第3章数控机床的机械结构和数控机床编程及加工

第3章数控机床的机械结构本章概述本章首先简单介绍了数控机床的机械结构特点，第二节重点讲解了数控机床主传动系统，第三节对数控机床进给系统进行了简单介绍，最后两节分别对自动换刀装置和回转工作台两部件详细介绍。教学目标1.掌握数控机床的主要结构特点。2.掌握机床主传动系统的功能，理解主轴的调速方法。3.掌握数控机床进给系统的特点，理解滚珠丝杠螺母副工作原理并明确其分类，了解齿轮传动副实现消隙的方法，知道数控机床常用导轨分类。4.了解数控车床刀架，熟悉回转刀架换刀过程，掌握刀具的交换方式及应用场合。5.了解数控回转工作台的工作原理。下一页3.1数控机床的机械结构特点数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。数控机床的主要结构特点如下:返回下一页3.1数控机床的机械结构特点数控机床通过数字信息来控制刀具与工件的相对运动，它要求在相当大的进给速度范围内都能达到较高的精度，因而运动部件应具有较高的灵敏度。导轨部件通常用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，使其在低速运动时无爬行现象。工作台、刀架等部件的移动，由交流或直流伺服电机驭动，经滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需要的驭动扭矩，提高了定位精度和运动平稳性。数控机床的一些运动部件，除应具有高刚度、高灵敏度外，还应具有高抗振性，即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谐振，因此对数控机床的动态特性提出更高的要求。改善动态特性的方法是:提高系统的静刚度，增加阻尼(例如，采用三支承主轴，后支承就有利于消振)以及调整构件的质量和自振频率，通过高速回转部分的动平衡降低扰动作用程度，等等。上一页返回下一页3.1数控机床的机械结构特点为了加快数控机床投资的回收，务必经常使机床保持很高的开动比(比普通机床高2-3倍)，因此必须提高机床的寿命和精度保持性，在保证尽可能地减少电气和机械故障的同时，要求数控机床在长期使用过程中不丧失精度。除各有关零件应正确选择材料，以防使用中的变形和快速磨损外，还要求采取一些工艺措施，如淬火和磨削导轨、粘贴抗磨塑料导轨等，以提高运动部件的耐磨性。一般的数控机床，其主轴转速要比普通机床主轴转速高1一2倍，某些特殊用途的数控机床，其主轴转速高达数万转。因此，数控机床使用的刀具较普通机床用的刀具严格得多，刀具应有高强度和高耐用度，其结构也要合理。这就需要采用新型高速钢和超细粒度硬质合金、立方氮化硼等优质材料制造数控加工刀具，刀具表面进行涂镀处理，以提高刀具寿命，下一页上一页返回3.1数控机床的机械结构特点并且优选刀具参数。就目前我国数控加工刀具的使用来看，还应通过提高刀具材质、加强刀具几何参数和切削用量的研究，开展表面处理技术、刃磨技术以及刀具在线检测技术的研究，来提高刀具质量并为刀具选择及使用提供依据。数控机床要在高速和重负荷条件下工作，因此，机床的床身、立柱、主轴、工作台、刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，工作中应无变形或振动。例如:有的床身采用双壁结构，并配置有斜肋板及加强肋，使其具有较高的抗弯刚度和抗扭刚度;为提高主轴部件的刚度，除主轴部件在结构上采取必要的措施以外，还要采用高刚度的轴承，并适当预紧;增加刀架底座尺寸，减少刀具的悬伸，以适应稳定的重切削，等等。上一页下一页返回3.1数控机床的机械结构特点机床的主轴、工作台、刀架等运动部件，在运动中常易产生热量，而工艺过程的自动化和精密加工的发展，对机床的加工精度和精度稳定性提出了越来越高的要求。为保证部件的运动精度，要求各运动部件的发热量最少，以防产生热变形。为此，机床结构根据热对称的原则设计，并改善主轴轴承、丝杠螺母副、高速运动导轨副的摩擦特性。如MJ-SOCNC数控车床主轴箱壳体即按热对称原则设计，并在壳体外缘上铸有密集的散热片结构，主轴轴承采用高性能油脂润滑，并严格控制注入量，使主轴温升很低。对于产生大量切屑的数控机床，一般都带有良好的自动排屑装置，等等。数控机床在自动或半自动条件下工作，尤其在柔性制造系统中的数控机床，可在24h运转中实现无人管理，这就要求机床具有高的可靠性。为此，要提高数控装置及机床结构的可靠性，像在工作中动作频繁的刀库、换刀机构、托盘、工件交换装置等部件，必须保证在长期工作中十分可靠。上一页返回3.2数控机床主传动系统机床的主传动系统将电动机的转矩和功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主运动。数控机床与普通机床相比具有以下特点:主轴转速范围宽，且能实现自动无级变速，可适应各种加工的需要;传动链短，以保证机床主传动的精度;为了实现刀具的快换或自动装却，主轴上还必须装有刀具自动夹紧、主轴准停和主轴孔内切屑清除装置。下一页返回3.2数控机床主传动系统二、数控机床主轴的调速方法数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用变频交流电动机和交流调速电动机无级调速系统。在实际生产中，一般要求数控机床在中、高速段为恒功率输出，在低速段为恒转矩输出。为了保证数控机床低速时的扭矩和主轴的变速范围尽可能大，大中型数控机床多采用无级变速与分级变速串联，即在交流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级调速。数控机床主传动系统主要有四种配置方式，如图3-1所示。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统如图3-1(a)所示，这种传动主要应用在转速较高、变速范围不大的机床上。电动机本身的调速就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低扭矩特性要求的主轴。常用的带传动有V带传动和同步齿形带传动。这是大、中型数控机床采用的一种配置方式。如图3-1(b)所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出扭矩，以满足主轴低速时对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床也采用此种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统如图3-1(c)所示，这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴精度影响较大。如图3-1(d)所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。高速时电动机通过带轮直接驭动主轴旋转;低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驭动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用。这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统数控机床的主轴部件，既要满足精加工时精度较高的要求，又要具备粗加工时高效切削的能力。因此，在旋转精度、刚度、抗振性和热变形等方面，都有很高的要求。在局部结构上，一般数控机床的主轴部件与其他高效、精密自动化机床没有多大区别。但对于具有自动换刀功能的数控机床，其主轴部件除主轴、主轴轴承和传动件等一般组成部分外，还有刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。数控机床主轴的支承可以有多种配置形式。图3-2所示为TND360型数控车床主轴部件结构。因为主轴在切削时承受较大的切削力，所以轴径设计得比较大。前轴承为三个角接触球轴承，前面两个轴承开口朝向主轴前端，接触角为250，用以承受轴向切削力;第三个轴承开口朝里，接触角为140。三个轴承的内外圈轴向由轴肩和箱体孔的台阶固定，以承受轴上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统向负荷。后支承由一对背对背的角接触球轴承组成，只承受径向载荷，并由后压套进行预紧。轴承预紧量预先配好，直接装配即可，无须修磨。主轴为空心，通过棒料的直径可达60mm。数控车床主轴有的采用油脂润滑，迷宫式密封;有的采用集中强制润滑。为了保证润滑的可靠性，常以压力继电器作为失压报警装置。为了减少辅助时间、降低劳动强度，并适应自动化和半自动化加工的需要，数控车床多采用动力卡盘装夹工件。目前使用较多的是自动定心液压动力卡盘，该卡盘主要由引油导套、液压缸和卡盘三部分组成。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统图3-3所示为数控车床上采用的一种液压动力自定心卡盘，卡盘3用螺钉固定在主轴(短锥定位)上，液压缸5固定在主轴后端。改变液压缸左、右腔的通油状态，活塞杆4带动卡盘内的驱动爪1和卡爪2，夹紧或放松工件，并通过行程开关6和7发出相应信号。在某些带有刀库的数控机床中，主轴部件除具有较高的精度和刚度外，还带有刀具自动装卸装置和主轴孔内切屑清除装置。如图3-4所示，主轴前端有7:24的锥孔，用于装夹锥柄刀具。端面键13既作刀具定位用又可传递转矩。为了实现刀具的自动装卸，主轴内设有刀具自动夹紧装置。从图3-4中可以看出，该机床是由拉紧机构拉紧锥柄刀夹尾端的轴颈来实现刀夹的定位及夹紧的。夹紧刀夹时，液压缸上腔接通回油，弹簧11推动活塞6上移，处于图示位置，拉杆4在碟形弹簧5的作用下向上移动。由于此时装在拉杆前端径向孔中的四个钢球12进入主轴孔中直径较小的d2处，如图3-4(b)所示，被迫径向收拢而卡进拉钉2的环形凹槽内，因而刀杆上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统拉紧，依靠摩擦力紧固在主轴上。换刀前需将刀夹松开，压力油进入液压缸上腔，活塞6推动拉杆4向下移动，碟形弹簧被压缩;当钢球12随拉杆一起下移至主轴孔中直径较大的d，处时，它就不再能约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的抬肩端面碰到拉钉，把刀夹顶松。此时行程开关10发出信号，换刀机械手随即将刀夹取下。与此同时，压缩空气由管接头9经活塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔内，把切屑或脏物清除干净，以保证刀具的装夹精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸7接通回油，碟形弹簧5又拉紧刀夹。刀夹拉紧后，行程开关8发出信号。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统

自动清除主轴孔中的切屑和尘埃是换刀操作中一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其他污物，在拉紧刀杆时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，使刀杆发生偏斜，破坏刀具的正确定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保证主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图3-4(a)中活塞6的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经拉杆4吹出，将锥孔清理干净。喷气小孔设计有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高吹屑效果。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统

自动换刀数控机床主轴部件设有准停装置，其作用是使主轴每次都能准确地停止在固定的周向位置上，以保证换刀时主轴上的端面能对准刀夹上的键槽，同时使每次装刀时刀夹与主轴的相对位置保持不变，提高刀具的重复安装精度，从而提高孔加工时孔径的一致性。图3-4所示主轴部件采用的是电气准停装置，其工作原理如图3-5所示。带动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体主轴准停的位置上装有磁传感器2。当机床需要停车换刀时，数控系统发出主轴停转指令，主轴电动机立即降速，当主轴以最低转速慢转很少几转、永久磁铁3对准磁传感器2时，后者发出准停信号。此信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机准确地停止在规定的周向位置上。这种装置可以保证主轴准停的重复精度在士1°范围内。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统

高速切削是20世纪70年代后期发展起来的新工艺。这种工艺采用的切削速度比常规的要高几倍至十几倍，如高速铣削铝件的最佳切削速度可达2500-4SOOm/min，加工钢件为400-1600m/min，加工铸件为800-2000m/mnin，进给速度也相应提高很多倍。这种加工工艺不仅切削效率高，而且具有加工表面质量好、切削温度低和刀具寿命长等优点。高速切削机床是实现高速切削的前提，而高速主轴部件又是高速切削机床最重要的部件。因此，高速主轴部件要有精密机床那样高的精度和刚度。为此，应精确制造主轴零件并进行动平衡。另外，还应重视主轴驭动、冷却、支承、润滑、刀具夹紧和安全等设计。高速主轴的驭动多采用内装电动机式，这种主轴结构紧凑、重量轻、惯性小，有利于提高主轴启动或停止时的响应特性。上一页下一页返回3.2数控机床主传动系统高速主轴选用的轴承主要是高速球轴承和磁力轴承。磁力轴承是利用电磁力使主轴悬浮在磁场中，具有无摩擦、没有磨损、无须润滑、发热少、刚度高、工作时无噪声等优点。主轴的位置由非接触传感器测量，信号处理器则根据测量值以10000次/s的速度计算出校正主轴位置的电流值。图3-6所示是瑞士IBAG公司开发的内装高频电动机的主轴部件，其采用的是激磁式磁力轴承。上一页返回数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，无论是点位控制还是轮廓控制，被加工工件的最后尺寸精度和位置精度都受进给系统传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，进给传动系统中的传动装置和元件要具有高传动刚度、高抗振性、低摩擦、低惯量、无传动间隙等特点。(1)高传动刚度进给传动系统的传动刚度，从机械结构方面考虑主要取决于丝杠螺母副或蜗杆副及其支承结构的刚度。刚度不足将导致工作台产生爬行、振动以至造成反向死区，影响传动精度。为了提高传动刚度，可以缩短传动链，合理选择丝杠尺寸，以及对丝杠螺母副、支承部件等进行预紧。(2)高抗振性为提高进给系统的抗振性，应使机械部件具有高的固有频率和合适的阻尼比。一般要求机械传动系统的固有频率高于伺服驭动系统的固有频率2-3倍。下一页返回(3)低摩擦为满足数控机床进给系统响应快、运动精度高的要求，必须减少运动件的摩擦阻力。在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、滚动导轨、塑料导轨和静压导轨，以降低传动摩擦。(4)低运动惯量进给系统由于经常进行启动、停止、变速和反向，加上数控机床切削速度高，高速运转的零部件对其惯性影响更大。大的惯量会使系统动态性能变差。因此，在满足部件强度和刚度的前提下，应尽可能减少运动部件的质量以及各传动元件的直径。(5)无传动间隙传动间隙是造成进给系统反向死区的另一个主要原因，因此对传动链的各个环节，包括连轴器、齿轮副、丝杠螺母副及其支承等均应采用消除间隙的结构措施。上一页下一页返回滚珠丝杠螺母副是将回转运动转换为直线运动的传动装置，其结构如图3-7所示。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当它们套装在一起时形成螺旋滚道，滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移。滚珠既自转又沿滚道循环流动。由于滚珠丝杠螺母副把传统丝杠与螺母之间的滑动摩擦转变为了滚动摩擦，所以具有很多优点。·传动效率高，滚珠丝杠螺母副的传动效率可达到92%~98%，是普通丝杠螺母副的3-4倍·运动平稳无爬行，由于摩擦阻力小，动静摩擦系数相近，因而传动灵活，运动平稳，有效消除了爬行现象;·使用寿命长，因为滚动摩擦小，故磨损很小,精度保持性好，寿命长;·滚珠丝杠螺母副经预紧后可以消除轴向间隙，因而无反向死区，同时也提高了传动刚度。上一页下一页返回

由于滚珠丝杠螺母副具有上述优点，所以在各类数控机床的直线进给系统中得到了普遍应用。但是滚珠丝杠螺母副也有缺点:.结构复杂，制造成本高;.不能自锁，由于摩擦系数小不能自锁，因而不仅可以将旋转运动转换为直线运动，也可将直线运动转换为旋转运动，当垂直布置时，自重和惯性会造成部件下滑，必须增加制动装置。(1)滚珠循环方式滚珠丝杠螺母副按滚珠循环方式不同可分为外循环和内循环。①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管返回丝杠螺母间重新进入循环)如图3-8(a)所示，在螺母外圆上装有螺旋形的插管，其两端分别插入螺母上一页下一页返回的始末端，以引导滚珠进入插管回流，形成如图3-8(b)所示的多圈循环链。外循环结构简单，工艺性好，承载能力高，但由于插管的存在其径向尺寸较大。②内循环如图3-9所示，靠螺母上安装的反向器接通相邻的滚道，使滚珠形成单圈循环链。这种形式结构紧凑、刚性好、摩擦损失小，但制造较困难，适用于高灵敏、高精度的进给系统。(2)轴向间隙的消除轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动。除了结构本身的游隙外，在施加轴向载荷之后，还包括弹性变形造成的窜动。滚珠丝杠螺母副通过预紧方法消除间隙时应注意:预加载荷能够有效地减小弹性变形所带来的轴向位移，但过大的预加载荷将增大摩擦阻力，降低传动效率，并使寿命大为缩短。所以一般要经过多次调整才能保证机床在最大轴向载荷下，既消除了间隙，又能灵活运转。下一页上一页返回③双螺母齿差式消隙。如图3-12所示，在两个螺母的凸缘上分别制有齿数为z1、z2的圆柱齿轮，且齿数差z1-z2=1。两个内齿圈1和4与外齿轮齿数分别相同，并用螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小将两个螺母分别向相同的方向转过一个或多个齿，使螺母在轴向移近相应的距离达到消除间隙的日的。间隙消除量△可用下式简便地计算△=zt/z1z2或者z=

△z1z2/zt式中，z为两螺母在同一方向转过的齿数;t为滚珠丝杠的导程;z1、z2为齿轮的齿数。齿差式消隙结构较复杂，尺寸较大，但调整方便可靠，可获得精确的调整量。④变螺距螺母式消隙如图3-13所示，在螺母体内的两列循环滚珠链之间使内螺纹滚道在轴向产生一个DL0的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位实现预紧。这种消隙方法结构简单，但调整量须预先设定且不能改变。上一页下一页返回滚珠丝杠的正确安装及其支承结构的刚度是影响数控机床进给系统传动刚度不可忽视的因素。滚珠丝杠安装不正确、支承结构刚度不足还会引起丝杠寿命下降。因此，螺母座的孔和螺母之间必须保持良好的配合，并应保证孔与端面的垂直度。螺母座应增加适当的肋板，并加大螺母座与机床结合部的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触刚度。为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的。通常采用两种组合方式。一种是把角接球轴承和圆锥滚子轴承组合使用，其结构简单，但轴向刚度不足。另一种是把推力球轴承或角接触球轴承和向心球轴承组合使用，其轴向刚度提高了，但增加了轴承的摩擦阻力和发热，而且增大了轴承支架的结构尺寸。上一页下一页返回近年来出现一种滚珠丝杠专用轴承，其结构如图3-14所示。这是一种能够承受很大轴向力的特殊角接触球轴承。与普通的角接触球轴承相比，接触角增大到600,增加了滚珠数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度高两倍以上。产品成对出售，而且在出了时已经选配好内外环的厚度，装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出了时已经调整好的预紧力，使用非常方便。支承的安装和配置形式与丝杠的长短以及要达到的位移精度有关。一端固定，一端自由的形式适用于丝杠较短以及滚珠丝杠垂直安装的场合。一端固定，一端简支的形式可以防止热变形对丝杠伸长的影响。两端固定的结构，轴向刚度大，丝杠的热变形可转化为轴承的预紧力，适用于精度要求高的场合，滚珠丝杠的支承方式见图3-15.上一页下一页返回数控机床的进给系统中常采用齿轮传动以达到一定降速比的要求。由于存在齿面误差，因此一对啮合着的齿轮总应有一定的齿侧间隙才能正常工作。但是齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，影响加工精度，所以数控机床的进给系统必须采用各种方法减少或消除齿轮传动间隙。常用的消隙方法有刚性调整法和柔性调整法两种。刚性调整法调整后的齿侧间隙不能自动补偿。‘已要求严格控制齿轮的周节公差及齿厚，否则影响转动的灵活性。这种调整法具有较好的传动刚度，结构较简单，但调整较费时。柔性调整法调整后的齿侧间隙可以自动补偿。它一般采用弹簧弹力的方法消除齿侧间隙，在齿轮齿厚和周节发生变化的情况下，仍能保持无间隙啮合。但这种调整方法结构复杂，传动刚度低，传动平稳性差。上一页下一页返回(1)偏心套调整法如图3-16所示，齿轮1装在电动机轴上，旋转偏心套2可以改变齿轮1和3之间的中心距，从而消除间隙。(2)轴向垫片调整法如图3-17所示，一对啮合的圆柱齿轮沿齿轮轴向制成一个较小的锥面，改变垫片3的厚度，就能改变齿轮1和2的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。(3)双片薄齿轮错齿调整法图3-18所示为两个齿数相同的薄片齿轮7和8与另一个宽齿轮相啮合，齿轮7空套在齿轮8上，两者可以相对回转。在两个薄片齿轮端面上分别装有四个螺纹凸耳1和6,齿轮7端面有四个通孔，凸耳1可以从中穿过，弹簧2一端钩在凸耳1上，另一端钩在调节螺钉5上。旋转螺母3和4可以调整弹簧2的拉力，弹簧的拉力可以使两薄片齿轮的左右齿面分别与宽齿轮的齿槽左右侧面贴紧，消除了间隙。下一页上一页返回(1)轴向垫片调整法如图3-19所示，两个薄片斜齿轮1和2之间加一垫片3，改变垫片的厚度，薄片斜齿轮1和2的螺旋线就会错位，分别与宽斜齿轮4的齿槽左右侧面贴紧,消除了间隙。这种调整法无论正转、反转，均只有一个薄片齿轮承受载荷，故齿轮承载能力较小。(2)轴向压簧调整法图3-20所示为两个斜齿轮1和2用键4滑套在轴6上，用螺母5来调节弹簧3的轴向压力，使斜齿轮1和2的左右齿面分别与宽斜齿轮7齿槽的左右齿面贴紧。弹簧力调整应适当，使其能承受转矩，否则消除不了间隙，弹簧力过大则会加剧齿轮磨损。下一页上一页返回机床导轨的功用就是支承和导向，也就是支承运动部件并保证运动部件在外力的作用下，能准确地沿着一定的方向运动。导轨性能的好坏，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。数控机床对导轨有更高的要求:导向精度高、精度保持性好、低速运动平稳、不爬行。在与床身导轨相配的滑座导轨上钻结上静动摩擦系数相差不大、耐磨、吸振的塑料软带构成贴塑导轨，或者在定动导轨之间采用注塑或涂塑的方法制成塑料导轨。塑料导轨具有良好的摩擦特性、耐磨性和吸振性，因此得到了广泛使用。塑料软带是以聚四氟乙烯为基体，加人青铜粉、二硫化钥和石墨等填充剂混合烧结而成的。其缺点是承载能力低、尺寸稳定性较差。上一页下一页返回导轨注塑材料是以环氧树脂为基体，加人二硫化钥和胶体石墨以及铁粉等混合而成的。导轨注塑工艺简单，将注塑材料配以固化剂调匀后涂刮或注入导轨面，固化后将定动导轨分离即成塑料导轨副，一般称之为“涂塑导轨”或“注塑导轨”。这种导轨具有良好的摩擦特性和耐磨性，它比铸铁导轨副的摩擦系数低，在无润滑油的情况下仍有较好的防止爬行效果。其抗压强度比导轨软带高，尺寸稳定，因而可使用在大型、重型数控机床上。滚动导轨就是在导轨工作面间放入滚柱、滚珠或滚针等滚动体，使导轨面间为滚动摩擦，可大大降低摩擦系数，提高运动的灵敏度。滚动导轨由于摩擦系数小(一般为0.0025-0.005，动、静摩擦系数很接近，且几乎不受运动速度变化的影响，因而运动轻便灵活，所需驭动功率小;摩擦发热小，磨损小，精度保持性好;低速运动时不易产生爬行现象，定位精度高，在数控机床上得到了广泛的应用。上一页下一页返回滚动导轨的缺点是结构较复杂，抗振性差，制造较困难，因而成本较高。此外，滚动导轨对脏物较敏感，必须有良好的防护装置。滚动导轨的结构形式有滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨和直线滚动导轨块组件。滚珠导轨结构紧凑，制造容易，成本较低，但由于是点接触，因而刚度低、承载能力较小。滚柱导轨为线接触，承载能力和刚度比滚珠导轨大，但对导轨面的平行度要求较高，否则会引起滚柱的偏移和侧向滑动。由于滚针直径尺寸小，故滚针导轨结构紧凑，与滚珠导轨相比，可在同样长度上排列更多的滚针，因而承载能力比滚柱导轨大，但摩擦系数也要大一些，适用于尺寸受限制的场合。直线滚动导轨块组件由专业生产了制造，精度很高，对机床安装基面要求不高，安装、调整都非常方便，在数控机床上的应用越来越广泛。上一页下一页返回滚动导轨组件的外形如图3-21所示。两种滚动导轨组件结构上的区别在于所能承受负载的大小和方向。图321(a)所示为能承受倾覆力矩的中等负载的结构，图321(b)所示为不能承受倾覆力矩的重负载的结构。图3-22所示为滚动导轨组件的内部结构和滚珠循环原理图。按照导轨组件所承受负载的大小和受倾覆力矩方向的不同，导轨条7可以设计成许多不同的结构。导轨条一般安装在床的床身和立柱等支承面上。数量不等的滑块5安装在工作台和滑座等移动部件上，并沿导轨条做直线运动。图3-23所示为滚动导轨组件的固定和侧向预紧结构，该滚动导轨组件在使用中具有便于安装和预紧的优点。与导轨和滑块安装的床身、立柱和工作台表面需要进行精确的加工，以保证安装面的直线度和平面度。在使用两个以上导轨条时，只能以其中的一个作为基准，其他为从动导轨，其安装如图3-24所示。上一页返回刀架是数控车床的重要功能部件，其结构形式很多，主要取决于机床的形式、工艺范围以及刀具的种类和数量等。下面介绍几种典型刀架结构，见图3-25.数控车床刀架动作的要求是:刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来实现，下面就以WZD4型刀架为例说明其具体结构。该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。当换刀指令发出后，小型电机1启动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动涡轮丝杠4转动。刀架，7内孔加工有螺纹，与丝杠连接，涡轮与丝杠为整体结构。当涡轮开始转动时，由于加工在刀架底座5和刀架体7上的端面齿处下一页返回在啮合状态，且涡轮丝杠轴向固定，这时刀架体7抬起。当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开。转位套9用销钉与涡轮丝杠4连接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过1600(如图3-25A-A剖面所示)，球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销巧在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时螺母12接触导体使电机1反转，由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。电机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电机1停止转动。译码装置由发信体11,电刷13,14组成，电刷13负责发信，电刷14负责位置判断。当刀架定位出过位或不到位时，可松开螺母12调好发信体11与电刷14的相对位置。这种刀架在经济型数控车床及卧式车床的数控化改造中得到广泛的应用。上一页下一页返回图3-26为CK7815型数控车床采用的BA200L刀架结构图。该刀架可配置12位(A型或B型)、8位(C型)刀盘。A,B型回转刀盘的外切刀可使用25mmx150mm标准刀具和刀杆截面为25mmx25mm的可调刀具，C型可用尺寸为20mmx20mmx125mm的标准刀具镜刀杆直径最大为32mm.刀架转位为机械传动，鼠牙盘定位。转位开始时，电磁制动器断电，电机11通电转动，通过齿轮10,9,8带动蜗杆7旋转，使涡轮5转动。涡轮内孔制有螺纹与轴6上的螺纹配合。这时轴6不能回转，当涡轮转动时，使得轴6沿轴向向左移动。因刀架1与轴6、活动鼠牙盘2固定在一起，故也一起向左移动，使鼠牙盘2与3脱开。轴6上有两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱开后，涡轮转到一定角度时，与涡轮固定在一起上一页下一页返回L的圆盘14上的凸块便碰到滑块4,涡轮便通过14上的凸块带动滑块连同轴6、刀盘一起进行转位。到达要求位置后，电刷选择器发出信号，使电机11反转，这时圆盘14上的凸块与滑块4脱离，不再带动轴6转动。涡轮与轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙盘2,3结合定位。当齿盘压紧，同时轴6右端的小轴13压下微动开关12，发出转位结束信号，电机断电，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，以保持鼠齿盘之间有一定的压紧力。刀具在刀盘上由压板15及调节楔铁16来夹紧如图3-26(b)所示，更换和对刀十分方便。刀架选位由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关12控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。上一页下一页返回图3-27(a)为意大利Baruffaldi公司生产的适用于全功能数控车及车削中心的动力转塔刀架。刀盘上既可安装各种非动力辅助刀夹(车刀夹、镜刀夹、弹簧夹头、莫氏刀柄)，夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镜等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。图3-27(b)为该转塔刀架的传动示意图。刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驭动，电机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驭动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。上一页下一页返回加工中心是能够完成两个或更多个加工工序的数控机床，其特点是被加工零件只经过一次安装，就可以连续地对工件各个表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镜孔、倒角、攻螺纹铣削等多工步的加工，工序高度集中。这种机床一般具有分度工作台或双工作台、刀库和自动换刀装置。加工中心有立式、卧式、龙门式等多种，其自动换刀装置的形式是多种多样的，换刀的原理及结构的复杂程度也不同，除利用刀库进行换刀外，还有自动更换主轴箱、自动更换刀库等形式。刀库的形式很多，结构也各不相同，加工中心最常用的刀库有鼓轮式刀库和链式刀库两种。上一页下一页返回鼓轮式刀库的结构紧凑、简单，在钻削中心上应用较多。一般存放刀具不超过犯把。图3-28为刀具轴线与鼓轮轴线平行布置的刀库，其中图3-28(a)为径向取刀形式，图3-28(b)为轴向取刀的形式。图3-29为刀具径向安装在刀库上和刀具轴线与鼓轮轴线成一定角度布置的结构，它占地面积较大。链式刀库是在环形链条上装有许多刀座，刀座的孔中装夹各种刀具，链条由链轮驭动。链式刀库适用于刀库容量较大的场合，且多为轴向取刀。链式刀库有单环链式和多环链式等几种，如图3-30(a),(b)所示。当链条较长时，可以增加支承链轮的数目，使链条折叠回绕，提高了空间利用率，如图3-30(c)所示。除此之外，还有格子箱式刀库、直线式刀库、多盘式刀库等。上一页下一页返回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自动选刀。常用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种。刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内，刀具顺序不能搞错。更换加工工件时，刀具在刀库上的排列顺序也要改变。这种方式的缺点是同一工件上的相同的刀具不能重复使用，因此刀具的数量增加，降低了刀具和刀库的利用率，但其控制及刀库运动等则比较简单。任意选刀方式是预先把刀库中每把刀具(或刀座)都编上代码，按照编码选刀，刀具在刀库中不必按工件的加工顺序排列。任意选刀有四种方式:刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式和计算机记忆方式。上一页下一页返回刀具编码选择方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具进行编码。换刀时通过编码识别装置，根据换刀指令代码，在刀库中寻找出所需要的刀具。由于每一把刀具都有自己的代码，因而刀具可以放入刀库的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，且换下来的刀具也不必放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利。刀具编码识别有两种方式，一为接触式识别，另一种为非接触式识别。接触式识别的编码刀柄如图3-31所示。在刀柄尾部的拉紧螺杆3上套装着一组等间隔的编码环1，并由锁紧螺母2将它们固定。编码环的外径有大小两种不同的规格，每个编码环的大小分别表示二进制数的“1”和“0"。通过对两种圆环的不同排列，可以得到一系列的代码。例如图中所示的7个编码环，就能够区别出127种刀具。当刀库中带有编码环的刀具依次通过编码识别装置时，编码环的大小就能使相应的触针读出每一把刀具的代码。如果读出的代码与穿孔带上上一页下一页返回选择刀具的代码一致时，发出信号使刀库停止回转，这时加工所需要的刀具就准确地停留在取刀位置上，然后由机械手从刀库中将刀具取出。接触式编码识别装置的结构简单，但可靠性较差，寿命较短，而且不能快速选刀。非接触式刀具识别采用磁性或光电识别方法。磁性识别方法是利用磁性材料和非磁性材料磁感应的强弱不同，通过感应线圈读取代码。编码环分别由软钢和黄铜(或塑料)制成，前者代表+1;，后者代表0000，将它们按规定的编码排列。当编码环通过线圈时，只有对应于软钢圆环的那些绕组才能感应出高电位，而其余绕组则输出低电位，然后通过识别电路选出所需要的刀具。磁性识别装置没有机械接触和磨损，因此可以快速选刀，而且具有结构简单、工作可靠、寿命长等优点。上一页下一页返回光电识别方法的原理如图3-32所示。链式刀库带着刀座1和刀具2依次经过刀具识别位置1，在此位置上安装了投光器3，通过光学系统将刀具的外形及编码环投影到由无数光敏元件组成的屏板5上形成了刀具图样。装刀时，屏板5将每一把刀具的图样转换成对应的脉冲信息，经过处理将代表每一把刀具的“信息图形”记人存储器。选刀时，当某一把刀具在识别位置出现的“信息图形”与存储器内指定刀具的“信息图形”相一致时，便发出信号，使该刀具停在换刀位置且，由机械手4将刀具取出。这种识别系统不但能识别编码，还能识别图样，因此给刀具的管理带来方便。刀座编码是对刀库各刀座预先编码，每把刀具放入相应刀座之后，就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。在编程时，要指出哪一把刀具放在哪个刀座上。须注意的是，在这种编码方式中必须将用过的刀具放回原来的刀座内，不然会造成事故。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大大简化，刀具识别装置的结构就不受刀柄尺寸的限制，可放置在较为合理的位置。刀具在加工过程中可重复多次使用，缺点是必须把用过的刀具放回原来的刀座。上一页下一页返回目前应用最多的是计算机记忆式选刀。这种方式的特点是，刀具号和存刀位置或刀座号(地址)对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内。不论刀具存放在哪个地址，都始终记忆着它的踪迹，这样刀具可以任意取出，任意送回。刀具本身不必设置编码元件，结构大为简化，控制也十分简单。计算机控制的机床几乎全部采用这种方式选刀。在刀库上设有机械原点，每次选刀运动正反向都不会超过180°的范围。数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的换方式通常分为无机械手换刀和有机械手换刀两大类。(1)无机械手换刀无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。XH754型卧式加工中心就是采用这类刀具交换装置的实例。上一页下一页返回该机床主轴在立柱上可以沿Y方向上下移动，工作台横向运动为Z轴，纵向移动为X轴。鼓轮式刀库位于机床顶部，有30个装刀位置，可装29把刀具。换刀过程见图3-33.图3-33(a)，当本工步工作结束后执行换刀指令，主轴准停，主轴箱沿Y轴上升。这时刀库上刀位的空挡位置正好处在交换位置，装夹刀具的卡爪打开。图3-33(b)，主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。图3-33(c)，刀库伸出，从主轴锥孔中将刀拔出。图3-33(d)，刀库转位，按照程序指令要求将选好的刀具转到最下面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净。上一页下一页返回图3-33(e)，刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔。主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。图3-33(f)，主轴下降到加工位置后启动，开始下一工步的加工。这种换刀机构不需要机械手，结构简单、紧凑。由于交换刀具时机床不工作，所以不会影响加工精度，但会影响机床的生产率。其次因刀库尺寸限制，装刀数量不能太多。这种换刀方式常用于小型加工中心。刀库转位机构由伺服电机通过消隙齿轮1,2带动蜗杆3，通过涡轮4使刀库转动(如图3-34)所示。蜗杆为右旋双导程蜗杆，可以用轴向移动的方法来调整蜗杆副的间隙。压盖5内孔螺纹与套6相配合，转动套6即可调整蜗杆的轴向位置，也就调整了蜗杆副的间隙)调整好后用螺母7锁紧上一页下一页返回刀库的最大转角为1800，根据所换刀具的位置决定正转或反转，由控制系统自动判别，以使找刀路径最短。每次转角大小由位置控制系统控制，进行粗定位，最后由定位销精确定位。刀库及转位机构在同一个箱体内，由液压缸来移动。图3-35为刀库液压缸结构图。图中1是刀库和转位机构，2是液压缸，3是立柱顶部平面。这种刀库，每把刀具在刀库上的位置是固定的，从哪个刀位取下的刀具，用完后仍然送回到哪个刀位去。（2)机械手换刀采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。机械手的结构形式是多种多样的，因此换刀运动也有所不同。下面以TH65100卧式锁铣加工中心为例说明采用机械手换刀的工作原理。上一页下一页返回该机床采用的是链式刀库，位于机床立柱左侧。由于刀库中存放刀具的轴线与主轴的轴线垂直，故而机械手需要有三个自由度。机械手沿主轴轴线的插拔刀动作由液压缸来实现;绕竖直轴90。的摆动进行刀库与主轴间刀具的传送及绕水平轴旋转180。完成刀库与主轴上的刀具交换的动作分别由液压电动机来实现。其换刀分解动作如图3-36(a)一(f)所示。图3-36(a)，抓刀爪伸出，抓住刀库上的待换刀具，刀库刀座上的锁板拉开。图3-36(b)，机械手带着待换刀具绕竖直轴逆时针方向转900，与主轴轴线平行，另一个抓刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀杆松开。图3-36(c)，机械手前移，将刀具从主轴锥孔内拔出。图3-36(d)，机械手绕自身水平轴转1800，将两把刀具交换位置。图3-36(e)，机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴将刀具锁住。上一页下一页返回图3-36(f)，抓刀爪缩回，松开主轴上的刀具。机械手绕竖直轴顺时针转900，将刀具放回刀库的相应刀座上，刀库上的锁板合上。最后，抓刀爪缩回，松开刀库上的刀具，恢复到原始位置。为防止刀具掉落，各机械手的手爪都必须带有自锁机构。图3-37是机械手臂和手爪部分的构造。它有两个固定手爪5，每个手爪上还有一个活动销4，它依靠后面的弹簧1，在抓刀后顶住刀具。为了保证机械手在运动时刀具不被甩出，有一个锁紧销2，当活动销4顶住刀具时，锁紧销2就被弹簧3弹起，将活动销4锁住，再不能后退。当机械手处在上升位置要完成插拔刀动作时，销6被挡块压下使销2也退下，故可以自由地抓放刀具。上一页返回工作台是数控机床的重要部件，主要有矩形、回转式以及倾斜成各种角度的万能工作台三种。回转工作台中又有90。分度工作台和任意分度数控工作台，以及卧式回转工作台和立式回转工作台等。此外在FMC中，附加在数控机床上的还有交换工作台，在FMS中有工件缓冲台、工件上下料台、工件运输台等。本节主要介绍数控机床常用的回转工作台的结构及工作原理。分度工作台只完成分度辅助运动，即按照数控系统的指令，在需要分度时，将工作台及其工件回转一定角度(45°,60°或90°等)，以改变工件相对于主轴的位置，加工工件的各个表面。分度工作台按其定位机构的不同分为鼠牙盘式和定位销式两类。下一页返回鼠牙盘式分度工作台是目前用得较多的一种精密的分度定位机构，可与数控机床做成整体的，也可以作为机床的标准附件。鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面、底座、夹紧液压缸分度液压缸及鼠牙盘等零件组成(见图3-38).机床需要分度时，数控装置就发出分度指令(也可用手压按钮进行手动分度)，由电磁铁控制液压阀(图中未示出，使压力油经管道23至分度工作台7中央的夹紧液压缸下腔10，推动活塞6上移(液压缸上腔9回油经管道22排出)，经推力轴承5使工作台7抬起，上鼠牙盘4和下鼠牙盘3脱离啮合。工作台上移的同时带动内齿圈12上移并与齿轮11啮合，完成了分度前的准备工作。上一页下一页返回当工作台7向上抬起时，推杆2在弹簧作用下向上移动，使推杆1在弹簧的作用下右移，松开微动开关D的触头，控制电磁阀(图中未示出)使压力油经管道21进入分度液压缸的左腔19内，推动齿条活塞8右移(右腔18的油经管道20及节流阀流回油箱)，与它相啮合的齿轮11作逆时针转动。根据设计要求，当齿条活塞8移动113mm时，齿轮11回转90°，因此时内齿轮12已与齿轮11相啮合，故分度工作台7也回转90°。分度运动的速度快慢可由油管路20中的节流阀来控制齿条活塞8的运动速度。齿轮11开始回转时，挡块14放开推杆15，使微动开关C复位，当齿轮11转过90°时，它上面的挡块17压推杆16，使微动开关E被压下，控制电磁铁使夹紧液压缸上腔9通人压力油，活塞6下移(下腔10的油经管道23及节流阀流回油箱)，工作台7下降。鼠牙盘4和3又重新啮合，并定位夹紧，这时分度运动已进行完毕。管道23中有节流阀用来限制工作台7的下降速度，避免产生冲击。上一页下一页返回当分度工作台下降时，推杆2被压下，推杆1左移，微动开关D的触头被压下，通过电磁铁控制液压阀，使压力油从管道20进入分度液压缸的右腔18，推动活塞齿条8左移(左腔19的油经管道21流回油箱)，使齿轮11顺时针回转。它上面的挡块17离开推杆16，微动开关E的触头被放松。因工作台面下降夹紧后齿轮11下部的轮齿已与内齿圈脱开，故分度工作台面不转动。当活塞齿条8向左移动113mm时，齿轮11就顺时针转90°,齿轮11上的挡块14压下推杆15，微动开关C的触头又被压紧，齿轮11停在原始位置，为下次分度做好准备。鼠牙盘式分度工作台的优点是分度和定心精度高，分度精度可达土0.5"一3"，由于采用多齿重复定位，从而可使重复定位精度稳定，而且定位刚性好，只要分度数能除尽鼠牙盘齿数，都能分度，适用于多工位分度。除用于数控机床外，还用在各种加工和测量装置中。缺点是鼠牙盘的制造比较困难，此外，它不能进行任意角度的分度。上一页下一页返回图3-39所示为THK6380型自动换刀数控卧式锁铣床的定位销式分度工作台。分度工作台面1的两侧有长方工作台10。在不单独使用分度工作台时，它们可以作为整体工作台使用。在分度工作台1的底部均布地固定有八个圆柱定位销7，在底座21上有一个定位孔衬套6及供定位销移动的环形槽。其中只有一个定位销7进入定位衬套6中，其他一七个定位销则都在环形槽中。因为定位销之间的分布角度为45°，因此工作台只能作二、四、八等分的分度运动。分度时机床的数控系统发出指令，由电器控制的液压缸使六个均布的锁紧液压缸8(图中只示出一个)中的压力油，经环形油槽13流回油箱，活塞11被弹簧12顶起，工作台1处于松开状态。同时间隙液压缸5也卸荷，液压缸中的压力油经回油路流回油箱。油管18中的压力油进入中央液压缸17，使活塞16上一页下一页返回上升，并通过螺栓15、支座4把推力轴承20向上抬起15mm，顶在底座21上。分度工作台1用四个螺钉与锥套2相连，而锥套2用六角头螺钉3固定在支座4上，所以当支座4上移时，通过锥套使工作台1抬高15mm，固定在工作台面上的定位销7从定位衬套中拔出。当工作台抬起之后发出信号使液压电动机驭动减速齿轮(图中未示出)，带动固定在工作台1下面的大齿轮9转动，进行分度运动。分度工作台的回转速度由液压电动机和液压系统中的单向节流阀来调节，分度初做快速转动，在将要到达规定位置前减速，减速信号由固定在大齿轮9上的挡块22(共八个周向均布)碰撞限位开关发出。挡块碰撞第一个限位开关时，发出信号使工作台降速，当挡块碰撞第二个限位开关时，分度工作台停止转动。此时，相应的定位销7正好对准定位孔衬套6。上一页下一页返回分度完毕后，数控系统发出信号使中央液压缸17卸荷，油液经管道18流回油箱，分度工作台1靠自重下降，定位销7插入定位孔衬套6中。定位完毕后间隙液压缸5通压力油，活塞顶向工作台面1，以消除径向间隙。经油槽13来的压力油进入锁紧液压缸8的上腔，推动活塞杆11下降，通过11上的T形头将工作台锁紧。至此分度工作进行完毕。分度工作台1的回转部分支承在加长型双列圆柱滚子轴承14和滚针轴承19中，轴承14的内孔带有1:12的锥度，用来调整径向间隙。轴承内环固定在锥套2和支座4之间，并可带着滚柱在加长的外环内做15mm的轴向移动。轴承19装在支座4内，能随支座4做上升或下降移动并作为另一端的回转支承。支座4内还装有端面滚柱轴承20，使分度工作台回转很平稳。

定位销式分度工作台的定位精度取决于定位销和定位孔的精度，最高可达士5"。有时采取对最常用的相差180°同轴线孔的定位精度要求高些(常用于调头锁孔)，其他角度(45°,90°,135°)的定位精度低些，定位销和定位孔衬套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性好。上一页下一页返回数控回转工作台主要用于数控锁床和数控铣床，其外形和分度工作台十分相似，但其内部结构却具有数控进给驭动机构的许多特点。它的功能是使工作台进行圆周进给，以完成切削工作，并使工作台进行分度。开环系统中的数控转台由传动系统、间隙消除装置及涡轮夹紧装置等组成。下面介绍JCS-013型自动换刀数控卧式锁铣床的数控回转工作台如图3-40(a),(b)所示。当数控工作台接到数控系统的指令后，首先把涡轮松开，然后启动电液脉冲电动机，按指令脉冲来确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。工作台的运动由电液脉冲电动机1马伙动，经齿轮2和4带动蜗杆9，通过涡轮10使工作台回转。为了尽量消除传动间隙和反向间隙，齿轮2和齿轮4相啮合的侧隙，是靠调整偏心环3来消除。齿轮4与蜗杆9是靠楔形拉紧圆柱销5(A-A剖面)来连接，这种连接方式能消除轴与套的配合间隙。为了消除蜗杆上一页下一页返回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。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从一端向另一端逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然保持着正常的啮合。调整时先松开螺母7上的锁紧螺钉8，使压块6与调整套11松开，同时将楔形圆柱销5松开。然后转动调整套11，带动蜗杆9做轴向移动。根据设计要求，蜗杆有lOmm的轴向移动调整量，这时蜗杆副的侧隙可调整0.2mm.调整后锁紧调整套11和楔形拉紧圆柱销5.蜗杆的左右两端都由双列滚针轴承支承。左端为自由端可以伸长以消除温度变化的影响;右端装有双列推力轴承，能轴向定位。当工作台静止时必须处于锁紧状态。工作台面用沿其圆周方向分布的八个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时，夹紧液压缸14的上腔进压力油，使活塞15向下运动，通过钢球17、夹紧瓦13及12将涡轮10夹紧。当工作台需要回转时上一页下一页返回数控系统发出指令，使夹紧液压缸14上腔的油流回油箱。在弹簧16的作用下，钢球17抬起，夹紧瓦12及13松开涡轮，然后由电液脉冲电动机1通过传动装置，使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令做回转运动。开环系统的数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度的蜗杆副。除此之外，还可在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿的角度位置和补偿脉冲的符号(正向或反向)记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。数控回转工作台设有零点，当它作返回零点运动时，首先由安装在涡轮上的撞块19碰撞限位开关，使工作台减速;再通过感应块20和无触点开关，使工作台准确地停在零点位置上。该数控工作台可作任意角度回转和分度，由光栅18进行读数控制，光栅18在圆周上有21600条刻线，通过6倍频电路，使刻度分辨能力为10"，因此，工作台的分度精度可达+10"上一页返回电主轴:数控机床领域的新技术电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件:电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。电主轴所融合的技术:高速轴承技术:电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍;有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限;下一页返回电主轴:数控机床领域的新技术高速电机技术:电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看做一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡;润滑:电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑;也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用;太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热上一页下一页返回电主轴:数控机床领域的新技术冷却装置:为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。内置脉冲编码器:为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。自动换刀装置:为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形黄、拉刀油缸等;高速刀具的装卡方式:广为熟悉的BT,ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK,SKI等高速刀具。高频变频装置:要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的愉出频率必须达到上千或几千赫兹。上一页返回图3-1数控机床主传动的四种配置方式返回图3-2TND360型数控车床主铀部件结构返回图3-3液压驱动动力自定心卡盘返回图3-4数控铣镗床主铀部件返回图3-5JCS-018主铀准停装置工作原理图返回图3-6用磁力铀承的高谏主铀部件返回图3-7滚珠丝杠螺母副返回图3-8滚珠的外循环结构返回图3-9滚珠的内循环结构返回图3-10双螺母垫片式消隙返回图3-11双螺母螺纹式消隙返回图3-12双螺母齿差式消隙返回图3-13变螺距螺母式消隙返回图3-14滚珠丝杠专用铀承返回图3-15滚珠丝杠的支承方式返回图3一16偏心套调整法返回图3-17铀向垫片调整法返回图3-18双片薄齿错齿调整法返回图3-19东由向垫片调整法

返回图3-20铀向压簧调整法返回图3-21滚动导轨组件的外形图返回图3-22滚动导轨组件的内部结构和滚珠循环原理图返回图3-23滚动导轨组件的侧向预紧返回图3-24滚动导轨组件的固定返回图3-25WZD4型刀架结构返回图3-26CK7815型数控车床采用的BA200L刀架结构图返回图3-27动力刀架返回图3-28鼓轮式刀库之一返回图3-29鼓轮式刀库之二返回图3-30各种链式刀库返回图3