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1、第九章 數(shù)控機床的典型部件,9.1 數(shù)控機床的主軸系統(tǒng) 9.2 數(shù)控機床的進給系統(tǒng) 9.3 床身與立柱 9.4 機床導(dǎo)軌 9.5 自動換刀裝置 9.6 數(shù)控機床的位置檢測裝 9.7 自動排屑裝置,9.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng),9.1.1對數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的要求 數(shù)控機床主軸系統(tǒng)是數(shù)控機床的主運動傳動系統(tǒng)。數(shù)控機床主軸運動是機床成型運動之一。它的精度決定了零件的加工精度。數(shù)控機床是具有高效率的機床，因此它的主軸系統(tǒng)必須滿足如下要求： （1）具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控機床為了保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得更高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須要求能在較大的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。

2、一般要求主軸具備1（1001000）的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍和110的恒功率調(diào)速范圍。,(2)具有較高的精度與剛度，傳遞平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主軸系統(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，就要對齒輪齒面高頻感應(yīng)加熱淬火，以增加耐磨性；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撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。,（3）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床加工時，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的干擾，會使主軸產(chǎn)生振動，從而影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能破壞刀具和主軸系統(tǒng)中的零件，使其無法

3、工作。主軸系統(tǒng)發(fā)熱使其中的零部件產(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。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）在車削中心上，要求主軸具有C軸控制功能。在車削中心上，為了使之具有螺紋車削功能，要求主軸與進給驅(qū)動實行同步控制，即主軸具有旋轉(zhuǎn)進給軸(C軸)的控制功能。 （5）在加工中心上，要求主軸具有高精度的準停功能。在加工中心上自動換刀時，主軸須停止在一個固定不變的方位上，以保證換刀位置的準確以及某些加工工藝的需要，即要求主軸具有高精度的準停功能。,(6)具有恒線速度切削控制功能。利用車床和磨床進行工件端面

4、加工時，為了保證端面加工時粗糙度的一致性，要求刀具切削的線速度為恒定值，隨著刀具的徑向進給，切削直徑的逐漸減小，應(yīng)不斷提高主軸轉(zhuǎn)速，并維持線速度為常數(shù)。 此外，為了獲得更高的運動精度，要求主運動傳動鏈盡可能短，同時，由于數(shù)控機床特別是加工中心通常配備有多把刀具，要求能夠?qū)崿F(xiàn)主軸上刀具的快速及自動更換。,9.1.2數(shù)控機床主軸的傳動方式 數(shù)控機床主運動調(diào)速范圍很寬，其主軸的傳動方式主要有以下幾種。 1帶有變速齒輪的主軸傳動 如圖91（a）所示，這是大中型數(shù)控機床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對齒輪傳動，擴大變速范圍，確保低速時有較大的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求?；讫X輪的移位大多采用液壓

5、撥叉或直接由液壓缸驅(qū)動齒輪來實現(xiàn)。,圖91數(shù)控機床主傳動的四種配置方式 (a)齒輪變速；(b)帶傳動；(c)兩個電機分別驅(qū)動；(d)調(diào)速電機直接驅(qū)動,2通過帶傳動的主軸傳動 如圖91（b）所示，這種傳動主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床上。電機本身的調(diào)整就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免由齒輪傳動所引起的振動和噪聲。它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸，常用的有多楔帶和同步齒形帶。,數(shù)控機床上應(yīng)用的多楔帶又稱為復(fù)合三角帶，其橫向斷面呈多個楔形，楔角為40，如圖92（a）所示。傳遞負載主要靠強力層。強力層中有多根鋼絲繩或滌綸繩，具有較小的伸長率、較大的抗拉強度和抗彎疲勞強度。多楔帶綜合了V

6、帶和平帶的優(yōu)點，運轉(zhuǎn)時振動小、發(fā)熱少、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、重量小，因此可在40ms的線速度下使用。此外，多楔帶與帶輪的接觸好、負載分布均勻，即使瞬時超載，也不會產(chǎn)生打滑，而傳遞功率比V帶大20%30%，因此能夠滿足主傳動高速、大轉(zhuǎn)矩和不打滑的要求。多楔帶在安裝時需要較大的張緊力，使得主軸和電機承受較大的徑向負載，這是多楔帶的一大缺點。 多楔帶按齒距可分為三種規(guī)格：J型齒距為2.4mm，L型齒距為4.8mm，M型齒距為9.5mm?？梢罁?jù)功率轉(zhuǎn)速選擇圖選出所需的多楔帶的型號。,圖92帶的結(jié)構(gòu)形式 (a)多楔帶;(b)同步齒形帶,同步齒形帶傳動是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動方式。同步齒形帶的帶型有梯

7、形齒和圓弧齒，如圖92（b）所示。同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動如圖93所示。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，進行無滑動的嚙合傳動。帶內(nèi)采用了加載后無彈性伸長的材料做強力層，以保持帶的節(jié)距不變，可使主、從動帶輪進行無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比，同步齒形帶傳動具有如下優(yōu)點：,(1)傳動效率高，可達98%以上； (2)無滑動，傳動比準確； (3)傳動平穩(wěn)，噪聲??； (4)使用范圍較廣，速度可達50ms，速比可達10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦； (5)維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑； (6)安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。,圖93同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動,3

8、用兩個電機分別驅(qū)動主軸傳動 用兩個電機分別驅(qū)動主軸傳動如圖91（c）所示，它是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種方式的性能。高速時，由一個電機通過帶傳動；低速時，由另一個電機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電機功率不能充分利用的問題。但兩個電機不能同時工作，也是一種浪費。,4調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動 由調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動如圖91（d）所示。這種主軸傳動方式是由電機直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)，即直接驅(qū)動式，如圖94所示。它大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出的扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影

9、響較大。,圖94直接驅(qū)動式,近年來出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電機主軸，即主軸與電機轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊、重量和慣量小，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，并利于控制振動和噪聲；缺點是電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電機主軸的關(guān)鍵問題。圖95所示為日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電機主軸最高轉(zhuǎn)速可達180000rmin。（見8.3.1小節(jié)）,圖95日本研制的立式加工中心主軸組件,9.1.3主軸部件 主軸部件是機床的一個關(guān)鍵部件，它包括主軸的支撐和安裝在主軸上的傳動零件等。主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響到加工質(zhì)量。 1主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀 主軸端部用于安裝刀

10、具或夾持工件的夾具，在設(shè)計要求上，應(yīng)能保證定位準確、安裝可靠、聯(lián)結(jié)牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標準化，圖96所示為普通機床和數(shù)控機床所通用的幾種主軸端部的結(jié)構(gòu)形式。,圖96主軸端部的結(jié)構(gòu)形式 (a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機床主軸端部；(c)外圓磨床砂輪主軸端部； (d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部；(e)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部；(f)組合機床主軸端部,2主軸軸承的類型 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)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在數(shù)控機床上被廣泛采用。但與滑動軸承相比，滾動軸承

11、的噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對轉(zhuǎn)速有很大的限制。數(shù)控機床主軸組件在有可能的條件下，應(yīng)盡量使用滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主軸，這時滾動軸承可以用潤滑脂潤滑以避免漏油。圖97為主軸常用的滾動軸承類型。,圖97主軸常用的滾動軸承 (a)錐孔雙列圓柱滾子軸承；(b)雙列推力向心球軸承； (c)雙列圓錐滾子軸承； (d)帶凸肩的雙列空心圓柱滾子軸承； (e)帶預(yù)緊彈簧的單列圓錐滾子軸承；(f)角接觸滾子軸承,2）滑動軸承 滑動軸承在數(shù)控機床上最常使用的是靜壓滑動軸承。靜壓滑動軸承的油膜壓強是由液壓缸從外界供給的，它和主軸轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速的高低無

12、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)時摩擦阻力力矩相同，因此靜壓軸承的剛度大，回轉(zhuǎn)精度高，但靜壓軸承需要一套液壓裝置，成本較高。,3主軸軸承的支撐形式 主軸軸承的支撐形式主要取決于主軸轉(zhuǎn)速特性的速度因素和對主軸剛度的要求。主軸軸承常見的支撐形式有以下三種，如圖98所示。,圖98主軸軸承常見的支撐形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三,（1）前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對向心推力球軸承(見圖98（a）)。此配置可提高主軸的綜合剛度，滿足強力切削的要求。它普遍用于各類數(shù)控機床主軸。 （2）前支撐采用高

13、精度雙列向心推力球軸承(見圖98（b）)。向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000rmin，但它的承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)控機床主軸。,（3）前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承(見圖98（c）)。這種軸承的徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其是可承受較強的動載荷。其安裝、調(diào)整性能好，但這種支撐方式限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機床的主軸。,4滾動軸承的間隙與預(yù)緊 滾動軸承存在較大間隙時，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度變差。將滾動軸承進行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動體與內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生一定量的

14、預(yù)變形，就可使受載后承載的滾動體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高軸承承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。但過盈量不宜太大，否則會使軸承的摩擦磨損加劇，承載能力顯著下降。公差等級、軸承類型和工作條件不同的主軸組件，其軸承所需的預(yù)緊量各有所不同。因此，主軸組件必須具備軸承間隙的調(diào)整機構(gòu)。,5滾動軸承的精度 主軸部件所用滾動軸承的精度有高級E、精密級D、特精級C和超精級B。前支撐的精度一般比后支撐的精度高一級，也可以用相同的精度等級。普通精度的機床通常前支撐取C，D級，后支撐用D，E級。特高精度的機床前后支撐均用B級。,9.1.4主軸的準停 主軸準停功能又稱為主軸定位功能，即

15、當(dāng)主軸停止時，控制其停于固定位置，這是自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能。主軸準停換刀如圖99所示。當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，再退刀，因此，刀具就必須具有定位功能。主軸準停階梯孔或精鏜孔如圖910所示。,圖99主軸準停換刀示意圖,圖910主軸準停階梯孔或精鏜孔示意圖,1機械準?？刂?圖911為典型的V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖。帶有V形槽的定位盤與主軸端面保持一定的關(guān)系，以確定定位位置。當(dāng)準停指令到來時，首先使主軸減速至某一

16、可以設(shè)定的低速轉(zhuǎn)動，當(dāng)無觸點開關(guān)有效信號被檢測到后，立即使主軸電動機停轉(zhuǎn)并斷開主軸傳動鏈，此時主軸電動機與主軸傳動件依慣性繼續(xù)空轉(zhuǎn)，同時準停油缸定位銷伸出并壓向定位盤。當(dāng)定位盤V形槽與定位銷正對時，由于油缸的壓力，定位銷插入V形槽中，準停到LS2信號有效，表明準停動作完成。這里L(fēng)S1為準停釋放信號。采用這種準停方式，必須有一定的邏輯互鎖，即LS2有效時才能進行下面諸如換刀等動作。而只有當(dāng)LS1有效時才能啟動主軸電動機正常運轉(zhuǎn)。上述準停功能通?？捎蓴?shù)控系統(tǒng)所配的可編程控制器完成。,圖911典型的V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖,2電氣準?？刂?目前國內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準?？刂啤２捎秒姎?/p>

17、準停控制有如下優(yōu)點： (1)簡化機械結(jié)構(gòu)。與機械準停相比，電氣準停只需在這種旋轉(zhuǎn)部件和固定部件上安裝傳感器即可。 （2）縮短準停時間。準停時間包括在換刀時間內(nèi)，而換刀時間是加工中心的一項重要指標。若采用電氣準停，即使主軸在高速轉(zhuǎn)動時，也能快速定位于準停位置。 （3）可靠性增加。由于無需復(fù)雜的機械、開關(guān)和液壓缸等裝置，也沒有機械準停所形成的機械沖擊，因此準?？刂频膲勖c可靠性大大增加。,（4）性能價格比提高。由于簡化了機械結(jié)構(gòu)和強電控制邏輯，因此這部分的成本大大降低。但電氣準停常作為選擇功能，這是因為訂購電氣準停附件需另加費用。但總體來看，其性價比比機械準停大大提高。,1）磁傳感器主軸準?？刂?

18、磁傳感器主軸準?？刂朴芍鬏S驅(qū)動自身完成。主軸驅(qū)動完成準停后會向數(shù)控裝置回答完成信號ORE，然后數(shù)控系統(tǒng)再進行下面的工作。其基本結(jié)構(gòu)如圖68所示。 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動或停止時，一旦接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準停開關(guān)信號，主軸立即加速或減速至某一準停速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)。主軸到達準停速度且準停位置到達時(即磁發(fā)體與磁傳感器對準)，主軸立即減速至某一爬行速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)。然后當(dāng)磁傳感器信號出現(xiàn)時，主軸驅(qū)動立即進入磁傳感器作為反饋元件的位置閉環(huán)控制，目標位置為準停位置。準停完成后，主軸驅(qū)動裝置輸出準停完成信號給數(shù)控裝置，從而可進行自動換刀(ATC)或其他動作。磁發(fā)體與磁傳感器在主軸上的位置如

19、圖912所示。,圖912磁發(fā)體與磁傳感器在主軸上的位置,2)編碼器主軸準停控制 圖913為編碼器主軸準?？刂圃韴D?？刹捎弥鬏S電動機內(nèi)部安裝的編碼器信號(來自于主軸驅(qū)動裝置)，也可以在主軸上直接安裝另外一個編碼器。采用前一種方式要注意傳動鏈對主軸準停精度的影響。主軸驅(qū)動裝置內(nèi)部可自動轉(zhuǎn)換，使主軸驅(qū)動處于速度控制或位置控制狀態(tài)。準停角度可由外部開關(guān)量(12位)設(shè)定，這一點與磁準停不同，磁準停的角度無法隨意設(shè)定，要想調(diào)整準停位置，只有調(diào)整磁發(fā)體與磁傳感器的相對位置。其步驟與傳感器類似。,圖913編碼器主軸準?？刂圃韴D,3）數(shù)控系統(tǒng)主軸準?？刂?這種準?？刂品绞绞怯蓴?shù)控系統(tǒng)完成的，采用這種控制方式

20、時需注意以下問題： （1）數(shù)控系統(tǒng)須具有主軸閉環(huán)控制功能。通常為避免沖擊，主軸驅(qū)動都具有軟啟動功能，但這對主軸位置閉環(huán)控制會產(chǎn)生不良影響。此時，若位置增益過低，則準停精度和剛度(克服外界擾動的能力)不能滿足要求；若過高，則會產(chǎn)生嚴重的定位振蕩現(xiàn)象。因此必須使主軸進入伺服狀態(tài)，此時其特性與進給伺服系統(tǒng)相近，才可進行位置控制。,（2）當(dāng)采用電動機軸端編碼器信號反饋給數(shù)控裝置時，主軸傳動鏈精度可能對主軸精度產(chǎn)生影響。 數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準停的原理與進給位置控制的原理非常相似，如圖914所示。 當(dāng)采用數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準停時，角度指定由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定，因此準停角度的設(shè)定更加方便。其工作原理是：,數(shù)控系統(tǒng)

21、執(zhí)行準停指令M19或M19S**時，首先將M19送至可編程控制器，可編程控制器經(jīng)譯碼送出控制信號使主軸驅(qū)動進入伺服狀態(tài)，同時數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機降速并尋找零位脈沖C，然后進入位置閉環(huán)控制狀態(tài)。如執(zhí)行：M19，無S指令，則主軸定位于相對于零位脈沖C的某一缺省位置(可由數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定)。如執(zhí)行M19S**，則主軸定位于指令位置，也就是相對零位脈沖S**的角度位置。,圖914數(shù)控系統(tǒng)主軸準停控制原理圖,例M03S1000//主軸以1000rmin正轉(zhuǎn) M19//主軸準停于缺省位置 M19S100//主軸準停轉(zhuǎn)至100處 S1000//主軸再次以1000rmin正轉(zhuǎn) M19S200//主軸準停至200

22、處,9.1.5主軸的潤滑與密封 1主軸軸承的潤滑方式 在數(shù)控機床上，主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑等。 （1）油脂潤滑方式。它是目前在數(shù)控機床的主軸軸承上最常用的潤滑方式，特別是在前支撐軸承上更為常用。當(dāng)然，如果主軸箱中沒有冷卻潤滑油系統(tǒng)，那么后支撐軸承和其他軸承一般也采用油脂潤滑方式。 主軸軸承油脂封入量通常為軸承空間容量的10%，切忌隨意填滿，因為油脂過多，會加劇主軸發(fā)熱。 若用油脂潤滑方式，則要采用有效的密封措施，以防止切削液或潤滑油進入軸承中。,(2)油液循環(huán)潤滑。在數(shù)控機床主軸上，有采用油液循環(huán)潤滑方式的，例如裝有GAMET軸承的主軸，即可使用這種方式

23、。對一般主軸軸承來說，后支撐上采用這種潤滑方式比較常見。 恒溫油液循環(huán)潤滑冷卻方式如圖915所示。由油溫自動控制箱控制的恒溫油液，經(jīng)油泵打到潤軸箱，其中一路沿主軸前支撐套外圈上的螺旋槽流動，以帶走主軸軸承所發(fā)出的熱量；另一條路通過主軸箱內(nèi)的分油器，把恒溫油噴射到傳動齒輪和傳動軸支撐軸承上，以帶走它們所產(chǎn)生的熱量。這種方式的潤滑和降溫效果都很好。,圖915恒溫油液循環(huán)潤滑冷卻方式,（3）油霧潤滑方式。油霧潤滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后，從噴嘴噴到需潤滑的部位的潤滑方式。由于是霧狀油液，其吸熱性好，又無油液攪拌作用，因此常用于高速主軸軸承的潤滑。但是油霧容易吹出，污染環(huán)境，目前歐洲有些國家已經(jīng)禁

24、止使用這種潤滑方式。 （4）油氣潤滑方式。油氣潤滑方式是針對高速主軸而開發(fā)的新型潤滑方式。它是用極微量油（816min約0.03cm3油）潤滑軸承，以抑制軸承發(fā)熱。其潤滑原理如圖916所示。油箱中的油位開關(guān)和管路中的壓力開關(guān)確保在油箱中無油或壓力不足時，能自動切斷主電動機電源。,圖916油氣潤滑原理圖,2.主軸的密封 主軸的密封分接觸式和非接觸式兩種。 圖917是幾種非接觸式密封的形式。 圖917（a）是利用軸承蓋與軸的間隙密封的，軸承蓋的孔內(nèi)開槽則是為了提高密封效果。這種密封形式用在工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處；圖917（b）是在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當(dāng)油向外流時，靠主軸傳動的離心力把油

25、沿斜面甩到端蓋1的空腔內(nèi)，油液流回箱內(nèi)；圖917（c）是迷宮式密封結(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)適用油脂或油液潤滑的密封。非接觸式的油液密封時，為了防漏，應(yīng)保證回油能盡快排掉以及回油孔的暢通。,圖917非接觸式密封 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三,圖918接觸式密封 (a)油氈圈密封；(b)耐油橡膠密封圈密封,,9.2數(shù)控機床的進給系統(tǒng),9.2.1對數(shù)控機床進給系統(tǒng)的要求 進給系統(tǒng)即進給驅(qū)動裝置，是指將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈。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，數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)必須滿足如下要求： （1）

26、摩擦阻力要小。在進給系統(tǒng)中要盡量減少傳動件之間的摩擦阻力，尤其是減少絲杠傳動和工作臺運動導(dǎo)軌之間的摩擦，以消除低速進給爬行現(xiàn)象，從而提高整個伺服進給系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)控機床廣泛采用滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌以及塑料導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。,（2）傳動剛度要高。進給傳動系統(tǒng)的高傳動剛度主要取決于絲杠螺母副(直線運動)或蝸輪蝸桿副(回轉(zhuǎn)運動)及其支撐部件的剛度。傳動剛度不足與摩擦阻力一起會導(dǎo)致工作臺產(chǎn)生爬行現(xiàn)象以及造成反向死區(qū)，影響傳動準確性。縮短傳動鏈，合理選擇絲杠尺寸以及對絲杠螺母副及支撐部件等進行預(yù)緊是提高傳動剛度的有效途徑。,（3）轉(zhuǎn)動慣量要小。進給系統(tǒng)中每個部件的轉(zhuǎn)動慣量對進給系統(tǒng)的啟動、制動特性等都有直

27、接的影響，尤其是高速運轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動慣量。在滿足傳動強度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能使各零件的結(jié)構(gòu)、配置合理，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減少運動部件的轉(zhuǎn)動慣量。 （4）諧振頻率要高。為了提高進給系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機械傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的23倍。,（5）傳動間隙要小。機械間隙是造成進給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一主要原因，因此，對傳動鏈的各個環(huán)節(jié)，包括括齒輪副、絲杠螺母副、聯(lián)軸器及其支撐部件等均應(yīng)采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。,9.2.2齒輪傳動副 1直齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法 直齒圓柱齒輪傳動副有以下3種調(diào)整法。 （1）偏心套調(diào)整法。圖919所

28、示為偏心套式消除間隙結(jié)構(gòu)。電機1通過偏心套2安裝到機床殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心套2，使電動機中心軸線的位置向上，而從動齒輪軸線位置固定不變，因此兩嚙合齒輪的中心距減小，從而消除齒側(cè)間隙。,圖919偏心套消除間隙結(jié)構(gòu),（2）錐度齒輪軸向墊片調(diào)整法。錐度齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu)如圖920所示。齒輪1和齒輪2相嚙合，其分度圓齒厚沿軸向方向略有錐度，這樣就可用墊片3使齒輪2沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。,圖920錐度齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu),（3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。雙片薄齒輪錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)如圖921所示。圖921（a）所示是一種雙片薄齒輪周向可調(diào)彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪1和2

29、與另一個寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個薄片齒輪1和2的端面均勻分布著4個螺孔，分別裝上凸耳3和8。薄片齒輪1的端面還有另外4個通孔，凸耳8可以在其中穿過，彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和螺釘7上。通過螺母5調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完后用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位，即兩個雙片齒輪的左、右齒面分別貼在寬齒輪齒槽的左、右齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙。,圖921（b）是另一種雙片薄齒輪周向彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。薄片齒輪1和2套裝在一起，每片齒輪各開有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱3，用來安裝彈簧4。裝配時使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個薄片齒輪的左、右面分別與寬齒輪的左、右面貼緊，以消除齒

30、側(cè)間隙。,圖921雙片薄齒輪錯齒消除間隙結(jié)構(gòu) (a)結(jié)構(gòu)一；(b)結(jié)構(gòu)二,2斜齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法 斜齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法與直齒圓柱齒輪傳動副中雙片薄齒輪消除間隙的思路相似，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是通過不同的方法使兩個薄片齒輪沿軸向移動合適的距離后，相當(dāng)于兩薄片斜齒圓柱齒輪的螺旋線錯開了一定的角度。兩個齒輪與寬齒輪嚙合時分別負責(zé)不同的方向(正向和反向)，從而起到消除間隙的作用。,斜齒圓柱齒輪傳動副有以下兩種調(diào)整方法。 （1）斜齒輪軸向墊片調(diào)整法。圖922所示為斜齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu)，其原理與錯齒調(diào)整法相同。薄片斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工，裝配時在兩

31、薄片齒輪間裝入已知厚度為t的墊片3，這樣它的螺旋線便錯開了，使兩薄片斜齒輪分別與寬齒輪4的左、右齒面貼緊，從而消除間隙。墊片3的厚度t與齒側(cè)間隙的關(guān)系可用下式表示：,t=cot（為螺旋角）,墊片厚度一般由測試法確定，往往要經(jīng)幾次修磨才能調(diào)整好。這種結(jié)構(gòu)的齒輪承載能力較小，且不能自動補償消除間隙，屬剛性消除間隙的范疇。,圖922斜齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu),（2）斜齒輪軸向壓簧錯齒調(diào)整法。圖923所示為斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的消隙原理與軸向墊片調(diào)整法相似，所不同的是利用薄片斜齒輪2右面的彈簧壓力使兩個薄片齒輪產(chǎn)生相對軸向位移，從而使它們的左、右齒輪面分別與寬齒輪的左、右齒面貼緊，以

32、消除齒側(cè)間隙。圖923（a）采用的是壓簧，圖923（b）采用的是碟形彈簧。 彈簧3的壓力可利用螺母5來調(diào)整，壓力的大小要調(diào)整合適，壓力過大會加快齒輪磨損，壓力過小達不到消隙作用。這種結(jié)構(gòu)能使齒輪間隙自動消除，并始終保持無間隙的嚙合，但這種結(jié)構(gòu)軸向尺寸較大，只適合于負載較小的場合。,圖923斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu),3錐齒輪傳動副消除間隙的方法 錐齒輪同圓柱齒輪一樣，可用上述類似的方法來消除齒側(cè)間隙。 （1）錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法。圖924所示為錐齒輪軸向壓簧消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個嚙合著的錐齒輪1和2，其中在裝有錐齒輪1的傳動軸5上裝有壓簧3，錐齒輪1在彈簧力的作用下可稍作軸向移動，從而消除間隙

33、。彈簧力的大小由螺母4調(diào)節(jié)。,圖924錐齒輪軸向壓簧消除間隙結(jié)構(gòu),（2）錐齒輪周向彈簧調(diào)整法。圖925為周向彈簧消除間隙結(jié)構(gòu)。將一對嚙合錐齒輪中的一個齒輪做成大小兩片1和2，在大片上制有三個圓弧槽，而在小片的端面上制有三個凸爪6，凸爪6伸入大片的圓弧槽中。彈簧4一端頂在凸爪6上，而另一端頂在鑲塊3上。為了安全起見，用螺釘5將大小片齒圈相對固定，安裝完畢之后將螺釘卸去，利用彈簧力使大小片錐齒輪稍微錯開，從而達到消除間隙的目的。,圖925錐齒輪周向彈簧消除間隙結(jié)構(gòu),4.齒輪齒條傳動副消除間隙的方法 在大型數(shù)控機床中，工作臺的行程很大，因此，它的進給運動不宜采用滾珠絲杠副來實現(xiàn)，而常采用齒輪齒條來實

34、現(xiàn)。 當(dāng)驅(qū)動時，可采用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法，分別與齒條齒槽左、右側(cè)面貼緊，從而消除齒側(cè)隙。圖926所示為齒輪齒條消除間隙結(jié)構(gòu)。進給運動由軸2輸入，通過兩對斜齒輪將運動傳給軸1和3，然后由兩個直齒輪4和5去傳動齒條，帶動工作臺移動。軸2上兩個斜齒輪的螺旋線方向相反。如果通過彈簧在軸2上作用一個軸向力F，則使斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向移動，這時軸1和軸3便以相反的方向轉(zhuǎn)過微小的角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，從而消除間隙。,圖926齒輪齒條消除間隙結(jié)構(gòu),9.2.3聯(lián)軸器 1.錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器 該機構(gòu)利用錐環(huán)對之間的摩擦實現(xiàn)軸與轂之間的無間隙連接傳遞轉(zhuǎn)矩，并可任意調(diào)節(jié)兩連接件之間的角度位置。通過選

35、擇所用錐環(huán)的對數(shù)，可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩。圖927所示為錐環(huán)(錐形夾緊環(huán))無鍵消隙聯(lián)軸器，它可使動力傳遞沒有反向間隙。螺釘5通過壓圈3施加軸向力時，由于錐環(huán)之間的楔緊作用，內(nèi)外環(huán)分別產(chǎn)生徑向彈性變形，消除配合間隙，同時產(chǎn)生接觸壓力以傳遞轉(zhuǎn)矩。為了能補償同軸度及垂直度誤差引起的干涉現(xiàn)象，可采用圖928所示的撓性聯(lián)軸器。其柔性片4分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套2相連，通過柔性片傳遞轉(zhuǎn)矩。柔性片每片厚0.25mm，材料為不銹鋼。聯(lián)軸器兩端的位置偏差由柔性片的變形抵消。,圖927錐環(huán)無鍵消隙聯(lián)軸器,圖928撓性聯(lián)軸器,2.套筒式聯(lián)軸器 圖929所示為套筒式聯(lián)軸器的幾種結(jié)構(gòu)形式。其結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小

36、，但拆裝困難(要求兩中心軸線嚴格對準，不允許存在徑向及角度偏差)，使用受到一定限制。其中，圖929（a）結(jié)構(gòu)雖簡單實用，但不太可靠；圖929（b）結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝容易，但消除周向間隙不可靠，且易松動；圖929（c）是用十字滑塊聯(lián)軸器相連，滑塊的槽口配研，這種結(jié)構(gòu)無法保證完全消除傳動間隙。,圖929套筒式聯(lián)軸器 (a)結(jié)構(gòu)一；(b)結(jié)構(gòu)二；(c)結(jié)構(gòu)三,9.2.4滾珠絲杠螺母機構(gòu) 1滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點 滾珠絲杠螺母副（簡稱滾珠絲杠副）是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖930所示。在絲杠1和螺母3上都裝有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時便形成了滾珠

37、的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道（在圖中4所指的位置），將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠4。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母（或絲杠）軸向移動。,圖930滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)原理,與傳統(tǒng)的滑動絲杠螺母副比較，滾珠絲杠螺母副具有以下優(yōu)點： (1)傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率h=0.920.96，是普通絲杠螺母副的34倍，因此功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠傳動的1/41/3。同時由于發(fā)熱小，因此可實現(xiàn)高速運動。 (2)運動平穩(wěn)無爬行。由于摩擦阻力小，動、靜摩擦系數(shù)之差極小，因此運動平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 (3)傳動精度高，

38、反向時無空程。滾珠絲杠副經(jīng)預(yù)緊后，可消除軸向間隙，因而無反向死區(qū)，同時也提高了傳動剛度。,(4)磨損小，精度保持性好，使用壽命長。 (5)具有運動的可逆性。由于摩擦系數(shù)小，不能自鎖，因而可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母均可作主動件或從動件。,滾珠絲杠副的缺點是： （1）由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絲杠和螺母等元件的加工精度和表面質(zhì)量要求高，因此制造成本高。 （2）由于不能自鎖，特別是垂直安裝的滾珠絲杠傳動，會因部件的自重而自動下降，當(dāng)部件向下運動且切斷動力源時，由于部件的自重和慣性，滾珠絲杠不能立即停止運動，因此必須增加制動裝置。,2滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)類型 滾珠絲杠

39、螺母副按其中的滾珠循環(huán)方式可分為以下兩種： (1)外循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環(huán)。圖931所示為常見的外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)。在螺母外圓上裝有螺旋形的插管口，管子的兩端插入滾珠螺母工作始末兩端孔中，以引導(dǎo)滾珠通過插管形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。這種類型的結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。目前，這種類型滾珠絲杠螺母副的應(yīng)用最為廣泛，也可用于重載傳動系統(tǒng)。,圖931外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu),(2)內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)如圖932所示，它靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道，使?jié)L珠成單圈循環(huán)。反向器2的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等。這種類型的結(jié)構(gòu)緊

40、湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小，但制造較困難，適用于高靈敏、高精度的進給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動。,圖932內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu),3滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法 滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙，其數(shù)值是指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，二者之間的最大軸向竄動量，除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，還包括施加軸向載荷后產(chǎn)生的彈性變形所造成的軸向竄動量。 由于存在軸向間隙，當(dāng)絲杠反向轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生空回誤差，從而影響傳動精度和軸向剛度。通常采用預(yù)加載荷（預(yù)緊）的方法來減小彈性變形所帶來的軸向間隙，以保證反向傳動精度和軸向剛度。但過大的預(yù)加載荷會增大摩擦阻力，降低傳動效率，縮短使用壽命。因此，一般需要經(jīng)過多次調(diào)整，以保

41、證既消除間隙又能靈活運轉(zhuǎn)。調(diào)整時，除螺母預(yù)緊外還應(yīng)特別注意使絲杠安裝部分的間隙盡可能小，并且具有足夠剛度，同時應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，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。,圖933墊片調(diào)隙式,1）雙螺母消隙 常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有： （1）墊片調(diào)隙式。如圖933所示，調(diào)整墊片厚度使左、右兩螺母產(chǎn)生軸向位移，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，但調(diào)整不便，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預(yù)緊。,（2）螺紋調(diào)隙式。如圖934所示，其中一個螺母的外端有凸緣；另一個螺母的外端沒有凸緣，而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時，即可消

42、除軸向間隙，并可達到產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。調(diào)整好后再用另一個圓螺母把它鎖緊。這種方法調(diào)整方便，且可在使用過程中隨時調(diào)整，但預(yù)緊力的大小不能準確控制。,圖934螺紋調(diào)隙式,（3）齒差調(diào)隙式。如圖935所示，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(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為z1和z2，并相差一個齒。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個螺母相對于套筒方向都轉(zhuǎn)動一個齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移，其軸向位移量s=（1/z1-1/z2)Pn。例如，z1 =80，z2=81，滾珠絲杠的導(dǎo)程Pn=6mm時，s=6/64800.001mm。這種調(diào)整方法能精確調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，

43、但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動。,圖935齒差調(diào)隙式,2）單螺母消隙 （1）單螺母變位螺距預(yù)緊。如圖936所示，將螺母的內(nèi)螺紋滾道在中部的一圈上，產(chǎn)生一個軸向L0的導(dǎo)程突變量，從而使左右端的滾珠在軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運動平穩(wěn)，特別適用于小型絲杠螺母副，但負荷量須預(yù)先設(shè)定且不能隨意改變。,圖936單螺母變位螺距預(yù)緊,（2）單螺母螺釘預(yù)緊。如圖937所示，螺母在專業(yè)生產(chǎn)工廠完成精磨之后，沿徑向開一薄槽，通過內(nèi)六角調(diào)整螺釘實現(xiàn)間隙的調(diào)整和預(yù)緊。該專利技術(shù)已成功地解決了開槽后滾珠在螺母中有良好的通過性的問題。單螺母螺釘結(jié)構(gòu)不僅具有很好的性能價格比，而且間隙的調(diào)整和預(yù)緊極為方

44、便。,圖937單螺母螺釘預(yù)緊,（3）滾珠絲杠螺母副預(yù)緊。對于滾珠絲杠螺母副，為了保證傳動精度和剛度，除消除傳動間隙外，還要求預(yù)緊。預(yù)緊力計算公式為,式中，F(xiàn)max為軸向最大工作載荷。 前述各例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(yù)緊。調(diào)整時只要使預(yù)緊力Fv=（1/3）Fmax即可。,4.滾珠絲杠的支撐 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠副本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及支撐結(jié)構(gòu)的剛度也是不可忽視的因素。如為減少受力后的變形，螺母座應(yīng)有加強肋，增大螺母座與機床的接觸面積，并且要連接可靠。另外，采用高剛度的推力軸承可提高滾珠絲杠的軸向承載能力。 滾珠絲杠的支撐

45、方式有以下幾種，如圖938所示。,圖938滾珠絲杠的支撐方式 (a)僅一端裝推力軸承;(b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承； (c)兩端裝推力軸承;(d)兩端裝推力軸承和深溝球軸承,5滾珠絲杠螺母副的維護 (1)支撐軸承的定期檢查。應(yīng)定期檢查絲杠與床身的連接是否有松動以及支撐軸承是否損壞等。如有以上問題，要及時緊固松動部位并更換支撐軸承。 (2)滾珠絲杠副的潤滑和密封。滾珠絲杠副也可用潤滑劑來提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分潤滑油及潤滑脂兩大類。潤滑油為一般機油、90180號透平油或140號主軸油。潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑油經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)，而潤滑脂則加在螺紋滾道和安裝螺

46、母的殼體空間內(nèi)。,(3)滾珠絲杠副常用防塵密封圈和防護罩。 密封圈。密封圈裝在滾珠螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈是用耐油橡皮或尼龍等材料制成的，其內(nèi)孔制成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀。接觸式密封圈的防塵效果好，但因有接觸壓力，所以會使摩擦力矩略有增加。 非接觸式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的，其內(nèi)孔形狀與絲杠螺紋滾道相反，并略有間隙。非接觸式密封圈又稱為迷宮式密封圈。,防護罩。對于暴露在外面的絲杠，一般采用螺旋鋼帶、伸縮套筒以及折疊式塑料或人造革等形式的防護罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。這幾種防護罩與導(dǎo)軌的防護罩有相似之處，其一端連接在滾珠螺母的端面上，另一端固定在滾珠絲杠的支撐座上。,

47、6.滾珠絲杠副的制動裝置 由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動時），為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。圖939所示為數(shù)控銑鏜床主軸箱進給絲杠制動示意圖。機床工作時，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開，運動由電機經(jīng)減速齒輪傳給絲杠，使主軸箱上、下移動。當(dāng)加工完畢或中間停車時，電機和電磁鐵同時斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能轉(zhuǎn)動，主軸箱便不會下落。,圖939數(shù)控銑鏜床主軸箱進給絲杠制動示意圖,,9.3床身與立柱,1床身 床身是機床的基礎(chǔ)件，必須具有足夠的靜、動剛度和精度能長久保持的特性。 1）移動立柱式臥式床身 移動立柱式臥式床身通常都采用T型床身。它是由

48、橫置的前床身(又叫橫床身)和與它垂直的后床身(又叫縱床身)組成。T型床身有整體式和分離式兩種，圖940所示為臥式加工中心分離式T型床身。,圖940臥式加工中心分離式T型床身,圖941TH6350臥式加工中心前床身截面,2）固定立柱式臥式床身 這種床身適用于小型臥式機床，它一般采用整體結(jié)構(gòu)，如圖942（a）所示。,3）斜床身 為提高床身的剛性，數(shù)控臥式車床一般采用斜床身，如圖942（b）所示。斜床身可以改善機床切削加工時的受力情況，截面可以做成封閉的腔形結(jié)構(gòu)，以提高床身剛性。內(nèi)部可以填充泥芯和混泥土等阻尼材料，在振動時利用相對磨損來耗散振動能量。,圖942固定立柱式臥式床身與斜床身 (a)固定立

49、柱式臥式床身；(b)斜床身,圖943所示為德國DNE480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖。其底座內(nèi)所填充的混凝土的內(nèi)摩擦阻力較高，再配上封泥芯的床身，使機床有較高的抗振性。該機床為四面密封結(jié)構(gòu)，中間導(dǎo)軌后有縱向肋條，縱向每隔250mm有一橫隔板。床身封閉截面可提高抗彎和抗扭剛度，縱向肋條可提高中間導(dǎo)軌的局部剛度，隔板可減少截面的變形。,圖943DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖,2立柱 1)臥式機床的立柱 臥式機床的立柱目前大部分采用的是如圖944所示的雙立柱框架結(jié)構(gòu)形式。,圖944雙立柱框架結(jié)構(gòu),大、中型臥式機床的移動立柱固定于滑座上，而小型臥式機床的立柱則直接固定于床身上。主軸箱裝在雙

50、立柱的中間，沿立柱導(dǎo)軌上下運動，如圖945所示。,圖945主軸箱與雙立柱,這類立柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是： (1)剛性高。機床切削時，主軸所受的力的作用點在立柱的中央，加之立柱為對稱形狀，則立柱受扭矩力的因素少，從而大大加強了剛度。 （2）熱對稱性強。因為主軸箱處在立柱的中央，而主軸箱又是機床的主要熱源，使立柱成為熱對稱結(jié)構(gòu)，所以減少了熱變形的影響。 （3）穩(wěn)定性好。由于立柱內(nèi)部肋板采用框架結(jié)構(gòu)箱式布置，因此使得立柱的抗彎、抗扭剛度，以及構(gòu)件的固有頻率都得到了提高。圖946所示為臥式加工中心雙立柱的橫向截面。 這類立柱結(jié)構(gòu)的缺點是：制造工藝性差，裝配、調(diào)試不方便。,圖946臥式加工中心雙立柱的橫向截面,

51、2)立式機床的立柱 因為主軸箱懸掛在立柱一側(cè)，所以一般采用封閉的箱型結(jié)構(gòu)和米字形的內(nèi)部肋板；又因為米字形肋板鑄造時比較困難，所以有些立柱仍采用井字形的肋板。由于采用平衡錘平衡主軸箱的重量，因此平衡錘一般設(shè)在立柱內(nèi)腔里，并隨主軸箱的升降而升降。采用這種平衡方式的立式機床立柱，其內(nèi)腔是中空的，為加強立柱的剛性也可以采用斜方雙層壁和對角線交叉立柱，如圖947所示。斜方雙層壁和對角線交叉肋板都有很高的抗扭剛度和抗彎剛度，而且單位重量的剛度比其他結(jié)構(gòu)的高。,圖947斜方雙層壁和對角線交叉立柱 (a)XK716型立式加工中心;(b)STAMAMCI18型立式加工中心,,9.4機床導(dǎo)軌,9.4.1對導(dǎo)軌的要

52、求 導(dǎo)軌用來支撐和引導(dǎo)運動部件沿著直線或圓周方向準確運動。運動的一方稱為動導(dǎo)軌，不動的一方稱為支撐導(dǎo)軌。為保證機床加工的精度和穩(wěn)定性，導(dǎo)軌必須滿足以下要求： （1）高的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度保證部件運動軌跡的準確性。導(dǎo)向精度受到導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形狀、組合方式、制造精度和導(dǎo)軌間隙調(diào)整等的影響。 (2）良好的耐磨性。耐磨性好可使導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度得以長久保持。耐磨性受到導(dǎo)軌副的材料、硬度、潤滑和載荷的影響。,(3）足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌剛度高，其保持形狀不變的能力就強。剛度受到導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和尺寸的影響。 (4）具有低速運動的平穩(wěn)性。低速運動的平穩(wěn)性使其運動部件在導(dǎo)軌上低速移動時，不會發(fā)生“爬行”現(xiàn)象。造成

53、“爬行”的主要因素有摩擦性質(zhì)、潤滑條件和傳動系統(tǒng)的剛度。,9.4.2數(shù)控機床上常用的導(dǎo)軌及其特點 1滑動導(dǎo)軌 1)滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) 滑動導(dǎo)軌常見的截面形狀如圖948所示。其各個平面所起的作用各不相同。在矩形和三角形導(dǎo)軌中，M面主要起支撐作用，N面是保證直線移動精度的導(dǎo)向面，J面是防止運動部件抬起的壓板面；而在燕尾形導(dǎo)軌中，M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支撐作用。,圖948滑動導(dǎo)軌常見的截面形狀 (a)矩形導(dǎo)軌；(b)三角形導(dǎo)軌；(c)燕尾槽導(dǎo)軌；(d)圓柱形導(dǎo)軌,2）滑動導(dǎo)軌的組合形式與應(yīng)用 滑動導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組成，不同的組合形式是為了滿足不同機床的工作要求。在數(shù)控機床上，滑動導(dǎo)軌的組合形式主

54、要是三角形配矩形式和矩形配矩形式。只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾式。 雙矩形導(dǎo)軌是用側(cè)邊導(dǎo)向，當(dāng)采用一條導(dǎo)軌的兩側(cè)邊導(dǎo)向時稱為窄式導(dǎo)向（圖949（a）），若分別采用兩條導(dǎo)軌的兩個側(cè)面邊導(dǎo)向則稱為寬式導(dǎo)向（圖949（b））。窄式導(dǎo)向制造容易，受熱變形影響小。,圖949窄式導(dǎo)向與寬式導(dǎo)向 (a)窄式導(dǎo)向；(b)寬式導(dǎo)向,傳統(tǒng)的鑄鐵鑄鐵和鑄鐵淬火鋼的導(dǎo)軌副，靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，低速時易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，影響運動平穩(wěn)性和定位精度，因此在數(shù)控機床上已很少采用，取而代之的是鑄鐵塑料滑動導(dǎo)軌或鑲鋼塑料滑動導(dǎo)軌。目前，塑料導(dǎo)軌的材料可分為兩種：貼塑材料和涂塑材料。,目前在國內(nèi)生產(chǎn)使

55、用的貼塑材料主要有塑料導(dǎo)軌板和塑料導(dǎo)軌軟帶兩種，它們是由聚四氟乙烯和多種金屬材料制成的復(fù)合材料。例如，塑料導(dǎo)軌板采用的是在渡銅鋼板上燒結(jié)一層多孔青銅，在青銅層間隙中扎入聚四氟乙烯及其他填料，再經(jīng)適當(dāng)處理形成金屬-氟塑料的復(fù)合體導(dǎo)軌板。這種材料的導(dǎo)軌板的摩擦系數(shù)?。s為0.040.08），并具有良好的自潤滑作用，特別適用于垂直導(dǎo)軌。,塑料導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯PTFE為基體，添加青銅粉二硫化鉬和石墨等多種填料所構(gòu)成的復(fù)合材料。在油潤滑狀態(tài)下，其摩擦系數(shù)約為0.06，使用壽命為普通鑄鐵導(dǎo)軌的810倍。塑料導(dǎo)軌軟帶有各種厚度規(guī)格，長與寬由用戶自行裁剪，采用粘貼的方法固定。由于塑料導(dǎo)軌軟帶較軟，容易被

56、硬物刮傷，因此要有良好的密封防護措施。概括起來，塑料導(dǎo)軌軟帶與其他導(dǎo)軌相比，有以下特點： （1）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個數(shù)量級。 （2）動、靜摩擦系數(shù)相近，運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。,（3）吸收振動，具有良好的阻尼特性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。 （4）耐磨性好，有自身潤滑作用，無潤滑劑也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。 （5）化學(xué)穩(wěn)定性好，耐低溫，耐強酸、強堿、強氧化劑及各種有機溶劑。 （6）維護修理方便，軟帶耐磨，損壞后更換容易。 （7）經(jīng)濟性好，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，約為滾動導(dǎo)軌成本的120。,圖950鑲粘塑料金屬導(dǎo)軌結(jié)構(gòu),2滾動導(dǎo)軌 1）滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)

57、形式 （1）滾動導(dǎo)軌塊。這是一種以滾動體作循環(huán)的滾動體。移動部件移動時，滾動體沿封閉軌道作循環(huán)運動。滾動體為滾珠或滾柱。數(shù)控機床上采用的滾柱式滾動導(dǎo)軌塊如圖951所示，它多用于中等負荷導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌塊由專業(yè)廠家生產(chǎn)，有多種規(guī)格、形式供用戶選用。使用時，導(dǎo)軌塊裝在運動部件上，每一導(dǎo)軌應(yīng)至少用兩塊或更多塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目取決于導(dǎo)軌的長度和負載的大小。與之相對的導(dǎo)軌多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。,圖951滾柱式滾動導(dǎo)軌塊 (a)單元滾動塊;(b)在加工中心上的應(yīng)用,(2)直線滾動導(dǎo)軌。直線滾動導(dǎo)軌又稱單元直線滾動導(dǎo)軌。它除導(dǎo)向外還能承受顛覆力矩，其制造精度高，可高速運行，并能長時間保持精度，通過預(yù)加負載可提高剛性

58、，具有自調(diào)的能力，安裝基面允許誤差大。直線滾動導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu)如圖952所示。導(dǎo)軌體固定在不動部件上，滑塊固定在運動部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體移動時，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負荷到非工作負荷區(qū)，然后再滾動回到工作負載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把滾動體和滑塊之間的移動變成了滾珠的滾動。為防止灰塵和臟物進入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均有塑料密封墊?；瑝K上還有潤滑油注油杯，只要定期將鋰基潤滑脂放入潤滑油注油杯即可實現(xiàn)潤滑。,圖952直線滾動導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu),2)滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊 為了提高滾動導(dǎo)軌的剛度，應(yīng)對滾動導(dǎo)軌進行預(yù)緊。預(yù)緊可提高接觸剛度，消除間隙；在立式滾動導(dǎo)軌上，預(yù)

59、緊可防止?jié)L動體脫落和歪斜。常見的預(yù)緊方法有以下兩種： （1）采用過盈配合。預(yù)加載荷大于外載荷，預(yù)緊力產(chǎn)生過盈量23m，過大會使牽引力增加。若運動部件較重，其重力可起預(yù)加載荷作用，若剛度滿足要求，可不施預(yù)加載荷。 （2）調(diào)整法。調(diào)整螺釘、斜塊或偏心輪來進行預(yù)緊。 圖953為滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊方法。,圖953滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊方法 (a)滾柱或滾針導(dǎo)軌自由支撐;(b)滾柱或滾針導(dǎo)軌預(yù)加載荷； (c)交叉式滾柱導(dǎo)軌;(d)循環(huán)式滾動導(dǎo)軌塊,3.液壓導(dǎo)軌 液壓導(dǎo)軌在機床上的使用主要是靜壓導(dǎo)軌。在靜壓導(dǎo)軌兩個相對運動的導(dǎo)軌面間通入壓力油，可使運動件浮起。在工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油壓能隨外加負載的變化自動調(diào)

60、節(jié)，以平衡外加負載，保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài)。所以靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極?。s0.0005）、功率消耗小、導(dǎo)軌不會磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長。油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性高、吸振性良好，導(dǎo)軌運行平穩(wěn)，既無爬行，也不會產(chǎn)生振動。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要一套有良好過濾效果的液壓裝置，因此制造成本較高。目前，靜壓導(dǎo)軌較多應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機床上。,靜壓導(dǎo)軌按導(dǎo)軌形式可分為開式和閉式兩種，數(shù)控機床用閉式的靜壓導(dǎo)軌。閉式靜壓導(dǎo)軌按供油方式可分為恒壓（即定壓）供油和恒流（即定量）供油兩種。恒壓供油方式中以毛細管節(jié)流和單面薄膜反饋節(jié)流用得較多，其原理如圖954所示。

61、,圖954閉式靜壓導(dǎo)軌恒壓供油原理,9.4.3導(dǎo)軌的潤滑與防護 1導(dǎo)軌的潤滑 1)潤滑方法 導(dǎo)軌最簡單的潤滑方式是人工定期加油或用油杯供油。這種方法簡單、成本低，但不可靠，一般用于調(diào)節(jié)輔助導(dǎo)軌及運動速度低、工作不頻繁的滾動導(dǎo)軌。對運動速度較高的導(dǎo)軌大都采用潤滑泵，以壓力油強制潤滑。這樣不但可連續(xù)或間歇供油給導(dǎo)軌進行潤滑，而且可利用油的流動沖洗和冷卻導(dǎo)軌表面。為實現(xiàn)強制潤滑，機床必須備有專門的供油系統(tǒng)。圖955為某加工中心導(dǎo)軌的潤滑系統(tǒng)。,圖955加工中心導(dǎo)軌的潤滑系統(tǒng),2)對潤滑油的要求 在工作溫度變化時，潤滑油粘度變化要小，要有良好的潤滑性能和足夠的油膜剛度，油中雜質(zhì)盡量少且不浸蝕機件。常用

62、的全損耗系統(tǒng)用油有LAN10、15、32、42、68，精密機床導(dǎo)軌油LHG68，汽輪機油LTSA32、46等。,2導(dǎo)軌的防護 為了防止切屑、磨粒或冷卻液散落在導(dǎo)軌面上而引起磨損、擦傷和銹蝕，導(dǎo)軌面上應(yīng)有可靠的防護裝置。常用的刮板式、卷簾式和疊層式防護罩，大多用于長導(dǎo)軌機床上，如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等。另外，還有手風(fēng)琴式的伸縮式防護罩等。在機床使用過程中應(yīng)防止損壞防護罩，對疊層式防護罩應(yīng)經(jīng)常用刷子蘸機油清理移動接縫，以避免發(fā)生碰殼現(xiàn)象。,,9.5自動換刀裝置,9.5.1自動換刀裝置的分類 加工中心自動換刀裝置根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)可分為：轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置、無機械手式自動換刀裝置和有機械手式自動換刀裝置。

63、其中，轉(zhuǎn)塔式不帶刀庫，而后兩種帶刀庫。 1.不帶刀庫的自動換刀裝置 轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置又分回轉(zhuǎn)刀架式和轉(zhuǎn)塔頭式兩種?；剞D(zhuǎn)刀架式用于各種數(shù)控車床和車削中心機床，轉(zhuǎn)塔頭式多用于數(shù)控鉆、鏜、銑床。,1）回轉(zhuǎn)刀架式換刀 回轉(zhuǎn)刀架式換刀是一種簡單的自動換刀裝置。在回轉(zhuǎn)刀架各刀座安裝或夾持著各種不同用途的刀具，通過回轉(zhuǎn)刀架的轉(zhuǎn)位實現(xiàn)換刀。回轉(zhuǎn)刀架可在回轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向安裝刀具。在數(shù)控車床上，回轉(zhuǎn)刀架和其上的刀具布置大致有以下幾種類型： （1）一個回轉(zhuǎn)刀架，外圓類、內(nèi)孔類刀具混合放置。單回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床如圖956所示。,圖956單回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床,（2）兩個回轉(zhuǎn)刀架，分別布置外圓和內(nèi)孔類刀具。雙回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控

64、車床如圖957所示，上刀架的回轉(zhuǎn)軸與主軸平行，用于裝外圓類刀具；下刀架的回轉(zhuǎn)軸與主軸垂直，用于裝內(nèi)孔類刀具。,圖957雙回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床,（3）雙排回轉(zhuǎn)刀架，外圓類、內(nèi)孔類刀具分別布置在刀架的一側(cè)面。雙排回轉(zhuǎn)刀架外形如圖958所示?；剞D(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸與主軸傾斜，每個刀位上可裝兩把刀具，用于加工外圓和內(nèi)孔。,圖958雙排回轉(zhuǎn)刀架外形圖,回轉(zhuǎn)刀架的工位數(shù)最多可達20多個，但最常用的是8、10、12和16工位4種。工位數(shù)越多，刀間夾角越小，非加工位置刀具與工件相碰而產(chǎn)生干涉的可能性就越大，因此在刀架布刀時要給予考慮，避免發(fā)生干涉現(xiàn)象。 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力

65、，減小刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。回轉(zhuǎn)刀架還要選擇可靠的定位方案和定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度。,CK3263系列數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)如圖959所示，回轉(zhuǎn)刀架的升起、轉(zhuǎn)位、夾緊等動作都是由液壓驅(qū)動的。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令以后，液壓油進入液壓缸1的右腔，通過活塞推動刀架中心軸2將刀盤3左移，使定位副端齒盤4和5脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位作好準備。齒盤處于完全脫開位置時，嚙合狀態(tài)行程開關(guān)ST2發(fā)出轉(zhuǎn)位信號，液壓馬達帶動轉(zhuǎn)位凸輪6旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動回轉(zhuǎn)盤7上的分度柱銷8使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動中心軸及刀盤作分度轉(zhuǎn)動。凸輪每轉(zhuǎn)過一周撥過一個柱銷，使刀盤旋轉(zhuǎn)一個工位(

66、1n周，n為刀架工位數(shù)，也等于柱銷數(shù))。刀架中心軸的尾端固定著一個有n個齒的凸輪，每當(dāng)中心軸轉(zhuǎn)過一個工位時，凸輪壓合計數(shù)行程開關(guān)ST1一次，開關(guān)將此信號送入控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定工位時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使液壓馬達剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止運動，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時，液壓缸1左腔進油，通過活塞將刀架中心軸和刀盤拉回，端齒盤嚙合，刀盤完成精定位和夾緊動作。刀盤夾緊后，刀架中心軸尾部將ST2壓下，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號。,圖959CK3263系列數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)簡圖,刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動采用圓柱凸輪步進傳動機構(gòu)，其工作原理如圖960所示。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸輪輪廓。從動回轉(zhuǎn)盤端面有多個柱銷，柱銷數(shù)量與工位數(shù)相等。當(dāng)凸輪按圖中所示方向旋轉(zhuǎn)時，B銷先進入凸輪輪廓的曲線段，這時凸輪開始驅(qū)動回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位，與此同時，A銷與凸輪輪廓脫開。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過180時，B銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段，同時與B銷相鄰的C銷開始與凸輪的直線輪廓的另一側(cè)面接觸，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)盤不動，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。由于凸輪是一個兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以凸輪在正反轉(zhuǎn)時均可帶動回轉(zhuǎn)盤作正反方向的旋轉(zhuǎn)，因此