第九章导轨和自动换刀装置

1、第九章导轨和自动换刀装置第一节导轨的功用、分类和基本要求第二节滑 动 导 轨第三节滚 动 导 轨第四节动压导轨、静压导轨、卸荷导轨第五节数控机床的自动换刀装置第一节导轨的功用、分类和基本要求一、导轨的功用和分类导轨的功用是导向和承载。1)按工作性质可分主运动导轨、进给运动导轨和调位导轨。2)按摩擦性质可分滑动导轨和滚动导轨。图9-1开式导轨与闭式导轨第一节导轨的功用、分类和基本要求3)按受力情况分为开式导轨和闭式导轨。二、导轨应满足的基本要求机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度、工作能力和使用寿命。(一)导向精度(二)精度保持性(三)低速运动平稳性(四)结构工艺性三、导轨的磨损形式滑

2、动导轨磨损的基本形式是磨粒磨损和咬合磨损。(一)磨粒磨损(二)咬合磨损第一节导轨的功用、分类和基本要求(三)疲劳磨损和压溃现象第二节滑 动 导 轨一、导轨材料及热处理(一)对导轨材料的要求和搭配表9-1导轨材料的搭配(二)铸铁导轨(三) 镶钢导轨第二节滑 动 导 轨图9-2镶钢导轨(四) 非铁金属导轨第二节滑 动 导 轨(五) 塑料导轨1.TSF导轨软带2.FQ-1导轨板3.HNT耐磨涂层图9-3FQ-1导轨板1其他填料2多孔青铜3钢背第二节滑 动 导 轨二、导轨的结构(一) 截面形状1.直线运动导轨截面的基本形式见表9-2。表9-2常见的导轨形式(1)三角形导轨支承导轨为凸形时，称山形导轨；

3、支承导轨为凹形时，称V形导轨。第二节滑 动 导 轨(2)矩形导轨制造简单、刚度高、承载能力大，具有水平和垂直两个方向的导轨面，而且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装调整。(3)燕尾形导轨结构紧凑、高度尺寸较小，可承受颠覆力矩，但磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，刚性较差，摩擦力较大，制造和检修都比较复杂，一般用作中、低速的多层导轨。(4)圆柱形导轨制造简单，但要求加工时就直接达到较高精度，磨损后很难调整和补偿间隙。2.圆周运动导轨截面的基本形式第二节滑 动 导 轨图9-4圆周运动导轨截面(1) 平面圆环导轨(图9-4a)制造容易，热变形后导轨仍能接触，第二节滑 动 导 轨只能承受进给力

4、，需与带径向滚动轴承的主轴相配合，来承受背向力。(2) 锥形圆环导轨(图9-4b)能承受进给力和较大的背向力，热变形不影响导轨接触，导向性比平面好，但要保持锥面和主轴的同轴度较困难。(3) V型圆环导轨(图9-4c)能承受较大的进给力、背向力和颠覆力矩。(二) 组合形式图9-5直线运动滑动导轨常用组合形式第二节滑 动 导 轨(1) 双三角形组合(图9-5a)导向精度高，磨损后能自动补偿，具有较好的精度保持性，但很难达到四个表面同时接触的要求，制造较困难。(2) 双矩形组合(图9-5b)具有较大的承载能力，制造与维修简单，导向性差，磨损后不能自动补偿。图9-6窄导向与宽导向第二节滑 动 导 轨(

5、3) 三角形-矩形组合(图9-5c)这种组合形式兼有导向性好、制造方便和刚度高的优点，应用最广泛。(4) 燕尾形组合(图9-5d)两个燕尾平面同时起导向及压板作用，用一根镶条就可调整各接触面的间隙，但不能承受过大的颠覆力矩，摩擦损失也较大。(5) 燕尾形-矩形组合(图9-5e)能承受较大力矩，间隙调整也较方便，适用于横梁、立柱、摇臂等导轨。(6) 双圆柱形组合(图9-5f)容易制造，耐磨性较好，但磨损后不易补偿。(7) 三矩形导轨组合两边矩形导轨主要起承载作用，以中间矩形导轨双侧导向，导向约束稳定性好，扭转变形小，热变形小。(三) 间隙调整第二节滑 动 导 轨1.压板图9-7压板1动导轨2支承

6、导轨3刮压板4垫片5平镶条6螺钉2.镶条第二节滑 动 导 轨图9-8平镶条1螺钉2平镶条3支承导轨第二节滑 动 导 轨图9-9斜镶条1螺钉2镶条3开口垫圈4、5、6、7螺母3.镶条的安放位置三、导轨的润滑和防护(一)导轨的润滑(二)导轨的防护第二节滑 动 导 轨四、提高导轨耐磨性的措施1.力求无磨损2.力求少磨损3.均匀磨损1) 力求使摩擦面上的比压均匀分布，例如，异轨的形状和尺寸要尽可能与集中载荷对称。2) 尽量减少扭矩和颠覆力矩。3) 保证工作台、溜板等支承件有足够的刚度。4) 回转运动导轨不宜太宽，以免线速度相差太大。5) 摩擦副中全长上使用机会不均的那一件硬度应高些。五、低速运动的平稳

7、性(一)爬行现象及其影响第二节滑 动 导 轨(二)产生爬行的原因图9-10直线运动进给系统力学模型1) 静摩擦力和动摩擦力之差，这个差值越大，越容易产生爬行。2) 传动系统刚度越差，越容易产生爬行。3) 运动件的质量越大，越容易产生爬行。第二节滑 动 导 轨4) 当导轨面之间的阻尼较大时，有利于减轻或消除爬行。(三) 消除爬行的措施1.减小静、动摩擦力之差(1) 采用导轨油这种方法最简便，不需对原有滑动导轨结构进行任何改动，因此应用比较普遍。(2) 以滚动摩擦代替滑动摩擦例如，淬硬钢滚动导轨的摩擦因数仅为0.005，而且静、动摩擦因数值接近，动摩擦因数也不随速度的变化而改变。(3) 采用卸荷导

8、轨和静压导轨采用卸荷导轨后，运动部件的部分重量由卸荷装置承担，使作用于导轨表面的正向作用力大大减小，从而使摩擦力减小。第二节滑 动 导 轨(4) 采用减摩导轨材料在导轨表面上镶非铁金属板或采用聚四氟乙烯基滑动导轨塑料软带，以获得较小的静、动摩擦因数，数控机床的动导轨和镶条上都贴有塑料软带，以进一步减小摩擦因数并防止爬行。2.提高传动系数刚度(1) 机械传动尽可能缩短传动链，以减少弹性变形量；适当提高末端传动副的刚度；合理分配传动比，使多数传动件受力较小。(2) 液压传动液压传动机构受力后的变形来自油的可压缩性以及活塞杆、活塞杆座等的变形。第三节滚 动 导 轨一、滚动导轨的特点和应用在两导轨面之

9、间装有一定数量的滚动体，使导轨面之间的摩擦性质成为滚动摩擦，这种导轨称为滚动导轨。二、滚动导轨的结构形式滚动导轨按运动轨迹可分直线运动滚动导轨和圆周运动滚动导轨。(一)直线运动滚动导轨1.滚动体不作循环运动的滚动导轨(1)滚珠导轨(图9-11)这种导轨结构紧凑，容易制造，成本低，但由于导轨表面属于点接触，因此刚度低，承载能力较小。第三节滚 动 导 轨图9-11滚珠导轨1螺钉2螺母第三节滚 动 导 轨图9-12滚柱导轨(2)滚柱导轨(图9-12)适用于载荷较大的机床。第三节滚 动 导 轨(3)滚针导轨这种导轨的特点是滚针直径小，结构紧凑。2.滚动体作循环运动的滚动导轨(1) 直线滚动导轨副(图9

10、-13)它包括导轨条7和滑块5两部分，导轨条7是支承导轨，安装在支承件(如床身)上。图9-13直线滚动导轨副1滚珠2回珠孔3、8密封垫4端面挡板5滑块6油嘴7导轨条第三节滚 动 导 轨(2) 滚动导轨块(图9-14)导轨块2用螺钉1固定在动导轨体3上，滚动体4在导轨块2与支承导轨5之间滚动，并经两端的挡板7和6及上面的返回槽返回，作循环运动。图9-14滚动导轨块1固定螺钉2导轨块3动导轨体4滚动体5支承导轨6、7带返回槽挡块(二) 圆周运动滚动导轨第三节滚 动 导 轨(1) 滚珠导轨图9-15a、b所示的结构只能承受进给力，且承载能力较低，结构简单，制造容易，适用轻载低速运动的工作台，例如，卧

11、式镗床和坐标镗床的回转工作台。图9-15圆周运动滚动导轨a) 铸铁平导轨(滚珠)b) 铸铁圆弧面导轨(滚珠)c) V形滚珠导轨d) 滚柱导轨第三节滚 动 导 轨(2) 滚柱导轨图9-15d所示的结构只能承受进给力，承载能力大，安装时需预紧，背向力由与圆周运动导轨同轴线的滚动轴承承受。三、滚动导轨的预紧在滚动体与导轨面之间预加一定载荷，可增加滚动体与导轨的接触面积，以减小导轨面平面度、滚子直线度及滚动体直径不一致性误差的影响，使大多数滚动体均能参加工作。第四节动压导轨、静压导轨、卸荷导轨一、动压导轨动压导轨的工作原理与动压轴承相同。图9-16动压导轨二、静压导轨第四节动压导轨、静压导轨、卸荷导轨

12、静压导轨的工作原理与静压轴承相同。图9-17静压导轨第四节动压导轨、静压导轨、卸荷导轨三、卸荷导轨图9-18机械卸荷导轨1工作导轨2辅助导轨3滚动轴承4销轴5滑柱6工作台7弹簧第四节动压导轨、静压导轨、卸荷导轨(1)液压卸荷导轨液压卸荷的原理与静压导轨相同，只是油腔作用面积较小，油腔压力不足以将运动部件浮起，但油液压力作用于工作台，可以抵消部分载荷，从而减少滑动面上的比压。(2)机械卸荷导轨图9-18所示为T4163型坐标镗床所采用的机械卸荷导轨结构。第五节数控机床的自动换刀装置一、自动换刀装置的常见形式1.回转刀架图9-19数控车床刀架结构1刀盘2中心轴3回转盘4柱销5、9凸轮6液压缸7盘1

13、1、12牙盘8、10开关第五节数控机床的自动换刀装置(1)松开刀架当接到回转信号后，液压缸6右腔进油，将中心轴2和刀盘1左移，使鼠牙盘12和11分离。(2) 刀架转位液压马达驱动凸轮5旋转，凸轮5拨动回转盘3上的柱销4，使回转盘3带动中心轴2和刀盘1旋转。(3)刀架夹紧液压缸6左腔进油，将中心轴2和刀盘1右移，两鼠牙盘啮合实现精确定位，并且将刀架夹紧，此时盘7压下开关8，发出回转结束信号。2.主轴与刀库合为一体的自动换刀系统图9-20更换主轴换刀第五节数控机床的自动换刀装置图9-21转塔头的传动图1转塔座2蜗杆3蜗轮4转塔头5离合器第五节数控机床的自动换刀装置3.主轴与刀库分离的自动换刀系统图

14、9-22带刀库的自动换刀系统(一)第五节数控机床的自动换刀装置图9-23带刀库的自动换刀系统(二)第五节数控机床的自动换刀装置图9-24带刀库的自动换刀系统(三)第五节数控机床的自动换刀装置图9-25带刀库的自动换刀系统(四)二、刀库及刀具的选刀方式第五节数控机床的自动换刀装置(一) 刀库的类型1.盘式刀库图9-26盘式刀库类型第五节数控机床的自动换刀装置2.链式刀库图9-27链式刀库类型第五节数控机床的自动换刀装置图9-28格子式刀类类型3.格子式刀库第五节数控机床的自动换刀装置(二) 设计或选用刀库时应考虑的主要问题1.刀库容量2.刀库的工作可靠性3.刀库的运动4.刀具在刀库中的排列(三)

15、刀具的选择方式1.刀具的顺序选择方式2.刀具的任意选择方式3.刀具的识别第五节数控机床的自动换刀装置图9-29刀具编码法1刀柄2接触式识别装置3触针(销)4数码环第五节数控机床的自动换刀装置(1)刀具编码法刀具编码法是一种早期使用的刀具识别方法。(2)软件记忆法软件记忆法的工作原理是将刀库上的每一个刀座进行编号，如TAB1TAB+N，称为“地址”。三、刀具交换装置在刀库与主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。1.交换装置的形式(1)由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换这种形式的刀具交换是在刀库和主轴间直接进行的。图9-30机械手的基本形式第五节数控机床的自动换刀装置(2) 由机械手进行刀

16、具交换图9-30是机械手的几种基本形式。图9-31双机械手自动换刀第五节数控机床的自动换刀装置图9-32机械手换刀的基本动作第五节数控机床的自动换刀装置图9-33机械手的运动自由度2.刀具的夹持第五节数控机床的自动换刀装置图9-34机械手的夹持机构1活动爪2轴3挡销4销紧销5螺栓6弹簧柱塞7固定爪第五节数控机床的自动换刀装置图9-35标准刀柄形式1机械手抓取部位2刀柄3键槽4安装可调节拉杆的螺孔第五节数控机床的自动换刀装置3.自动换刀系统对主轴部件的要求表A-1常用机床组、系代号及主参数第五节数控机床的自动换刀装置表A-1常用机床组、系代号及主参数第五节数控机床的自动换刀装置表A-1常用机床组、系代号及主参数第五节数控机床的自动换刀装置表A-1常用机床组、系代号及主参数第五节数控机床的自动换刀装置表A-1常用机