数控机床机械装置设计课件

1、第七章第七章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构一、一、数控机床及其加工过程的特点数控机床及其加工过程的特点1 1、自动化程度高、自动化程度高2 2、高的加工精度及效率、高的加工精度及效率3 3、多工序多功能集成、多工序多功能集成4 4、高的可靠性和精度保持性、高的可靠性和精度保持性数控机床的机械结构包括：数控机床的机械结构包括：机床的床身、立柱、导轨、主轴部件、进机床的床身、立柱、导轨、主轴部件、进 给系统、工给系统、工作台、刀架和刀库、自动换刀作台、刀架和刀库、自动换刀 装置及其他辅助装置装置及其他辅助装置。第一节数控机床对结构的要求第一节数控机床对结构的要求与普通机床相比，数控机床在结

2、构上进行了改进，主要表与普通机床相比，数控机床在结构上进行了改进，主要表现在以下几个方面：现在以下几个方面：(1)(1)主传动装置多采用无级变速或分段无级变速方式，可利主传动装置多采用无级变速或分段无级变速方式，可利用程序控制主轴的变向和变速，主传动具有较宽的调速范用程序控制主轴的变向和变速，主传动具有较宽的调速范围，数控机床的机械传动结构大为简化，传动链也大大缩围，数控机床的机械传动结构大为简化，传动链也大大缩短。有些数控机床的主传动系统已开始采用结构紧凑及性短。有些数控机床的主传动系统已开始采用结构紧凑及性能优异的电主轴。能优异的电主轴。(2)(2)为减小摩擦、消除传动间隙，更多地采用了高

3、效传动部为减小摩擦、消除传动间隙，更多地采用了高效传动部件，进给传动装置中广泛采用无间隙滚珠丝杠传动和无间件，进给传动装置中广泛采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动，利用贴塑导轨或静压导轨来减少运动副的摩隙齿轮传动，利用贴塑导轨或静压导轨来减少运动副的摩擦力，提高传动精度。有些数控机床的进给部件直接使用擦力，提高传动精度。有些数控机床的进给部件直接使用直线电机驱动，从而实现了高速、高灵敏度伺服驱动。直线电机驱动，从而实现了高速、高灵敏度伺服驱动。(3)(3)为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，

4、以及床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；床身、立柱、横梁等主较高的耐磨性，而且热变形小；床身、立柱、横梁等主要支承件采用合理的截面形状，且采取一些补偿变形的要支承件采用合理的截面形状，且采取一些补偿变形的措施，使其具有较高的结构刚度。措施，使其具有较高的结构刚度。(4)(4)为了减少辅助时间、改善操作性、提高生产率，加工为了减少辅助时间、改善操作性、提高生产率，加工中心刀库采用了刀具自动夹紧装置与自动换刀装置及自中心刀库采用了刀具自动夹紧装置与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置，可进行多工序、多面加工，大动排屑装置等辅助装置，可进行多工序、多面加工，大

5、大提高了生产率。大提高了生产率。二、数控机床对结构的要求二、数控机床对结构的要求1. 1. 应具有更高的静、动刚度及抗震性能应具有更高的静、动刚度及抗震性能 与普通机床相比，其静刚度、动刚度应提高与普通机床相比，其静刚度、动刚度应提高50%50%以以上上 ，应注意合理选择构件的结构形式。，应注意合理选择构件的结构形式。(1) (1) 提高静刚度的措施提高静刚度的措施u 基础大件采用封闭整体箱形结构基础大件采用封闭整体箱形结构u 合理布置加强筋合理布置加强筋u 提高部件之间的接触刚度。提高部件之间的接触刚度。第一节第一节 数控机床对结构的要求数控机床对结构的要求第一节第一节第一节第一节 概概 述

6、述(2)(2)提高动刚度的措施提高动刚度的措施u改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）u床身表面喷涂阻尼涂层床身表面喷涂阻尼涂层u充分利用结合面的摩擦阻尼充分利用结合面的摩擦阻尼u采用新材料，提高抗震性采用新材料，提高抗震性 2. 2.数控机床应有更小的热变形数控机床应有更小的热变形 数控机床加工中的切削热、摩擦等均会引起温升及数控机床加工中的切削热、摩擦等均会引起温升及变形而影响加工精度。为确保加工精度，在数控机床变形而影响加工精度。为确保加工精度，在数控机床结构布局设计中可考虑尽量采用结构布局设计中可考虑尽量采用对称结构对称结构（如对称立（如对称立柱等），

7、进行柱等），进行强制冷却强制冷却（如采用空冷机），使（如采用空冷机），使排屑通排屑通道对称道对称布置等措施。布置等措施。 对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。在结构上还应尽可能发生在刀具切入的垂直方向上。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离减小主轴中心与主轴向地面的距离。 某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。3. 3. 数控机床各坐标轴进给运动的精度及其灵敏性亦极数控机床各坐标轴进给运动的精度及其灵敏性亦极大地影响到零件加工精度，要提高数控机床的运动精大地影响到零件加

8、工精度，要提高数控机床的运动精度可采取降低执行件的质量，减小静、动摩擦系数之度可采取降低执行件的质量，减小静、动摩擦系数之差，清除传动件间间隙，提高传动刚度等措施。数控差，清除传动件间间隙，提高传动刚度等措施。数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。，达到低速时无爬行，高速时快速响应。 改善摩擦特性，使导轨静摩擦尽量接近动摩擦。改善摩擦特性，使导轨静摩擦尽量接近动摩擦。 采用低摩擦副材料：塑料采用低摩擦副材料：塑料铸铁铸铁 高性能润滑油：增大油膜强度高性能润滑油：增大油膜强度4. 4. 数控机床应有更好

9、的宜人性数控机床应有更好的宜人性从使用数控机床的操作从使用数控机床的操作使用角度出发，机床结使用角度出发，机床结构布局应有良好的人机构布局应有良好的人机关系（如面板、操作台关系（如面板、操作台位置布置等）和较高的位置布置等）和较高的环保标准。环保标准。第二节第二节 数控机床的布局特点数控机床的布局特点 数控机床的总体结构布局应既满足从机床性能、加数控机床的总体结构布局应既满足从机床性能、加工适应范围等内部因素考虑确定各构件间位置工适应范围等内部因素考虑确定各构件间位置, , 同时同时亦满足从外观、操作、管理到人机关系等外部因素考亦满足从外观、操作、管理到人机关系等外部因素考虑安排机床总布局。虑

10、安排机床总布局。 数控机床不同的布局形式给机床工作带来了不同的数控机床不同的布局形式给机床工作带来了不同的影响，从而形成不同的特点，其影响主要表现在如下影响，从而形成不同的特点，其影响主要表现在如下几个方面：几个方面：1 1、不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量、不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量2 2、不同布局有不同的运动分配及工艺范围、不同布局有不同的运动分配及工艺范围3 3、不同布局有不同的机床结构性能、不同布局有不同的机床结构性能4 4、不同布局影响机床操作方便程度、不同布局影响机床操作方便程度一、数控车床的布局结构特点一、数控车床的布局结构特点 不同的机床布局使机床操作中工作（

11、如工件、刀具装不同的机床布局使机床操作中工作（如工件、刀具装卸、切屑清理、加工观察等）方便程度不同。图为数控卸、切屑清理、加工观察等）方便程度不同。图为数控车床的几种不同布局方案，其中立床身排屑最方便，车床的几种不同布局方案，其中立床身排屑最方便，切屑直接落入自动排屑的运输装置；斜床身排屑亦较方切屑直接落入自动排屑的运输装置；斜床身排屑亦较方便；横床身加工观察与排屑均不易。便；横床身加工观察与排屑均不易。第二节第二节 数控机床的布局特点数控机床的布局特点车床导轨采用宽支撑车床导轨采用宽支撑VV平导轨，丝杠在两导轨之间平导轨，丝杠在两导轨之间垂直床身垂直床身二、数控铣床及加工中心布局结构特点二、

12、数控铣床及加工中心布局结构特点1 1、不同布局适应于不同工件形状、尺寸及重量、不同布局适应于不同工件形状、尺寸及重量图为数控铣床四种布局方案，适应的工件重量、尺寸却不图为数控铣床四种布局方案，适应的工件重量、尺寸却不同。同。(a)(a)适应较轻工件，（适应较轻工件，（b)b)适应较大尺寸工件，（适应较大尺寸工件，（c)c)适应适应较重工件，较重工件， (d)(d)适应更重更大工件。适应更重更大工件。2 2、不同布局有不同的运动分配及工艺范围、不同布局有不同的运动分配及工艺范围图为数控镗铣床的三种布局方案图为数控镗铣床的三种布局方案(a)(a)主轴立式布置，主轴立式布置， 上下上下运动，对工件顶

13、面进行加工；运动，对工件顶面进行加工；(b)(b)主轴卧式布置，加上分主轴卧式布置，加上分度工作台的配合，可加工工件多个侧面度工作台的配合，可加工工件多个侧面;(c);(c)在在(b)(b)基础上再基础上再増加一个数控转台，増加一个数控转台，可完成工件上更多可完成工件上更多内容的加工内容的加工。3 3、不同布局有不同的机床结构性能、不同布局有不同的机床结构性能图中数控卧式镗铣床，图中数控卧式镗铣床，(a)(b)(a)(b)为为T T形床身布局，工作台支承形床身布局，工作台支承于床身，刚度好，工作台承载能力强于床身，刚度好，工作台承载能力强; (c)(d); (c)(d)工作台为十字工作台为十字

14、形布局，其中形布局，其中(c)(c)主轴箱悬挂于单立柱一侧，使柱受偏载，主轴箱悬挂于单立柱一侧，使柱受偏载，(d)(d)主轴箱装在框式立柱中间，对称布局，受力后变形小主轴箱装在框式立柱中间，对称布局，受力后变形小，有利于提高加工精度。，有利于提高加工精度。固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心与卧式加工中心与卧式加工中心相比结构简单、相比结构简单、占地面积小。占地面积小。滑枕立式加工中心滑枕立式加工中心O O型整体床身型整体床身立式加工中心立式加工中心移动立柱卧式移动立柱卧式加工中心加工中心4 4、五面加工中心、五面加工中心 具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，工件一次安具有立式加工中心和

15、卧式加工中心的功能，工件一次安装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，也称为万能加工中心或复合加工中心。，也称为万能加工中心或复合加工中心。它有两种形式：一种是其主轴可以旋转它有两种形式：一种是其主轴可以旋转9090，可以进行，可以进行立式和卧式加工立式和卧式加工; ;另一种是其主轴不改变方向，而由工作另一种是其主轴不改变方向，而由工作台带着工件旋转台带着工件旋转9090，完成对工件五个表面的加工。，完成对工件五个表面的加工。优点：优点：可以最大限度地减少工件的装夹次数，减小工件的可以最大限度地减少工件的装夹次数，减小工件的形位误差

16、，从而提高生产效率，降低加工成本。形位误差，从而提高生产效率，降低加工成本。缺点：缺点：结构复杂、造价高、占地面积大，所以它的使用远结构复杂、造价高、占地面积大，所以它的使用远不如其他类型的加工中心。不如其他类型的加工中心。第三节 数控机床的主运动部件1 1、传动系统作用、传动系统作用 产生主切削力产生主切削力2 2、对主传动系统的要求、对主传动系统的要求足够的转速范围足够的转速范围足够的功率和扭矩足够的功率和扭矩各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性噪声低、运行平稳噪声低、运行平稳一、主运动的变速形式一、主运动的变速形式1. .采用变速齿轮传

17、动采用变速齿轮传动 采用少数几对齿轮降速，采用少数几对齿轮降速，用液压拨叉或电磁离合器用液压拨叉或电磁离合器自动变速，电机主轴仍为自动变速，电机主轴仍为无级变速，实现分段无级无级变速，实现分段无级变速。变速。该方式扭矩大，噪声大，该方式扭矩大，噪声大，一般用于大中型数控机床。一般用于大中型数控机床。第三节第三节 数控机床的主运动部件数控机床的主运动部件主轴电动机主轴电动机2 2. .采用同步齿形带传动采用同步齿形带传动 采用直流或交流主轴伺服电机，由同步齿形带传动至主采用直流或交流主轴伺服电机，由同步齿形带传动至主轴，该方式主轴箱及主轴结构简单，主轴部件刚性好；传轴，该方式主轴箱及主轴结构简单

18、，主轴部件刚性好；传动效率高、平稳、噪声小；不需润滑动效率高、平稳、噪声小；不需润滑; ; 但由于输出扭矩小，但由于输出扭矩小，低速性能不太好，在中档机床中应用较多。低速性能不太好，在中档机床中应用较多。第二节第二节 数控机床的主运动系统数控机床的主运动系统 3.3.采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）由主轴电机直接驱动，电机、主轴合二为一，由主轴电机直接驱动，电机、主轴合二为一， 主轴为主轴为电机的转子。一般应用于高速机床。电机的转子。一般应用于高速机床。目前最高可达目前最高可达200000 r/min200000 r/min。其缺点是电机运转

19、产生。其缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式电机主轴的关整机平衡、温度控制和冷却是内装式电机主轴的关键问题。键问题。第二节第二节 数控机床的主运动系统数控机床的主运动系统二、主轴部件二、主轴部件功用：夹持工件或刀具实现切削运动；传递运动及切功用：夹持工件或刀具实现切削运动；传递运动及切 削加工所需要的动力。削加工所需要的动力。组成：主轴、支承、传动零件、夹持刀具或工件的附组成：主轴、支承、传动零件、夹持刀具或工件的附 件及辅助零部件。件及辅助零部件。1.主轴端部的结构形式主轴端部的结构形式

20、 端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要保端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要保证刀具或夹具定位（轴向、定心）准确，装夹可靠、证刀具或夹具定位（轴向、定心）准确，装夹可靠、牢固，而且装卸方便。牢固，而且装卸方便。 目前，主轴的端部形状已标准化。目前，主轴的端部形状已标准化。2.2.主轴的支承主轴的支承 目前数控机床主轴轴承配置有三种主要形式。目前数控机床主轴轴承配置有三种主要形式。（1 1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和 6060度角接触度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用成对向心推力球轴双列向心推力球轴承，后支承采用成对向心推力球轴承。此种结构普遍

21、应用于各种数控机床，其综合刚度承。此种结构普遍应用于各种数控机床，其综合刚度高，可以满足强力切削要求。高，可以满足强力切削要求。第二节第二节 数控机床的主运动系统数控机床的主运动系统（2 2）前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种）前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用于高速轻载和精密用于高速轻载和精密数控机床。数控机床。（3 3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承，其经向和轴向刚度很高，能承受重载荷锥滚子轴承，其经向和轴向刚度很高，能

22、承受重载荷. .但这种结构限制了主轴最高转速，因此适用于中等精但这种结构限制了主轴最高转速，因此适用于中等精度低速重载数控机床。度低速重载数控机床。第二节第二节 数控机床的主运动系统数控机床的主运动系统3.3.主轴准停装置主轴准停装置 主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上, ,由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定准确的的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定准确的位置上，以利于机械手换刀。位置上，以利于机械手换刀。4. 4. 其他机构其他机构 数控

23、车床能够加工各种螺纹，这就需要安装与主轴数控车床能够加工各种螺纹，这就需要安装与主轴同步运转的脉冲编码器，以便发出检测脉冲信号使主同步运转的脉冲编码器，以便发出检测脉冲信号使主轴的旋转与进给运动相协调。轴的旋转与进给运动相协调。第二节第二节 数控机床的主运动系统数控机床的主运动系统第二节第二节 数控机床的主运动系统数控机床的主运动系统一、对进给传动系统的要求一、对进给传动系统的要求高的传动精度与定位精度高的传动精度与定位精度宽的进给调速范围宽的进给调速范围响应速度要快响应速度要快无间隙传动无间隙传动稳定性好、寿命长稳定性好、寿命长使用维护方便使用维护方便二、进给传动系统的基本形式二、进给传动系

24、统的基本形式 数控机床的进给运动可以分为数控机床的进给运动可以分为直线运动和圆周运动直线运动和圆周运动两大类。两大类。第四节第四节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统实现直线进给运动的主要有：实现直线进给运动的主要有：（1）通过丝杠（通常为滚珠丝杠或静压丝杠）螺母）通过丝杠（通常为滚珠丝杠或静压丝杠）螺母副，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动。副，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动。（2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的旋转运动）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动。变成直线运动。（3）直接采用直线电动机进行驱动。）直接采用直线电动机进行驱动。实现圆周运动的一般采用蜗

25、轮蜗杆副。实现圆周运动的一般采用蜗轮蜗杆副。第四节第四节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统第四节第四节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统( (一一) ) 减速机构减速机构1.1.齿轮传动装置齿轮传动装置 步进电机驱动的步进电机驱动的开环系统传动比：开环系统传动比：步距角，步距角，脉冲当量，脉冲当量，PP滚珠丝杠的导程滚珠丝杠的导程 上式计算出从电机到丝杠之间的总传动比，现在要上式计算出从电机到丝杠之间的总传动比，现在要解决两个问题：解决两个问题： 如果多级传动，需要几级传动？如果多级传动，需要几级传动？ 每一级传动比如何确定？每一级传动比如何确定？PPmi360 传动级

26、数确定传动级数确定： 根据数学归纳，得出最佳传动级数为根据数学归纳，得出最佳传动级数为 n n3lg3lgi i总总 传动比分配传动比分配： 按最小惯量的要求选择降速比。按最小惯量的要求选择降速比。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统i1i2ABCD电动机电动机两对齿轮折算到电机轴上的总惯量为：两对齿轮折算到电机轴上的总惯量为：令令 ，得到最小惯量的条件，得到最小惯量的条件从而从而对于三级传动，各级传动比为对于三级传动，各级传动比为第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统)11 (412212122212121iiiiJiiJiJiJJJADcBA01i

27、J0222161iii22121412iii2/212ii 2/223ii 321iiii ( (二二) )滚珠丝杠副机构滚珠丝杠副机构1.1.滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副的特点 摩擦系数小，传动效率高，是常规丝杠的摩擦系数小，传动效率高，是常规丝杠的3 34 4倍；倍； 灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和 定位精度高；定位精度高； 磨损小，寿命长，精度保持性好；磨损小，寿命长，精度保持性好； 可通过预紧和间隙消除可通过预紧和间隙消除 措施提高轴间刚度和反措施提高轴间刚度和反 向精度；向精度； 运动具有可逆性；运动具有可逆性； 不能自锁。不能

28、自锁。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统2.2.滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数 (1)(1)公称直径公称直径d0d0。指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状。指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠中心的圆柱直径。系列尺寸：态时包络滚珠中心的圆柱直径。系列尺寸：6 6，8 8，1010，1212，1616，2020，2525，3232，4040，5050，6363，8080，100, 125, 100, 125, 160160，200200。 (2)(2)基本导程基本导程P

29、 P0 0 。丝杠相对于螺母转过一周时螺母基。丝杠相对于螺母转过一周时螺母基准点的轴向位移。系列尺寸：准点的轴向位移。系列尺寸：1 1，2.5, 3, 4, 5, 62.5, 3, 4, 5, 6，8 8，1010，1212，1616，2020，2525，3232，4040。 (3)(3)导程导程P P 。丝杠相对于螺母转过某一任意角度时螺。丝杠相对于螺母转过某一任意角度时螺母基准点的轴向位移。母基准点的轴向位移。 (4)(4)滚珠直径滚珠直径d db b。一般取。一般取d db b0.60.6P P0 0。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统3.3.滚珠丝杠螺母副的结构

30、滚珠丝杠螺母副的结构 滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环，滚珠循环过返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环，滚珠循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。程中与丝杠始终接触的为内循环。循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫工作圈数。工作圈数。 第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统内循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统4.滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整 滚珠丝杠的传动间隙是轴

31、向间隙，消除间隙的方法滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移。常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移。 常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：1）垫片调隙式垫片调隙式 调整垫片的厚度使螺调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉到消除间隙和产生预拉紧力的目的。紧力的目的。特点是构造简单、可靠性好、特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能整费时，并且在工作中不能随意调整。随意调整。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数

32、控机床的进给传动系统2）螺母调隙式螺母调隙式 一个螺母的外端有凸一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，着。旋转圆螺母时，即可消除间隙。即可消除间隙。特点是调整方便，使用中随时特点是调整方便，使用中随时可以调整，但调整精度不高，刚度不高。可以调整，但调整精度不高，刚度不高。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统3 3）齿差调隙式齿差调隙式 在两个螺母的凸缘上各在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，两者齿数制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿。当

33、两个滚珠相差一个齿。当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移。一个螺母转过一个齿的轴向位移生相对角位移。一个螺母转过一个齿的轴向位移t/z1t/z1，各转一个齿，则各转一个齿，则调整量为：调整量为： S= t(1/z1-1/z2) =1/z1z2S= t(1/z1-1/z2) =1/z1z2 当当z1=99z1=99，z2=100z2=100，t=10mmt=10mm，S=10/9900S=10/9900 1um1um 特点是调整精度高，刚度高。特点是调整精度高，刚度高。第三节第三

34、节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统5. 5. 滚珠丝杠副的标注方法滚珠丝杠副的标注方法 循环方式循环方式 预紧方式预紧方式 公称直径公称直径 基本导程基本导程 负荷滚珠总圈数负荷滚珠总圈数 精度等级精度等级 螺纹旋向螺纹旋向 浮动式 F 双螺母齿差预紧 C 插管式插管式 C内循环 双螺母垫片预紧 D 外循环 固定式 G 预紧方式 双螺母螺纹预紧 L 螺旋槽式 L 单螺母变导程自预紧B螺旋旋向为左、右旋，只标左旋代号为螺旋旋向为左、右旋，只标左旋代号为LHLH，右旋不标。，右旋不标。例例 CTC63CTC63103.53.5/2000103.53.5/200016001600表示为

35、插管突出式外循环（表示为插管突出式外循环（CTCT），双螺母齿差预紧（），双螺母齿差预紧（C C）的滚）的滚珠丝杠副，公称直径珠丝杠副，公称直径63mm63mm，基本导程，基本导程10mm10mm，负荷滚珠总圈数，负荷滚珠总圈数3.53.5圈，精度等级圈，精度等级3.53.5级，螺纹旋向为右旋，丝杠全长为级，螺纹旋向为右旋，丝杠全长为2000mm2000mm，螺纹长度为，螺纹长度为1600mm1600mm。_第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统6. 滚珠丝杠的支承方式滚珠丝杠的支承方式(a)(a)双推双推- -自由式。自由式。(b)(b)双推双推- -简支式。简支式。(c

36、)(c)单推单推- -单推式。单推式。(d)(d)双推双推- -双推式双推式。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统三、齿轮传动间隙的消除措施三、齿轮传动间隙的消除措施(1)(1)偏心轴套调整法偏心轴套调整法 电机电机1 1是通过偏心轴套是通过偏心轴套2 2装到壳体上，通过转动偏装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，就能够方心轴套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的中便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消除了圆柱齿心距，从而消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。轮正、反转时的齿侧隙。第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床

37、的进给传动系统(2)(2)锥度齿轮调整法锥度齿轮调整法 在加工齿轮在加工齿轮1 1和和2 2时，时，将分度圆柱面改变成带将分度圆柱面改变成带有小锥度的圆锥面，使有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍其齿厚在齿轮的轴向稍有变化。装配时只要改有变化。装配时只要改变垫片变垫片3 3的厚度就能调整的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对位两个齿轮的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙置，从而消除了齿侧间隙. .(3) (3) 柔性调整法柔性调整法 1. 1. 轴向弹簧调整法轴向弹簧调整法 2. 2. 周向弹簧调整法周向弹簧调整法第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统(4) (4) 斜齿轮传动

38、间隙消除斜齿轮传动间隙消除 第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统(5) (5) 键连接间隙的消除键连接间隙的消除第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统四、机床导轨四、机床导轨功用：支承、导向功用：支承、导向1.1.对导轨的要求对导轨的要求(1)(1)导向精度高导向精度高 无论空载或切削加工时，导轨均应有足够的精度无论空载或切削加工时，导轨均应有足够的精度 影响因素：结构，制造、装配误差及导轨及其支承影响因素：结构，制造、装配误差及导轨及其支承件的刚度和热变形件的刚度和热变形 (2)(2)耐磨性能好耐磨性能好 导轨在长期使用过程中保持较高的导向精度导轨在

39、长期使用过程中保持较高的导向精度 影响因素：导轨的磨损、结构（采用滚动导轨和静影响因素：导轨的磨损、结构（采用滚动导轨和静压导轨）压导轨）(3)(3)足够的刚度足够的刚度 导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，要求导轨有足够的刚度。置，要求导轨有足够的刚度。 为减轻或平衡外力的影响，数控机床常采用加大导为减轻或平衡外力的影响，数控机床常采用加大导轨面的尺寸或添加辅助导轨的方法来提高刚度。轨面的尺寸或添加辅助导轨的方法来提高刚度。(4)(4)低速运动平稳性低速运动平稳性 要使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无要使导轨的摩擦阻力小，运动轻

40、便，低速运动时无爬行现象。爬行现象。 (5)(5)结构简单、工艺性好结构简单、工艺性好 导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维护。护。2 2、导轨的种类和特点、导轨的种类和特点按运动轨迹：直线运动导轨、圆运动导轨按运动轨迹：直线运动导轨、圆运动导轨按工作性质：主运动导轨、进给运动导轨、调整导轨按工作性质：主运动导轨、进给运动导轨、调整导轨按摩擦性质：滑动导轨、滚动导轨、静压导轨按摩擦性质：滑动导轨、滚动导轨、静压导轨(1)(1)滑动导轨滑动导轨优点：结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高优点：结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高缺点：静摩擦因数大

41、在低速缺点：静摩擦因数大在低速(1(160mm /min)60mm /min)时易时易出出现爬行现象。现爬行现象。提高耐磨性或改善摩擦特性，选用合适的导轨材料提高耐磨性或改善摩擦特性，选用合适的导轨材料塑料滑动导轨塑料滑动导轨 塑料导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的塑料导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的金属导轨是铸铁或钢质导轨。金属导轨是铸铁或钢质导轨。1)1)聚四氟乙烯导轨软带（贴塑导轨）聚四氟乙烯导轨软带（贴塑导轨）2)2)环氧型耐磨涂层（注塑导轨）环氧型耐磨涂层（注塑导轨）(2)(2)滚动导轨滚动导轨 导轨面间放滚动体导轨面间放滚动体( (滚珠、滚柱、滚针滚珠、滚柱、滚针)

42、)，使导轨面，使导轨面间成为滚动摩擦。间成为滚动摩擦。优点优点：灵敏度高、摩擦阻力小，运动均匀、不易出现：灵敏度高、摩擦阻力小，运动均匀、不易出现爬行现象、爬行现象、 牵引力小、移动轻便、磨损小、精度保牵引力小、移动轻便、磨损小、精度保持性好、寿命长持性好、寿命长缺点缺点：抗振性较差、对防护要求较高、结构复杂、制：抗振性较差、对防护要求较高、结构复杂、制造比较困难成本较高。造比较困难成本较高。1)1)导轨的类型导轨的类型滚珠导轨滚珠导轨结构紧凑、制造容易、成本低结构紧凑、制造容易、成本低因为是点接触，刚度低、承载能力低。因为是点接触，刚度低、承载能力低。适合于切削力小、颠覆力小的场合。如磨床。

43、适合于切削力小、颠覆力小的场合。如磨床。滚柱导轨滚柱导轨承载能力大、刚度高。承载能力大、刚度高。导轨面平行度要求高导轨面平行度要求高（滚柱的偏移、侧向（滚柱的偏移、侧向滑动，磨损加剧、滑动，磨损加剧、 降降低精度）。低精度）。适合于载荷较大的机床适合于载荷较大的机床 。滚针导轨滚针导轨 当结构尺寸受限制时，可采用直径较小的滚柱，这当结构尺寸受限制时，可采用直径较小的滚柱，这种导轨称为滚针导轨。种导轨称为滚针导轨。结构紧凑、承载能力大结构紧凑、承载能力大 。但摩擦较大。但摩擦较大。经过滚动导轨的预紧可提高刚度经过滚动导轨的预紧可提高刚度(3(3倍左右倍左右) )。(3)(3)静压导轨静压导轨1)

44、1)导轨面通压力油形成油膜，处于纯液体摩擦状态。导轨面通压力油形成油膜，处于纯液体摩擦状态。摩擦系数极低，摩擦系数极低， 极高，无爬行、磨损，精度保持性极高，无爬行、磨损，精度保持性好，油膜吸振，运动平稳。好，油膜吸振，运动平稳。但结构复杂、供油系统要求高、成本高。但结构复杂、供油系统要求高、成本高。2) 2) 类型类型开式静压导轨开式静压导轨闭式静压导轨一、自动换刀装置的形式一、自动换刀装置的形式自动换刀系统的结构形式自动换刀系统的结构形式随机床类型不同而不同。随机床类型不同而不同。1.1.回转回转刀架换刀刀架换刀 回转刀架的换刀动作回转刀架的换刀动作2.2.更换更换主轴换刀主轴换刀第四节第

45、四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统刀架抬起刀架抬起刀架转位刀架转位刀架压紧刀架压紧优点：换刀时间短，换刀的可靠性强。优点：换刀时间短，换刀的可靠性强。缺点：主轴系统的刚度较差。缺点：主轴系统的刚度较差。适用场合：适应于工序较少、精度要求不太高的机床适用场合：适应于工序较少、精度要求不太高的机床 回回转转刀刀架架换换刀刀3. .更换主轴箱换刀更换主轴箱换刀适用场合：适用场合：适用于箱体适用于箱体类零件的加类零件的加工工第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统4. 4. 带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统特点：结构较复杂，换刀过程动作多，换刀时间长。特点：结

46、构较复杂，换刀过程动作多，换刀时间长。适用场合：多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。适用场合：多用于钻床、镗铣床和数控组合机床。组成组成刀库刀库选刀系统选刀系统刀具交换机构刀具交换机构刀具自动装卸机构刀具自动装卸机构第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统二、刀库二、刀库1 1、刀库的功能、刀库的功能功能：储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。功能：储存加工工序所需的各种刀具及辅助工具。2 2、刀库的种类、刀库的种类(1)(1)直线式直线式 特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳特点：结构简单，刀库容量小，一般可容纳8-

47、128-12把把 刀具，故少用。刀具，故少用。第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统(2)(2)鼓轮式（圆盘式）鼓轮式（圆盘式） 单鼓轮式单鼓轮式刀具、鼓轮轴线平行刀具、鼓轮轴线平行刀具、鼓轮轴线垂直刀具、鼓轮轴线垂直第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 刀库的种类盘式刀库盘式刀库 特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单环排列特点：结构简单紧凑，应用较多，但刀具单环排列, ,空间利用率低，适用于刀库容量较小的场合，一般不空间利用率低，适用于刀库容量较小的场合，一般不多于多于50-6050-60把刀。把刀。刀具、鼓轮轴线成锐角刀具、鼓轮轴线成锐角第四节第

48、四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 特点：刀库空间利用率较高，但装刀、取刀机构复特点：刀库空间利用率较高，但装刀、取刀机构复杂，仅适用于机床空间有限制而刀库容量较大的场合杂，仅适用于机床空间有限制而刀库容量较大的场合鼓轮端面上双环排列鼓轮端面上双环排列鼓轮端面上多环排列鼓轮端面上多环排列鼓轮弹仓式鼓轮弹仓式第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 多鼓轮式多鼓轮式双鼓轮式双鼓轮式主轴第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 特点：不同类型的刀具及轻重型刀具可分别放置，特点：不同类型的刀具及轻重型刀具可分别放置，空间利用率高，但传动机构和运动控

49、制装置复杂，适空间利用率高，但传动机构和运动控制装置复杂，适用于刀库容量大的场合。用于刀库容量大的场合。三鼓轮式三鼓轮式 行星鼓轮式行星鼓轮式第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统(3)(3)链式链式 特点：结构紧凑，刀库容量大，可充分利用空间，特点：结构紧凑，刀库容量大，可充分利用空间，通常为轴向取刀，位置精度较低，适用于刀库容量大通常为轴向取刀，位置精度较低，适用于刀库容量大的场合。的场合。单环链式单环链式第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统龙门龙门加工中心加工中心第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统多环链式多环链式第四节第四

50、节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 特点：刀库结构紧凑，空间利用率高，但换刀时间特点：刀库结构紧凑，空间利用率高，但换刀时间 较长，小直径刀具为轴向取刀，大直径刀具较长，小直径刀具为轴向取刀，大直径刀具 为径向为径向取刀，布局不灵活，通常刀库安置在工作台上，应用取刀，布局不灵活，通常刀库安置在工作台上，应用较少。较少。(4)(4)格子箱式格子箱式单面网格式单面网格式第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统 特点：刀库容量大，辅助装置较复杂，用于需刀库特点：刀库容量大，辅助装置较复杂，用于需刀库容量大的机床上。容量大的机床上。多面网格式多面网格式第四节第四节 数控

51、机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统第四节第四节 数控机床的自动换刀系统数控机床的自动换刀系统三、刀具的选择方式三、刀具的选择方式 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序所需要的刀具的操作，称为所需要的刀具的操作，称为自动换刀自动换刀。目前有。目前有顺序选顺序选择择和和任意选择任意选择两种方式。两种方式。1.顺序选择方式顺序选择方式 刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放人刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库按依次放人刀库的每一

52、个刀座内。每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。已顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。已经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以按顺经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以按顺序放入下一个刀座内。序放入下一个刀座内。特点：特点：l 不需要刀具识别装置，而且驱动控制也较简单，可不需要刀具识别装置，而且驱动控制也较简单，可以直接由刀库的分度来实现。因此，刀具的顺序选以直接由刀库的分度来实现。因此，刀具的顺序选择方式具有结构简单，工作可靠等优点。择方式具有结构简单，工作可靠等优点。l 更换不同工件时，须重新排列刀库中的刀具顺序。更换不同工件时，须重新排列刀库中的刀

53、具顺序。刀库中的刀具在不同的工序中不能重复使用，相应刀库中的刀具在不同的工序中不能重复使用，相应地增加了刀具的数量和刀具的容量，降低了刀具和地增加了刀具的数量和刀具的容量，降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库，将会造成严重事故。刀具不按顺序装在刀库，将会造成严重事故。2.2.任意选择方式任意选择方式 采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置。这种方式是根据程序指令的要求来选择所需别装置。这种方式是根据程序指令的要求来选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件

54、的加工顺序排要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都编上代码，列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过自动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过“刀具识别装置刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，并将刀具控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，并将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。送到换刀位置，等待机械手来抓取。 优点：优点： 刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀具可重

55、复使用。因此，刀具数量比顺序选择法的的刀具可重复使用。因此，刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，刀库也相应的小一些。刀具可少一些，刀库也相应的小一些。 任意选择法须对刀具编码，编码方式主要有三种任意选择法须对刀具编码，编码方式主要有三种： （1）刀具编码方式）刀具编码方式 （2）刀座编码方式）刀座编码方式 （3）编码附件方式）编码附件方式 （1）刀具编码方式）刀具编码方式 这种方式是采用特殊的刀柄结构进行编码。这种方式是采用特殊的刀柄结构进行编码。 由于每把刀具都有自己的代码，因此，可以存放由于每把刀具都有自己的代码，因此，可以存放于刀库的任一刀座中。于刀库的任一刀座中。 刀库中的刀具在不同的

56、工序中也就可重复使用，刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复使用，用过的刀具也不一定放回原刀座中，这对装刀和选刀用过的刀具也不一定放回原刀座中，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可相应地小减小，而且还都十分有利，刀库的容量也可相应地小减小，而且还可避免由于刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事可避免由于刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故。故。刀具编码的具体结构如图所示。刀具编码的具体结构如图所示。 在刀柄在刀柄1后端的拉杆后端的拉杆4上套装着等间隔的编码环上套装着等间隔的编码环2由锁紧螺母由锁紧螺母3固定。编码环既可以是整体的，也可由固定。编码环既可以是整体的，也可由圆环圆环3组成。编码环

57、直径有大小两种，大直径的为二组成。编码环直径有大小两种，大直径的为二进制的进制的“1”，小直径为，小直径为“0”。通过这两种圆环的不。通过这两种圆环的不同排列，可以得到一系列代码。例如由六个大小直径同排列，可以得到一系列代码。例如由六个大小直径的圆环便可组成能区别的圆环便可组成能区别63种刀具的代码。种刀具的代码。（2 2）刀座编码方式）刀座编码方式 这种编码方式对刀库中每个刀座都进行编码，刀这种编码方式对刀库中每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符合的刀座中。具也编号，并将刀具放到与其号码相符合的刀座中。换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至换刀时刀库旋转，使各个刀

58、座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。找到规定的刀座，刀库便停止旋转。 由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。在自动换刀过程中必须将用过的刀柄结构大为简化。在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀的动作。刀座编码具放回原来的刀座中，增加了换刀的动作。刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。 如图所示为圆盘刀库的刀座编码装置。如图所示为圆盘刀库的刀座编码装置。 在圆盘的圆周上均布若干个刀座，其外侧边缘上在圆盘的圆周上均布若干个刀座，其外侧边缘上装有

59、相应的刀座编码块装有相应的刀座编码块1，在刀库的下放装有固定不，在刀库的下放装有固定不动的刀座识别装置动的刀座识别装置2。刀座编码的识别与上述刀具编。刀座编码的识别与上述刀具编码的识别原理完全相同。码的识别原理完全相同。（3 3）编码附件方式）编码附件方式 编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等。杆和编码盘等。 应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给刀具都应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把个刀具放入缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把个刀具放入刀库中时，识别装置可以通过识别刀具上的号码来选刀库中

60、时，识别装置可以通过识别刀具上的号码来选取该钥匙旁边的刀具。取该钥匙旁边的刀具。v钥匙的两边最多可钥匙的两边最多可带有带有22个方齿，图中个方齿，图中除导向用的两个方外，除导向用的两个方外，共有共有20个个 图中可区图中可区别别9999刀具。刀具。v钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座，然后顺时针方向旋转钥匙孔座，然后顺时针方向旋转90度，处于钥匙代码突起度，处于钥匙代码突起6 的第一弹的第一弹簧片簧片5被撑起，表示代码被撑起，表示代码“1”，处于，处于代码凹处的第二弹簧片代码凹处的第二弹簧片3保持原状，保持原状，表示代码表示代码“0”。由于钥匙上每个凹。由于钥匙上