项目一数控机床装调.ppt

数控机床装调,装调-装配（安装）与调节(调试、调整）,讲师-喻百鸣 课时86,班级：3110、2112,教学内容,进给传动机械功能部件装调,主传动机械装调,刀辅传动机械装调,数控工作台机械装调,数控机床整机机械装调,数控机床位置精度检测与补偿,课程目标,正确分析图纸技术文件,能独立完进给传动系统的装配与调节,能够排除常见故障，正确更换失效零件,严格执行本岗位工作标准,能够解决本岗位生产过程中的常见技术问题,能独立承担本岗位工作任务，有较好的技术交流能力,理解常见通用量具工作方法,课程考核与评价,项目一、进给传动机械 功能部件装调,学习目标 1.会选用典型零部件进行数控机床进给传动链的装配与调整。 2.会用工夹量具对进给传动链进行精度检测。 3.能对进给传动链的关键零部件进行计算与校核。,进给传动机械 功能部件,首先了解普通机床进给传动机械功能部件。 普通车床。(图片如下),普通车床,普通铣床,数控车床,立式加工中心,卧式加工中心,数控机床概论,数控机床-柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备。 柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。 敏捷制造的核心思想是：要提高企业对市场变化的快速反应能力，满足顾客的要求。除了充分利用企业内部资源外，还可以充分利用其他企业乃至社会的资源来组织生产。 发展趋势-高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化。还要注重工艺适用性和经济性。 就加工精度而言目前普通精度加工水平是20世纪50年代的精迷加工水平，提高了100倍。 国内水平大致为0.0080.010mm。 国外水平大致为0.0020.003mm。,进给系统,任何数控机床其进给系统的装配精度是决定整机加工精度的关键因素。 进给传动链-结构示意图（如下）,工作台进给轴功能部件图1-2（书本P2),X轴,某加工中心工作台进给轴功能部件,1.数控机床对数控机械的要求,1）静刚度要好 机床在静态力作用下的刚度-静刚度 机床在动态力作用下的刚度-动刚度 也有用刚度的倒数-柔度来描述机床的该项性能的。刚度越大，柔度越小。反比关系。 机床的静刚度为 k=P/ P-机床的静负荷（N）； -机床在静负荷作用下产生的变形量；,机床的动刚度为 kd=k(1-n)+4 n -外加激振力的频率（HZ）； n-机床结构系统的固有频率（HZ）； -机床的阻尼比； 阻尼（英语：damping）是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。实际的粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比称为阻尼比。,提高机床结构刚度的方法有； 提高机床构件的静刚度和固有频率。 改善薄弱环节的结构和布局。 合理设计构件的截面形状及尺寸，所谓合理-是指以较小的结构质量获得较高的静刚度和适当的固有频率。（工字钢） 设置卸载装置-减少零部件的静力变形。 提高构件之间的接触刚度。是指零件结合面在外力作用下底抗变形的能力。 使用新材料和钢板焊接结构等。,2）热变形要小 机床受热产生变形是影响机床加工精度的重要因素之一。必须重视。 改善方法有：控制机床环境温度，设计热对称结构、斜床身结构，采取热平衡措施等技术。,3）传动系统结构要简单 主传动系统方面：（旋转运动-传递扭矩） 传统的主传动系统电动机-联轴器-变速箱-主轴。 当前趋势-电动机，主轴合为一体。,进给传动系统方面；（旋转运动变成直线运动） 传统的方式是-电动机-联轴器-滚珠丝杆螺母副-工作台。 当前趋势-只有电动机和工作台。 省去了：联轴器-滚珠丝杆螺母副。那么它怎么样把旋转运动转换为直线运动？旋转电动机变为直线电动机。(后面有介绍）,2.几种典型机床部件,1）滚珠丝杆螺母副（运动副） 什么是运动副-两构件直接接触组成的可动连接，它限制了两构件之间的某些相对运动。 比如：铰链副、齿轮副、涡轮蜗杆副、齿轮齿条副等。,滚珠丝杆螺母副是数控机床的核心部件之一。其作用是将电动机的旋转运动转化为直线运动（运动可逆）。 观察螺钉螺母之间相互运动。螺钉螺母简单的滑动丝杆螺母副。,滚珠丝杆螺母副结构图片,滚珠丝杆螺母副结构图,内循环在螺母的侧孔中装有圆柱凸键反向器，反向器上铣有S形回珠槽，将相邻螺纹滚道联结起来，滚珠从螺纹滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道，实现循环。 一般一个螺母上装有24个反向器，反向器沿螺母圆周均布。这种结构径向尺寸紧凑，刚性好，且不易磨损，因返程滚道短，不易发生滚珠堵塞，摩擦损失小。但反向器结构复杂，制造困难，且不能用于多头螺纹传动。,滚珠丝杆螺母副结构图,外循环-滚珠在返回过程中与丝杠表面脱离接触； 外循环常见的有插管式和螺旋槽式。 图(a)为插管式，它用弯管作为返回管道，这种形式结构工艺性好，但管道突出螺母体外，径向尺寸较大。 图(b)为螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道。这种形式的结构比插管式的结构径向尺寸小，但制造较为复杂。,滑动丝杠与滚动丝杠比较,滚珠丝杆螺母副的传动特点,（1）传动效率高 为9098 是滑动丝杠的24倍。原因是：滑动摩擦变为滚动摩擦。 扭矩和推力的转换公式为 F=2M/S S -导程（螺纹中的螺距） F-推力 M-扭矩 -传动效率，一般取0.9（偏向保守）（书P5图1-5）,滚珠丝杆螺母副的传动特点,（2）运动平稳 摩擦阻力小 灵敏度高 启动时无颤动 低速时无爬行 因此可精密控制微量进给。 （3）高精度 运动中升温小，热膨胀也小。并且采取预紧方式消除螺母的轴向间隙，还可以对丝杠进行预拉伸消除热膨胀带来的影响。,滚珠丝杆螺母副的传动特点,（4）耐用性高 钢球滚动接触处的硬度为5863HRC，运动过程为纯滚动磨损小，故而使用寿命长精度保持性好。 （5）同步性好 由于运动平稳、反应快、无阻滞、无滑动，用几套相同的滚珠丝杆传动系统同时传动几个相同的部件和装置，可以获得很好的同步效果。 （6）可靠性好 与液压传动系统比，故障低，维修保养简单，只需进行一般的润滑和防尘。,几种典型机床部件,2）滚动导轨副（作直线往复运动） 也是数控机床的核心部件之一。其作用是支撑数控机床的立柱、工作台等部件。滚动导轨副的结构形式很多，其共同特点是利用滚动体（钢球或钢柱）的滚动将导轨副的滑动摩擦变为滚动摩擦。大大减少了摩擦阻力，摩擦系数在0.003左右。其结构是由导轨、滚动体、滑块三个主要零件组成。,双“V”形直线滚动导轨副,圆柱形直线滚动导轨副,另一种直线滚动导轨，它的滚动体是圆柱体，称为-滚子导轨块。,直线滚动导轨副的优缺点,优点：由于低摩擦力，响应迅速、移动速度高、无低速爬行，从而得到较高的定位精度。 缺点：刚性不足（相对滑动导轨而言）、吸振性和阻尼性不足。对賍物较敏感，必须有好的防护装置。抗冲击能力差，易损坏，现场不易修复。装卸工件时注意，轻拿轻放。,几种典型机床部件,3）贴塑导轨（滑动导轨）-就是在原钢制的导轨上粘贴一层塑料。种类有：贴塑导轨软带、三层复合材料DU导轨板、塑料涂层等。其中贴塑导轨软带应用的广，结构简单、加工成本低、摩擦系数小、吸振性好、刚性好等。目前用的广和多的是聚四氟乙烯（4F）。在聚四氟乙烯中加入各种金属和非金属材料（比如：青铜粉、二硫化钼、石墨等）可以改善或提高其性能，称为-聚四氟乙烯基软带（4FJ）。抗振性优于滚动轨道。,工作台和滑座及贴塑的横剖面图,塑料导轨加工方法,粘贴-固化-磨削-刮研（刮研点要深便于储油、润滑）,几种典型机床部件,4）间隙消除机构 在数控机床进给系统中，运动副的传动间隙是导致反向误差的主要因素之一， 直接影响加工精度。消除反向间隙是数控机床结构设计必须解决的问题。解决的方法很多，原理是改变主、被动齿轮在齿槽中的接触条件，即保证齿轮的齿两面都接触上，或间隙尽可能的小。,双片齿轮错齿法消除间隙,双齿轮齿条液压预紧消除间隙,预加负载双齿轮齿条无间隙传动机构,轴2上有两个斜齿轮且螺旋方向相反，轴2的运动又分别传至轴1和轴3，轴1上的齿轮4和轴3上的齿轮5都和床身齿条啮合。对轴2施加轴向力（可在端部设有加载弹簧，通过调整螺母施加轴向力，也可靠液压加负载），使轴2上的斜齿轮产生微量的轴向移动，由于轴2上的两个斜齿轮的螺旋方向相反，因此轴1和轴3便以相反的方向转过微小角度，使齿轮4和5分别与齿条齿槽的左右侧面贴紧而消除了间隙。,几种典型机床部件,5）无间隙传动联轴器 机械传动中为何要使用联轴器？能不能不用联轴器？比如：电动机-联轴器-滚珠丝杆螺母副中去掉联轴器。 选用联轴器时要考虑传动力矩的大小、孔径、方式、两轴的允许平行偏差、角度偏差、消振性及外形尺寸。,常见的几种联轴器（十字滑块）,常见的几种联轴器（波纹管）,常见的几种联轴器（弹性膜片）,几种典型机床部件,6）带传动 数控机床中由于结构限制和性能要求不允许同轴时，可考虑采用皮带传动。带传动是一种传统的传动方式，常见的有V形带传动、平带传动、多楔带传动和同步齿形带传动。数控机床大多用同步齿形带，是缘于其准确的传动比。齿形带又分为梯形齿的和圆弧齿的同步带。,同步齿形带结构,两种齿形带比较,梯形齿同步带 与小带轮接触时，齿形变形，受力情况变坏。 高速运转时，有较大的噪声和振动。,圆弧齿同步带 没有梯形齿同步带的缺点。 同时具有带传动和链传动的优点。不打滑，不需要很大的紧力，传动效率可达98%99.5 数控机床需要时的首选。,几种典型机床部件,7）角接触球轴承 多数情况下，数控机床的轴承要同时承受径向载荷和轴向载荷，常用的角接触球轴承的接触角为1560。,常见的几种轴承,常见的几种轴承,几种典型机床部件,8)底座（床身）机床的重要基础部件 立柱、导轨、工作台都依附于它之上，因此要有很好的刚性。 保证刚度的措施有： （1）整体底座，合理布筋。 （2）合理布局回水、排屑结构。 （3）适当加大导轨的跨度。 （4）轴承座与底座铸成一体。,底座图,几种典型机床部件,9）立柱 也是机床的重要基础部件 立柱上设有主轴箱上下移动的轨道和主轴平衡装置。对刚性的要求也高，保证部件的刚度是保证机床加工精度的前提（必要条件）。 立柱应具有的特点： （1）框架式结构，热对称性好、刚度高。 （2）设有平衡装置来平衡主轴箱。 （3）丝杠轴承座与立柱一体。,立柱图,几种典型机床部件,10）直线电动机 是一种直接将电能转换成直线运动机械能的传动装置，省去中间传动装置（如：联轴器、轴承、轴承座、丝杠等）大大提高机床的加工精度。因此称“零传动”或“直接驱动”技术。其原理可以简单认为是将旋转电动机沿径向剖开，展直。 新技术，未来的发展方向，可能是成本方面和技术的考虑，普及程度不高。,直线电动机图片,机械功能部件的选择与计算,1.滚珠丝杆副的传动要求 机床的伺服进给传动是把调节器的控制指令转换成三个方向的直线运动，因此，数控机床的进给传动装置必须具有下列特征。 （1）良好的动态响应-控制参数变更时，机床滑台及时跟上变化。 （2）系统稳定性好- 负载变化时，输出速度基本不变。 （3）位置精度高-实际位移与指令位移的差值要小。 （4）调速范围要宽-既能实现最小设定的速度值，又能空载高速运行。,机械功能部件的选择与计算,2. 滚珠丝杆副的选择与计算 滚珠丝杆的选择包括： 滚珠丝杆导程的计算和选择。 滚珠丝杆名义直径计算和选择。 滚珠丝杆精度选择。,1）滚珠丝杆导程精度的选择 滚珠丝杆导程精度是指在全行程内规定长度范围内-导程的变动量。 规定长度范围-普通机床为任意300mm,精密机床为全程。 选取的基本原则为：导程精度=1/31/2的机床精度。（此外，为了消除丝杠发热膨胀，除了采取润滑、冷却的手段之外，厂家还有意把丝杠导程预置为负值，以此来抵消热膨胀的影响。这个值的计算公式为L=Lt）,2)滚珠丝杆轴向间隙的解决措施 滚珠丝杆轴向间隙是由螺母和丝杠的配合产生的，解决的措施也是施加适当的预紧力。 具体方法-两个螺母中间加垫片。,机械功能部件的选择与计算,滚珠丝杠螺纹滚道型面的形状 国内投产的螺纹滚道型面的形状，仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种。如图所示，滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂直线间夹角称为 接触角。,垫片的厚度决定预紧力的大小。选用多厚的垫片合适？首先要知道预紧力的大小。 设预紧力为P0 螺母A、B的变形量皆为0 在弹性变形范围内，螺母变形量与压力P之间有这样关系 =cP/3-赫兹公式（c-与螺纹滚道曲率、材料的弹性模量有关的系数） 当螺母受到工作载荷Pw时，方向指向螺母A。 螺母A的变形量为A= 0 ， 螺母B的变形量为B= 0 +，,为满足丝杠在最大轴向载荷Pwmax作用下也不能有间隙， A最多为零。（为什么？） 即： A=0= 0 0 = 那么B= 20 由赫兹公式可得 0=cP0/3 B=cPwmax/3= 20 =2cP0/3 于是有 P0=Pwmax/(22) Pwmax/3 结论是：预紧力不应超过最大轴向载荷的1/3。,3）导程Ph 的计算与选择 导程的选择应满足这样的条件：伺服驱动电动机以最高转速运转时，单位时间内驱动执行件所移动的距离不小于执行件所要求移动的距离。 即：,vmax-执行件所要求移动的最大线速度； nmax-伺服驱动电动机的最大转速。,4）滚珠丝杠名义直径的计算与选择 滚珠丝杠名义直径按所承受的当量动载荷来选择。 当量动载荷是指一批相同规格的滚珠丝杠经过一百万次运转后，90%的滚珠丝杠副不发生疲劳点蚀时的轴向载荷。滚珠丝杠的名义直径越大，则承载能力和刚度越大。,5）轴承及其安装方式的选择 若机床需要大扭矩输出型，采用丝杠专用轴承（公称接触角为60，以保证大的轴向支撑力）两端固定的安装方式。,6）滚珠丝杠的最高转速的验算 对数控机床来说，滚珠丝杠的最高转速是指滑台快速移动时的转速。因此，只要此时的转速不超过临界转速就可以了。 临界转速一般以校核丝杠轴的转速与在自振频率下的转速是否接近为依据。 如果很接近，就会导致强迫共振，影响机床的稳定工作，因此丝杠必须在临界转速下使用。,机械功能部件的选择与计算,3进给系统伺服电动机的选择与校核 进给系统的驱动源是伺服电动机。伺服电动机驱动工件运动分两个阶段： 一是机床启动时，机床各进给轴从机床坐标原点加速接近工件，此阶段要求伺服电动机有高的加速力矩Ta及很短的伺服上升时间tup,以达到快速空载所需要的力矩Tqul； 二是加工工件时，克服切削进给所需要的力矩Tfc、最大切削负载所需要的力矩Tml。,1）伺服电动机阶跃加速时的加速力矩为,工作台移动时，伺服电动机的最高转速；,伺服电动机的加速时间，对于阶跃加速取,伺服电动机的转动惯量；,负载的转动惯量。,负载的转动惯量为进给系统各组成环节的惯量折算到电动机轴上的惯量之和。,2）切削进给所需要的力矩Tfc与最大切削负载所需要的力矩Tml 切削进给所需要的力矩Tfc由两部分组成，一是切削时的负载力矩Tl;二是滚珠丝杠副引起的磨擦力矩Tsc。,3）切削时最大切削负载力矩Tml,4）负载惯量的匹配计算 机械部分的等效惯量 对进给系统的响应特性是有影响的。 越大，响应越缓，出现超调的可能性越大，超调的幅值也越大；相比而言， 越小，系统响应越快，也越稳。在设计中机械部分的等效惯量 必须在一定的取值范围内，即,4传动系统刚度及精度的验算 传动系统综合刚度计算 本机床伺服进给驱动系统的各组成环节的刚度，如伺服电动机的刚度ksv、联轴器的刚度kcp、滚珠丝杠的刚度ksc及其承载轴承的刚度kbr、丝杠锁紧螺母的刚度knt等对系统的综合刚度k都有影响。系统是由这几部分串联而成的，因此由弹簧串联的综合刚度公式可得,机械功能部件的选择与计算,机械功能部件的选择与计算,5结论 加工中心的定位精度是在不切削空载条件下检验的，故轴向载荷为不切削时的负载力Fmin。因此力引起的弹性变形为 所选用的滚珠丝杠在任意300mm内的导程误差为 。因此，本机床总的弹性变形为 、/全行程。,机械功能部件的选择与计算,6滚动导轨副的选型 滚动导轨内的滚珠与沟槽的常用结构可分为二列式与四列式，依其负载与刚性的不同而应用于不同场合。一般而言，滚动导轨的结构以二列式双圆弧型与四列式单圆弧型为主。 二列式双圆弧型结构的滚动导轨副能承受各个方向的力和力矩，在轻负载或中负载应用场合较多，尤其在侧向负载较大时。 四列式单圆弧型结构的滚动导轨副采用较大的预紧力，刚性较好，在重负载或超重负载场合应用较多，,进给传动链的装配与检测,1.滚珠丝杆的装配与检测 1)简介 滚珠丝杠知名生产：厂商家有日本THK、BOSCH、台湾元银、南京工艺装备、汉江机床等。滚珠丝杠具有寿命长、摩擦力小、传动效率高、经预紧后刚度和精度高、响应速度快的特点。滚珠丝杠是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，螺旋槽设计为双圆弧滚道，使钢球在运动中有良好的线性接触，螺母上特殊设计的返向器可使滚珠能无阻滞地循环。螺母的特殊配置能实现不同的预加负荷。滚动接触面的硬度达到6062HRC,传动效率可达92%98%。,进给传动链的装配与检测,2）滚珠丝杆装配的技术要求 a.滚珠丝杆副相对于运功部件不能有轴向串动； b.螺母座中心孔与丝杠同心； c.滚珠丝杆副中心线在两个方向上与导轨平行； d.能方便地进行间隙调整和丝杠的预拉伸。,两端轴承最与螺母座同心,安装技术要求： a.基准面水平方向的直线度0.02mm/1000mm; b.丝杠水平和垂直两面的母线与导轨的平行度0.015mm; c.螺母端面跳动0.02mm。表示端面垂直于丝杠轴心的程度。？,3）滚珠丝杆装配的实施 a.领出待装的零件：滚珠丝杆副、联轴器、电动机、电动机座、轴承座、轴承座压盖、螺母座、补正垫片、固定用的螺钉、锁紧螺母。 b.清洗、修平基准面。清洗滚珠丝杆副上的防锈油，注意：不得使防锈油流入螺母内。清洗其他零件的安装面，确保无油污、賍物、铁屑。试配螺钉-装上螺钉不拧紧。 c.用水平仪找平电动机座、轴承座基准平面。？ d.安装滚动丝杠副，事先要调好两个导轨的精度。保证丝杠在两个方向上与导轨平行。,锁紧螺母（圆螺母）,螺母座,水平仪,第一步：水平平面内找直，将千分表固定在导轨滑块上，表头打在丝杠的上母线上，得出两端的差值。不平的话，加垫片（补正垫片），垫片的厚度取决于差值。 第二步：垂直平面内找直，千分表依然是固定在导轨滑块上，只是表头要打在丝杠的侧母线上，得出两端的差值。不平时，左右移动轴承座找整，拧紧螺钉。 第三步：检测螺母安装肩端面的端面跳动，不大于0.02为合格。(如何测量？）,第四步：固定，配钻、配铰圆锥定位销孔。 第五步：安装轴承座压盖，先安装一端，塞尺检验缝隙0.03mm。达不到要求时，调整螺钉松紧，再达不到，要修磨轴承座压盖。拧紧锁紧圆螺母（两个一组）。安装另一端，方法一样。 第六步：对丝杠进行预拉伸。预拉伸的作用，补偿因工作升温引起的丝杠伸长、减小弹性变形、增加刚度，保证了定位精度。 第七步：复检。 第八步：安装联轴器，保证电动机轴线与丝杠轴线同心。,进给传动链的装配与检测,滚珠丝杠轴向间隙的调整： 为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。,进给传动链的装配与检测,双螺母预紧消隙主要有： a.双螺母垫片调隙式结构 b.双螺母螺纹调隙式结构 c.双螺母齿差调隙式结构,进给传动链的装配与检测,a.双螺母垫片调隙式结构 在螺母处放入一垫片，调整垫片厚度使左右两个螺母产生方向相反的位移，则两个螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，即可消除间隙和产生预紧力。这种方法结构简单，刚性好，但调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧，调整精度不高，仅适用于一般精度的数控机床。,垫片调隙式,进给传动链的装配与检测,螺纹调隙式 左螺母外端有凸缘，右螺母右端加工有螺纹，用两个圆螺母1、2把垫片压在螺母座上，左右螺母通过平键和螺母座连接，使螺母在螺母座内可以轴向滑移而不能相对转动。调整时，拧紧圆螺母1使右螺母向右滑动，就改变了两螺母的间距，即可消除间隙并产生预紧力，然后用螺母2锁紧。这种调整方法结构简单紧凑，工作可靠，调整方便，应用较广，但调整预紧量不能控制。,双螺母螺纹调隙式结构 1圆螺母；2锁紧螺母,进给传动链的装配与检测,c.双螺母齿差调隙式结构 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为z1和z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量s=（1/z1-1/z2)Pn。 特点：这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动。,双螺母齿差调隙式结构,百分表、千分表的工作原理，是将被