数控_4(机构3)

1、四、电主轴与高速主轴系统1.电主轴的主要特点2.电主轴的安装形式3.电主轴的发热及其解决方法4.电主轴的动平衡设计5.高速主轴系统的轴承配置要求电主轴：主轴与电机制成一体，使主轴驱动机构简化。电主轴：主轴与电机制成一体，使主轴驱动机构简化。电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，既是电机的转子，也是主轴。空心轴转子，既是电机的转子，也是主轴。主轴电机直接驱动主轴电机直接驱动定子定子转子转子电主轴电主轴第第二二章章 数控机床的机械结构与装置数控机床的机械结构与装置CNC8.3 8.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动

2、系统第八章第八章 数控机床的机械结构与装置数控机床的机械结构与装置CNC8.3 8.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统1.电主轴的主要特点1)机械结构最为简单，传动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度、加(减)速度和定角度的快速准停(C轴控制)。2)通过采用交流变频调速或磁场矢量控制的交流主轴驱动装置，输出功率大，调速范围宽，并有比较理想的转矩功率特性。3)可以实现了主轴部件的单元化。大大简化了主运动系统结构，实现了所谓大大简化了主运动系统结构，实现了所谓“零传动零传动”，使传动，使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。精度大大提高，在高速数控机床大量采用。缺点缺点: :电

3、机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。键问题。若电主轴内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴若电主轴内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提承等）可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。目前最高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。目前最高可达高可达200000 r/min200000 r/min。大大简化了主运动系统结构，实现了

4、所谓大大简化了主运动系统结构，实现了所谓“零传动零传动”，使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。缺点缺点: :电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。轴电机的关键问题。第八章第八章 数控机床的机械结构与装置数控机床的机械结构与装置CNC8.3 8.3 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.电主轴的安装形式1)主电动机置于主轴前、后轴承之间。2)主电动机置于主轴后轴承之后，即主轴箱

5、和主电动机作轴向的同轴布置(有的用联轴器)。3.电主轴的发热及其解决方法与一般的主轴部件不同，电主轴最突出的问题之一是内藏式高速主电动机的发热。由于主电动机旁边就是主轴轴承，电动机的发热会直接降低轴承的工作精度。如果主电动机的散热问题解决不好，就会影响机床工作的可靠性。主主轴轴的的润润滑滑、冷冷却却方方式式水套冷却水套冷却油气润滑油气润滑4.电主轴的动平衡设计电主轴的最高转速一般在10000r/min以上，甚至高达60000100000r/min，主轴运转部分微小的不平衡量，都会引起巨大的离心力，造成机床的振动，影响加工精度和表面质量，因此必须对电主轴进行严格的动平衡。 采用电主轴后，主轴和主

6、轴上的零件都要经过十分精密的加工、装配和调校。在设计电主轴后，必须严格遵守结构对称原则，键联接和螺纹联接在电主轴上被禁止使用。电动机转子与机床主轴之间用过盈配合来实现转矩的传递。主轴上轴向固定零件用的螺纹也用于主轴有过盈配合的圆盘来替代。 为了使转子在装配后达到精确的动平衡，还必须采用下面的工艺措施：一、电主轴转子的外径在装配前一般都留有一定的加工余量，当转子用热压法装入主轴后，把主轴装夹在车床上对转子进行最后的精车。另一个保证动平衡的措施是在电动机转子的两个端盖上，对称加工16-24个直径略有不用的孔，当电主轴装完后，根据动平衡机结果，在一定的方位上，旋入相应的动平衡螺钉并调节旋入深度，进行

7、动平衡的调节。 5.高速主轴系统的轴承配置要求1)提高轴承尺寸公差及旋转精度，以适应高精度切削要求。2)采用角接触球轴承取代圆柱滚子轴承和推力球轴承，以承受径向和轴向载荷，并适应高速切削的需要。3)应减小径向截面尺寸，以减小主轴系统的体积，并有利于系统的热传导。4)应尽量采用小而多的滚动体，以减小高速旋转惯性力并进而提高轴系的动刚度。5)采用高强度、轻质保持架，选择合理的引导方式，以适应高速旋转。6)尽量采用配对轴承，以保证轴承的旋转精度与刚度。高刚性轴承配置高刚性轴承配置前支承是双列圆柱滚子轴承，后支承双列圆柱滚子轴承和双列推力角接触球轴承。高速度轴承配置高速度轴承配置CNC 主轴高速化首要

8、解决的技术问题有三方面主轴高速化首要解决的技术问题有三方面 (1)高速电动机的控制技术。 (2)高速轴承的开发 陶瓷轴承，其轴承的滚动体是用陶瓷材料制成，而内、外因仍用轴承钢制造。陶瓷材料为Si3O4，其优点是重量轻为轴承钢的40，热膨胀率低是轴承钢的25；弹性模量大，是轴承钢的1.5倍。采用陶瓷滚动体，可大大减小离心力和惯性滑移，有利于提高主轴转速。目前的问题是陶瓷价格昂贵，且有关寿命、可靠性试验数据尚不充分需进一步试验和完善。磁悬浮轴承，它是靠电磁力将转子悬浮在中心位置，由于轴心的位置靠电子反馈控制系统进行自动调解，因此其刚度值可以设定得很高，主轴的轴向尺寸变化很小，这种轴承温升低，回转精

9、度高。由于转子和定子不接触，因此没有磨损，无需润滑，转速高，寿命很长。最高线速度可达200m/s（陶瓷轴承80m/s）。流体动静压轴承小球球轴承。 (3)冷却润滑技术的研究 过去加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继开发出来，减小轴承温升，进而减小轴承内外因的温差，以及为解决高速主轴轴承滚道处进油困难所开发的各种润滑冷却方式。五、主轴部件的结构图2-12车床主轴部件图1、3、5、15、16螺钉2带轮联接盘4端盖6圆柱滚珠轴承7、9、11、12挡圈8热调整套10、13、17角接触球轴承14卡盘过渡盘18主轴19主轴箱箱体第四节数控机床

10、的进给传动系统一、数控机床对进给传动系统的基本要求二、数控机床进给传动系统的基本形式三、直线电动机与高速进给单元四、滚珠丝杠螺母副的原理五、滚珠丝杠螺母副的支承六、滚珠丝杠螺母副与电动机的联接七、滚珠丝杠螺母副的选择与计算一、数控机床对进给传动系统的基本要求1.提高传动部件的刚度（加大滚珠丝杠的直径，对丝杠螺母支承部件进行预紧，对丝杠进行预拉伸）2.减小传动部件的惯量（传动件的惯量直接决定进给系统的加速度，他是影响进给系统的快速性的主要因素）3.减小传动部件的间隙（在开环和半闭环系统中传动间隙直接影响系统的精度，在闭环系统中，它是系统的非线性环节，直接影响系统的稳定性）4.减小系统的摩擦阻力二

11、、数控机床进给传动系统的基本形式1.滚珠丝杠螺母副摩擦损失小传动效率高；预紧后可以消除间隙，提高传动效率；摩擦阻力小，不易产生低速爬行现象；长期工作磨损小、使用寿命长、精度保持性好。2.静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母的接触面之间，产生一层保持一定厚度，且具有一定刚度的压力油膜，使丝杠和螺母之间的摩擦变成液体摩擦。特点：摩擦因数小；油膜层可以吸振提高运动平稳性；有利于散热减小热变形；油膜层介于螺母与丝杠之间，对丝杠的误差有均化作用；承载能力与供油压力成正比，与转速无关3静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副4.直线电动机直接驱动可以完全取消传动系统中将旋转运动转化为直线运动的环节，大大简化机械传动环可

12、以完全取消传动系统中将旋转运动转化为直线运动的环节，大大简化机械传动环节，实现所谓的零传动。从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性节，实现所谓的零传动。从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性的影响。的影响。三、直线电动机与高速进给单元1.直线电动机的主要特点2.高速进给单元的结构设计3.直线电动机进给系统设计注意点世界上第一台使用直线电动机驱动工作台的高速加工中心是德国世界上第一台使用直线电动机驱动工作台的高速加工中心是德国Ex-Cell-O公司公司于于1993年生产的，采用了德国年生产的，采用了德国Indrament公司开发成功的感应式直线电机。同公司开发成功的感应式

13、直线电机。同时，美国时，美国Ingersoll公司和公司和Ford汽车公司合作，在汽车公司合作，在HVM800型卧式加工中心上型卧式加工中心上采用了美国采用了美国Anorad公司生产的永磁式直线电动机。日本的公司生产的永磁式直线电动机。日本的FANUC公司于公司于1994年购买了年购买了Anorad公司的专利权，开始在亚洲市场销售直线电动机。在公司的专利权，开始在亚洲市场销售直线电动机。在1996年年9月芝加哥国际制造技术博览会上，直线电动机如雨后春笋般展现在人们面前，月芝加哥国际制造技术博览会上，直线电动机如雨后春笋般展现在人们面前，这预示着直线电动机开辟的机床新时代已经到来。这预示着直线电

14、动机开辟的机床新时代已经到来。 1直线电动机工作原理简介直线电动机工作原理简介 直线电动机的工作原理与旋转电动机相比，并没有本质的区别，可以将其视直线电动机的工作原理与旋转电动机相比，并没有本质的区别，可以将其视为旋转电动机沿圆周方向拉开展平的产物。如图所示。对应于旋转电动机的定为旋转电动机沿圆周方向拉开展平的产物。如图所示。对应于旋转电动机的定子部分，称为直线电动机的初级。对应于旋转电动机的转子部分，称为直线电子部分，称为直线电动机的初级。对应于旋转电动机的转子部分，称为直线电动机的次级。当多相交变电流通入多相对称绕组时，就会在直线电动机初级和动机的次级。当多相交变电流通入多相对称绕组时，就

15、会在直线电动机初级和次级之间的气隙中产生一个行波磁场，从而使初级和次级之间相对移动。当然次级之间的气隙中产生一个行波磁场，从而使初级和次级之间相对移动。当然，二者之间也存在一个垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。，二者之间也存在一个垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。 直线电动机可以分为直流直线电动机、步进直线电动机和交流直线电机三直线电动机可以分为直流直线电动机、步进直线电动机和交流直线电机三大类。在机床上主要使用交流直线电动机。大类。在机床上主要使用交流直线电动机。 在结构上，可以有如图所示的短次级和短初级两种形式。为了减小发热量和在结构上，可以有如图所示的短次级和短初级两种形式。为了

16、减小发热量和降低成本，高速机床用直线电动机一般采用图降低成本，高速机床用直线电动机一般采用图b所示的短初级、动初级结构。所示的短初级、动初级结构。图2-14直线电动机及安装1、9、10位置检测器2、6转子3、13定子4床身5、8辅助导轨7、14冷却板11拖链12导轨 1)使用直线伺服电动机，电磁力直接作用于运动体(工作台)上，而不用机械连接，因此没有机械滞后或齿节周期误差，精度完全取决于反馈系统的检测精度。2)直线电动机上装配全数字伺服系统，可以达到极好的伺服性能。由于电动机和工作台之间无机械连接件，工作台对位置指令几乎是立即反应(电气时间常数约为1ms)，从而使得跟随误差减至最小而达到较高的

17、精度。并且，在任何速度下都能实现非常平稳的进给运动。3)直线电动机系统在动力传动小由于没有低效率的中介传动部件而能达到高效率可获得很好的动态刚度(动态刚度即为在脉冲负荷作用下，伺服系统保持其位置的能力)。4)直线电动机驱动系统由于无机械零件相互接触，因此无机械磨损，也就不需要定期维护，也不象滚珠丝杠那样有行程限制，使用多段拼接技术可以满足超长行程机床的要求。 下表列出了滚珠丝杠与直线电动机的性能对比。 5)由于直线电动机的动件(初级)已和机床的工作台合二为一，因此，和滚珠丝杠进给单元不同，直线电动机进给单元只能采用全闭环控制系统。其控制框图如图所示。然而，直线电动机在机床上的应用也存在一些问题

18、，包括：1)由于没有机械连接或啮合，因此垂直轴需要外加一个平衡块或制动器。2)当负荷变化大时，需要重新整定系统。目前，大多数现代控制装置具有自动整定功能因此能快速调机。3)磁铁(或线圈)对电动机部件的吸力很大，因此应注意选择导轨和设计滑架结构，并注意解决磁铁吸引金属颗粒的问题。直线电动机驱动系统具有很多的优点，对于促进机床的高速化有十分重要的意义和应用价值。由于目前尚处于初级应用阶段，生产批量不大，因而成本很高。但可以预见，作为一种崭新的传动方式，直线电动机必然在机床工业中得到越来越广泛的应用，并显现巨大的生命四、滚珠丝杠螺母副的原理1.滚珠丝杠螺母副的结构原理2.滚珠丝杠螺母副的预紧丝杠（螺

19、母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。换成直线运动。CNC滚珠循环方式常用的有两种：滚珠循环方式常用的有两种：外循环：外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触CNC内循环：内循环：始终与丝杠保持接触。始终与丝杠保持接触。CNC2.滚珠丝杠螺母副的预紧单螺母的预紧方式(1)增加滚珠直径预紧法(2)螺母夹紧预紧法 (3)整体螺母变位螺距预紧法(1)增加滚珠直径预紧法图2-16滚珠丝杠螺母副的预紧原理1螺母2滚珠3

20、丝杠4螺栓5垫片常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式：常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式： 垫片预紧方式垫片预紧方式 螺纹预紧方式螺纹预紧方式 齿差预紧方式齿差预紧方式 CNC调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移，该形式结构简单调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移，该形式结构简单，调整方便，应用广，但仅适用于一般精度机构。，调整方便，应用广，但仅适用于一般精度机构。CNC通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母锁紧，结构紧凑，调整方便。但调整精度较差，且易于松锁紧，结构紧凑，调整方便。但调整精度较差，且易于松动动 。第八章第八章 数控机床的机械

21、结构与装置数控机床的机械结构与装置CNC 两螺母的凸缘上制有圆柱外齿，齿数相差两螺母的凸缘上制有圆柱外齿，齿数相差1 1，分别与内齿轮啮合，调整时先取下内，分别与内齿轮啮合，调整时先取下内齿轮，使两螺母产生相对位移（即在同方向转过相同齿），然后将内齿轮复位固定，达齿轮，使两螺母产生相对位移（即在同方向转过相同齿），然后将内齿轮复位固定，达到消除间隙的目的。到消除间隙的目的。第八章第八章 数控机床的机械结构与装置数控机床的机械结构与装置CNC五、滚珠丝杠螺母副的支承1.滚珠丝杠螺母副的支承形式2.滚珠丝杠螺母副的支承轴承1.滚珠丝杠螺母副的支承形式图2-17滚珠丝杠螺母副的支承形式1.滚珠丝杠螺

22、母副的支承形式图2-18滚珠丝杠支承轴承2.滚珠丝杠螺母副的支承轴承六、滚珠丝杠螺母副与电动机的联接1.联轴器直接联接(图2-19a)2.通过齿轮联接(图2-19b)3.通过同步齿形带联接(图2-19c)六、滚珠丝杠螺母副与电动机的联接图2-19滚珠丝杠螺母副与驱动电动机的联接形式1驱动电动机2联轴器3丝杠4齿轮5同步齿形带1.联轴器直接联接(图2-19a)图2-20挠性联轴器1压圈2联轴套3柔性片4球面垫5锥环2.通过齿轮联接(图2-19b)3.通过同步齿形带联接(图2-19c)1)为了减小惯量，同步带轮材料宜采用密度较小的铝合金或塑料制造。2)同步带轮应直接安装在电动机及丝杠轴上，以避免中

23、间环节给系统带来附加惯量。3)必须对同步带轮的平行性进行调节，以防止不平行产生的传动带边缘张力，引起传动带磨损。4)为了消除间隙，同步带必须通过张力调整进行预紧，张力调整的方法与普通传动带的张紧方法相同，在此从略。3.通过同步齿形带联接(图2-19c)图2-21同步带1强力层2带背3带齿七、滚珠丝杠螺母副的选择与计算1.确定滚珠丝杠的导程Pn2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算3.确定丝杠预期额定动载荷4.按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m5.确定滚珠丝杠副的规格型号6.确定预紧力Fp7.计算行程补偿值C和拉伸力Ft2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算(1)最小载荷Fmin取机床空载时滚珠丝

24、杠副的传动力，如工作台重量引起的摩擦力，单位：N。(2)最大载荷Fmax取机床承受最大负荷时滚珠丝杠副的传动力。(3)滚珠丝杠副的当量转速nm及当量载荷Fm设：滚珠丝杠副在n1、n2、nn各种转速下，各转速工作时间占总时间的百分比分别为t1%、t2%、tn%，所受载荷分别是F1、F2、Fn。3.确定丝杠预期额定动载荷1)丝杠预期额定动载荷按滚珠丝杠副的预期工作时间Lh计算：2)对于有预加负荷的滚珠丝杠副，应根据最大轴向负荷Fmax计算预期额定动载荷4.按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m(1)估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量m滚珠丝杠的最大允许轴向变形量m决定于滚珠丝杠的刚度，丝杠

25、的弹性变形产生数控机床的死区间隙。(2)估算滚珠丝杠副的底径d2m5.确定滚珠丝杠副的规格型号6.确定预紧力Fp)当最大轴向工作载荷Fmax能确定时2)当最大轴向工作载荷不能确定时表2-2预载荷系数表7.计算行程补偿值C和拉伸力Ft1)目标行程补偿值C的计算2)预拉伸力的计算：1)计算轴承所受的最大轴向载荷FBmax时，对于在有预拉伸的滚珠丝杠副应考虑到预拉伸力Ft；2)轴承应根据滚珠丝杠副支承的要求选择相应的轴承的型号。3)确定轴承内径时，为便于丝杠加工，轴承内径最好不大于滚珠丝杠的大径。第五节数控机床的导轨一、数控机床对导轨的基本要求二、数控机床导轨的种类与特点三、滚动导轨的结构原理与特点

26、四、滚动导轨的选择与计算五、滚动导轨的安装与使用一、数控机床对导轨的基本要求()导向精度高()精度保持性好()足够的刚度()良好的摩擦特性()导向精度高导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线与有关基面之间的相互位置的准确性。()精度保持性好精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度。()足够的刚度机床各运动部件所受的外力，最后都由导轨面来承受，若导轨受力后变形过大，不仅破坏了导向精度，而且恶化了导轨的工作条件。()良好的摩擦特性数控机床导轨的摩擦因数要小，而且动、静摩擦因数应尽量接近，以减小摩擦阻力和导轨热变形，使运动轻便平稳，低速无爬行。二、数控机床导轨的种类与特点1.滑动导轨2.滚动导轨

27、3.静压导轨1.滑动导轨1)以聚四氟乙烯(PTFY)为基体，通过添加不同的填充料构成的高分子复合材料。2)以环氧树脂为基体，加入MoS2，胶体石墨TiO2等制成的抗磨涂层材料。1.滑动导轨图2-22镶粘塑料导轨的结构示意图1床身2滑板3镶条4软塑料带5压板2.滚动导轨(1)滚珠导轨 (2)滚柱导轨(3)滚针导轨(1)滚珠导轨这种导轨以滚珠作为滚动体，运动灵敏度好，定位精度高；但其承载能力和刚度较小，一般都需要通过预紧提高承载能力和刚度。(2)滚柱导轨这种导轨的承载能力及刚度都比滚珠导轨大，但对于安装的要求也高，如果安装不良，会引起偏移和侧向滑动，使导轨磨损加快、降低精度。(3)滚针导轨滚针导轨

28、的滚针比同直径的滚柱长度更长。3.静压导轨静压导轨的滑动面之间开有油腔，将有一定的油通过节流输入油腔，形成压力油膜，浮起运动部件，使导轨工作表面处于纯液体摩擦，不产生磨损，精度保持性好。同时摩擦因数也极低(0.0005)，使驱动功率大大降低；低速无爬行，承载能力大，刚度好；此外，油液有吸振作用，抗振性好。其缺点是结构复杂，要有供油系统，油的清洁度要求高。三、滚动导轨的结构原理与特点1.滚动导轨的结构原理2.滚动导轨的特点1.滚动导轨的结构原理图2-23滚动直线导轨副1滑块2导轨3钢球4回珠孔5侧密封6密封端盖7挡板8油杯2.滚动导轨的特点1)动、静摩擦力之差很小，灵敏性极好，驱动信号与机械动作

29、间的滞后时间极短，有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。2)可以使驱动电动机的功率大幅度下降，它实际所需的功率只相当于普通导轨的左右。3)适合于高速、高精度加工的机床，它的瞬时速度可以比滑动导轨提高10倍左右。4)可以实现无间隙运动，提高进给系统的运动精度。5)滚动导轨成对使用时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件(导轨安装面)的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。6)导轨副的滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承载能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高。7)导轨采用表面硬化处理工艺，导轨内仍保持良好的力学性能，从而使它具有良好的可校性。2.滚动导轨的特点8)滚动导轨对安装

30、面的要求较低，简化了机械结构的设计，降低了机床加工、制造四、滚动导轨的选择与计算(一)滚动导轨的精度等级与通用数据(二)滚动直线导轨副的额定寿命(三)滚动直线导轨副的载荷计算(四)滚动直线导轨副的预载荷(一)滚动导轨的精度等级与通用数据滚动导轨的精度分四个等级，即2、3、4、5级，其中2级精度最高，依次递减。由于滚动直线导轨副具有“误差均化效应”，当在同一平面内使用两套或两套以上时，可选用较低一级精度达到高一级的运动精度，成套使用通常可以提高产品质量20%50%。(二)滚动直线导轨副的额定寿命)滚动直线导轨副的额定运动距离寿命的计算公式为)当行程的长度一定，以小时为单位的额定寿命的计算公式：表

31、2-3滚动导轨的接触系数表(三)滚动直线导轨副的载荷计算1.滚动直线导轨副的载荷特点2.作用于滚动直线导轨副的载荷计算1.滚动直线导轨副的载荷特点由于滚动直线导轨副的特殊结构，使其具有垂直向上，向下和左右水平四方向额定载荷相等，且额定载荷大、刚性好、刚度高、三个方向抗颠覆力矩能力强，因此，可以适用于各种载荷机床。2.作用于滚动直线导轨副的载荷计算)载荷为分段变化的情况)载荷呈线性变化的情况)载荷呈全波正弦曲线变化的情况)载荷呈半波正弦曲线变化的情况)同时承负垂向载荷Pv和水平向载荷Ph的情况)同时承负外部扭矩M和外部载荷P的情况(四)滚动直线导轨副的预载荷表2-推荐预载荷表五、滚动导轨的安装与

32、使用1.滚动直线导轨副的安装2.滚动直线导轨副的防护与润滑1.滚动直线导轨副的安装图2-24滚动直线导轨副的安装2.滚动直线导轨副的防护与润滑使用滚动直线导轨副时，应注意工作环境与装配过程中的清洁，不能有铁屑、杂质、灰尘等粘附在导轨副上。若在工作环境有灰尘时，除利用导轨本身的密封外，还应考虑增加防尘装置。第六节数控机床的自动换刀装置一、自动换刀装置的基本要求和形式二、回转刀架三、加工中心刀库的类型与布局四、无机械手换刀五、机械手换刀六、凸轮机械手换刀装置七、自动换刀机床的主轴结构八、机械手手爪结构一、自动换刀装置的基本要求和形式图2-25电动刀架结构原理图1刀架2左鼠牙盘3右鼠牙盘4滑块5蜗轮

33、6轴7蜗杆8、9、10齿轮11电动机12微动开关13端部14圆盘15压板16斜铁二、回转刀架()刀架松开()刀架转位()刀架定位()刀架夹紧()刀架松开换刀开始后，首先松开电动机制动器，电动机通过齿轮10、9、8带动蜗杆7、蜗轮5旋转。()刀架转位由图可见，在轴6上开有两个对称槽，内装两个滑块4，当鼠牙盘脱开后，电动机继续带动蜗轮旋转，一旦蜗轮转到一定角度时，与蜗轮固定的圆盘14上的凸块便碰到滑块4，蜗轮便通过圆盘14上的凸块带动滑块，连同轴6、刀盘一起进行旋转，刀架进行转位动作。()刀架定位当刀架转到要求的位置之后，驱动电动机11反转，这时圆盘14上的凸块便与滑块4脱离，不再带动轴6转动。(

34、)刀架夹紧刀架定位完成后，电动机制动器制动，维持电动机轴上的反转力矩，以保证鼠牙盘之间有一定的夹紧力。三、加工中心刀库的类型与布局1.鼓轮式刀库2.链式刀库三、加工中心刀库的类型与布局图2-26鼓轮式刀库布局图三、加工中心刀库的类型与布局图2-27倾斜式鼓轮式刀库布局图三、加工中心刀库的类型与布局图2-28链式刀库图1.鼓轮式刀库鼓轮式刀库又称为圆盘刀库，其中最常见的形式有刀具轴线与鼓轮轴线平行式(图2-26a)布局和刀具轴线与鼓轮轴线倾斜式(图2-27a)布局两种。2.链式刀库链式刀库的优点是结构紧凑、布局灵活、刀库容量大，可以实现刀具的“预选”，换刀时间短。但刀库一般都需要独立安装于机床侧

35、面(图2-28c)或顶部(图2-28b)，占地面积通常较大。另外，由于通常情况下，刀具轴线和主轴轴线垂直，因此，换刀必须通过机械手进行，机械结构比鼓轮式刀库复杂。四、无机械手换刀1)主轴定向准停，使主轴上的定位键方向和刀库定位键一致；同时，Z轴快速向上运动到换刀点，作好换刀准备，如图2-29及图2-30a所示。2)刀库向右运动，刀座中的弹簧机构卡入刀柄的V形槽中，主轴内的刀具夹紧装置放松，刀具被松开，如图2-30b所示。3)主轴箱上升，使主轴上的刀具放回刀库的空刀座中，如图2-30c所示。4)刀库旋转，将下一步需要的刀具转到主轴下。5)主轴箱下降，将刀具插入机床的主轴，同时，主轴箱内的夹紧装置

36、夹紧刀具，如图2-30d所示。6)刀库快速向左返回，将刀库从主轴下面移开，刀库恢复图2-30a所示状态，主轴箱再向下运动，便可以进行下一工序的加工。四、无机械手换刀图2-29刀库布局图2-30换刀动作图五、机械手换刀()刀具预选()主轴定向准停()机械手回转夹刀()卸刀()刀具换位()装刀()机械手返回五、机械手换刀图-机械凸轮联动换刀机构结构原理图刀座转位气缸回转电动机机械手电动机回转蜗杆刀座刀库刀具交换位置机械手()刀具预选在机床进行加工的同时，根据数控系统发出的T代码指令，由回转电动机将下一把要加工的刀具，回转到刀具交换位置，完成刀具的“预选”动作，为刀具交换做好准备。()主轴定向准停在

37、换刀指令发出后，首先进行主轴定向准停，使主轴上的定位键方向和刀库定位键一致。()机械手回转夹刀当主轴箱到达换刀位置，同时刀库上的刀具完成旋转动作后，凸轮换刀机构通过电动机驱动，使机械手进行转位，两边的手爪分别夹持刀库换刀位以及主轴上的刀具。()卸刀在机械手完成夹刀动作后，刀库以及主轴内的刀具夹紧装置同时放松，刀具被松开，凸轮换刀机构在电动机驱动下，机械手向下伸出，同时取出刀库和主轴上的刀具，进行卸刀。()刀具换位卸刀完成后，凸轮换刀机构在电动机驱动下，使机械手旋转，进行刀库侧刀具和主轴侧刀具的换位。()装刀刀具完成换位后，凸轮换刀机构在电动机驱动下，机械手向上缩回，将刀库侧刀具和主轴侧刀具同时

38、装入刀座和主轴，并且，刀库以及主轴内的刀具夹紧装置同时夹紧。()机械手返回刀库以及主轴内的刀具夹紧装置完成夹紧后，凸轮换刀机构在电动机驱动下，机械手反向旋转回到起始位置(这时手臂为位置，两边手爪互换)，完成换刀动作。六、凸轮机械手换刀装置2032.TIF六、凸轮机械手换刀装置图-凸轮机械手换刀机构原理图驱动电动机减速器锥齿轮平面凸轮弧面凸轮连杆机构机械手滚珠盘电气信号盘六、凸轮机械手换刀装置图-平面凸轮与弧面凸轮的运动过程七、自动换刀机床的主轴结构图-立式加工中心的主轴部件结构图端面键主轴拉钉钢球碟形弹簧拉杆活塞、行程开关弹力卡爪卡套七、自动换刀机床的主轴结构图-机械联动式手爪松、夹机构的原理

39、示意图定位块撞块凸轮控制块手爪、弹簧连杆滚轮八、机械手手爪结构)当机械手向图-所示的左边移动时，通过安装在刀库(或主轴)侧的滚轮推动连杆向右运动，连杆又带动撞块向右运动，并通过凸轮带动手爪回转夹住刀具。)当刀库(或主轴)上的刀具被夹持住后，若机械手向上(伸出)运动，由于在起始阶段滚轮始终压住连杆，刀具仍然被夹住，而控制块却通过弹簧向下运动，这样就使控制块上的定住面逐渐和撞块啮合，防止了撞块2在连杆脱离滚轮以后的复位，刀具夹紧被自锁，保证了手爪一旦从刀库(或主轴)上取下刀具后，这一刀具仍被牢牢夹在手爪上。)在机械手完成伸出和旋转运动后，机械手左右两侧的刀具被交换，这时机械手缩回、动作过程相反。)在以上)、)两种情况下若机械手向左运动，由于这时夹紧自锁已被解除，撞块被松开弹簧、手爪、凸轮带动自动向左运动，手爪也就被弹簧松开，从而实现了松开的动作。第七节数控机床的回转工作台一、回转工作台的基本要求和形式二、分度工作台三、立式数控回转工作台四、卧式数控回转工作台一、回转工作台的基本要求和形式.分度工作台.数控回转工作台.分度工作台数控机床的分度工作台只能完成分度运动。它可以是按照数控系统的指令，在需要分度时，将工作台连同工件回转一定的角度并定位。采用伺服电动机驱动的分度工作台称为数控分度工作台，