數(shù)控機床典型結構及部件

1、第二章 數(shù)控機床典型結構及部件21數(shù)控機床的結構特點及要求一、數(shù)控機床的結構特點：1、采用高速度的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，機械窗洞傳動結構大為簡化，傳動鏈縮短。2、采用剛度和抗震性較好的機床新結構。3、采用在效率、剛度、精度等各方面較優(yōu)秀的傳動元件。4、采用多主軸、多刀架結構以及刀具和工件的自動夾緊裝置、自動換刀裝置和自動排屑、 自動潤滑冷卻裝置等以改善勞動條件、提高生產率。5、采用減小機床熱變形的措施，保證機床的精度穩(wěn)定，獲得可靠的加工精度。22數(shù)控機床傳動系統(tǒng)一、數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的組成：主軸電機（它的精度決定了零件的加工精度） 、主傳動系統(tǒng) （必須滿足最大的主軸調速范圍并實現(xiàn)無級調速； 較高的

2、精度和剛度， 傳動平穩(wěn)， 噪聲小；）、 主軸組件。4、二、主軸的變速方式1、帶有變速齒輪的主傳動2、通過帶傳動的主傳動3、用兩個電機分別驅動主軸4、調速電機直接驅動主軸5、電主軸三、主軸部件1、主軸端部的結構形狀主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設計要求上，應能保證定位準確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉矩。主軸端部的 結構形狀都以標準化話。2、主軸部件的支承機床主軸帶著刀具或夾具在支承中進行回轉運動，應能傳遞切削轉矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉精度。機床主治U多采用滾動軸承作為支承，對于精度 要求高的主軸則采用動壓或靜壓滑動軸承作為支承。3、主軸的進給功能主軸的進給功

3、能即時株洲的C軸坐標功能，以實現(xiàn)主軸定向停車和圓周進給，并在數(shù)控裝置控制實現(xiàn)C軸、Z軸插補C軸、X軸插補。第三節(jié)數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)一、數(shù)控機床的進給系統(tǒng)的機電部分主要有伺服電機及檢測元件、聯(lián)軸器、減速結構（齒 輪副和帶輪） 、滾珠絲杠螺母副、絲杠軸承、運動部件（工作臺、主軸箱、滑座、橫梁和立 柱等）。二、數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的要求1、減小摩擦阻力2、減小各種運動零件的慣量3、高的傳動精度和定位精度4、響應速度要快5、使用維護方便三、聯(lián)軸器 在數(shù)控機床進給驅動系統(tǒng)中，伺服電機軸、傳動軸和滾珠絲杠之間的傳動連 接只有確保無間隙，才能保證傳動的精度，準確執(zhí)行脈沖指令而不丟掉脈沖。在數(shù)控機床 中

4、伺服電機與滾珠絲杠之間采用了3種連接方式：1直連式：它是通過挍性聯(lián)軸器吧伺服電機和滾珠絲杠采用無鍵連接結構連接起來的，2、齒輪減速式：這種連接方式主要用于因結構上的原因不能直連或因負載力矩大，需要放大伺服電機輸出轉矩的地方。3、同步帶式四、 消除間隙的齒輪傳動結構1直齒圓柱齒輪傳動副1）偏心套調整法2）錐度齒輪調整法3）雙齒齒輪錯齒調整法2、斜齒圓柱齒輪傳動副1）軸向墊片調整法2）軸向壓簧調整法3、錐齒輪傳動副五、滾珠絲杠螺母副1 1、滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點滾珠絲杠螺母副的結構原理如圖。在絲杠3 3 和螺母 1 1 上都有半圓弧形的螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺母滾道。螺母

5、上有滾珠回路管道4 4，將幾圈螺母滾道的兩端連接起來，構成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內裝滿滾珠2 2。當絲杠旋轉時，滾珠在滾道內既自轉又沿滾道循環(huán)轉動，從而迫使螺母軸向移動基本上是滾動摩擦，所以具有以下特點。擺珠世申HI的皚構駅用1-秘；1傳動效率高，磨損損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率uOuO . 92920 0 . 9696，比常規(guī)螺母副提高 3 34 4 倍。因此，功率消耗只相當于常規(guī)絲杠螺母副的1 1/4 41 1/3 3。2給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空行程死區(qū)，定 位精度高，剛度好。3運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。4有可逆性，可以從旋轉運動轉換為直線

6、運動，也可以從直線運動轉換為旋轉運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。5磨損小，使用壽命長。6制造工藝復雜，成本高。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙也要求高，故制造成本高。7不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重的作用，下降時當傳動切斷后，不能立即停 止運動，故常需添加制動裝置 。2 2、滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有兩種： 外循環(huán)和內循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為 外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內循環(huán)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列，每個滾珠循環(huán) 閉路內所含導程數(shù)稱為圈數(shù)。內循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有2 2 列、3 3 列、4 4 列、5 5幾種，每列只有一

7、圈；外循環(huán)每列有1 1 . 5 5 圈、2 2 . 5 5 圈和 3 3 . 5 5 圈等幾種。(1)(1)外循環(huán)。外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母問重新進 入循環(huán)。如圖 3-73-7 所示，外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋式、 插管式和螺旋槽式。如圖 3-7(a)3-7(a) 所示是端蓋式，在螺母上加工出一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母 兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進入回程管，形成循環(huán)。如圖 3-7(b)3-7(b) 所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種結構工藝性好，但由于管 道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖 3-7

8、(c)3-7(c)所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銃出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并 與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結構比插管式結構徑向尺寸小，但制造較復雜。fc1列等 liKi-i(2)(2)內循環(huán)。如圖 3-83-8 所示為內循環(huán)滾珠絲杠。內循環(huán)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。如圖 3-8(a)3-8(a) 所示為圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內，端部開有反向槽 2 2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1 1 定位，以保證對準螺紋滾道方向。如圖 3-8(b)3-8(b) 所示為扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵形鑲塊，鑲塊嵌入螺母 的切槽中，其端部開有反向槽3 3，用鑲

9、塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺 寸精度要求較高。內循環(huán)滾珠絲杠的優(yōu)點是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短， 故摩擦損失小。適用于高靈敏、高精度傳動、不宜用于重載傳動。其缺點是反向器加工困難。3 3、 螺旋滾道型面4 4、 滾珠絲杠螺母副間隙的調整為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度，必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。車 床消除間隙的方法常采用雙螺母結構，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中 的滾珠分別貼緊在螺旋滾遭的兩個相反的側面上，用這種方法預緊消除軸向間隙時，應注 意預緊力不宜過大，預

10、緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命；(1)雙螺母消隙常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有：拙片調隙支加固其結構是通過調整墊片厚度使左右兩螺母產生軸向位移，從而兩螺母分別 與絲杠螺紋滾道的左右側接觸，達到消除間隙和產生預緊力的作用。這種方法結構簡單、 剮性好，但調整不便，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊。2）螺紋調整式螺母I端有凸緣，螺母7外端制有螺紋，調整時只要旋動圓螺母6，即可消除 軸向間隙并可達到產生預緊力的目的。3）齒差調隙式在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內齒圈相 嚙合，其齒數(shù)分別為：，和z：,并相差一個齒。車床調整時，先取下內齒圈，讓兩

11、個螺 母相對于套筒同方向都轉動一個齒，然后再插入內齒圈，則兩個螺母便產生相對角位移， 其軸向位移量s=（1/z, - i/z2）P（P為絲杠螺距）。這種調整方法能精確調整預緊量，調整方 便、可靠，但結構尺寸較大，多用于高精度的傳動。例如，當=,=99，屯=100,P =10一，兩齒輪沿同方向各轉過一個齒時，s= 99001m即兩個螺母間產生1斗m的位移。2）單螺母消隙1）單螺母變位導程預加負荷，它是在滾珠螺母體內的兩列循環(huán)珠鏈之間，使內螺母滾道在軸向產生一個ALo的導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位實現(xiàn)預緊。車床這種調隙方法結構簡單，但負荷量須預先設定，且不能改變。2）單螺母螺釘預緊，螺母的

12、專業(yè)生產工作完成精磨之后，沿徑向開一薄槽，通過內六角調 整螺釘實現(xiàn)間隙的調整和預緊。車床該專利技術成功地解決了開槽后滾珠在螺母中鼯好的 通過性。車床單螺母結構不僅具有很好的性能價格比，而且間隙的調整和預緊極為方便。【3）滾珠絲杠螺母副的預緊力滾珠絲杠螺母副為保證傳動精度及剛度，除消除傳動間隙外，要求預緊。車床預緊力計算公式為F,=巳m。式中，F(xiàn)。為軸向最大工作載荷。前述各種消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙的方法，都能對螺母副進行預緊。車床調整時只要注意預緊力大小Fv= F_。/3即可。5、滾珠絲杠的支承和制動數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剮度，除了加強滾珠絲杠螺母副本身的剛度外， 數(shù)控機床廠滾珠

13、絲杠的正確安裝及支承結構的剛度也是不可忽視的因素。數(shù)控機床廠滾珠 絲杠常用推力軸承支座，以提高軸向剛度（當滾珠絲杠的軸向負載很小時，也可用角接觸 球軸承支座），數(shù)控機床廠滾珠絲杠在數(shù)控機床上的安裝支承方式有以下幾種：1一端裝推力軸承 （固定自由式）。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只適用于 低轉速，中精度，短絲杠，一般用于數(shù)控機床的調節(jié)或升降臺式數(shù)控銃床的立向（垂直）坐標中。2一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承（固定支承式）。這種方式可用于中等轉速、高精度且絲杠較長的情況，應將推力軸承遠離液壓馬達等熱源及絲杠上的常用段，以減少絲杠熱變形的影響。3兩端裝推力軸承（單推單推式或雙推單推式）。

14、數(shù)控機床廠把推力軸承裝在滾珠絲杠的 兩端，并施加預緊拉力，這樣有助于提高剛度，但這種安裝方式對絲杠的熱變形較為敏感，軸承的壽命較兩端裝推力軸承及向心球軸承方式低。4兩端裝推力軸承及深溝球軸承（固定固定式）。數(shù)控機床廠使絲杠具有最大的剛度，它的兩瑞可用雙重支承，即推力軸承加深溝球軸承，并施加預緊拉力。這種結構方式不能精確地預先測定預緊力， 預緊力的大小足 FhFh 絲杠的溫度彤變轉化而產生的。數(shù)控機床廠但設計時要求提高推力軸承的承載能力和支架剛度。近來出現(xiàn)一種滾珠絲杠軸承。這是一種能夠承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承，與一 般角接觸球軸承相比，接觸角增大到6060。，增加了滾珠的數(shù)目并相應減小滾

15、珠的直徑。數(shù)控機床廠這種新結構的軸承比一般軸承的軸向剮度提高兩倍以上，使用極為方便。產品成 對出售，I I 斫且在卅廠時已經選配好內外環(huán)的厚度，裝配調試時只要用螺母和端蓋將內環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得廠時已經調整好的預緊力，使州極為方便。(2)(2)滾珠絲杠螺母副的制動方式由于滾珠絲杠螺母副的傳動效率高，無鎖作用(特別是滾珠絲杠處于垂直傳動時)為防止因自重下降，因此必須裝有制動裝置。數(shù)控臥式鏜床主軸箱進縮絲桿制動示意圖。制動裝置的工作過程：機床工作時，電磁鐵 通電，使摩擦離合器脫開。運動由步進電動機羥減速齒輪傳給絲杠，使主軸箱上下移動。 當加工完畢，或中間停車時步進電動機和電磁鐵同時斷電，借壓力彈

16、簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能傳動，主軸箱便不會下落。另外，其他的制動方式還有：1用具右剎車作用的制動電動機。2在傳動鏈巾配置逆轉效率低的高速比系列如齒輪、蝸桿減速器等，此法是靠磨損損失達到制動目的，故不經濟。3采用超越離合器。6、滾珠絲杠的預拉伸7、公稱直徑滾珠絲杠的參數(shù)1）公稱直徑 滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠似鋼的特征尺寸。通常進給絲杠的公稱直徑為3080mm。2）導程 絲杠相對螺母旋轉任意弧度時，螺母上基準點的軸向位移。3） 基本導程絲杠相對螺母旋轉2時，螺母上基準點的軸向位移。4）接觸角 在螺紋滾道法向剖面內，滾珠球心與滾道接觸點的連線和螺紋軸線

17、的垂直線間的夾角，理想的接觸滾珠絲杠角等于45度。5） 滾珠的工作圈數(shù)滾珠絲杠副中的每個循環(huán)回路的滾珠工作圈數(shù)取為2535圈，工作圈數(shù)大于35無實際意義。6）滾珠的總數(shù)N般N不超過150個。7）其他參數(shù) 滾珠絲杠副還有絲杠螺紋大徑、絲杠螺紋小徑、螺紋全長、螺母螺紋大徑、 螺母螺紋小徑、等。&滾珠絲杠副的精度等級與標注1） 滾珠絲杠副的精度等級精度等級分為1、2、3、4、5、8和10共7個人等級。1級最高，依次遞減。滾珠絲杠副分為定位性P類和傳動型T類。數(shù)控機床進給系統(tǒng)采用的定位性滾珠絲杠副，精度一般采用14級。2）滾珠絲杠副的標注方法二川7.遵畫婁虹劇町壽勞罔3. 30K軸箱逍蛤絲桿制

18、功製齊.（2）滾珠絲杠副的標注方法。如圖3.32所示，滾姝絲杠副的標注方法是根據其結構、O.精度和螺紋旋向等恃征，釆用漢語折音、數(shù)字等結合的標注法：滾珠絲杠副的標注方 法詢不完全統(tǒng)-，如圖3.32所示為（機床設計手冊）巾介紹的標注方法， I I丄II度粵級炮（P或T）I I-1-媒紋旋向（左旋為LH濮不標）I_公林導思I-公応徑（用僦中心財綁示）結構待征（M表示導珠管埋入九T表示導珠管凸出式）-儺方式（見表.4）、j 循壞方式（見表j.5）I圖3.32滾球絲桿副的標注方法表3.4和表3.5所示為 機床設計手冊 中介紹的標注方法中滾珠絲杠副預緊方式代號槪珠絲杠副中鋼球循環(huán)方式代號。例如,CI）M5010 3.P3表示為外循環(huán)插管式,雙螺母墊片預緊，導竦管埋入式的滾珠絲 典公林解為50mm,基本導程為10mm,螺紋旋向為右旋，負荷總圈數(shù)為3亂稱度預緊方式代號變位導程預緊B楸衲觥預緊Z墊片預緊D齒差預緊C輛預紫L單聊無預緊W循環(huán)方式代