數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)課件

1、 第2章 數(shù)控機床的典型機械結(jié)構(gòu)Typical Mechanical Structure of CNC數(shù)控技術(shù) （Technology of Numerical Control） 第2章數(shù)控機床的典型機械結(jié)構(gòu) 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求（Structural mechanical requirements for CNC machine tools） 2.2 數(shù)控機床的總體布局 （Overall layouts of CNC machine tools） 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu) （CNC machine tools main transmission system） 2.4 數(shù)控

2、機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（CNC machine tool feed drive system） 2.5 自動換刀裝置 （Automatic tool changer） 2.6數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)（Typical Structures of CNC Machine Tools） 思考題與習(xí)題目 錄第2章 數(shù)控機床的典型機械結(jié)構(gòu) 1. 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的組成 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 近年來，隨著主軸驅(qū)動、進給驅(qū)動和CNC的發(fā)展，為適應(yīng)高生產(chǎn)率的需要，數(shù)控機床已逐步形成了獨特的機械結(jié)構(gòu)。數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)主要由以下幾個部分組成：(1) 基礎(chǔ)支承件，它是指床身、立柱、導(dǎo)軌、滑座、工作臺等，它支承

3、機床的各主要部件，并使它們在靜止或運動中保持相對正確的位置。（2）主傳動系統(tǒng)，它包括動力源、傳動件、及主運動執(zhí)行件（主軸）等，其功用是將驅(qū)動裝置的運動及動力傳給執(zhí)行件，以實現(xiàn)主切削運動。（3）進給傳動系統(tǒng)，它包括動力源、傳動件及進給運動執(zhí)行件（工作臺或刀架）等，其功用是將伺服驅(qū)動裝置的運動與動力傳給執(zhí)行件，以實現(xiàn)進給切削運動。（4）實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻、排屑、防護、照明等系統(tǒng)。（5）自動換刀裝置和自動托盤交換裝置，實現(xiàn)刀具或工件的自動更換。（6）特殊功能裝置，如監(jiān)控裝置、精度檢測裝置、刀具破損監(jiān)控裝置、對刀裝置。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 2.

4、數(shù)控機床對機械結(jié)構(gòu)的要求 （1）高剛度（2）高靈敏度（3）高抗振性（4）熱變形小（5）高精度保持性（6）高可靠性（7）模塊化（8）機電一體化（9）具有良好的操作性和安全防護性能。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （1）高剛度 機床的剛度是指機床抵抗由切削力和其它力引起變形的能力。有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機床的剛度應(yīng)比類似的普通機床高50。因為數(shù)控機床要在高速和重切削條件下工作，因此機床的床身、工作臺、主軸、立柱、刀架等主要部件，均需有很高的剛度，工作中應(yīng)無變形和振動。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （2）高靈敏度 數(shù)控機床在數(shù)控程序控制下自動完成加工工作，精度要求比普通機床高，因此數(shù)控機床的運動部件應(yīng)

5、具有高的靈敏度。比如導(dǎo)軌部件通常用滾動導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等來減少摩擦力，防止出現(xiàn)運動部件低速運動爬行現(xiàn)象。數(shù)控機床的工作臺、刀架等部件的移動，由步進、直流或交流伺服電機驅(qū)動，經(jīng)滾珠絲杠或靜壓絲杠傳動。主軸既要在高剛度、高速下回轉(zhuǎn)，又要有高靈敏度，因而多數(shù)采用滾動軸承和靜壓軸承。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （3）高抗振性 數(shù)控機床的振動會在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質(zhì)量，嚴(yán)重時則使加工過程難以進行下去。強迫振動和自激振動是數(shù)控機床工作時可能產(chǎn)生的兩種形態(tài)的振動。數(shù)控機床的抗振性指的是指抵抗這兩種振動的能力。提高數(shù)控機床的抗振性，可以從提高靜剛度、固有頻率和增加阻尼幾個方面

6、考慮。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （4）熱變形小 數(shù)控機床在工作時，電機、滾動軸承、切屑及刀具與工件的切削部位、液壓系統(tǒng)等許多部件和部位會產(chǎn)生大量熱量，產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)、對流、輻射傳遞給機床的各個部件，引起溫升，產(chǎn)生熱變形。當(dāng)機床各部位熱變形不一致時，會破壞刀具與工件的正確相對位置，影響加工精度。減小熱變形及其對精度影響的方法有改進機床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制溫升和熱變形補償?shù)?。比如立柱一般采取雙壁框式結(jié)構(gòu)，在提高剛度的同時使零件結(jié)構(gòu)對稱，防止因熱變形而產(chǎn)生傾斜偏移；采用恒溫冷卻裝置，使主軸軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量易于消散；在電動機上安裝有散熱裝置和熱管消熱裝置等等。 2.1 數(shù)控機床的機械

7、結(jié)構(gòu)要求 （5）高精度保持性 為了加快數(shù)控機床投資的回收，必須讓機床保持很高的開動比，因此必須提高機床的壽命和精度保持性，在保證盡可能地減少電氣與機械故障的同時，要求機床在長期使用過程中不喪失精度。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （6）高可靠性 數(shù)控機床一次性投資比較大，為提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)效益，一般數(shù)控機床都處于連續(xù)不間斷工作狀態(tài)，為減少故障停機對生產(chǎn)造成的損失，因此要求數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性。比如要保證運動部件、頻繁動作的刀庫、換刀機構(gòu)、托盤、工件交換裝置等部件能長期而可靠地工作。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （7）模塊化 模塊化設(shè)計的思想是把各種部件的基本單元作為基礎(chǔ)，

8、按不同功能、規(guī)格和價格設(shè)計成多種模塊，用戶可以按需要選擇最合理的功能模塊配置成整機，不僅能降低數(shù)控機床的設(shè)計和制造成本，而且能縮短設(shè)計和制造周期，便于維護維修。目前，模塊化的概念已開始從功能模塊向全模塊化方向發(fā)展，它已不局限于功能的模塊化，而是擴展到零件和原材料的模塊化。 2.1 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)要求 （8）機電一體化 數(shù)控機床的機電一體化是對總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的重要要求，它是指在整個數(shù)控機床設(shè)計中必須要綜合考慮機械和電氣兩方面的有機結(jié)合。比如先進的數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)已不再是單純的齒輪和帶傳動的機械傳動，而更多的是由交流伺服電動機為基礎(chǔ)的電主軸。 2.2 數(shù)控機床的總體布局 典型數(shù)控車床

9、的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，包括主軸傳動機構(gòu)、進給傳動機構(gòu)、刀架、床身和輔助裝置(刀具自動交換機構(gòu)、潤滑與切削液裝置、排屑、過載限位)等部分。數(shù)控車床床身按照導(dǎo)軌與水平面的相對位置有4種布局形式如圖2.2所示。2.2.1 數(shù)控車床的布局形式 圖2.2床身和導(dǎo)軌的布局形式 2.2 數(shù)控機床的總體布局 1水平床身配置水平滑板如圖2.2(a)所示，水平床身的工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運動精度，但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸來看，刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較大，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。一般用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。 2.2

10、 數(shù)控機床的總體布局 2斜床身配置斜滑板如圖2.2（b）所示，這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌傾斜角度分別為30、45、60、75和90，其中90的滑板結(jié)構(gòu)稱為立床身，如圖2.2（d）所示。傾斜角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。導(dǎo)軌傾斜角度的大小還直接影響機床外形尺寸高度和寬度的比例。綜合考慮上面的諸因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60為宜。 2.2 數(shù)控機床的總體布局 3水平床身配置斜滑板這種結(jié)構(gòu)通常配置有傾斜式的導(dǎo)軌防護罩，如圖2.2（c）所示。這種布局形式一方面具有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小，且排屑方便。 2.2 數(shù)控機床的總體布

11、局 水平床身的工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運動精度，但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。 2.2 數(shù)控機床的總體布局 斜床身配置斜滑板的導(dǎo)軌傾斜角度分別為30、45、60、75和90，其中90的滑板結(jié)構(gòu)稱為立床身 。傾斜角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。導(dǎo)軌傾斜角度的大小還直接影響機床外形尺寸高度和寬度的比例。 立式床身2.2 數(shù)控機床的總體布局 立式床身2.2 數(shù)控機床的總體布局 2.2.2 數(shù)控銑床的布局形式2.2 數(shù)控機床的總體布局 用于銑削加工的銑床，根據(jù)工件的重量和尺寸的不同，數(shù)控銑床可以有四種不同的布局，如圖2.3所示

12、。(a)工件作進給運動的升降臺銑床 (b)銑頭垂直進給運動的升降臺銑床(c)工件一個方向進給運動的龍門式數(shù)控銑床 (d)銑頭垂直進給運動的龍門式數(shù)控銑床 圖2.3數(shù)控銑床總體布局示意圖2.2 數(shù)控機床的總體布局 圖2.3(a)是加工工件較輕的升降臺銑床，由工件完成的三個方向的進給運動，分別由工作臺、滑鞍和升降臺來實現(xiàn)。 當(dāng)加工件較重或者尺寸較高時，則不宜由升降臺帶著工件作垂直方向的進給運動，而是改由銑頭帶著刀具來完成垂直進給運動，如圖2.3(b)所示。這種布局方案，機床的尺寸參數(shù)即加工尺寸范圍可以取得大一些。 圖2.3(c)所示的龍門式數(shù)控銑床，工作臺載著工件作一個方向的進給運動，其他兩個方向

13、的進給運動由多個刀架即銑頭部件在立柱與橫梁上移動來完成。這樣的布局不僅適用于重量大的工件加工，而且由于增多了銑頭，使機床的生產(chǎn)效率得到很大的提高。加工更大更重的工件時，由工件作進給運動，在結(jié)構(gòu)上是難于實現(xiàn)的，因此采用如圖 2.4(d)所示的布局方案，全部進給運動均由銑頭運動來完成，這種布局形式可以減小機床的結(jié)構(gòu) 尺寸和重量。 加工中心是一種配有刀庫并能自動更換刀具、對工件進行多工序加工的數(shù)控機床，可分為臥式加工中心、立式加工中心、五面加工中心和并聯(lián)（虛擬軸）加工中心。加工中心主機由床身、底座、立柱、橫粱、滑座、工作臺、主軸箱、進給機構(gòu)和刀具交換裝置和其它輔助裝置等基本部件組成，它們各自承擔(dān)著不

14、同的任務(wù)，以實現(xiàn)加工中心的切削以及輔助功能。加工中心總體布局的任務(wù)就是使這些基本部件在靜止和運動狀態(tài)下始終保持相對正確的位置，并使機床整機具有較高的剛性。2.2.3 加工中心的布局形式2.2 數(shù)控機床的總體布局 1立式加工中心如圖2.4所示，立式加工中心通常采用固定立柱式，主軸箱吊在立柱一側(cè)，其平衡重錘放置在立柱中，工作臺為十字滑臺，可以實現(xiàn)X、Y兩個坐標(biāo)軸的移動，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌運動實現(xiàn)Z坐標(biāo)移動。圖2.4立式加工中心總體布局示意圖2.2 數(shù)控機床的總體布局 2臥式加工中心如圖2.5所示，臥式加工中心通常采用立柱移動式，T形床身。一體式T形床身的剛度和精度保持性較好，但其鑄造和加工工藝性差。

15、分離式T形床身的鑄造和加工工藝性較好，但是必須在連接部位用大螺栓緊固，以保證其剛度和精度。圖2.5臥式加工中心布局形式2.2 數(shù)控機床的總體布局 3五面加工中心五面加工中心兼有立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工。常見的五面加工中心有如圖2.6所示的兩種結(jié)構(gòu)形譽，圖2.6 (a)所示主軸可以90旋轉(zhuǎn)，可以按照立式和臥式加工中心兩種方式進行切削加工；2.6(b)所示的工作臺可以帶著工件作90旋轉(zhuǎn)來完成裝夾面外的五面切削加工。圖2.6 五面加工中心2.2 數(shù)控機床的總體布局 4并聯(lián)加工中心如圖2.7所示為并聯(lián)加工中心示意圖。圖示并聯(lián)加工中由六自由空

16、間并聯(lián)機構(gòu)組成的，即由六根可伸縮桿通過球鉸或虎克鉸將固定平臺與動平臺相連，當(dāng)改變六根可伸縮桿的桿長時，動平臺就可以得到不同的位置和姿態(tài)，動平臺上裝有電主軸，六根可伸縮桿由滾珠絲杠副和滾珠花鍵副構(gòu)成，由六個伺服電機驅(qū)動來控制各桿的桿長；在工作臺上置放一數(shù)控轉(zhuǎn)臺，從而實現(xiàn)空間任意復(fù)雜形狀的曲面加工。這種并聯(lián)機構(gòu)組成了剛度很高的框架結(jié)構(gòu)，布局合理，減少了機床的占地面積2.2 數(shù)控機床的總體布局 圖2.7 并聯(lián)加工中心示意圖圖2.8 并聯(lián)加工中心實物圖2.2 數(shù)控機床的總體布局 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)1.數(shù)控機床對主傳動機械結(jié)構(gòu)的要求 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生主切削力。數(shù)控機床的主傳動

17、系統(tǒng)將電動機的轉(zhuǎn)矩和功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實現(xiàn)主運動。由于數(shù)控機床的高自動化及高精度，對主傳動提出了更高的要求 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)(1）具有較大的調(diào)速范圍，并能實現(xiàn)無級調(diào)速。為保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，數(shù)控機床必須具有較大的調(diào)速范圍。粗加工時，為保證較高的切削效率，一般采用低速和較大的切削用量；精加工時，為獲得較高的精度，一般采用高速切削。對于自動換刀的數(shù)控機床，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材料的需要，主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進一步擴大。(2）有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主傳動系

18、統(tǒng)具有較高的精度密切相關(guān)。為此，要提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面應(yīng)高頻感應(yīng)加熱淬火以增加耐磨性；主傳動鏈盡可能短；最后一級采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)；采用精度高的軸承及合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛性。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)(3）良好的抗振性。數(shù)控機床在加工時，可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時可能破壞刀具或主傳動系統(tǒng)中的零件，使其無法工作。為此，主軸組件要有較高的固有頻率，實現(xiàn)動平衡，保持合適的配合間隙并進行循環(huán)潤滑等。(4）良好的熱穩(wěn)定性。主傳動系統(tǒng)的

19、發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動效率，破壞零部件之間的相對位置精度和運動精度，造成加工誤差。 第三節(jié)數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)2.數(shù)控機床的主傳動的特點數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的作用就是將電動機的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實現(xiàn)主切削運動，產(chǎn)生不同的主軸切削速度和切削力以滿足不同的加工條件要求，與普通機床相比較，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)具有以下特點： 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（1）轉(zhuǎn)速高，功率大，主軸的最高最低轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速范圍、傳遞功率和動力特性，決定了數(shù)控機床的切削加工效率和加工工藝能力。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。（2

20、）主軸轉(zhuǎn)數(shù)的變換迅速可靠，并能自動無級變速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進行。（3）為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須設(shè)計有刀具自動裝卸、主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)2.3.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)包括主傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)。如圖2.9所示為某數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。主傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要包括主傳動裝置、主軸組件、主軸定向準(zhǔn)停裝置、主軸潤滑裝置與密封件等。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)圖2.9 某數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)示意圖 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)1.主傳動裝置 （1）采用變速齒輪的主傳動（2）通過帶傳動

21、的主傳動(3）經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動主軸的主傳動（4）用兩個電動機分別驅(qū)動主軸的主傳動數(shù)控機床主傳動裝置的功能是將主軸電動機產(chǎn)生的動力(扭矩和速度)傳遞給主軸部件，其形式主要有以下幾種： 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（1）采用變速齒輪的主傳動 圖2.10（a）所示為大中型數(shù)控機床通常采用的一種變速齒輪主傳動的配置方式。它通過少數(shù)幾對齒輪降速，使之成為分段無級變速，確保低速時的扭矩，以滿足輸出扭矩特性要求。一部分小型數(shù)控機床也采用此種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩?；讫X輪的移位大多都采用液壓撥叉或直接液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。圖2.10（b）為采用變速齒輪的主傳動實物。（a）配置方式示意圖 （b

22、）實物圖 圖2.10 采用變速齒輪的主傳動 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（2）通過帶傳動的主傳動圖2.11（a）所示為通過帶傳動的主傳動的配置示意圖。通過帶傳動的主傳動主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床上。電動機本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不需再用齒輪變速，這樣可以避免齒輪傳動引起的振動和噪聲。這種主傳動方式只能適用于高速、低扭矩特性要求的主軸。圖2.11（b）所示為采用帶傳動的主傳動實物圖。（a）帶傳動示意圖（b）帶傳動實物圖圖2.11 通過帶傳動的主傳動 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)(3）經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動主軸的主傳動 圖2.12所示為經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動主軸的主傳動方式示意圖。這種主

23、傳動方式結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高，但主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩與電機完全一致，低速性能的改善是其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。圖2.12 經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動主軸的主傳動 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)常用的帶傳動有V帶傳動和同步齒型帶傳動。同步齒型帶傳動是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點的新型傳動：帶的工作面以及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合傳動；帶內(nèi)部采用承載后無彈性伸長的材料作為強力層，以保持帶的節(jié)距不變，可使得主、從動帶輪作無相對滑動的同步傳動。與一般的帶傳動相比，同步齒型帶傳動具有傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、適用范圍廣等優(yōu)點。但同步齒型帶傳動在其安裝時，對中心距要求嚴(yán)格，且?guī)c帶輪制造工藝復(fù)雜、成本高。 2

24、.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)(4）用兩個電動機分別驅(qū)動主軸的主傳動圖2.13所示主傳動是由齒輪傳動和帶傳動兩種方式組成的混合傳動，因此這種傳動方式兼有齒輪傳動和帶傳動的性能。高速時下部的電動機可通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，上部的電動機通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用。這種方式使恒定功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，從而克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠和電動機功率不能被充分利用的缺陷。 圖2.13 兩個電動機分別驅(qū)動主軸的主傳動 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)(5）采用電主軸結(jié)構(gòu)（一體化主軸）圖2.14（a）所示為電主軸主傳動示意圖。采用電主軸結(jié)構(gòu)的主傳動方式可以大大簡化主

25、軸箱與主軸的結(jié)構(gòu)，有效提高主軸部件的剛度，缺點是主軸輸出扭矩小，電動機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。使用這種調(diào)速電動機可實現(xiàn)純電氣定向，而且主軸的控制功能可以很容易與數(shù)控系統(tǒng)相連接并實現(xiàn)修調(diào)輸入、速度和負(fù)載測量輸出等。（a）電主軸結(jié)構(gòu)示意圖 （b）電主軸實物圖圖2.14采用電主軸的主傳動 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)2主軸組件主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成。機床的主軸組件是機床重要部件之一，它帶動工件或刀具執(zhí)行機床的切削運動，因此數(shù)控機床主軸部件的精度，抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴(yán)重。 2.3 數(shù)控機

26、床的主傳動機械結(jié)構(gòu)1）主軸組件的要求 （1）旋轉(zhuǎn)精度 （2）剛度 （3）抗振性 （4）溫升和熱變形 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（1）旋轉(zhuǎn)精度 主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度是指機床處于空載手動或機床低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸前端安裝工件或刀具的基準(zhǔn)面上所測得的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。旋轉(zhuǎn)精度取決于各主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工作轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)的精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的設(shè)計和性能，潤滑劑和主軸的平衡。（2）剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件低抗變形的能力。主軸組件的剛度越大，主軸受力后的變形越小。影響主軸組件剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型

27、號、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，前后支承的距離和主軸前端的懸伸量，傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（3）抗振性 主軸組件的振動會影響工件的表面質(zhì)量，刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會產(chǎn)生噪聲，影響工作環(huán)境。如果產(chǎn)生切削自激振動，將嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，甚至使切削無法進行下去。 （4）溫升和熱變形 主軸組件溫升和熱變形，使機床各部件間相對位置精度遭到破壞，影響工件的加工精度，高精度機床尤為嚴(yán)重；熱變形造成主軸彎曲，使傳動齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使主軸和軸承，軸承與軸承坐之間已經(jīng)調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承的正常工作，間隙過小將加速齒輪和軸承

28、等零件的磨損，嚴(yán)重時甚至發(fā)哼軸承抱軸現(xiàn)象。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)2）主軸 主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理等，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計要求的不同而有多種形式。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨度。評價和考慮主軸主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適用范圍。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu) 3）主軸支承 （1）主軸軸承 主軸軸承也是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻等直接影響主軸組件的工作性能。數(shù)控機床上常用的主軸軸承有

29、滾動軸承和滑動軸承。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)1滾動軸承 滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。滾動軸承由專業(yè)工廠生產(chǎn)，選購維修方便，因而在數(shù)控機床上被廣泛采用。但與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度變化大抗振性略差，并且對轉(zhuǎn)速有很大的限制。一般數(shù)控機床的主軸組件盡可能使用滾動軸承，特別是立式主軸和裝在套筒內(nèi)能作軸向移動的主軸。為了適應(yīng)主軸高速發(fā)展的要求，滾動軸承的滾珠可采用陶瓷滾珠。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)2滑動軸承 數(shù)控機床上常用的滑動軸承是靜壓滑動軸承。靜壓滑動軸承的油膜壓強由液壓缸從外界供給，與主軸

30、轉(zhuǎn)速的高低無關(guān)（忽略旋轉(zhuǎn)時的動壓效應(yīng)）。它的承載能力不隨轉(zhuǎn)速而變化，而且無磨損，啟動和運轉(zhuǎn)時摩擦力矩相同。所以靜壓軸承的剛度大，同轉(zhuǎn)精度高。但靜壓軸承需要一套液壓裝置，成本較高，污染較大。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（2）主軸軸承的配置 主軸軸承的配置型式應(yīng)根據(jù)精度、剛度、轉(zhuǎn)速、承載能力、抗振性和噪聲等要求來選擇。數(shù)控機床常用的主軸軸承配置形式有三種，如圖所示。為前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和圖2.15（a）所示結(jié)構(gòu)的前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60度角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對向心推力球軸承。這種結(jié)構(gòu)的綜合剛度高，可以滿足強力切削要求。目前各類數(shù)控機床普遍采用這種配置

31、形式。圖2.15（b）所示結(jié)構(gòu)的前支承采用多列（圖中為三列）高精度向心推力球軸承，后支承采用單列（或者雙列）向心推力球軸承。這種配置的高速性能好，主軸轉(zhuǎn)速可達4000r/min，但這種配置形式承載能力較小，所以只適用于高速、輕載和精密數(shù)控機床。圖2.15（c）所示結(jié)構(gòu)為前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承。這種配置的徑向和軸向剛度很高，可承受重載荷，尤其能承受較大的動載荷，但這種配置形式限制了主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，因而僅適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機床主軸。圖2.15 主軸軸承配置示意圖 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)4）主軸組件的潤滑與密封主軸組件的潤滑與密封是使用和維護

32、過程中非中重要的內(nèi)容。良好的潤滑效果可以降低軸承的工作溫度，延長其使用壽命。密封的作用是防止灰塵、屑末和切削液進入，還要防止?jié)櫥偷男孤?2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（1）主軸潤滑數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速高，為減少主軸發(fā)熱，防止燒粘，延長疲勞壽命，排除摩擦熱冰冷卻，必須對軸承的進行有效的潤滑。潤滑的作用是在摩擦副表面形成一層薄油膜，以減少摩擦發(fā)熱。常用的潤滑方式有油脂、油霧、油氣、噴射等潤滑方式。 小于 的低速主軸低速主軸一般采用脂潤滑( 是軸承內(nèi)外徑的平均值，單位mm；n轉(zhuǎn)速，單位r/min)， 大于 高速主軸一般多采用油霧、油氣、噴射方式。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（2）主軸的密封

33、主軸的密封有接觸式和非接觸式兩種。圖2.16所示為三種非接觸密封的結(jié)構(gòu)形式。圖2.16（a）是利用軸承蓋與軸的間隙密封，在軸承蓋的孔內(nèi)開槽是為了提高密封效果。這種密封用于工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處。圖2.16（b）是在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當(dāng)油向外流時，靠主軸轉(zhuǎn)動的離心力把油沿斜面甩到端蓋的空腔內(nèi)，油液再流回箱內(nèi)。圖2.16（c)是迷宮式密封的結(jié)構(gòu)，在切屑多、灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可靠的密封效果；這種結(jié)構(gòu)適用于油脂或油液潤滑的密封。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)接觸式密封主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封兩種，如圖2.17所示。圖2.16 非接觸式密封 1-端蓋 2-螺母 圖2.17

34、 接觸式密封1-甩油環(huán) 2-油氈圈 3-耐油橡膠密封圈 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)3.主軸準(zhǔn)停裝置在數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床以及鏜銑為主的加工中心上，由于特殊加工或自動換刀，要求主軸每次停在一個固定的準(zhǔn)確的位置上。所以在主軸上必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置。準(zhǔn)停裝置分機械式和電氣式兩種，如圖2.18所示。主軸準(zhǔn)停控制原理將在第六章中介紹。（a） 機械準(zhǔn)停（b）電氣準(zhǔn)停圖2.18 主軸準(zhǔn)停裝置 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)4.主軸的進給功能 在車削中心的主傳動系統(tǒng)中，主軸除需具備數(shù)控車床主傳動的功能外，還增加了主軸的進給功能。主軸的進給功能即為主軸的C軸坐標(biāo)功能，以實現(xiàn)主軸的定向停車和圓周進給，并在數(shù)控裝

35、置的控制下實現(xiàn)C軸、Z軸插補或C軸、X軸插補，以配合動力刀具進行圓柱面或端面上任意部位的鉆削、銑削、攻螺紋及曲面銑加工。圖2.19所示為主軸C軸功能的示意圖。隨著主軸驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，c軸坐標(biāo)除了通過伺服電機用機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)外，目前更多地采用帶C軸功能的主軸電動機，直接進行分度和定位。 2.3 數(shù)控機床的主傳動機械結(jié)構(gòu)（a）C軸定向時，在圓柱面或端面上銑槽 (b)C軸、Z軸進給插補，在圓柱面上銑螺旋槽(c)C軸、X軸進給插補，在端面上銑螺旋槽 (d)C軸、X軸進給插補，銑直線和平面 圖2.19 主軸C軸功能示意圖 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容一 數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的要求二

36、 數(shù)控機床的進給傳動機械機構(gòu)的組成 1. 進給電機與絲杠之間的聯(lián)接 2滾珠絲杠螺母副 3傳動齒輪的間隙消除機構(gòu)三 數(shù)控機床的導(dǎo)軌四 數(shù)控機床的工作臺 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)數(shù)控機床進給系統(tǒng)的機械傳動機構(gòu)是指將電動機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給工作臺或刀架以實現(xiàn)進給運動的整個機械傳動鏈，包括齒輪傳動副、絲杠螺母副，（或蝸桿蝸輪副）及其支承部件等。為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性等，在設(shè)計機械傳動裝置時，提出如下要求。（二）、對進給傳動系統(tǒng)的要求提高傳動精度和剛度減小運動慣量消除傳動間隙(4)減小摩擦阻力一 數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的要求（一） 概念 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機

37、械結(jié)構(gòu)（1）高的傳動精度與定位精度。數(shù)控機床進給傳動裝置的傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關(guān)鍵性的作用。設(shè)計中，通過在進給傳動鏈中增加減速齒輪、減小脈沖當(dāng)量、預(yù)緊傳動滾珠絲杠、消除齒輪及蝸輪等傳動件的間隙等措施來提高傳動剛度，從而可達到提高傳動精度和定位精度的目的。（2）寬的進給調(diào)速范圍。進給系統(tǒng)在承擔(dān)全部工作負(fù)載的條件下，應(yīng)具有很寬的調(diào)速范圍，以適應(yīng)各種工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，工作進給速度范圍可達36000mm/min。為了完成精密定位，伺服系統(tǒng)的低速趨近速度達0.1mm/min；為了縮短輔助時間，提高加工效率，快速移動速度應(yīng)高達24m/min。在多坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機床上，合成

38、速度維持常數(shù)，是保證表面粗糙度要求的重要條件；為保證較高的輪廓精度，各坐標(biāo)方向的運動速度也要配合適當(dāng)；這是對數(shù)控系統(tǒng)和伺服進給系統(tǒng)提出的共同要求。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（3）運動慣量要小，響應(yīng)速度要快。進給系統(tǒng)響應(yīng)速度的大小不僅影響機床的加工效率，而且影響加工精度。所謂快速響應(yīng)特性是指進給系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度，即跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。進給系統(tǒng)需要經(jīng)常進行啟動、停止、變速和反向，同時數(shù)控機床切削速度高，高速運行的零部件對其慣性影響更大。大的運動慣量會使系統(tǒng)的動態(tài)性能變差。所以，在滿足部件強度和剛度的前提下，設(shè)計時應(yīng)盡量減少運動部件的質(zhì)量和各傳動元件

39、的直徑，減少運動件的摩擦阻力，以提高進給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（4）消除傳動間隙傳動間隙的存在是造成進給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一個主要原因，所以必須對傳動鏈的各個環(huán)節(jié)均采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。設(shè)計中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動副等方法。（5）穩(wěn)定性好、使用維護方便。數(shù)控機床屬高精度自動控制機床，主要用于單件、中小批量、高精度及復(fù)雜件的生產(chǎn)加工，機床的開機率相應(yīng)就高。穩(wěn)定性是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的條件，特別是在低速進給情況下不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加負(fù)載的變化而不發(fā)生共振，使數(shù)控機床能夠保持較高的傳動精度和定位精度。因此，進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)

40、便于維護和保養(yǎng)，最大限度地減小維修工作量，以提高機床的利用率。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)二數(shù)控機床的進給傳動機械機構(gòu)的組成數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)主要由傳動機構(gòu)、運動變換機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、執(zhí)行件組成，它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及動力的執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)控機床進給驅(qū)動對位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高的要求。圖2.20所示為數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖，典型部件有進給電機（圖中元件1）、進給電機與絲杠之間的連接裝置（圖中元件2）、滾動導(dǎo)軌副（圖中元件3）、潤滑系統(tǒng)（圖中元件4）和滾珠絲杠螺母副（圖中元件絲杠5、螺母6以及滾珠）。 圖2.20 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖 2.

41、4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)1.進給電機與絲杠之間的聯(lián)接實現(xiàn)進給驅(qū)動的電機主要有三種：步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機。目前，步進電機只適應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床，直流伺服電機有逐步被淘汰的趨勢，交流伺服電機作為比較理想的驅(qū)動元件已成為發(fā)展趨勢。數(shù)控機床的進給系統(tǒng)當(dāng)采用不同的驅(qū)動元件時，其進給機構(gòu)可能會有所不同。進給電機與絲杠之間的聯(lián)接主要有以下三種形式：（1）電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接（2）帶有齒輪傳動的進給傳動（3）同步齒形帶傳動 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（1）電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接圖2.21所示為電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接示意圖。此結(jié)構(gòu)通常是電機軸與絲杠之間采用錐環(huán)

42、無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了機械結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機床的進給運動中，普遍采用這種聯(lián)接形式。圖2.21 電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接 第四節(jié)數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)（2）帶有齒輪傳動的進給傳動數(shù)控機床在機械進給裝置中一般采用齒輪傳動副來達到一定的降速比要求，如圖2.22所示。由于齒輪在制造中不可能達到理想齒面要求，總存在著一定的齒側(cè)間隙才能正常工作，但齒側(cè)間隙會造成進給系統(tǒng)的反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用措施來盡量減小齒輪側(cè)隙。這種聯(lián)接形式的機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。圖2.22 帶有

43、齒輪傳動的進給傳動 第四節(jié)數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)（3）同步齒形帶傳動同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動，如圖2.23所示。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動，齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，無相對滑動，平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕，故可用于高速傳動。齒型帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等部件上的載荷小，傳動效率高。圖2.23 同步齒形帶傳動 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)2滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置，在數(shù)控機床的直線進給系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。圖2.24為滾珠絲杠螺母副實物圖。 圖2.24 滾珠絲杠

44、螺母副實物圖 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)1）滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點滾珠絲杠螺母副是一種螺旋傳動機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2.25所示。滾珠絲杠螺母副的工作原理為：在絲杠和螺母上加工出弧形螺旋槽，兩者套裝在一起時之間形成螺旋滾道，并且滾道內(nèi)填滿滾珠。當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，兩者發(fā)生軸向位移，滾珠既可以自轉(zhuǎn)還可以沿著滾道循環(huán)流動。滾珠絲杠螺母副的這種結(jié)構(gòu)把傳統(tǒng)絲杠與螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)榱藵L動摩擦。圖 2.25 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)圖 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)滾珠絲杠螺母副具有以下特點：（1）傳動效率高 滾珠絲杠螺母副摩擦損失小，傳動效率高達92% 98%，是普通絲杠螺母副的3

45、4倍，而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩僅為滑動絲杠的螺母機構(gòu)的25 %.（2）運動平穩(wěn)無爬行 由于滾珠絲杠螺母副摩擦主要是滾動摩擦，動靜摩擦系數(shù)小且數(shù)值接近，因而啟動轉(zhuǎn)矩小動作靈敏，運動平穩(wěn)，即使在低速下也不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。（3）使用壽命長 由于是滾動摩擦，之間摩擦力小，磨損就小，精度保持性好，壽命長，其使用壽命是普通絲杠的4 10倍。（4）滾珠絲杠螺母副預(yù)緊后可以有效地消除軸向間隙，故無反向死區(qū)，同時也提高了傳動剛度。（5）傳動具有可逆性、不能自鎖 摩擦系數(shù)小使之不能自鎖，所以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的同時，也可以將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)它采用垂直布置時，自重和慣性會造成部件的下滑，必須增加制動裝置。 2.4

46、 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)2）滾珠循環(huán)方式滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。（1）外循環(huán) 滾珠在返回過程中與絲杠脫離接觸的循環(huán)為外循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副又可以按滾珠循環(huán)時的返回方式分為插管式、端蓋式和螺旋槽式。插管式滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)用一彎管代替螺旋槽作為返回管道，彎管的兩端插在與螺紋滾道相切的兩個孔內(nèi)，用彎管的端部引導(dǎo)滾珠進入彎管，以完成循環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖2.26（a）所示。插管式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，適合批量生產(chǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的一類滾珠絲杠螺母副。端蓋式結(jié)構(gòu)是在螺母上加工一縱向孔作為滾珠的回程通道，在螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由回程口進入回程管，形成循環(huán)，其結(jié)

47、構(gòu)如圖2.26（b）所示。（a）插管式（b）端蓋式 圖 2.26 外循環(huán)滾珠絲杠 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)螺旋槽式結(jié)構(gòu)是在螺母的外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔與螺紋滾道相切，并在螺母內(nèi)裝上擋珠器，擋珠器的舌部切斷螺旋滾道，使得滾珠流向螺旋槽的孔中以完成循環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖2.26（c）所示為。這種結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造復(fù)雜。（c）螺旋槽式 圖 2.26 外循環(huán)滾珠絲杠 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（2）內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中與絲杠始終接觸的循環(huán)為內(nèi)循環(huán)。 圖2.27所示為一種內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)。在螺母的返向器上銑有S形的回珠槽，從而將相鄰兩螺紋滾道聯(lián)結(jié)起來。

48、滾珠從螺紋滾道進入返向器，借助返向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進入相鄰的螺紋滾道，實現(xiàn)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道短，所以摩擦損失??；缺點是返向器加工困難。圖 2.27 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)3）滾珠絲杠副的參數(shù)、精度等級及標(biāo)注方法如圖2.28所示，滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：（1）公稱直徑d0 螺紋滾道與滾珠在理論接觸角狀態(tài)時所包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸。公稱直徑d0與承載能力直接有關(guān)，有關(guān)資料認(rèn)為滾珠絲杠副的公稱直徑d0應(yīng)大于絲杠工作長度的1/30。數(shù)控機床常用的進給絲杠的公稱直徑d0 = 2080mm。圖2.28 滾珠

49、絲杠副的基本參數(shù) 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（2）基本導(dǎo)程L0 當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)2弧度時，螺母上的基準(zhǔn)點的軸向位移。（3）接觸角 是指滾道與滾珠在接觸點處的公法線與螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想接觸角=45。其他參數(shù)還有絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、螺紋全長L、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、滾道圓弧半徑R等，如圖所示。導(dǎo)程的大小可以根據(jù)機床的加工精度的要求確定。當(dāng)精度要求高時，導(dǎo)程的取值小些，可以減小絲杠的摩擦阻力，但導(dǎo)程的小，勢必會導(dǎo)致滾珠直徑db取小值，則使?jié)L珠絲杠副的承載能力降低；若滾珠絲杠的公稱直徑d0不變，導(dǎo)程小，則螺旋升角也變小，傳動效率也降低。所

50、以在滿足機床加工精度的條件下，導(dǎo)程的數(shù)值應(yīng)該盡可能取得大些。小知識：實驗驗證得出：滾珠絲杠各工作圈的滾珠所承受的軸向負(fù)載是不相等的，第一圈滾珠所承受的負(fù)載約為總負(fù)載的50%，第二圈約承受30%，第三圈約承受20%。所以，外循環(huán)滾珠絲杠副中的滾珠工作圈數(shù)應(yīng)取2.5 3.5圈，工作圈數(shù)大3.5圈是無實際意義的。為了提高滾珠的流暢性，滾珠的數(shù)目應(yīng)小于150個，且工作圈數(shù)不得超過3.5圈。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)4）滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠螺母副除了對本身單一方向的進給運動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動精度。滾珠絲杠副的傳動間隙是軸向

51、間隙，它是負(fù)載在滾珠與滾道型面接觸點的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。為了保證反向傳動精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法通常采用施加預(yù)緊力，可以采用單螺母預(yù)緊和雙螺母預(yù)緊。單螺母預(yù)緊有增大滾柱直徑和變位導(dǎo)程兩種方法。雙螺母預(yù)緊的方法有墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式。用此種方法預(yù)緊消除軸向間隙時，預(yù)緊力不能過大，因為預(yù)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。此外還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)5）滾珠絲杠螺母副的安裝支承與制動方式（1）滾珠絲杠安裝支承方式 一端裝推力軸承方式 兩端裝推力軸承方式 一端裝

52、推力軸承，另一端裝向心球軸承方式 兩端裝推力軸承及向心球軸承方式 （2）滾珠絲杠螺母副的制動方式 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（1）滾珠絲杠安裝支承方式數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母副本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及支承結(jié)構(gòu)的剛度也是不可忽視的因素。如為了減少受力后的變形，螺母座應(yīng)有加強肋筋，以增大螺母座與機床的接觸面積，并且還要聯(lián)接可靠；采用高剛度的推力軸承以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種，如圖2.29所示。 一端裝推力軸承方式 如圖2.29（a）所示，這種支撐方式一端固定，一端自由。特點是結(jié)構(gòu)簡單，絲杠的軸向剛度低，因此設(shè)計時

53、盡量使絲杠受拉，僅適用于行程小的短絲杠。一般用在數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式銑床的垂直坐標(biāo)進給傳動結(jié)構(gòu)上。兩端裝推力軸承方式 如圖2.29（b）所示，這種支撐方式將推力軸承安裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，這樣可以提高軸向剛度，但這種方式對熱變形較為敏感。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu) 一端裝推力軸承，另一端裝向心球軸承方式 如圖2.29（c）所示，這種安裝方式一端固定，一端游動。這種支撐形式的特點是安裝時要保證螺母于兩端支撐同軸，工藝較為復(fù)雜。適用于絲杠較長的情況，當(dāng)熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動。 兩端裝推力軸承及向心球軸承方式 如圖2.29（d）所示：

54、在這種安裝方式中兩端均采用雙重支承并施加預(yù)緊力，使絲杠具有較大的剛度，還可以使絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計時要求提高推力軸承的承載能力和支架剛度。安裝時要保證螺母于兩端支撐同軸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝較困難。這種支撐方式適用于對位移精度和剛度要求比較高的場合。圖2.29 滾珠絲杠副在機床上的支承方式 （2）滾珠絲杠螺母副的制動方式2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)由于滾珠絲杠螺母副傳動效率高，無自鎖作用（尤其是滾珠絲杠處于垂直傳動時），所以必須安裝制動裝置。 圖2.30所示為數(shù)控銑鏜床主軸箱進給絲杠的制動裝置示意圖。當(dāng)數(shù)控機床工作時，電磁鐵線圈通電吸住壓簧，打開摩擦離合器。此時進給電機

55、經(jīng)減速齒輪傳動，帶動滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)換主軸箱的垂直移動。當(dāng)電機停止轉(zhuǎn)動時，電磁鐵線圈也同時斷電，在彈簧的作用下摩擦離合器壓緊，使得滾珠絲杠不能自由轉(zhuǎn)動，因此主軸箱就不會因為自重的作用而自由下行，從而實現(xiàn)了制動作用。圖 2.30滾珠絲杠制動示意圖 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)6）滾珠絲杠螺母副的密封與潤滑為了防止灰塵及雜質(zhì)進入滾珠絲杠螺母副，滾珠絲杠副須用防塵密封圈和防護罩密封。密封圈裝在滾珠螺母的兩端。使用的密封圈有接觸式和非接觸式兩種：非接觸式密封圈是由聚氯乙烯等塑料材料制成，其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺母之間略有間隙，故又稱為迷宮式密封圈；接觸式密封圈是用具有彈性的耐油橡膠和尼龍等材料制成

56、，因為有接觸壓力，會使摩擦力矩略有增加，但防塵效果好。防護罩能防止塵土及硬性雜質(zhì)等進入滾珠絲杠。防護罩的形式有錐形套管、伸縮套管、也有折迭式（手風(fēng)琴式）的塑料或人造革防護罩，也有用螺旋式彈簧鋼帶制成的防護罩連接在滾珠絲杠的支承座及滾珠螺母的端部。防護罩的材料必須具有防腐蝕及耐油的性能。為了維持滾珠絲杠副的傳動精度，延長使用壽命，使用潤滑劑來提高耐磨性。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑油為一般機油或90180號透平油或140號主軸油。潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)7）滾珠絲杠螺母

57、副的選擇（1） 滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)的選擇 可根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙和預(yù)緊的要求來選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當(dāng)允許有間隙存在（如垂直運動）可選用具有單圓弧型螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必須要預(yù)緊且在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應(yīng)選用雙螺母螺紋預(yù)緊和齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵防護條件，并且只需在裝配時調(diào)整間隙和預(yù)緊力時，可選用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。（2） 滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 選用滾珠絲杠螺母副主要是選擇絲杠的公稱直徑和基本導(dǎo)程。公稱直徑必須根據(jù)軸向的最大載荷按照滾珠絲杠副尺寸系列進行選用，螺紋長度在允許的情況下盡可能得短；基本導(dǎo)程（或螺距）應(yīng)根據(jù)承載能力、

58、傳動精度及傳動速度選取，基本導(dǎo)程大則承載能力大，基本導(dǎo)程小則傳動精度高，在傳動速度要求快時，可選用大導(dǎo)程的滾珠絲杠副。2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（3）滾珠絲杠螺母副的選擇步驟 選用滾珠絲杠副，必須根據(jù)實際的工作條件進行。實際工作條件包括：最大的工作載荷（或平均工作載荷）、最大載荷作用下的使用壽命、絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）、絲杠的轉(zhuǎn)速（或平均轉(zhuǎn)速）、絲杠的工況以及滾道的硬度等。在確定這些實際工作條件后，可按照下述步驟進行選擇：首先是承載能力的選擇；然后核算壓桿的穩(wěn)定性；接著計算最大動載荷值（對于低速運轉(zhuǎn)的滾珠絲杠，只需要考慮其最大靜載荷是否充分大于最大工作載荷即可）；再進行剛度

59、驗算；最后演算滿載荷時的預(yù)緊量（因為滾珠絲杠在軸向力的作用下，將產(chǎn)生伸長或縮短，在扭矩的作用下，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，這些都會導(dǎo)致絲杠的導(dǎo)程變化，從而影響傳動精度以及定位精度）。以上步驟中的計算公式可以參閱有關(guān)資料。小提示：數(shù)控機床進給系統(tǒng)中除了使用滾珠絲杠螺母副以外，在有些場合還使用靜壓絲杠螺母副和蝸桿蝸輪副。靜壓絲杠螺母副和蝸桿蝸輪副結(jié)構(gòu)和原理可參與有關(guān)資料。2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)3傳動齒輪的間隙消除機構(gòu)數(shù)控機床進給系統(tǒng)中的減速機構(gòu)主要采用齒輪，而進給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，反向時若驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隙，就會造成進給運動的反向運動滯后于指令信號，從而影響其驅(qū)動精度。齒輪在制造

60、時不可能完全達到理想的齒面要求，總會存在著一定的誤差，故兩個相嚙合的齒輪，總有微量的齒側(cè)隙。所以，必須采取措施來調(diào)整齒輪傳動中的間隙，以提高進給系統(tǒng)的驅(qū)動精度。 2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)1) 直齒圓柱齒輪傳動（1）偏心軸套式調(diào)整法 偏心軸套式調(diào)整法是最簡單的調(diào)整方式，常用于電機與絲杠之間的齒輪傳動，如圖2.31所示。電動機通過偏心套安裝在殼體上，轉(zhuǎn)動偏心套可使電機中心軸線的位置向上，而從動齒輪軸線位置固定不變，所以兩嚙合齒輪的中心距減小，從而消除齒側(cè)間隙。圖2.31 偏心套調(diào)整法2.4 數(shù)控機床的進給傳動機械結(jié)構(gòu)（2）軸向墊片調(diào)整法 軸向墊片調(diào)整法是用帶有錐度的齒輪來消除間隙的機構(gòu)，