第3章数控机床的机械结构课件.ppt

1、第第3章章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构本章概述本章概述 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。两部件详细介绍。教学目标教学目标1.1.掌握数控机床的主要结构特点。掌握数控机床的主要结构特点。2.2.掌握机床主传动系统的功能，理解主轴的调速方法。掌握机床主传动系统的功能，理解主轴的调速方法。3.3.掌

2、握数控机床进给系统的特点，理解滚珠丝杠螺母副工作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。数控机床常用导轨分类。4.4.了解数控车床刀架，熟悉回转刀架换刀过程，掌握刀具的了解数控车床刀架，熟悉回转刀架换刀过程，掌握刀具的交换方式及应用场合。交换方式及应用场合。5.5.了解数控回转工作台的工作原理。了解数控回转工作台的工作原理。下一页第第3章章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构3.1 数控机床的机械结构特点数控机床的机械结构特点3.2 数控机床主传动系统数控机

3、床主传动系统3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介3.4自动换刀装置自动换刀装置3.5回转工作台回转工作台3.6 小锦囊小锦囊3.1 数控机床的机械结构特点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在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的

4、薄弱环节进行人为补偿，所以数控弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎机床几乎在任何方面均要求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完全新颖的结构及元件。数控机床的主要结构特点如下点如下:返回下一页3.1 数控机床的机械结构特点数控机床的机械结构特点1

5、.1.高灵敏度高灵敏度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，电机驭动，经滚珠丝杠传动，减少了

6、进减少了进给系统所需要的驭动给系统所需要的驭动扭矩，扭矩，提高了定位提高了定位精度和运动平稳性精度和运动平稳性。2.2.高抗振性高抗振性数控机床的一些运动部件，除应具有高刚度、高灵敏度外，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。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改善动态特性的方法是:提

7、高系统的静刚度，增加阻尼提高系统的静刚度，增加阻尼(例如，例如，采用三支承主轴，后支承就有利于消振采用三支承主轴，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，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。等等。上一页返回下一页3.1 数控机床的机械结构特点数控机床的机械结构特点3.3.高精度保持性高精度保持性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开动比(比普通机床高比普通机床高2-32-3倍倍)，因此必须提高机床的寿命和精，因此必须提高机床的寿

8、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，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。以提高运动部件的耐磨性。4.4.刀具先进刀具先进一般的数控机床，其主轴转速要比普通机床主轴转速高一般的数控机床，其主轴转速要比普通机床主轴转速高1 1

9、一一2 2倍，某些特殊用途的数控机床，其主轴转速高达数万转。因倍，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，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数控机床的机械结构特

10、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，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。研究，来提高刀具质量并为刀具选择及使用提供依据。5.5.高刚度高刚度数控机床要在高速和重负荷条件下工作，因此，机床的床身、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，均需具有很高的刚立柱、主轴

11、、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。例如度，工作中应无变形或振动。例如:有的床身采用双壁结构，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，并适当预紧的措施以外，还要采用高刚度的轴承，并适当预紧;增加刀架增加刀架底座尺寸，减少刀具的悬伸，以适应稳定的重切削，等等。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

12、床的机械结构特点数控机床的机械结构特点6.6.热变形小热变形小机床的主轴、工作台、刀架等运动部件，在运动中常易产生机床的主轴、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。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、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

13、速运动导轨副的摩擦特性。如丝杠螺母副、高速运动导轨副的摩擦特性。如MJ-SOCNCMJ-SOCNC数控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，并严格控制注入量控制注入量，使主轴温升很低。对于产生大量切屑的数控机，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。床，一般都带有良好的自动排屑装置，等等。7.7.高可靠性高可靠性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数控机床在自动或半自动条件

14、下工作，尤其在柔性制造系统中的数控机床，可在中的数控机床，可在24 h24 h运转中实现无人管理，这就要求机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，必须保证在交换装置等部件，必须保证在长期工作中十分可靠。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，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

15、装在主轴内的工件或刀具实现主运动使安装在主轴内的工件或刀具实现主运动。3.2.13.2.1主传动系统的特点主传动系统的特点数控机床与普通机床相比具有以下特点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的需要;传动链短，以保证机床主传动的精度传动链短，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。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数控

16、机床主传动系统二、数控机床主轴的调速方法二、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

17、大，大中型数控机床多采用无级变速与分级变速范围尽可能大，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，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。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，如数控机床主传动系统主要有四种配置方式，如图图3-13-1所示。所示。上一页 下一页返回3.2 数控机床主传动系统数控机床主传动系统1.1.通过带传动的主传动通过带传动的主传动如如图图3-1 3-1(a)(a)所示，这种传动主要应用在转速较高、变速范所示，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

18、速就能够满足要求，不用围不大的机床上。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。常用的带传动有高速、低扭矩特性要求的主轴。常用的带传动有V V带传动和同带传动和同步齿形带传动步齿形带传动。2.2.带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动这是大、中型这是大、中型数控机床采用的一种配置方式。如图数控机床采用的一种配置方式。如图3-1 (b)3-1 (b)所示，通过所示，通过少数几对少数几对齿轮降速，扩大输出扭矩，以满足主轴齿轮降速，扩大输出扭矩，以满足主轴低速时对输出扭矩特

19、性的要求。一部分小型数控机床也采用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。实现。上一页 下一页返回3.2 数控机床主传动系统数控机床主传动系统3.3.内装电动机主轴传动结构内装电动机主轴传动结构如图如图3-1(c)3-1(c)所示，这种主传动方式大大所示，这种主传动方式大大简化了主轴简化了主轴箱体与主箱体与主轴的结构，有效地轴的结构，有效地提高了主轴提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭

20、矩部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴精度影响较大小，电动机发热对主轴精度影响较大。4.4.用两个电动机分别驱动主轴用两个电动机分别驱动主轴如图如图3-1(d)3-1(d)所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述所示，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，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，速和扩大变速范围的作用。这样就使恒功率区增大，扩大了扩大了变速变速范围，范

21、围，克服了低速克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷用的缺陷。上一页 下一页返回3.2 数控机床主传动系统数控机床主传动系统3.2.33.2.3数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件，既要满足精加工时精度较高的要求，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、精密自动化机床上，一般数控

22、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。刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。1.1.主轴的支承与润滑主轴的支承与润滑数控机床主轴的支承可以有多种配置形式。数控机床主轴的支承可以有多种配置形式。图图3-23-2所示为所示为TND360TND360型数控车床主轴部件结构。因为主轴在切削时承受较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，

23、所以轴径设计得比较大。前轴承为三个角接触大的切削力，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，接触角为球轴承，前面两个轴承开口朝向主轴前端，接触角为250250，用，用以承受轴向切削力以承受轴向切削力;第三个轴承开口朝里，接触角为第三个轴承开口朝里，接触角为140140。三。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

24、压套进行预紧。轴承预紧量预先配好，直径向载荷，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接装配即可，无须修磨。主轴为空心，通过棒料的直径可达60mm60mm。数控车床主轴有的采用油脂润滑，迷宫式密封数控车床主轴有的采用油脂润滑，迷宫式密封;有的采用集中有的采用集中强制润滑强制润滑。为了保证。为了保证润滑的可靠性，常以压力继电器作为失润滑的可靠性，常以压力继电器作为失压报警装置压报警装置。2.2.卡盘卡盘为了减少为了减少辅助时间、降低劳动强度，并适应自动化和半自动辅助时间、降低劳动强度，并适应自动化和半自动化加工的需要，数控车床多采用化加工的需

25、要，数控车床多采用动力卡盘动力卡盘装夹工件装夹工件。目前使。目前使用用较多的是自动定心液压较多的是自动定心液压动力卡盘动力卡盘，该卡盘该卡盘主要由引油导套、主要由引油导套、液压缸液压缸和卡盘和卡盘三部分组成三部分组成。上一页 下一页返回3.2 数控机床主传动系统数控机床主传动系统图图3-33-3所示为数控车床上采用的一种液压动力自定心卡盘，所示为数控车床上采用的一种液压动力自定心卡盘，卡盘卡盘3 3用螺钉固定在主轴用螺钉固定在主轴(短锥定位短锥定位)上，液压缸上，液压缸5 5固定在主轴固定在主轴后端。改变液压缸左、右腔的通油状态，活塞杆后端。改变液压缸左、右腔的通油状态，活塞杆4 4带动卡盘内

26、带动卡盘内的驱动爪的驱动爪1 1和卡爪和卡爪2 2，夹紧或放松工件，并通过行程开关，夹紧或放松工件，并通过行程开关6 6和和7 7发出相应信号。发出相应信号。3.3.刀具自动装卸及切屑清除装置刀具自动装卸及切屑清除装置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。如置。如图图3-43-4所示，主轴前端有所示，主轴前端有7:247:24的锥孔，用于装夹锥柄的锥孔，用于装夹锥柄刀具。端面键刀具。端面键1313既作刀具定位用又可传递转矩

27、。为了实现刀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。从图具的自动装卸，主轴内设有刀具自动夹紧装置。从图3-43-4中中可以看出，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，弹簧油，弹簧1111推动活塞推动活塞6 6上上移，处于图示位置，拉杆移，处于图示位置，拉杆4在碟形弹在碟形弹簧簧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四个钢球12

28、进入主轴孔中直径较小的进入主轴孔中直径较小的d2处，如图处，如图3-4 (b)所示，被迫径向收拢而卡进拉钉所示，被迫径向收拢而卡进拉钉2的环形凹槽内，因而刀杆的环形凹槽内，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，活塞力油进入液压缸上腔，活塞6 6推动拉杆推动拉杆4 4向下移动，碟形弹簧向下移动，碟形弹簧被压缩被压缩;当钢球当钢球1212随拉杆一起下移至主轴孔中直径较大的随拉杆一起下移至主轴孔中直径较大的d d，处时，它就不再能约束拉钉的头部，

29、紧接着拉杆前端内孔的处时，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。此时行程开关抬肩端面碰到拉钉，把刀夹顶松。此时行程开关1010发出信号，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 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，液压缸后，液压缸7 7接通回油，碟形弹簧接通回油，碟形弹簧5 5又拉紧刀夹。刀夹拉紧后，又拉紧

30、刀夹。刀夹拉紧后，行程开关行程开关8 8发出信号。发出信号。上一页 下一页返回3.2 数控机床主传动系统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。为了保证使零件报废。为了保证主轴锥孔的清洁，常用

31、压缩空气吹屑。主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图图3-4 (a)3-4 (a)中活塞中活塞6 6的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经拉杆动时，压缩空气经拉杆4 4吹出，将锥孔清理干净。喷气小孔设吹出，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。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数控机床主传动系统 4.4.主轴准停装置主轴准停装置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

32、的周向位置上，以保证换刀时主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。图提高孔加工时孔径的一致性。图3-43-4所示主轴部件采用的是所示主轴部件采用的是电气准停装置，其工作原理如电气准停装置，其工作原理如图图3-53-5所示。带动主轴旋转的所示。带动主轴旋转的多楔带轮多楔带轮1 1的端面上装有一个厚垫片的端面上装有一个厚垫片4 4，垫片上装有一个体积，垫

33、片上装有一个体积很小的永久磁铁很小的永久磁铁3 3，在主轴箱箱体主轴准停的位置上装有磁传，在主轴箱箱体主轴准停的位置上装有磁传感器感器2 2。当机床需要停车换刀时，数控系统发出主轴停转指令，。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、永久磁铁久磁铁3 3对准磁传感器对准磁传感器2 2时，后者发出准停信号。此信号经放时，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

34、度在士位置上。这种装置可以保证主轴准停的重复精度在士1 1范围范围内。内。上一页 下一页返回3.2 数控机床主传动系统数控机床主传动系统 5.5.高速精密主轴结构高速精密主轴结构高速切削是高速切削是2020世纪世纪7070年代后期发展起来的新工艺。这种工艺采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最佳切削速度可达2 500-4 SOOm2 500-4 SOOm/min/min，加工钢件为，加工钢件为400-1 400-1 600m/min600m/min，加工铸件为，加工铸件

35、为800-2 000m/mnin800-2 000m/mnin，进给速度也相应提高，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。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那样高的精度和刚度。为此，应精确制造主轴零件并进

36、行动平衡。另外，还应重视主轴驭动、冷却、支承、润滑、刀具夹紧衡。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。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。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、没有磨承是利用电磁力使主轴悬浮在磁

37、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10 00010 000次次/s/s的速度计算出校正主轴位置的电流值。的速度计算出校正主轴位置的电流值。图图3-63-6所所示是瑞士示是瑞士IBAGIBAG公司开发的内装高频电动机的主轴部件，其采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。用的是激磁式磁力轴承。上一页返回3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介数控机床的进给运动是数字控制的直

38、接对象，无论是点位控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、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。低摩擦、低惯量、无传动间隙等特点。(1)(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

39、其支承结构的刚度。刚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。择丝杠尺寸，以及对丝杠螺母副、支承部件等进行预紧。(2)(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

40、高于伺服驭动系统的固有频率频率高于伺服驭动系统的固有频率2-32-3倍。倍。下一页返回3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介(3)(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，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，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。以降低传动摩擦。(4)(4)低运动惯量进给系统由于经常进行启动、停止、变速和反低运动惯量进给系统由于经常进行启动、停止、变速和反

41、向，加上数控机床切削速度高，高速运转的零部件对其惯性向，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。及各传动元件的直径。(5)(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、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

42、间隙的结构措施。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3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介3.3.13.3.1滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副1.1.工作原理及特点工作原理及特点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，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，其结构如其结构如图图3-73-7所示。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，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。滚珠既自转又沿杠相对于螺母旋转时，

43、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。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传动效率高，滚珠丝杠螺母副的传动效率可达到92%98%92%98%，是普通丝杠螺母副的是普通丝杠螺母副的3-43-4倍倍运动平稳无爬行，由于摩擦阻力小，动静摩擦系数相近，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

44、小，故磨损很小使用寿命长，因为滚动摩擦小，故磨损很小,精度保持性好，精度保持性好，寿命长寿命长;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。死区，同时也提高了传动刚度。上一页 下一页返回3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介 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缺点:.结构复杂，制造成本高结构复杂，制造成本高;.不能自锁，由于摩擦

45、系数小不能自锁，因而不仅可以将旋转不能自锁，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。置。2.2.结构类型结构类型 (1)(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。外循环和内循环。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

46、循环或插管返回丝杠螺母间重新进入循环)如如图图3-8 3-8 (a)(a)所示，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3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介的始末端，以引导滚珠进入插管回流，形成如图的始末端，以引导滚珠进入插管回流，形成如图3-8(b)3-8(b)所示所示的多圈循环链。外循环结构简单，工艺性好，承载能力高，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。但由于插管的存在其径向尺寸较大。内循环如内循环如图图3-93-9所示，靠螺母上安装的反向器接通相邻的所

47、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、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。系统。(2)(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。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

48、消除间隙时应注意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。消除了间隙，又能灵活运转。下一页上一页返回3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介除了少数采用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外，常用的消除了少数采用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外

49、，常用的消隙结构有以下三种隙结构有以下三种:双螺母垫片式消隙。如双螺母垫片式消隙。如图图3-103-10所示，调整垫片的厚度使左所示，调整垫片的厚度使左右螺母间产生轴向位移，就可以达到消除间隙和产生预紧力右螺母间产生轴向位移，就可以达到消除间隙和产生预紧力的作用。这种结构简单可靠、刚性好，但调整费时，调整精的作用。这种结构简单可靠、刚性好，但调整费时，调整精度不高，且不能在使用中随时调整。度不高，且不能在使用中随时调整。双螺母螺纹式消隙。如双螺母螺纹式消隙。如图图3-113-11所示，两个螺母以平键与螺所示，两个螺母以平键与螺母座相连，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。两个圆螺母座相连，其中右

50、边的一个螺母外伸部分有螺纹。两个圆螺母能使螺母相对母能使螺母相对LL杠做轴向移动，其中杠做轴向移动，其中1 1为调整螺母，为调整螺母，2 2为锁为锁紧螺母。这种结构调整方便，且可在使用过程中随时调整，紧螺母。这种结构调整方便，且可在使用过程中随时调整，但预紧力大小不易准确控制。但预紧力大小不易准确控制。上一页 下一页返回3.3数控机床进给系统简介数控机床进给系统简介双螺母齿差式消隙。如双螺母齿差式消隙。如图图3-123-12所所示，在两个螺母的凸缘上示，在两个螺母的凸缘上分别制有齿数为分别制有齿数为z z1 1、z z2 2的圆柱齿轮，且齿数差的圆柱齿轮，且齿数差z z1-1-z z2 2=1