华科数控机床技术53

1、华中科技大学机械科学与工程学院华中科技大学机械科学与工程学院15.1 概述概述5.2 数控机床的主运动数控机床的主运动5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动5.4 数控机床的换刀运动数控机床的换刀运动 2传动系统对数控机床的影响：传动系统对数控机床的影响： 传动系统的刚度和惯量，影响进给系统的传动系统的刚度和惯量，影响进给系统的稳定稳定性性和和灵敏度灵敏度。 传动部件的精度与传动系统的非线性，影响系传动部件的精度与传动系统的非线性，影响系统的统的位置精度位置精度和和轮廓加工精度轮廓加工精度，在闭环系统中还，在闭环系统中还影响系统的稳定性。影响系统的稳定性。5.3 数控机床的进给运动数控机

2、床的进给运动3数控机床对机械传动系统的要求：数控机床对机械传动系统的要求： 刚度好；刚度好； 惯量小；惯量小； 间隙小；间隙小； 摩擦小。摩擦小。5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动45.3.1 数控机床进给传动系统的基本结构数控机床进给传动系统的基本结构进进给给传传动动系系统统组组成成传动机构传动机构传动齿轮或同步带传动齿轮或同步带运动变换机构运动变换机构丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、 齿轮齿条副等齿轮齿条副等导向机构导向机构滑动导轨、滚动导轨、静压导滑动导轨、滚动导轨、静压导 轨、轴承轨、轴承执行件执行件工作台工作台5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动5数

3、控车床的进给传动系统简图数控车床的进给传动系统简图5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动65. 3 . 2 齿轮传动副齿轮传动副齿轮传动设计主要考虑问题：齿轮传动设计主要考虑问题：1齿轮副的传动级数和速比分配齿轮副的传动级数和速比分配 齿轮传动的传动级数和速比分配，一方面影响传动齿轮传动的传动级数和速比分配，一方面影响传动件的转动惯量大小，同时还影响执行件的传动效率。件的转动惯量大小，同时还影响执行件的传动效率。 增加传动级数，可以减小传动惯量，但导致传动装增加传动级数，可以减小传动惯量，但导致传动装置的结构复杂，降低了传动效率，增大噪声，同时加置的结构复杂，降低了传动效率，增大噪声，同

4、时加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。 5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动72齿轮副传动间隙的消除齿轮副传动间隙的消除（1）刚性调整法）刚性调整法偏心轴套式间隙调整结构偏心轴套式间隙调整结构轴向垫片间隙调整结构轴向垫片间隙调整结构 刚性调整法是指调整后能暂时清除齿侧间隙，但使刚性调整法是指调整后能暂时清除齿侧间隙，但使用之后不能自动补偿的调整方法。用之后不能自动补偿的调整方法。5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动8 柔性调整法是指调整后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。柔性调整法是指调整后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。（2）柔性调

5、整法）柔性调整法蝶形弹簧消除斜齿轮间隙调整结构蝶形弹簧消除斜齿轮间隙调整结构双齿轮错齿式间隙调整结构双齿轮错齿式间隙调整结构5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动93齿轮齿条副传动间隙的消除齿轮齿条副传动间隙的消除5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动10 5.3.2 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动11滚珠丝杠螺母副具有传动效率高达滚珠丝杠螺母副具有传动效率高达85%96%，约，约为一般滑动丝杠副的为一般滑动丝杠副的24倍；倍；启动时无颤振，低速时无爬行；启动时无颤振，低速时无爬行；静、动摩擦系统几乎相等；静、动摩擦系统几乎相等；寿命长，磨

6、损小、精度保持性好；寿命长，磨损小、精度保持性好；可预紧消隙，提高系统的刚度。可预紧消隙，提高系统的刚度。滚珠丝杠螺母副特点：滚珠丝杠螺母副特点：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动121滚珠丝杠螺母副的结构滚珠丝杠螺母副的结构1-丝杠丝杠 2-螺母螺母 3-滚珠滚珠 4-回珠管回珠管 5反向器反向器5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动13 滚珠在循环过程中滚珠在循环过程中回珠时与丝杠脱离接回珠时与丝杠脱离接触的结构；触的结构； 采用弧形铜管形成采用弧形铜管形成滚珠返回通道，由弯滚珠返回通道，由弯管的端部引导滚珠；管的端部引导滚珠； 其工作圈数是其工作圈数是2.5圈圈或或3.5

7、圈圈 ，12列。列。2. 滚珠丝杠螺母副的分类滚珠丝杠螺母副的分类（1） 外循环外循环丝杆5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动14（2） 内循环内循环1-丝杠丝杠 2-螺母螺母 3-滚珠滚珠 4-反向器反向器 滚珠在循环过程滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接中始终与丝杠保持接触的结构。触的结构。 采用圆柱凸键反采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，向器实现滚珠循环，反向器嵌入螺母内。反向器嵌入螺母内。 工作圈数是工作圈数是3列。列。5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动153滚珠丝杠螺母副轴向间隙调整滚珠丝杠螺母副轴向间隙调整 轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动轴向间隙通常是指丝杠和螺

8、母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。（1）双螺母垫片调隙式）双螺母垫片调隙式5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动16 （2）双螺母齿差调隙式）双螺母齿差调隙式1-内齿轮内齿轮 2-外齿轮外齿轮5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动174滚珠丝杠螺母副的支承方式滚珠丝杠螺母副的支承方式一端推力轴承结构一端推力轴承结构一端止推轴承，另一端向心球轴承结构一端止推轴承，另一端向心球轴承结构两端止推轴承结构两端止推轴承结构两端止推轴承及向心球轴承结构两端止推轴承及向心球轴承结构5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动185滚珠丝杠螺母副的

9、润滑与密封滚珠丝杠螺母副的润滑与密封 毛毡圈密封。毛毡圈密封。毛毡圈的厚度为螺距的毛毡圈的厚度为螺距的23倍，而且倍，而且内孔做成螺纹的形状，紧密地包住丝杠，并装入螺母内孔做成螺纹的形状，紧密地包住丝杠，并装入螺母或套筒两端的槽孔内。或套筒两端的槽孔内。 耐油橡皮或尼龙材料密封。耐油橡皮或尼龙材料密封。为了避免密封圈增加滚为了避免密封圈增加滚珠丝杠副的摩擦阻力矩。可采用由硬质塑料制成的非珠丝杠副的摩擦阻力矩。可采用由硬质塑料制成的非接触式迷宫密封圈，内孔做成与丝杠螺纹滚道相反的接触式迷宫密封圈，内孔做成与丝杠螺纹滚道相反的形状，并留有一定间隙。形状，并留有一定间隙。（1）滚珠丝杠螺母副密封滚珠

10、丝杠螺母副密封5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动19润滑油。润滑油。润滑油通过注油孔注油。润滑油通过注油孔注油。润滑脂。润滑脂。一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，为定期润滑。道内，为定期润滑。（2）滚珠丝杠螺母副常用的润滑滚珠丝杠螺母副常用的润滑 良好的润滑可提高耐磨性及传动效率，从而保持良好的润滑可提高耐磨性及传动效率，从而保持传动精度，延长使用寿命。传动精度，延长使用寿命。5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动205.3.3 同步带同步带1. 构成：构成： 由梯形齿型带与有齿带轮组成。由梯形齿型带与有齿带轮组成。5.3 数控机床的进给运动

11、数控机床的进给运动21 无相对滑动，传动比准确；无相对滑动，传动比准确； 齿型带薄而轻，惯量较小，可用于高速传动，圆周速度可齿型带薄而轻，惯量较小，可用于高速传动，圆周速度可达达40ms； 由于靠啮合传动，齿型带不需太大的预紧力小，减小了轴由于靠啮合传动，齿型带不需太大的预紧力小，减小了轴与轴承所受载荷，延长了齿型带和其它零件的使用寿命；与轴承所受载荷，延长了齿型带和其它零件的使用寿命； 因为啮合传动，小轮包角可减小，传动比大可达因为啮合传动，小轮包角可减小，传动比大可达1020，传动功率可达传动功率可达200KW，传动效率可达，传动效率可达98%左右；左右； 制造和安装精度高，中心距要求严格

12、。制造和安装精度高，中心距要求严格。2 . 同步带传动与同步带传动与v带传动相比有以下特点：带传动相比有以下特点：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动225.3.4 数控机床的导轨数控机床的导轨 要求其在高速进给时不发生振动，低速进给要求其在高速进给时不发生振动，低速进给时不出现爬行；时不出现爬行； 灵活性高，耐磨性好；灵活性高，耐磨性好； 可在重载荷下长期连续工作；可在重载荷下长期连续工作； 精度保持性好。精度保持性好。数控机床导轨的要求：数控机床导轨的要求：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动23 1塑料滑动导轨塑料滑动导轨 摩擦系数小，且动、静摩擦因数差很小，能摩擦系数小

13、，且动、静摩擦因数差很小，能防止低速爬行现象；防止低速爬行现象； 耐磨性，抗撕伤能力强；耐磨性，抗撕伤能力强； 加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低；加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低； 有良好的自润滑和抗震性，经济效益显著等有良好的自润滑和抗震性，经济效益显著等特点。特点。（1）塑料导轨的特点：塑料导轨的特点：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动24（2 ） 塑料滑动导轨的分类：塑料滑动导轨的分类： 贴塑导轨贴塑导轨1-床身 2-工作台 3-下压板 4-导轨软带 5-帖有塑料软带的镶条5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动25 注塑导轨注塑导轨 用涂敷工艺或压注成形工艺将

14、塑料预先加用涂敷工艺或压注成形工艺将塑料预先加在成锯齿形的导轨上。在成锯齿形的导轨上。 注塑导轨的材料是以环氧树脂和二硫化钥为注塑导轨的材料是以环氧树脂和二硫化钥为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固化剂为另一组分的双组份塑料，称为环氧树脂化剂为另一组分的双组份塑料，称为环氧树脂耐磨涂料。耐磨涂料。5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动262滚动导轨滚动导轨 灵敏度高、摩擦系数小（一般在灵敏度高、摩擦系数小（一般在0.00250.005的的范围内）；范围内）； 动、静摩擦系数基本相同，因而运动平稳，不易动、静摩擦系数基本相同，因而运动平稳，不易

15、出现爬行现象；出现爬行现象； 定位精度高，重复定位误差可达定位精度高，重复定位误差可达0.2m；精度保；精度保持性好，寿命长。持性好，寿命长。 滚动导轨抗振性能差，对防护要求高，结构复杂，滚动导轨抗振性能差，对防护要求高，结构复杂，制造比较困难，成本较高。制造比较困难，成本较高。滚动导轨的特点是：滚动导轨的特点是：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动27滚动导轨常见结构类型：滚动导轨常见结构类型： 滚动导轨块和直线滚动导轨。滚动导轨块和直线滚动导轨。（1）滚动导轨块）滚动导轨块1-防护板防护板 2-端盖端盖 3-滚柱滚柱 4-导向片导向片 5-保持器保持器 6-本体本体5.3 数控机床

16、的进给运动数控机床的进给运动28（2）直线滚动导轨）直线滚动导轨 滚动导轨组件滚动导轨组件形式形式、结构、结构5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动29直线滚动导轨直线滚动导轨5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动30弧 形 滚 动 导 轨弧 形 滚 动 导 轨5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动31两维直线滚动导轨两维直线滚动导轨5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动32组成结构组成结构1、4、5、8-回珠（回柱）；回珠（回柱）；2、3、6、7-负载滚珠（滚柱）负载滚珠（滚柱）9-保持体保持体 10-端部密封垫端部密封垫 11-滑块滑块 12-导轨体导轨体5.3 数

17、控机床的进给运动数控机床的进给运动33 3静压导轨静压导轨1、4-滤油器滤油器 2-油泵油泵 3-溢流阀溢流阀 5-节流阀节流阀 6-运动部件运动部件 7-固定部件固定部件 8-油箱油箱5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动34 5.3 .5 回转工作台回转工作台 分辨率高、定位精度高、运动平稳、动作分辨率高、定位精度高、运动平稳、动作迅速、转台刚性好；迅速、转台刚性好； 在多轴联动实现曲线和曲面的加工时，回在多轴联动实现曲线和曲面的加工时，回转工作台必须能进行连续的圆周进给运动。转工作台必须能进行连续的圆周进给运动。数控机床对回转工作台的要求：数控机床对回转工作台的要求：5.3 数控机

18、床的进给运动数控机床的进给运动351. 分度工作台分度工作台 分度工作台只能实现分度运动。通常分度工作分度工作台只能实现分度运动。通常分度工作台的运动只能限于某些规定的角度，不能实现任意台的运动只能限于某些规定的角度，不能实现任意角度的分度。角度的分度。常用的定位方式：常用的定位方式： 销定位、反靠定位、齿盘定位和钢球定位等。销定位、反靠定位、齿盘定位和钢球定位等。立式数控回转分度盘立式数控回转分度盘5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动36齿盘定位分度工作台齿盘定位分度工作台1-弹簧弹簧 2、10、11-轴承轴承 3-蜗杆蜗杆 4-蜗轮蜗轮 5、6-齿轮齿轮 7-管道管道 8-活塞活塞

19、 9-工作台工作台 12液压缸液压缸 13、14-齿盘齿盘5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动37 工作台抬起。压力油进入升降液压缸工作台抬起。压力油进入升降液压缸12下腔，下腔，带动工作台带动工作台9也向上抬起也向上抬起; 回转分度。液压马达通过蜗轮蜗杆副回转分度。液压马达通过蜗轮蜗杆副3、4和齿和齿轮副轮副5、6带动工作台带动工作台9进行分度回转运动进行分度回转运动; 工作台下降定位夹紧。压力油进入升降液压缸工作台下降定位夹紧。压力油进入升降液压缸12上腔，推动活塞上腔，推动活塞8带动工作台下降带动工作台下降 。齿盘定位分度工作台的结构与工作原理：齿盘定位分度工作台的结构与工作原理

20、：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动382数控回转工作台数控回转工作台 数控回转工作台能按数控系统的指令，带动工数控回转工作台能按数控系统的指令，带动工件实现连续回转运动。回转速度是无级、连续可调件实现连续回转运动。回转速度是无级、连续可调的，同时，能实现任意角度的分度定位。的，同时，能实现任意角度的分度定位。 按控制的性质可分为开环和闭环；按控制的性质可分为开环和闭环； 按应用范围可分为立式和卧式。按应用范围可分为立式和卧式。数控回转工作台的分类：数控回转工作台的分类：5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动39立式数控回转工作台立式数控回转工作台可倾斜数控回转工作台可倾斜数控

21、回转工作台5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动40（1）开）开环数控回环数控回转工作台转工作台结构与工结构与工作原理作原理5.3 数控机床的进给运动数控机床的进给运动41 回转工作台的连续圆周进给运动。柱塞回转工作台的连续圆周进给运动。柱塞16运动到上位时，运动到上位时，发出信号，功率步进电机启动并按指令脉冲的要求，驱动发出信号，功率步进电机启动并按指令脉冲的要求，驱动数控回转工作台实现圆周进给运动。数控回转工作台实现圆周进给运动。 回转工作台的定位。回转工作台的固定支座回转工作台的定位。回转工作台的固定支座24内均匀安内均匀安装了装了6个液压缸个液压缸14。液压缸。液压缸14上端进压力油时，柱塞上端进压力油时，柱塞16向下向下运动，通过钢球运动，通过钢球17推动夹紧瓦推动夹紧瓦18和和19将蜗轮夹紧，从而实将蜗轮夹紧，从而实现精确分度定位现精确分度定位 回转工作台的回零。回零操作时，工作台先快速回转，回转工作台的回零。回零操作时，工作台先快速回转，当转至挡块当转至挡块11压合微动开关压合微动开关10时，工作台由快速转动变为时，工作台由快速转动变为慢速转动，最后由功率步进电机控制停在某一固定的通电慢