其特點是結構簡單，承載能力小，軸向剛度和臨界轉速都較低。這種安裝方式，適用于短絲杠及垂直布置絲杠。如數控機床的調整環(huán)節(jié)或升降臺式銑床的垂直坐標進給傳動機構。

(2)一端裝推力軸承，另一端裝向心球軸承。如圖6-38(b)所示為一端固定一端浮動的支承形式，固定端安裝一對推力軸承，浮動端安裝向心球軸承。當絲杠受熱膨脹時，一端固定，另一端能做微量的軸向浮動，減小絲杠的熱變形影響。這種安裝方式，適用于絲杠較長或水平布置的絲杠。圖6-38滾珠絲杠螺母副兩端支承形式

(3)兩端裝推力軸承。如圖6-38(c)所示為兩端固定的支承形式。將推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預緊力，有助于提高傳動剛度。這種安裝方式的結構和裝配工藝都很復雜，對絲杠熱變形較為敏感，適用于長絲杠。

(4)兩端裝推力軸承和向心球軸承。如圖6-38(d)所示為雙重支承，兩端固定的支承形式。在絲杠兩端均采用推力軸承和向心球軸承的雙重支承，并施加預緊力，使絲杠具有較大的剛度，這種安裝方式還可以使絲杠的熱變形轉化為推力軸承的預緊力。為了提高滾珠絲杠副的軸向剛度，選擇適當的滾動軸承也是十分重要的。目前，中小型數控機床的滾珠絲杠副多采用接觸角為60°的雙向推力角接觸球軸承，如圖6-39所示。圖6-39滾珠絲杠螺母副用60°角接觸球軸承這是一種能承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比，接觸角增大到60°，增加了滾珠數目并相應減小了滾珠直徑，其軸向剛度比一般軸承提高兩倍以上，與圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承相比，啟動力矩小，裝配時只要用螺母和端蓋將內外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經調整好的預緊力，使用極為方便。

4．滾珠絲杠螺母副的標注和精度等級

(1)滾珠絲杠副的標識符號。滾珠絲杠副的標識符號是根據GB/T17587.1—1998《滾珠絲杠副第1部分：術語和符號》的規(guī)定，采用漢字、漢語拼音字母、數字和英文字母按給定順序排列的，用以表示滾珠絲杠副的規(guī)格、類型、標準公差等級和螺紋旋向等特征。其具體內容和格式如下：

(2)滾珠絲杠副的公稱直徑和公稱導程。在GB/T17587.2—1998《滾珠絲杠副第2部分：公稱直徑和公稱導程公制系列》中規(guī)定，滾珠絲杠副的公稱直徑系列為：6、8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、

200mm。滾珠絲杠副的公稱導程系列為：1、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、16、20、25、32、40mm。

(3)滾珠絲杠副的結構類型。滾珠絲杠副的類型有兩種，P類為定位用滾珠絲杠副，即用于精確定位且能夠根據旋轉角度和導程間接測量軸向行程的滾珠絲杠副。這種滾珠絲杠副是無間隙的，也稱為預緊滾珠絲杠副。T類為傳動用滾珠絲杠副，即用于傳遞動力的滾珠絲杠副。其軸向行程的測量用與滾珠絲杠副的旋轉角和導程無關的測量裝置來完成。目前，國內生產滾珠絲杠副的廠家都有各自的滾珠絲杠副標注方法，其中除了GB/T17587.1—1998中規(guī)定的公稱直徑、公稱導程、螺紋長度、類型、標準公差等級和螺紋旋向等內容外，一般還要標注循環(huán)方式、預緊方式和結構特征等。例如，表示循環(huán)方式的代號：F為內循環(huán)浮動式，G為內循環(huán)固定式，C為外循環(huán)插管式；表示結構特征的代號：M為導珠管埋入式，T為導珠管凸出式。表示預緊方式的代號如表6-1所示。

(4)滾珠絲杠副的標準公差等級。滾珠絲杠副的標準公差等級分1、2、3、4、5、7和10級，1級精度最高，依次遞減。不同精度等級滾珠絲杠副的適用范圍如表6-2所示。6.6數控機床的床身與導軌

6.6.1數控機床的床身

1．數控車床的床身結構

數控車床的床身結構有平床身、斜床身、平床身斜滑板和立床身等幾種類型。斜床身結構排屑容易，操作方便，機床占地面積小，能夠設計成封閉的腔型結構，床身剛度高，因此被中小型數控車床廣泛采用。如圖6-40所示為數控車床斜床身。圖6-40數控車床斜床身

2．數控銑床和加工中心的床身結構

(1)固定立柱式床身。如圖6-41所示為固定立柱式臥式銑床床身結構，在固定立柱式床身結構中，立柱固定不動，由滑板和工作臺實現平面上的兩個坐標軸移動，故床身結構比較簡單。固定立柱式床身一般適用于中、小型立式或臥式數控銑床和加工中心，由于床身體積不大，故大多采用整體結構。圖6-41固定立柱式臥式銑床床身如圖6-42所示為固定立柱式帶輔助導軌的床身，圖6-42(a)中，床身沒有安裝輔助導軌，滑板與工件移動到工作臺行程的兩端時發(fā)生翹曲現象(雙點劃線所示)；圖6-42(b)中，床身安裝了輔助導軌6來增加滑板的剛度，滑板與工件移動到工作臺行程的兩端時未發(fā)生翹曲現象。圖6-42固定立柱式帶輔助導軌的床身

(2)移動立柱式床身。移動立柱式床身通常采用T形床身。它是由橫置的前床身(又稱為橫床身)和與它垂直的后床身(又稱為縱床身)組成的。T形床身又分為整體T形床身和前、后床身可分開組裝的分離式T形床身。整體式床身的剛性和精度保持性都比較好，但鑄造和加工不方便，尤其是大型數控機床的整體床身，制造時需要大型的專用設備。分離式T形床身的鑄造工藝性和加工工藝性大大改善，在組裝時前、后床身的連接處要刮研，用專用的定位銷和定位鍵定位，然后沿截面四周用大螺栓固定。這種分離式T形床身，在剛度和精度保持性方面基本能夠滿足使用要求。因此，大、中型臥式加工中心常采用分離式T形床身。如圖6-43所示為移動立柱式整體床身結構，圖6-44所示為移動立柱T形床身臥式加工中心。圖6-43移動立柱式整體床身結構

圖6-44移動立柱T形床身臥式加工中心

3．鋼板焊接結構的床身

焊接件能達到與鑄件相同，甚至更好的結構特性，可提高床身剛度，減小床身重量。采用鋼板焊接結構能夠按剛度要求布置肋板的形式，充分發(fā)揮壁板和肋板的支撐和抗變形作用。另外，鋼板的彈性模量比鑄鐵的彈性模量大，采用鋼板焊接床身有利于提高床身的固有頻率。

4．封閉式箱形結構的床身

V形肋有利于加強導軌支承部分的剛度；斜方肋和對角肋結構可明顯增強床身的扭轉剛度，并且便于設計成全封閉的箱體結構。此外，還有縱向肋板和橫向肋板，分別對抗彎剛度和抗扭剛度有顯著效果，“米”字形肋板和“井”字形肋板的抗彎剛度也較高。床身中常用的幾種箱形結構截面肋板布置如圖6-45所示。圖6-45箱形結構床身截面肋板的布置在封閉式箱形結構的床身中，將砂芯留在鑄件中不清除，利用砂粒良好的吸振性能，可以提高床身結構的阻尼比；還可以在床身內腔填充混凝土等阻尼材料，在振動發(fā)生時，利用阻尼材料之間的相對摩擦來耗散振動能量，有明顯的消振作用。如圖6-46所示為德國DNE480L型數控車床床身示意圖，在床身底座型腔內填充混凝土來增大阻尼，從而提高其靜剛度和抗振性，減小振動。圖6-46DNE480L床身6.6.2數控機床的導軌

1．數控機床導軌的要求與分類

(1)導向精度高。直線運動導軌的檢驗內容為導軌在垂直平面內的直線度、導軌在水平面內的直線度以及兩導軌平行度。圓周運動導軌幾何精度的檢驗內容與主軸回轉精度的檢驗方法類似，用導軌回轉時的端面跳動及徑向跳動表示。

(2)精度保持性好。精度保持性是指導軌能否長期保持原始精度，喪失精度保持性的主要因素是由于導軌的磨損、導軌的結構形式及支承件(如床身)材料的穩(wěn)定性。數控機床的精度保持性比普通機床要求高，常采用摩擦系數小的滾動導軌、靜壓導軌或塑料導軌。

(3)有足夠的剛度。機床各運動部件所受的外力，最后都由導軌面來承受，若導軌受力后變形過大，不僅破壞了導向精度，而且惡化了導軌的工作條件。導軌的剛度主要決定于導軌類型、結構形式和尺寸大小、導軌與床身的連接方式、導軌材料和表面加工質量等。數控機床常采用加大導軌截面積的尺寸或在主導軌外添加輔助導軌來提高剛度。

(4)有良好的摩擦特性。導軌的摩擦系數要小，而且動、靜摩擦系數應盡量接近，以減小摩擦阻力和導軌熱變形。當動導軌進行低速運動或微量移動時，應保證導軌運動平穩(wěn)，不產生爬行現象。

(5)有良好的耐磨性。導軌的不均勻磨損破壞導軌的導向精度，從而影響機床的加工精度。導軌的耐磨性與導軌的材料、導軌面的摩擦性質、導軌受力情況及兩導軌相對運動的精度

有關。

2．滑動導軌

1)貼塑滑動導軌

貼塑滑動導軌是一種金屬對塑料的摩擦形式，屬滑動摩擦導軌，它是在動導軌的摩擦表面上貼上一層由塑料與其他化學材料組成的塑料薄膜軟帶，以提高導軌的耐磨性，降低摩擦系數，而支承導軌則是鑄鐵導軌或淬火鋼導軌。塑料薄膜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并做成軟帶狀。如圖6-47所示為貼塑導軌，塑料軟帶通過粘結材料粘貼在機床導軌副的短導軌面上，圓形導軌應粘貼在下導軌面上。粘貼時，先用清洗劑(如丙酮、三氯乙烯和全氯乙烯)分別徹底清洗被粘貼導軌面和塑料軟帶，并擦拭干凈，然后將粘貼材料用油灰刀分別涂抹在塑料軟帶和導軌粘貼面上。圖6-47貼塑導軌粘貼好的導軌面上還要進行精加工，如圖6-48(a)的手工刮研和圖6-48(b)的開油槽等。在局部修整時要用刮刀，切不可用砂布或砂紙，以防砂粒脫落嵌入貼塑導軌中，而破壞導軌工作面。有時為了使導軌對塑料軟帶起到定位作用，被粘貼導軌面上要加工出0.5～1mm深的凹槽，與貼塑導軌配對使用的金屬導軌，硬度在160HBS以上，表面粗糙度Ra為0.4～0.8μm。圖6-48貼塑導軌表面的加工

2)注塑滑動導軌

注塑滑動導軌的注塑(抗磨涂層)材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成膏狀為一組份，固化劑為另一組份的雙組份塑料，國內牌號為HNT，稱為環(huán)氧樹脂耐磨涂料。這種材料附著力強，可用涂敷工藝或壓注成型工藝涂到預先加工成鋸齒形的導軌上，涂層厚度為1.5～2.5mm。調整好支承導軌和動導軌間相互位置后，注入雙組份塑料，固化后將支承導軌與動導軌分離即成塑料導軌副，用這種方法制作的塑料導軌習慣上又稱為塑料涂層導軌。注塑滑動導軌的優(yōu)點：塑料涂層摩擦系數小，在無潤滑油的情況下仍有較好的潤滑和防爬行的效果；具有良好的可加工性，可進行車、銑、刨、鉆、磨和刮削加工；制造工藝簡單，可節(jié)省大量的加工制作時間；固化后體積不收縮，尺寸穩(wěn)定，抗壓強度比塑料軟帶高，特別適用于大型和重型機床以及不能用塑料軟帶的復雜配合面。

3)滑動導軌的形狀及其組合形式

(1)直線滑動導軌的常見截面形狀。數控機床常用直線運動滑動導軌，其截面形狀如圖6-49所示，有矩形、三角形、燕尾形及圓形截面，不同形狀的導軌的各個平面所起的作用也各不相同。在矩形和三角形導軌中，M面主要起支承作用，N面是保證直線移動精度的導向面，J面是防止運動部件抬起的壓板面；在燕尾形導軌中，M面起導向和壓板作用，J面起支承作用。圖6-49直線滑動導軌截面形狀根據支承導軌的凸凹狀態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類導軌。凸形導軌需要有良好的潤滑條件。凹形導軌容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于具有良好防護的環(huán)境。矩形導軌也稱為平導軌；而三角形導軌，在凸形時稱為山形導軌，在凹形時稱為V形導軌。①矩形導軌。如圖6-49(a)所示，易加工制造，承載能力較大，安裝調整方便。M面起支承兼導向作用，起主要導向作用的N面磨損后不能自動補償間隙，需要有間隙調整裝置。它適用于載荷大且導向精度要求不高的機床。②三角形導軌。如圖6-49(b)所示，三角形導軌有兩個導向面，同時控制了垂直方向和水平方向的導向精度。這種導軌在載荷的作用下，自行補償消除間隙，導向精度較其他類型導軌高。③燕尾槽導軌。如圖6-49(c)所示，這是閉式導軌中接觸面最少的一種結構，磨損后不能自動補償間隙，需用鑲條調整。這種導軌能承受顛覆力矩，摩擦阻力較大，多用于高度小的多層移動部件。④圓柱形導軌。如圖6-49(d)所示，這種導軌剛度高，易制造，外徑可磨削，內孔可珩磨達到精密配合。但磨損后間隙調整困難。它適用于受軸向載荷的場合，如壓力機、珩磨機、攻絲機和機械手等，數控機床上應用較少。

(2)直線滑動導軌的組合形式。數控機床一般采用兩條導軌來承受載荷和導向。導軌的組合形式取決于載荷大小、導向精度、工藝性、潤滑和防護等因素。常見的導軌組合形式如圖6-50所示，左側兩列與右側兩列分別是相互配合的動導軌和支承導軌。①雙三角形導軌。如圖6-50(a)所示為雙三角形導軌，又稱為雙V形導軌，導軌面同時起支承和導向作用。該導軌磨損后能自動補償，導向精度高，但裝配時要對四個面進行刮研，其難度很大。由于超定位，所以制造、檢驗和維修都很困難，它適用于精度要求高的機床，如坐標鏜床、絲杠車床。②雙矩形導軌。如圖6-50(b)所示為雙矩形導軌。雙矩形導軌使用側邊導向，當采用一條導軌的兩個側邊導向時稱為窄式導向，若分別用兩條導軌的兩個側邊導向則稱為寬式導向。雙矩形導軌易加工制造，承載能力大，但導向精度差。側導向面需要設置調整鑲條和壓板，常用于普通精度的數控機床。圖6-50直線滑動導軌的組合形式③三角形和平導軌組合。如圖6-50(c)所示為三角形和平導軌的組合，其導軌組合不需要用鑲條調整間隙，導向精度高，加工裝配較方便，溫度變化也不會改變導軌面的接觸情況，但熱變形會使移動部件水平偏移，兩條導軌磨損也不一樣，因而對位置精度有影響，通常用于數控磨床、精密鏜床。

④三角形和矩形導軌組合。如圖6-50(d)為三角形和矩形導軌的組合，三角形導軌做主要導向面。該組合導向精度高，承載能力大，易加工制造，剛度高，廣泛應用于數控機床。

3．滾動導軌

1)滾動導軌塊

(1)滾動導軌塊的結構。如圖6-51所示為滾動導軌塊的結構示意圖，滾動導軌塊主要由中間導向塊3、保持器2、滾柱4等組成。在精密研磨的中間導向塊3周圍有一系列滾柱4，并由保持器2維持其循環(huán)運動不致脫落。滾動導軌塊通過螺釘安裝在機床的運動部件上，當機床運動部件移動時，滾柱4在支承導軌面與滾動導軌塊之間滾動，同時又在滾動導軌塊中沿封閉軌道進行循環(huán)運動，并承受載荷。圖6-51滾動導軌塊結構示意圖

(2)滾動導軌塊的安裝。滾動導軌塊一般安裝在機床的運動部件上。為了使導軌塊獲得均衡的載荷，應選擇具有相同分組選號的滾動導軌塊安裝。每一導軌上使用導軌塊的數量可根據導軌的長度和負載的大小確定，如果運動部件長度大時，要用更多的導軌塊。與滾動導軌塊相配的導軌多用鑲鋼淬火導軌，鋼導軌經熱處理后硬度很高，可大幅度提高耐磨性，且有較大的承載能力。鑲鋼導軌一般采用正方形或長方形兩種，為便于熱處理，減少變形，多把鑲鋼導軌分段裝在床身上，這在行程較大的數控機床上常常使用。如圖6-52所示為滾動導軌塊和鑲鋼導軌的一種組合安裝形式之一，是閉式安裝，窄式導向，可承受傾覆載荷。正方形鑲鋼導軌鑲嵌在床身上，它的兩側面和上面安裝滾動導軌塊，來為移動部件起支承和導向作用，下面用滾動導軌塊或貼塑壓板，來承受顛覆力矩。圖6-52滾動導軌塊和鑲鋼導軌的組合閉式安裝

(3)滾動導軌塊的調整。主要的調整的方法有：用調整墊調整，用調整螺釘調整，用楔鐵調整及用彈簧墊壓緊等。如圖6-53所示為滾動導軌塊楔鐵間隙調整裝置，楔鐵1固定不動，滾動導軌塊2固定在楔鐵4上，可隨楔鐵4移動，擰動調整螺釘5和7可使楔鐵4相對楔鐵1運動，因而可調整滾動導軌塊對支承導軌壓力的大小。圖6-53滾動導軌塊楔鐵間隙調整裝置

2)直線滾動導軌副

(1)直線滾動導軌副的結構。圖6-54所示為直線滾動導軌副外形和結構示意圖。導軌條7是支承導軌，使用時一般安裝在數控機床的床身或立柱等支承件上，滑塊5安裝在工作臺或滑座等移動部件上?；瑝K5中裝有四組滾珠1，四組滾珠各有自己獨立的回珠孔2，分別處于滑塊的四角。當滑塊5沿導軌條7移動時，滑塊5中的四組滾珠1在導軌條7和滑塊5之間的圓弧形直線滾道內滾動，當滾珠滾動到滑塊的端部，見圖6-54(b)左端，就會經合成樹脂制造的端面擋板4內的滾道和滑塊中的回珠孔2，從工作負荷區(qū)滾動到非工作負荷區(qū)，然后再滾動，最后經過另一端的擋塊回到工作負荷區(qū)，如此不斷循環(huán)。為防止灰塵和臟物進入導軌滾道，滑塊兩端及下部設有塑料密封墊3和8?；瑝K上還有注潤滑脂的油嘴6，只要定期將鋰基潤滑脂注入油嘴即可實現潤滑?；瑝K內的四組滾珠和滾道相當于四個角接觸球軸承，接觸角為45°，滑塊5相對支承導軌條7完全定心，只允許兩者沿導軌長度方向相對運動。因此，直線滾動導軌副除導向外還能承受顛覆力矩。圖6-54直線滾動導軌副的外形和結構

(2)直線滾動導軌副的組合安裝。直線滾動導軌副通常是兩根成對使用的，導軌條安裝在機床支承部件上，每根導軌條上有兩個滑塊安裝在機床的移動部件上。當機床所需導軌長度超過單根導軌條的最大長度時，可以將多根導軌條拼接安裝；如機床移動部件較長則可在一根導軌條上安裝3個或3個以上的滑塊；如機床移動部件較寬，也可以用3根或3根以上的導軌條。如圖6-55所示為直線滾動導軌副兩根成對使用的組合安裝形式。圖6-55(a)所示為在同一水平面內平行安裝兩根導軌副，滑塊固定在機床的移動部件上，稱為水平正裝，這是最常用的組合安裝形式。圖6-55(b)所示是把滑塊作為基座，將導軌固定在機床的移動部件上，稱為水平反裝。根據數控機床床身及移動部件結構的需要，直線滾動導軌副還可以安裝在床身的兩側，圖6-55(c)所示為滑塊固定在機床移動部件上；圖6-55(d)所示為導軌固定在機床移動部件上。圖6-55直線滾動導軌副的組合安裝形式如圖6-56(a)所示，單導軌定位易于安裝，容易保證平行度，非基準側對床身沒有側向定位面平行的要求。當非基準側導軌的側面也需要定位時，稱該組合安裝形式為雙導軌定位。如圖6-56(b)所示，雙導軌定位側向定位面平行度要求高，調整難度較大，適合于振動和沖擊較大、精度要求較高的場合。圖6-56單導軌定位和雙導軌定位的安裝形式

(3)直線滾動導軌副的安裝調整。如圖6-57所示為單導軌定位的安裝形式，兩條導軌中，右側導軌為基準導軌。安裝時，將基準導軌條1的基準面靠在床身6的定位面上，通過楔塊2頂靠，然后用螺栓固定在床身6上?；瑝K的基準面則靠在機床工作臺4的定位面上，通過楔塊3頂靠，然后用螺栓固定在機床工作臺4上。圖6-57單導軌定位的安裝調整

4．靜壓導軌

1)液體靜壓導軌

(1)開式液體靜壓導軌。開式液體靜壓導軌的工作原理與靜壓軸承完全相同。如圖6-58(a)所示為開式液體靜壓導軌的工作原理，液壓油泵2啟動后，油經濾油器1吸入，用溢流閥3調節(jié)供油壓力ps，再經濾油器4，通過節(jié)流器5降壓到pr(油腔壓力)進入導軌的油腔，并通過支承導軌7與動導軌6之間的間隙向外流出，回到油箱8。油腔壓力pr形成浮力將動導軌6浮起，形成一定的導軌間隙h0。當載荷增大時，運動部件下沉，導軌間隙減小，回油阻力增加，流量減小，油腔壓力pr增大，直至與載荷W平衡時

為止。

(2)閉式液體靜壓導軌。開式靜壓導軌只能承受垂直方向的負載，承受顛覆力矩的能力差。閉式靜壓導軌能承受較大顛覆力矩，導軌剛度也較高。如圖6-58(b)所示為閉式液體靜壓導軌的工作原理。當動導軌6受到顛覆力矩M后，油腔的間隙h3、h4增大，h1、h6減小。由于各相應的節(jié)流器的作用，使油腔壓力pr3、pr4減小，pr1、pr6增大，由此作用在動導軌6上的力，形成一個與顛覆力矩方向相反的力矩，從而使動導軌6保持平衡。而在承受載荷W時，則油腔間隙h1、h4減小，h3、h6增大。由于各相應的節(jié)流器的作用，使油腔壓力pr1、pr4增大，pr3、pr6減小，由此形成使動導軌6向上的力，以平衡載荷W。圖6-58液體靜壓導軌工作原理圖

2)氣體靜壓導軌

氣體靜壓導軌在兩個相對運動的導軌工作面間，通入具有恒定壓力的氣體，形成恒定壓力的空氣膜，使兩導軌工作面均勻分離，導軌工作面始終處于氣體摩擦狀態(tài)，以得到高精度的運動。氣體靜壓導軌摩擦系數小，不易引起發(fā)熱變形，但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負荷不大的場合，如數控坐標磨床和三坐標測量機。

6.7數控機床的輔助裝置

6.7.1數控機床的防護裝置

1．滾珠絲杠副的防護裝置

滾珠絲杠副的導軌內落入了污物或異物，不僅會妨礙滾珠的正常運轉，而且會使?jié)L珠絲杠副的磨損急劇增加。對于制造誤差和預緊變形量以微米計的滾珠絲杠副來說，對這種磨損就特別敏感。因此必須對滾珠絲杠副進行有效的防護與密封。

(1)密封圈。處于隱蔽位置的絲杠，通常在螺母兩端安裝密封圈。密封圈有接觸式和非接觸式，通常在沒有異物但有浮塵的環(huán)境下使用。接觸式密封圈是用耐油橡膠或尼龍等材料制成的，其內孔制成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀。接觸式密封圈的防塵效果好，但因有接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。

(2)防護套。對于暴露在外面的絲杠，一般采用如圖6-59所示的鋼帶防護套或橡膠防護套等封閉式的防護裝置，以保護絲杠表面不受塵埃、鐵屑等污染。圖6-60所示為鋼帶防護套纏卷裝置，纏卷裝置和滾珠絲杠的螺母一起固定在機床移動部件上，由支承滾子1、張緊輪2和鋼帶3等零件組成。鋼帶的兩端分別纏繞固定在絲杠的外圓表面。

圖6-59絲杠防護裝置

圖6-60鋼帶防護套纏卷裝置鋼帶3繞過支承滾子1，并靠彈簧和張緊輪2將鋼帶張緊。當絲杠旋轉時，機床移動部件相對絲杠做軸向運動，纏卷裝置一端將絲杠上的鋼帶展開，而另一端則將鋼帶纏卷在絲杠上，保護絲杠表面不受塵埃、鐵屑等污染。

2．導軌的防護裝置

(1)導軌刮屑板。導軌刮屑板由耐油、耐摩擦的刮舌和鋁合金框架組成，根據導軌的不同形狀做成直角形、三角形、矩形和燕尾形等形狀，安裝在動導軌的兩端。如圖6-61所示為安裝在機床動導軌上的導軌刮屑板，它能提高機床導軌的刮屑、除塵和防護能力，以保護機床的精度，延長機床的使用壽命。圖6-61導軌刮屑板

(2)導軌防護罩。數控機床導軌防護罩有伸縮式、風琴式和裙簾式等多種形式。?如圖6-62所示為鋼制伸縮式導軌防護罩，適用于各類數控機床在各個移動方向上的導軌防護。它不但具有防塵、防屑、防冷卻液等功能，而且還能增加機床的封閉性，保護機床精度不受切屑的影響，延長導軌的使用壽命。

圖6-62伸縮式導軌防護罩

3．電線、電纜、液氣管的防護裝置

(1)導管防護套。如圖6-63所示為導管防護套，其上夾箍和下夾箍采用不銹鋼材料制成，鏈環(huán)采用工程塑料制成，適用于移動行程較短、往復運動速度較低的各類數控機床，它移動平穩(wěn)、噪聲低，但不適于在高溫環(huán)境下工作。圖6-63導管防護套

(2)金屬軟管。如圖6-64所示為金屬軟管，由金屬薄條盤旋制成，有圓形、矩形等管形，適用于移動行程較短、往復運動速度較高的各類數控機床，它柔軟適應性強、移動平穩(wěn)、噪聲低，可在?－40～180℃環(huán)境下工作。圖6-64金屬軟管

(3)金屬拖鏈。如圖6-65所示為金屬拖鏈，由金屬片鉚接而成，適用于大型、重型數控機床，可作為質量大的電纜、液氣管的防護裝置，且可在高溫環(huán)境下工作。圖6-65金屬拖鏈6.7.2數控機床的排屑裝置

1．鏈板式排屑裝置

鏈板式排屑裝置以滾動鏈輪牽引鋼質平板鏈帶在接屑箱中運轉，切屑落到鏈帶上由鏈帶輸送出機床，如圖6-66所示。這種裝置適應性強，可以收集和輸送金屬及非金屬切屑，但不適于粉末狀切屑，廣泛地應用于數控車床和加工中心。圖6-66鏈板式排屑裝置

2．刮板式排屑裝置

刮板式排屑裝置的傳動原理與鏈板式基本相同，只是鏈板不同，其鏈板中帶有刮板鏈板，如圖6-67所示。這種裝置可以收集和輸送顆粒狀、粉末狀的金屬和非金屬切屑，排屑能力較強，但因負載大，故需采用較大功率的驅動電動機。圖6-67刮板式排屑裝置

3．永磁式排屑裝置

永磁式排屑裝置是利用永磁材料產生的強磁場效應，將落入接屑箱的鐵屑吸附在輸送帶上，由輸送帶將鐵屑排出機床，如圖6-68所示。這種裝置可以收集和輸送顆粒狀、粉末狀的

鐵屑。圖6-68永磁式排屑裝置

4．螺旋式排屑裝置

螺旋式排屑裝置由電動機經減速裝置驅動一根長螺桿在接屑槽中旋轉，推動落入接屑槽的切屑連續(xù)向前移動，最終排入切屑收集箱中。螺桿有兩種形式，一種是用扁形鋼條卷成彈簧狀，另一種是在細軸上焊上螺旋形鋼板。如圖6-69所示為螺旋式排屑裝置，主要用于收集顆粒狀、粉末狀的金屬和非金屬切屑，因其體積小而適合用在安放空間比較狹窄的地方。圖6-69螺旋式排屑裝置6.7.3數控機床的潤滑系統(tǒng)

1．油脂潤滑

油脂潤滑不需要潤滑設備，工作可靠，不需要經常添加和更換油脂，維護方便，但磨擦阻力大。采用油脂潤滑時，油脂的封入量一般為潤滑空間容積的1/3，切忌隨意添滿。封入的油脂過多，會加劇運動部件的發(fā)熱。采用油脂潤滑方式時，必須在結構上采取有效的密封措施，以防冷卻液或潤滑油流入而使油脂失去功效。

2．油液潤滑

(1)油浴潤滑方式。油浴潤滑就是使軸上的零件(如齒輪、甩油盤等)浸入油池中，軸回轉時通過齒輪或甩油盤將潤滑油帶到相應的表面進行潤滑。該方法簡單可靠，但應注意帶油零件轉速不宜過高，油池油位也不宜過高，常用于數控機床主軸箱的潤滑冷卻。

2)定時定量潤滑方式。定時定量潤滑方式一般采用集中潤滑系統(tǒng)。它是從一個潤滑油供給源把一定壓力的潤滑油，通過各主、次油路上的分配器，按所需的油量分配到各潤滑點。同時，系統(tǒng)具備潤滑時間、次數的監(jiān)控和故障報警以及停機等功能，以實現潤滑系統(tǒng)的自動控制。定時定量潤滑無論潤滑點位置高低和距離油泵遠近，各點的供油量穩(wěn)定，由于潤滑周期的長短及供油量可調