第8章 数控机床的机械结构

1、第第八章八章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构数控机床的机械结构一般由以下几部分组成：1.主传动系统:包括动力源、传动件及主运动执行件（如主轴）等2.进给传动系统:包括动力源、传动件及主运动执行件（ 如工作台、刀架）等3.基础支撑件：包括床身、立柱、导轨、工作台等4.辅助装置：包括自动换刀装置、液压气动系统、润滑冷却装置等8.1 8.1 概概 述述1.动、静刚度高动、静刚度高 机床的刚度是指在切削力和其他力的作用下的抗变机床的刚度是指在切削力和其他力的作用下的抗变性的能力。数控机床要在高速和重负荷条件下工作，性的能力。数控机床要在高速和重负荷条件下工作，机床的床身、底座、立柱、工作台、刀架

2、等支撑件机床的床身、底座、立柱、工作台、刀架等支撑件的变形都会直接或间接的引起刀架和工件之间的相的变形都会直接或间接的引起刀架和工件之间的相对位移，从而引起工件的加工误差。机床应合理选对位移，从而引起工件的加工误差。机床应合理选择结构形式、合理安排结构布局、采用补偿变形措择结构形式、合理安排结构布局、采用补偿变形措施和合理选用材料来提高支撑件的静刚度和动刚度施和合理选用材料来提高支撑件的静刚度和动刚度。数控机床的结构特点：数控机床的结构特点：2.抗震性好抗震性好 机床工作时可能产生两种形态的振动：强迫振动和自激振动。机床工作时可能产生两种形态的振动：强迫振动和自激振动。数控机床在高速重切削情况

3、下应无振动，以保证加工工件的数控机床在高速重切削情况下应无振动，以保证加工工件的高精度和高的表面质量，特别要注意的是避免切削时的自激高精度和高的表面质量，特别要注意的是避免切削时的自激振动，因此对数控机床的动态特性提出更高的要求。振动，因此对数控机床的动态特性提出更高的要求。3.热稳定性好热稳定性好 数控机床的热变形是影响加工精度的重要因素。引起热变数控机床的热变形是影响加工精度的重要因素。引起热变形的热源主要是机床的内部热源，如电动机发热、摩擦热形的热源主要是机床的内部热源，如电动机发热、摩擦热及切削热等。机床的热膨胀不均是影响刀具与工件正确位及切削热等。机床的热膨胀不均是影响刀具与工件正确

4、位置的一个主要因素。机床的热稳定性好包括机床的温升小，置的一个主要因素。机床的热稳定性好包括机床的温升小，产生温升后使温升对机床的变形影响小，机床产生热变形产生温升后使温升对机床的变形影响小，机床产生热变形时对精度的影响较小时对精度的影响较小4.灵敏度高灵敏度高 数控机床要求在相当大的进给速度范围内能达到较高的精数控机床要求在相当大的进给速度范围内能达到较高的精度，因而运动部件应具有较高的灵敏度。导轨通常用滚动度，因而运动部件应具有较高的灵敏度。导轨通常用滚动导轨，塑料导轨，静压导轨等以减小摩擦力，使其无低速导轨，塑料导轨，静压导轨等以减小摩擦力，使其无低速爬行现象。工作台、刀架等部件的移动由

5、伺服电机驱动，爬行现象。工作台、刀架等部件的移动由伺服电机驱动，经过滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需的驱动扭矩，提经过滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需的驱动扭矩，提高定位精度和运动平稳性。高定位精度和运动平稳性。5.自动化程度高、操作方便自动化程度高、操作方便 为了提高数控机床的生产率，必须最大限度的压缩辅助时间。为了提高数控机床的生产率，必须最大限度的压缩辅助时间。如采用多主轴、多刀架，以及带到库的自动换刀装置等以减如采用多主轴、多刀架，以及带到库的自动换刀装置等以减少换刀时间。对于多工序的自动换刀数控机床，除了要减少少换刀时间。对于多工序的自动换刀数控机床，除了要减少换刀时间外，还大幅度的

6、压缩多次装卸工件的时间。几乎所换刀时间外，还大幅度的压缩多次装卸工件的时间。几乎所有的数控机床都具备快速运动的功能，使空程时间缩短。有的数控机床都具备快速运动的功能，使空程时间缩短。 主传动系统应当具有较大的调速范围以保证加工时能选用合主传动系统应当具有较大的调速范围以保证加工时能选用合理的切削用量，同时主传动系统还需要较高的精度及刚度，尽理的切削用量，同时主传动系统还需要较高的精度及刚度，尽量降低噪声，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。量降低噪声，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。8.2 8.2 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统8.2.1 8.2.1 主传动系统配置方

7、式主传动系统配置方式 数控机床的主传动系统多采用交流主轴电动机和直流主轴数控机床的主传动系统多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统，为了适应低速大扭矩的要求，也经常采电动机无级调速系统，为了适应低速大扭矩的要求，也经常采用齿轮有机调速和电动机无级调速相结合的方式。用齿轮有机调速和电动机无级调速相结合的方式。1 1、带有变速齿轮的主传动、带有变速齿轮的主传动3 3、由调速电机直接驱动的主传动、由调速电机直接驱动的主传动2 2、通过皮带传动的主传动、通过皮带传动的主传动这是大、中型数这是大、中型数控机床采用较多控机床采用较多的一种方式。的一种方式。这主要应用在小这主要应用在小型数控机床上

8、。型数控机床上。这种主传动方式大大简这种主传动方式大大简化了主轴箱体结构，提化了主轴箱体结构，提高了主轴部件的刚度。高了主轴部件的刚度。4 4、两台电动机分别传动两台电动机分别传动5 5、电主轴传动电主轴传动变速齿轮传动变速齿轮传动 同步齿形带传动同步齿形带传动主轴电机直接驱动主轴电机直接驱动电主轴电主轴 一、主轴轴承的配置方式一、主轴轴承的配置方式1 1、前支撑采用、前支撑采用双列滚子轴承和双列角接触球轴承组合双列滚子轴承和双列角接触球轴承组合此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切屑的要求，因此普遍应用于各类数控机床。力切屑的要求

9、，因此普遍应用于各类数控机床。2 2、前轴承采用、前轴承采用多个高精度角接触球轴承多个高精度角接触球轴承角接触角接触球轴承高速时性能良好。但是，它的承载能力小，球轴承高速时性能良好。但是，它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和紧密的数控车床。因而适用于高速、轻载和紧密的数控车床。3 3、前轴承采用双列圆锥滚子轴承前轴承采用双列圆锥滚子轴承这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。但是，这种轴承限受较强的动载荷，安装与调整性能也好。但是，这种轴承限制了主轴的最高转制了主轴的最高转 速和精度，因此使用中等精度

10、、低速与速和精度，因此使用中等精度、低速与重载的数控机床。重载的数控机床。8.2.2 8.2.2 主轴组件结构主轴组件结构二、刀具自动装卸与切屑清除装置二、刀具自动装卸与切屑清除装置刀夹刀夹数控铣镗床数控铣镗床的主轴部件的主轴部件1-调整半环； 2-3182120型锥孔双列圆柱滚子轴承； 3-2268120型双向向心球轴承； 4、9-调整环 ；5-双瓣卡爪；6-弹簧 ；7-拉杆 ；8-46115型向心推力球轴承 ；10-油缸； 11-碟型弹簧； 12-活塞； 13-喷气头； 14-套筒 刀杆尾部拉紧结构刀杆尾部拉紧结构一、进给传动系统作用一、进给传动系统作用 数控机床的进给传动系统负责接受数控

11、系统发出的脉冲数控机床的进给传动系统负责接受数控系统发出的脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。二、对进给传动系统的要求二、对进给传动系统的要求 为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。间隙。8.3 8.3 数控机床的进给传动系统数控机床的进给

12、传动系统8.3.1 8.3.1 进给传动系统简介进给传动系统简介 电机电机支承支承丝杠丝杠螺母螺母 1 1、步进伺服电机伺服进给系统、步进伺服电机伺服进给系统一般用于经济型数控机床。一般用于经济型数控机床。 2 2、直流伺服电机伺服进给系统、直流伺服电机伺服进给系统功率稳定，但因采用电刷，其磨损导致在使用中需进行功率稳定，但因采用电刷，其磨损导致在使用中需进行 更换。一般用于中档数控机床。更换。一般用于中档数控机床。3 3、交流伺服电机伺服进给系统、交流伺服电机伺服进给系统应用极为普遍，主要用于中高档数控机床。应用极为普遍，主要用于中高档数控机床。 4 4、直线电机伺服进给系统、直线电机伺服进

13、给系统无中间传动链，精度高，进给快，无长度限制；但散热无中间传动链，精度高，进给快，无长度限制；但散热 差，防护要求特别高，主要用于高速机床。差，防护要求特别高，主要用于高速机床。 三、进给传动系统种类三、进给传动系统种类 数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到一定的数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到一定的降速比和转矩的要求。由于齿轮在制造中总是存在着一定的误差，降速比和转矩的要求。由于齿轮在制造中总是存在着一定的误差，不可能达到理想齿面的要求，因此一对啮合的齿轮，总应有一定不可能达到理想齿面的要求，因此一对啮合的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。的齿侧间隙才能正常

14、地工作。 齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。对闭环系统来说，齿侧间隙求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常用的调整齿侧间隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。8.3.2 8.3.2 齿轮传动副齿轮传动副1 1直齿圆柱齿轮

15、传动间隙的消除（直齿圆柱齿轮传动间隙的消除（1 1）偏心轴套调整法偏心轴套调整法 如图所示，齿轮如图所示，齿轮装在电动机轴上，装在电动机轴上，调整偏心轴套可调整偏心轴套可以改变齿轮和以改变齿轮和之间的中心距，从之间的中心距，从而消除齿侧间隙。而消除齿侧间隙。1-1-齿轮齿轮 2-2-偏心套偏心套 3-3-齿轮齿轮 轴向垫片调整法（锥度齿轴向垫片调整法（锥度齿轮调整法）轮调整法） 如图所示将一对齿轮如图所示将一对齿轮和的轮齿沿齿宽方向和的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片的厚度就能时改变垫片的厚度就能改变齿轮和的轴向相

16、改变齿轮和的轴向相对位置，从而消除齿侧间对位置，从而消除齿侧间隙。隙。1 1直齿圆柱齿轮传动间隙的消除（直齿圆柱齿轮传动间隙的消除（2 2）双片齿轮错齿调整法双片齿轮错齿调整法 图示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消图示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮1 1和和2 2与另与另个宽齿轮啮合，两薄片齿个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮轮可相对回转。在两个薄片齿轮1 1和和2 2的端面均匀分布着四个螺孔，分别装的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳上凸耳3 3和和8 8。齿轮。齿轮1 1的端面还有另外的端面还有另外四个通孔，凸耳可以在

17、其中穿过，弹四个通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧簧4 4的两端分别钩在凸耳的两端分别钩在凸耳3 3和调节螺钉和调节螺钉7 7上。通过螺母上。通过螺母5 5调节弹簧调节弹簧4 4的拉力，的拉力，调节完后用螺母调节完后用螺母6 6锁紧。弹簧的拉力锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左右齿右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。面上，从而消除了齿侧间隙。1 1直齿圆柱齿轮传动间隙的消除（直齿圆柱齿轮传动间隙的消除（3 3）2 2斜齿轮传动消除间隙（斜齿轮传动消除间隙（1 1） 基本思想基本思想 斜齿轮传动消除侧隙的

18、方法与直齿圆柱齿轮传动中双片薄齿斜齿轮传动消除侧隙的方法与直齿圆柱齿轮传动中双片薄齿轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是通过不同的方法啮合，只是通过不同的方法使两个薄片齿轮沿轴向移动合适使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距离的距离后，相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定后，相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定的角度。两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负责不同的方向（正的角度。两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负责不同的方向（正向和反向），起到消除侧隙的作用。向和反向），起到消除侧隙的作用。 2 2斜齿轮传动消除间隙（斜齿轮传

19、动消除间隙（2 2） 轴向垫片错齿调整法轴向垫片错齿调整法 如图所示是如图所示是斜齿轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮斜齿轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮4 4同时与两个相同薄片齿轮同时与两个相同薄片齿轮1 1和和2 2啮合，啮合，薄片齿轮由平键和轴联接，互相不薄片齿轮由平键和轴联接，互相不能相对回转。斜齿轮能相对回转。斜齿轮1 1和和2 2的齿形拼的齿形拼装后一起加工，并与键槽保持确定装后一起加工，并与键槽保持确定的相对位置。装配时在两薄齿轮之的相对位置。装配时在两薄齿轮之间装入厚度为间装入厚度为的垫片的垫片3 3，使薄片齿，使薄片齿轮轮1 1、2 2的螺旋线产生错位，其左右的螺旋线产生错位，其左右两齿面

20、分别与宽齿轮两齿面分别与宽齿轮4 4的齿贴紧，消的齿贴紧，消除齿侧间隙。除齿侧间隙。 2 2斜齿轮传动消除间隙（斜齿轮传动消除间隙（3 3） 轴向压簧调整法轴向压簧调整法 如图所示是斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构。该结构消如图所示是斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构。该结构消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用齿轮隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用齿轮2 2右面的弹簧压力使两个右面的弹簧压力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，从而它们的左、右齿面分别与宽齿轮的左右齿薄片齿轮产生相对轴向位移，从而它们的左、右齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。图面贴紧，以消除齿侧间隙。图a a

21、采用的是压簧，图采用的是压簧，图b b采用的是碟形弹簧。采用的是碟形弹簧。a 轴向压簧法b 蝶形弹簧法 为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，必为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，必须要降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之须要降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。差。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。 滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精

22、度和刚度。滚珠丝杠由专门工厂制造。度。滚珠丝杠由专门工厂制造。8.3.3 8.3.3 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副工作原理和特点工作原理和特点 滚珠丝杆螺母副由滚珠丝杆螺母副由于在丝杆和螺母之间放于在丝杆和螺母之间放入了滚珠，使丝杆与螺入了滚珠，使丝杆与螺母间变为滚动摩擦，因母间变为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率。力，提高了传动效率。图示为滚珠丝杆副的结图示为滚珠丝杆副的结构示意图。丝杆和螺构示意图。丝杆和螺母上均制有圆弧型面母上均制有圆弧型面的螺旋槽，将它们装在的螺旋槽，将它们装在一起便形成了螺旋滚道，一起便形成了螺旋滚道，滚珠在其间既自转又滚珠在其间

23、既自转又循环滚动。循环滚动。 1-1-丝杠丝杠 2- 2-滚道滚道 3- 3-螺母螺母 4- 4-滚珠滚珠工作原理和特点工作原理和特点滚珠丝杠螺母副的优点滚珠丝杠螺母副的优点l传动效率高，摩擦损失小传动效率高，摩擦损失小 滚珠丝杆螺母副的传动效率滚珠丝杆螺母副的传动效率0.920.920.960.96，可实现高速运动。可实现高速运动。l运动平稳无爬行运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，故运动由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。平稳，不易出现爬行现象。l传动精度高，反向时无空程传动精度高，反向时无空程, ,滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向间隙。

24、滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向间隙。l磨损小磨损小, ,精度保持性好，使用寿命长。精度保持性好，使用寿命长。l具有运动的可逆性可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动具有运动的可逆性可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杆和螺母均可作主动件或从动件。转换成旋转运动，即丝杆和螺母均可作主动件或从动件。工作原理和特点工作原理和特点滚珠丝杠螺母副的缺点滚珠丝杠螺母副的缺点l由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和表面质量由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，故制造成本高。要求高，故制造成本高。l由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杆传动，会因部由于

25、不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杆传动，会因部件的自重而自动下降。当部件向下运动且切断动力源时，由件的自重而自动下降。当部件向下运动且切断动力源时，由于部件的自重和惯性，不能立即停止运动。因此必须增加制于部件的自重和惯性，不能立即停止运动。因此必须增加制动装置。动装置。l 结论结论 由于其优点显著，虽成本较高，仍被广泛应用在数由于其优点显著，虽成本较高，仍被广泛应用在数控机床上。控机床上。 2 2结构类型结构类型外循环外循环 滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面上的螺旋槽或插滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杆螺母间重新进入循环。图示为常见的外循环结构形式。管返回丝杆螺母间

26、重新进入循环。图示为常见的外循环结构形式。在螺母外圆上装有螺旋形的插管口，其两端插入滚珠螺母工作始在螺母外圆上装有螺旋形的插管口，其两端插入滚珠螺母工作始末两端孔中，以引导滚珠通过插管，形成滚珠的多圈循环链。这末两端孔中，以引导滚珠通过插管，形成滚珠的多圈循环链。这种形式结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大。种形式结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大。目前应用最为广泛，也可用于重载传动系统中。目前应用最为广泛，也可用于重载传动系统中。2 2结构类型结构类型 内循环内循环 靠螺母上安装的反靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环，使滚珠成单圈循

27、环，如图所示。反向器如图所示。反向器的数目与滚珠圈数相的数目与滚珠圈数相等。这种形式结构紧等。这种形式结构紧凑，刚度好，滚珠流凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损失小，通性好，摩擦损失小，但制造较困难。适用但制造较困难。适用于高灵敏、高精度的于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于进给系统，不宜用于重载传动中。重载传动中。3 3滚珠丝杆副间隙的调整滚珠丝杆副间隙的调整 为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结滚珠丝杆螺母副轴向间隙。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，使每

28、个螺母中的滚珠分构，利用两个螺母的相对轴向位移，使每个螺母中的滚珠分别接触丝杆滚道的左右两侧。用这种方法预紧消除轴向间隙别接触丝杆滚道的左右两侧。用这种方法预紧消除轴向间隙时，预紧力一般应为最大轴向负载的时，预紧力一般应为最大轴向负载的l/3l/3。当要求不太高时，。当要求不太高时，预紧力可小于此值。预紧力可小于此值。3 3滚珠丝杆副间隙的调整滚珠丝杆副间隙的调整 双螺母双螺母垫片消隙式垫片消隙式此种形式结构简单可靠、此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛，刚度好，应用最为广泛，在双螺母间加垫片的形式在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户可由专业生产厂根据用户要求事先调整好预紧力，要

29、求事先调整好预紧力，使用时装卸非常方便。使用时装卸非常方便。垫片调整法垫片调整法（端部加垫片）图例（端部加垫片）图例3 3滚珠丝杆副间隙的调整滚珠丝杆副间隙的调整 螺纹调隙式螺纹调隙式 如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且可在使用过程中，随时调整，但母锁紧，这种结构调整方便，且可在使用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。预紧力大小不能准确控制。3 3滚珠丝杆副间隙的调整滚珠丝杆副间隙的调整 齿差消

30、隙式齿差消隙式 如图所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与如图所示，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，其齿数分别为固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1Z1、Z2Z2，并相差一个齿。，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同方向都转动一个齿，调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：式中式中Z1Z1、Z2Z2为齿轮的齿数，为齿轮的齿数，t t为滚珠丝杠的导程。为滚珠丝杠的导程。t

31、ZZS21114 4滚珠丝杆副的支承方式滚珠丝杆副的支承方式一端装止推轴承一端装止推轴承( (固定自由固定自由式式) ) 如图如图a a所示。这种安装方所示。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杆。仅适应于短丝杆。一端装止推轴承，另一端装深一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承沟球轴承( (固定支承式固定支承式) ) 如如图图b b所示。滚珠丝杆较长时，所示。滚珠丝杆较长时，一端装止推轴承固定，另一端一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减少由深沟球轴承支承。为了减少丝杆热变形的影响，止推轴承丝杆热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离热源。的安装

32、位置应远离热源。 4 4滚珠丝杆副的支承方式滚珠丝杆副的支承方式两端装推力轴承（单推两端装推力轴承（单推单推式或双单推式或双推推单推式）单推式） 如图如图c c所示。这种方式所示。这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；在推力轴承预紧力大于丝杠最变形；在推力轴承预紧力大于丝杠最大轴向载荷大轴向载荷1/31/3的条件下，丝杠拉压刚的条件下，丝杠拉压刚度可提高四倍；丝杠不会因温升而伸度可提高四倍；丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度。长，从而保持丝杠的精度。两端装双重止推轴承及深沟球轴承两端装

33、双重止推轴承及深沟球轴承( (固固定固定式定固定式) ) 如图如图d d所示。为提高刚所示。为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力，使丝杠具有较大的刚度。使丝杠具有较大的刚度。 8.4.1 8.4.1 导轨导轨 导轨是进给系统的重要环节，是机床基本结构的要素导轨是进给系统的重要环节，是机床基本结构的要素之一。机床加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导之一。机床加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。轨的质量。 对导轨的要求：高的导向精度、良好的精度保持性、对导轨的要求：高的导向精度、良

34、好的精度保持性、良好的摩擦特性、运动平稳、高灵敏度、寿命长。良好的摩擦特性、运动平稳、高灵敏度、寿命长。 8.4 8.4数控机床的导轨与回转工作台数控机床的导轨与回转工作台1 1）滑动导轨）滑动导轨 摩擦特性好、耐磨摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、运动平稳、工艺性好、速度较低。近年性好、速度较低。近年来出现了新型的塑料滑来出现了新型的塑料滑动导轨（贴塑导轨和注动导轨（贴塑导轨和注塑导轨）。塑导轨）。2 2）滚动导轨）滚动导轨 摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高。抗震性较差、结构

35、复杂、防护要求较高。 摩擦系数小，效率高，能长期保持导轨的导向精度，承载油摩擦系数小，效率高，能长期保持导轨的导向精度，承载油膜有良好的吸振性。但结构复杂，需配供油系统，油的清洁度要膜有良好的吸振性。但结构复杂，需配供油系统，油的清洁度要求高，多用于求高，多用于重型机床重型机床3 3）静压导轨）静压导轨8.4.2 8.4.2 回转工作台回转工作台 1 1回转工作台工作特点回转工作台工作特点 数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称之数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称之为数控机床的第四轴，回转工作台可以与、为数控机床的第四轴，回转工作台可以与、三个坐标轴联动，从而加工出各种曲面和曲线等三个坐标

36、轴联动，从而加工出各种曲面和曲线等复杂的形状。回转工作台对于自动换刀多工序的加复杂的形状。回转工作台对于自动换刀多工序的加工中心是必备的部件。工中心是必备的部件。 数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用机床分度工作台相似，但它的驱动是伺外形和通用机床分度工作台相似，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。服系统的驱动方式。 数控回转工作台图例数控回转工作台图例2 2回转工作台的锁紧与松开回转工作台的锁紧与松开 当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装有对夹紧瓦和，并在底座上均布着部

37、的辐射方向装有对夹紧瓦和，并在底座上均布着同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球活塞便压向钢球8 8，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。 在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。3 3回转工作台的圆周进给运动回转工作台的圆周进给运动 工作台的回转运动通过电液脉冲马达，经齿轮减速，由工作台的回转运动通过电液脉冲马达，经齿轮减速，由蜗杆传给蜗轮。为了消除蜗杆副的

38、传动间隙，采用了双蜗杆传给蜗轮。为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐蜗杆的左右两侧面具有不同螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可保持正渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可保持正常的啮合。常的啮合。分度工作台特点分度工作台特点 分度工作台只能完成分度运动，不能实现圆周进给。分分度工作台只能完成分度运动，不能实现圆周进给。分度工作台的分度只限于某些特定的角度。度工作台的分度只限于某些特定的角度。 定

39、销式分度工作台的定位分度主要靠工作台的定位销和定销式分度工作台的定位分度主要靠工作台的定位销和定位孔实现，分度的角度取决于定位孔在圆周上的分布数量。定位孔实现，分度的角度取决于定位孔在圆周上的分布数量。 数控机床分度工作台数控机床分度工作台 定销式分度工作台图例定销式分度工作台图例2 2基本组成基本组成工作部分工作部分 分度工作台（分度工作台（1 1）、矩形工作台（）、矩形工作台（1010）、上底座（）、上底座（2121）定位部分定位部分 定位销（定位销（7 7）、定位孔衬套（）、定位孔衬套（6 6）、马蹄形环行槽等。）、马蹄形环行槽等。夹紧部分夹紧部分 锁紧液压缸（锁紧液压缸（8 8）、锁紧

40、液压缸活塞（）、锁紧液压缸活塞（1111）顶起部分顶起部分 中央液压缸（中央液压缸（1717）传动及支承部分传动及支承部分 双列圆柱滚子轴承（双列圆柱滚子轴承（1414）、滚针轴承（）、滚针轴承（1919）、）、推力圆柱滚子轴承（推力圆柱滚子轴承（2020）、齿轮（）、齿轮（9 9）等。）等。3 3工作原理（工作原理（1 1） 分度前的准备工作：分度前的准备工作： CNC CNC发出分度指令发出分度指令夹紧液压缸（夹紧液压缸（8 8）上腔回油）上腔回油液压缸液压缸活塞（活塞（1111）在弹簧的作用下复位）在弹簧的作用下复位分度工作台（分度工作台（1 1）放松）放松中央液压缸（中央液压缸（171

41、7）下腔进油）下腔进油中央液压缸活塞（中央液压缸活塞（1616）上升）上升由螺栓（由螺栓（1515）下端带动推力轴承（）下端带动推力轴承（2020）上升处于工作状态）上升处于工作状态由螺栓（由螺栓（1515）上端带动分度工作台（）上端带动分度工作台（1 1）上升使得定位销（）上升使得定位销（7 7）和套（和套（6 6）分离）分离3 3工作原理（工作原理（2 2） 分度分度CNCCNC再发指令再发指令液压马达回转液压马达回转大齿轮（大齿轮（9 9）回转）回转带动工作带动工作台回转分度台回转分度接近目标位置时，第一个行程开关动作接近目标位置时，第一个行程开关动作工作工作台减速台减速第二个行程开关动

42、作第二个行程开关动作工作台准停工作台准停新的定位销正新的定位销正好对准定位套好对准定位套工作台定位夹紧工作台定位夹紧 中央液压缸（中央液压缸（1717）上腔回油）上腔回油分度工作台靠自重回位分度工作台靠自重回位夹紧夹紧液压缸（液压缸（8 8）上腔进油将工作台夹紧）上腔进油将工作台夹紧1 1、作用：实现绕、作用：实现绕X X、Y Y、Z Z轴的圆周进给运动轴的圆周进给运动 2 2、种类：数控回转工作台、数控分度工作台、种类：数控回转工作台、数控分度工作台数控回转工作台数控回转工作台数控分度头数控分度头一、自动换刀装置的作用一、自动换刀装置的作用自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，自动换刀装置

43、可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。二、对自动换刀装置的要求二、对自动换刀装置的要求数控机床对自动换刀装置的数控机床对自动换刀装置的要求是：换刀迅速、时间短，重要求是：换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠。所占空间位置小，工作稳定可靠。8.5 8.5 数控机床的换刀装置数控机床的换刀装置上一页上一页下一页下一页三、换刀形式三、换刀形式 1 1、回转刀架换刀、回转刀架换刀其结构类似普通车床上回转刀架，根据加工对象不同可其结构类似普通车床上回转刀架

44、，根据加工对象不同可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。2 2、更换主轴头换刀、更换主轴头换刀各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。时间，提高了换刀可靠性。3 3、使用刀库换刀、使用刀库换刀将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上取刀交换。取刀交换。上一页上一页下一页下一页 自动换刀装置中，实现自动换刀装置中，实现刀库与主轴间传递和装卸刀刀库与主轴间传递和装卸刀具的装置为刀具交换装置。具的装置为刀具交