第二章数控机床的机械结构与传动课件.ppt

1、2023-7-31第二章数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械第二章数控机床的机械结构与传动结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动 机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运动和动作指令，都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动和动作，才能实现数控机床的功能，并保证数控系统性能的要求。第二章数控机床的机械结构与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构

2、与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动 机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运动和动作指令，都必须由

3、机床本体转换成真实的、准确的机械运动和动作，才能实现数控机床的功能，并保证数控系统性能的要求。数控机床的本体由下列各部分组成：数控机床的本体由下列各部分组成：1.机床基础件，床身，底座，立柱，滑座，工作台等。支承作用。2.主传动系统，实现主运动。3.进给系统，实现进给运动。4.实现某些部件动作和某些辅助功能的装置，液压，气动，润滑，冷却，防护，排屑。5.实现工件回转、分度定位的装置和附件，回转工作台。6.刀库、刀架和自动换刀装置（ATC）7.托盘交换装置(APC)8.特殊功能装置，如刀具破损监测、精度检测和监控装置等。其中，其中，1 4为基本件，为基本件，5 8为可选件。为可选件。第二章数控机

4、床的机械结构与传动第一节第一节 概述概述1.1 1.1 数控机床对机械结构的基本要求数控机床对机械结构的基本要求 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动1）较高的机床静、动刚度及良好的抗振性；2）减小机床的热变形；3）减少运动件间的摩擦和消除传动间隙；4）提高机床的寿命和精度保持性；5）操作方便安全可靠。第二章数控机床的机械结构与传动1、高精度、高精度2、高速度、高速度3、高自动化、高自动化要求数控机床必须具有很高的要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性强度、刚度和抗振性 因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通机床有较大因此，数控机床的功能要求和设计要求与普通

5、机床有较大的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面：的差异。数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面：1、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能；、具有大切削功率，高的静、动刚度和良好的抗振性能；2、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性；、具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性；3、具有实现辅助操作自动化的结构部件。、具有实现辅助操作自动化的结构部件。第二章数控机床的机械结构与传动1 1、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性 （1 1）提高刚度的原因）提高刚度的原因在重载荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形，在重载

6、荷的作用下，机床的各部件、构件会受力变形，引起刀具和工件的相对位置的变化引起刀具和工件的相对位置的变化机床刚度差机床刚度差影响机床抗振性影响机床抗振性刚度刚度:是指支承件在是指支承件在恒定载荷恒定载荷或或交变载荷交变载荷作用下抵抗变形的能力作用下抵抗变形的能力(静刚度静刚度)(动刚度动刚度)第二章数控机床的机械结构与传动1 1、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性、较高的机床静、动刚度及良好的抗振性 结构的结构的刚度直接影响机床的精度和动态性能刚度直接影响机床的精度和动态性能。机床。机床的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、固有频

7、率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措固有频率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措施有：施有：改善机械部分构件；利用平衡机构补偿部件变性；改善机械部分构件；利用平衡机构补偿部件变性；改善并构件间的连接形式；缩短传动链，适当加大传动轴，改善并构件间的连接形式；缩短传动链，适当加大传动轴，对轴承和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。对轴承和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。第二章数控机床的机械结构与传动（2 2）提高刚度的措）提高刚度的措施施 合理选择支承件的结构形式合理选择支承件的结构形式措施措施1 支承件截面形状支承件截面形状尽量选用抗弯的尽量选用抗弯的方截面方截面和抗扭和抗扭的的圆截面

8、圆截面或采用或采用封闭型床身封闭型床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构第二章数控机床的机械结构与传动措施措施2 合理布置支承件隔板的合理布置支承件隔板的筋条筋条 隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它隔板的作用是将作用于支承板的局部载荷传递给其它壁板壁板,从而使整个支承件承受载荷从而使整个支承件承受载荷,提高支承件的自身刚度提高支承件的自身刚度“T”形隔板连接，主形隔板连接，主要提高水平面抗弯刚要提高水平面抗弯刚度，对提高垂直面抗度，对提高垂直面抗弯刚度和抗扭刚度不弯刚度和抗扭刚度不显著，多用在刚度要显著，多用在刚度要求不高的床身上求不高的床身上（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施

9、第二章数控机床的机械结构与传动“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚度，对中心距超过度，对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显著的长床身，效果最为显著（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较都比较高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多多（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易（2 2）提高刚度的措）提高

10、刚度的措施施第二章数控机床的机械结构与传动措施措施3 增加增加导轨与支承件导轨与支承件的的连接部分的刚度连接部分的刚度连接刚度连接刚度:支承件在连接处抵抗变形的能力支承件在连接处抵抗变形的能力,称为支承件的称为支承件的连连 接刚度接刚度.（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动措施措施4 增加机床各部件的增加机床各部件的接触刚度接触刚度和和承载能力承载能力u 采用采用刮研刮研的方法增加单位面积上的接触点的方法增加单位面积上的接触点u 在结合面之间施加足够大的在结合面之间施加足够大的预加载荷预加载荷,增加接触面积增加接触面积（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施第

11、二章数控机床的机械结构与传动合理的结构布局合理的结构布局（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动合理选用构件的材料合理选用构件的材料床身、立柱等支承件采用床身、立柱等支承件采用钢板或型钢钢板或型钢焊接焊接 增加刚度、减轻重量、提高抗振性增加刚度、减轻重量、提高抗振性铸件铸件:容易获得复杂结构的支承件容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大铸铁的内摩擦力大,阻尼阻尼 系数大系数大,振动的衰减性能好振动的衰减性能好,成本低成本低.铸件的周期较长铸件的周期较长,需做木型模需做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷易产生缩孔、气泡等缺陷焊接件焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比

12、铸件减轻钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%，不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品不需要木模和浇注，生产周期短，不易出现废品（2 2）提高刚度的措施）提高刚度的措施第二章数控机床的机械结构与传动（2 2）提高抗振性的措施）提高抗振性的措施 高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的振动，是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振振动，是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振性的主要措施有：对机床高速转旋转部件，特别是主轴性的主要措施有：对机床高速转旋转部件，特别是主轴部件进行部件进行动平衡动平衡，对传动部件进行，对传动部件进行消隙处理

13、消隙处理，减少机床，减少机床激振力；提高机械部件的激振力；提高机械部件的静态刚度和固有频率静态刚度和固有频率，避免共，避免共振，在机床结构大件中振，在机床结构大件中充填阻尼材料充填阻尼材料，在大件，在大件表面喷涂表面喷涂阻尼涂层阻尼涂层抑制振动等。抑制振动等。第二章数控机床的机械结构与传动措施措施1 采用采用封砂床身封砂床身结构结构在铸件中不清除砂心，在焊在铸件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力，提高抗振性。擦阻力，提高抗振性。第二章数控机床的机械结构与传动人造大理石床身（混凝土聚合物）人造大理石床身（混凝土聚合物）措施措施2 采用混凝土、树脂混凝土或

14、人造花岗岩作支承件的材采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料料第二章数控机床的机械结构与传动天然大理石床身天然大理石床身第二章数控机床的机械结构与传动2 2、减少机床的热变形、减少机床的热变形 引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热，摩引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热，摩擦以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有：擦以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有：采采用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等低能耗执行元件低能耗执行元件，减，减少热量的产生；少热量的产生；简化传动系统的结构简化传动系统的结构，减少传动齿轮、传动，减少传动齿

15、轮、传动轴，轴，采用低摩擦系数的导轨和轴承采用低摩擦系数的导轨和轴承，减少摩擦发热；，减少摩擦发热；改善散改善散热条件热条件、增加隔热措施增加隔热措施、对发热部件（如：电柜、丝杆、油、对发热部件（如：电柜、丝杆、油箱等）进行箱等）进行强制冷却强制冷却，吸收热量，避免温升；采用，吸收热量，避免温升；采用对称结构对称结构设计设计，使部件均匀受热；对，使部件均匀受热；对切削部切削部分采用高压、大流量冷却分采用高压、大流量冷却系统系统冷却冷却等等。等等。第二章数控机床的机械结构与传动减少热变形的措施：减少热变形的措施：减少发热减少发热将热源从主机中将热源从主机中分离分离出去出去措施措施1 主运动采用直

16、流或交流调速电动机进行无级调速主运动采用直流或交流调速电动机进行无级调速 减少传动轴和传动齿轮数量减少传动轴和传动齿轮数量 减少主传动箱内的发热量减少主传动箱内的发热量措施措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承采用低摩擦系数的导轨和轴承 采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承第二章数控机床的机械结构与传动主轴主轴冷却风管冷却风管对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却 控制温升控制温升第二章数控机床的机械结构与传动主轴主轴冷却风管冷却风管对机床热源进行强制冷却对机床热源进行强制冷却第二章数控机床的机械结构与传动对称结构立柱措施措施1 采用对称原则设计数控机床结构采用对

17、称原则设计数控机床结构 改善机床结构改善机床结构第二章数控机床的机械结构与传动机床排屑系统机床排屑系统措施措施2 采用排屑系统采用排屑系统第二章数控机床的机械结构与传动倾斜床身倾斜床身措施措施2 采用排屑系统采用排屑系统第二章数控机床的机械结构与传动采用热对称结构及热平衡措施，使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这样，刀尖沿工件切向的偏移对工件径向尺寸的变化影响极小。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。进行热变形补偿进行热变形补偿第二章数控机床的机械结构与传动3 3、减少运动件间的摩擦和消除传动间隙、减少运动件间的摩擦和消除传动间隙措施措施1 采用滚动导轨或静压导轨来

18、减少摩擦副之间的摩采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦擦措施措施2 采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动采用滚珠丝杠或无间隙齿轮传动减小摩擦减小摩擦第二章数控机床的机械结构与传动4 4、提高机床寿命和精度保持性、提高机床寿命和精度保持性措施措施1 采用耐磨性好的零部件采用耐磨性好的零部件措施措施2 机床运动部件间具有良好的润滑机床运动部件间具有良好的润滑第二章数控机床的机械结构与传动5 5、操作方便安全可靠、操作方便安全可靠 数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自闭或半封闭防护，机械结构大大

19、简化，易于操作及实现自动化。动化。第二章数控机床的机械结构与传动便于操作的机床结构便于操作的机床结构第二章数控机床的机械结构与传动 数控机床的总体布局数控机床的总体布局 机床的总体布局直接影响到机床的结构和机床的总体布局直接影响到机床的结构和性能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构性能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改更简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改善机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使善机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使机床满足数控化的要求。机床满足数控化的要求。第二章数控机床的机械结构与传动工作台完成进给工作台完成进给 数

20、控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。（a）适应较轻工件；）适应较轻工件；（b）适应较大尺寸工）适应较大尺寸工件；件；（c）适应较重工件；）适应较重工件；（d）适应更重更大工）适应更重更大工件。件。（1）不同布局适应不同的）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控机床的机械结构与传动工作台与铣头完成进给工作台与铣头完成进给 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。（a）适应较轻工件；）适应较轻工件；（b）适应较大尺寸工）适应较大尺寸工件；件；（c）适应

21、较重工件；）适应较重工件；（d）适应更重更大工）适应更重更大工件。件。（1）不同布局适应不同）不同布局适应不同的的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控机床的机械结构与传动工作台与铣头完成进给工作台与铣头完成进给多刀加工多刀加工 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。（a）适应较轻工件；）适应较轻工件；（b）适应较大尺寸工）适应较大尺寸工件；件；（c）适应较重工件；）适应较重工件；（d）适应更重更大工）适应更重更大工件。件。（1）不同布局适应不同的）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控

22、机床的机械结构与传动铣头进给铣头进给 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、尺案适应的工件重量、尺寸却不同。寸却不同。（a）适应较轻工件；）适应较轻工件；（b）适应较大尺寸工）适应较大尺寸工件；件；（c）适应较重工件；）适应较重工件；（d）适应）适应大型、重大型、重型型 工件。工件。（1）不同布局适应不同的）不同布局适应不同的 工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 第二章数控机床的机械结构与传动 数控镗铣床数控镗铣床的三种布局方案的三种布局方案中中（a）主轴立式布置，）主轴立式布置，上下运上下运 动，对工件顶面进行加工；动，对工件顶面进行加工；（b）主轴卧式布置，）主轴卧式

23、布置，加工工加工工 作台上分度工作台的配合，可作台上分度工作台的配合，可加工工件多个侧；加工工件多个侧；（c）在（在（b）基础上再增加一）基础上再增加一 个数控转台，个数控转台，可完成工件上更可完成工件上更多内容的加工。多内容的加工。第二章数控机床的机械结构与传动 数控卧式镗铣床中，（数控卧式镗铣床中，（a）、（）、（b）为）为T形床身布局，形床身布局，工作台支承于床身，刚度好，工作台承载能力强；工作台支承于床身，刚度好，工作台承载能力强；第二章数控机床的机械结构与传动 数控卧式镗铣床中，数控卧式镗铣床中，(c)、(d)工作台为十字形布局，（工作台为十字形布局，（c）主轴箱悬挂于单立柱一侧，使

24、立柱受偏载，主轴箱悬挂于单立柱一侧，使立柱受偏载，(d)主轴箱装在框主轴箱装在框式立柱中间，对称布局，受力后变形小，有利于提高加工精度。式立柱中间，对称布局，受力后变形小，有利于提高加工精度。第二章数控机床的机械结构与传动 数控车床数控车床的不同布局方的不同布局方案，（案，（a）为）为水平床身水平床身-水水平滑板平滑板，床身工艺性好，床身工艺性好，便于导轨面的加工，下部便于导轨面的加工，下部空间小，故排屑困难，刀空间小，故排屑困难，刀架水平放置加大了机床宽架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸；度方向的结构尺寸；第二章数控机床的机械结构与传动（b）为）为倾斜床身倾斜床身-倾斜滑倾斜滑板板，排屑

25、亦较方便，中小，排屑亦较方便，中小规格的数控车床其床身的规格的数控车床其床身的倾斜度以倾斜度以60，大型的，大型的数控车床采用数控车床采用75（c）水平床身水平床身-倾斜滑板倾斜滑板，具有水平床身工艺性好，具有水平床身工艺性好，宽度方向的尺寸小，且排宽度方向的尺寸小，且排屑方便，是卧式数控车床屑方便，是卧式数控车床的最佳布局形式。的最佳布局形式。第二章数控机床的机械结构与传动第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动为了简化机械传动结构、缩短传动链，数控机床多采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统 为了适应连续的自动化加工和提高生产效率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚

26、度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小 为了减小摩擦、消除传动间隙和获得高加工精度，数控机床更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料导轨、滚动导轨、静压导轨等 为了改善劳动条件、改善操作性能、提高劳动生产率，数控机床采用多主轴、多刀架结构，刀具与工件的自动夹紧装置，自动换刀装置，自动排屑装置及自动润滑冷却装置等 为了保证机床精度的稳定性、获得可靠的加工质量，数控机床多采取减小热变形的措施 第一节第一节 概述概述数控机床机械结构的特点数控机床机械结构的特点 第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝

27、杠螺母结构 滚珠丝杠螺母副是机床上常用的将旋转运动转换为直线运动的传动机构。1螺母；2滚珠；3丝杠；a滚珠出口；b滚珠回路通道；c滚珠入口滚珠丝杠螺母副的工作原理 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动 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，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿着滚道流动。其结构原理如图所示。在丝杠1和螺母3上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道（在图中b所指的位置），将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠4。当丝

28、杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 滚珠丝杠螺母副的特点 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动滚珠丝杠螺母副优点：滚珠丝杠螺母副优点：1)传动效率高，摩擦损失小。2)运动平稳无爬行。3)传动精度高，反向时无空程。4)磨损小，精度保持性好，使用寿命长。5)具有运动的可逆性。滚珠丝杠螺母副缺点：滚珠丝杠螺母副缺点：1）由于结构复杂，丝杠和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，因此制造成本高。2

29、）由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自重而自动下降，当部件向下运动且切断动力源时，由于部件的自重和惯性，滚珠丝杠不能立即停止运动，因此必须增加制动装置。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环按滚珠在滚道内的循环方式分 滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的称为内循环 滚珠丝杠螺母副的循环方式 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典

30、型机械结构 滚珠丝杠螺母副的循环方式 这种结构是在螺母体上轴向相隔数个导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口，再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外在螺母内进口、出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。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。结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大。应用最为广泛，也可用于重载传动系统。第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 第二章数控机床的机械结构与传动螺旋槽式螺旋槽式螺母外圆表面铣出螺母外圆表面铣

31、出螺旋槽螺旋槽，形成滚珠，形成滚珠返回通道。返回通道。制造相对复杂。制造相对复杂。插管式插管式弯管弯管作为滚珠返回作为滚珠返回通道。通道。结构工艺性好。结构工艺性好。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的循环方式 内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种形式。图（a）所示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键1定位，以保证对准螺纹滚道方向。图（b）所示为扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3，用镶块的外廓定位。靠螺母上安

32、装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。反向器2的数目与滚珠圈数相等。结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损失小，制造较困难，适用于高灵敏、高精度的进给系统。第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 第二章数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠的支撑形式 为了提高螺母支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承及其支撑方式是十分重要的。常用的支撑方式有下列几种，如图2-4所示。图2-4 常用的几种支撑方式 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机

33、床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构(a)(a)仅一端装推力轴承；仅一端装推力轴承；(b)(b)两端装推力轴承；两端装推力轴承；(c)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；，(d)两端装推力轴承和深沟球轴承两端装推力轴承和深沟球轴承 第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的结构尺寸第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 名义直径名义直径d0 滚珠丝杠的名义直径d0是指滚珠中心圆的直径。d0值越大

34、，丝杠的承载能力和刚度越大。用于数控机床进给驱动中的滚珠丝杠，取d0=20mm-100mm。选择d0值应大于丝杠长度L0的1/35-1/30。基本导程基本导程Ph 导程Ph应根据机床的脉冲指令要求和负载情况来选择。当名义直径d0确定后，Ph值大，可使螺纹的升角变大，传动效率提高。一般2，通常取3.5。滚珠直径滚珠直径d 一般取d=0.6Ph。滚珠的工作圈数滚珠的工作圈数j 工作圈数j一般取2.5-3.5圈工作滚珠总数工作滚珠总数N 工作滚珠总数N以不大于150个为宜 滚珠丝杠副的结构尺寸主要有：丝杠的名义直径D0、螺距t、长度L、滚珠直径d等，尤其是名义直径与刚度直接相关，直径大、承载能力和刚

35、度越大，但直径大转动惯量也随之增加，使系统的灵敏度降低。所以，一般是在兼顾二者的情况下选取最佳直径。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠的制动 滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装有制动装置。常用的制动方法有超越离合器、电磁摩擦离合器或使用具有制动装置的伺服驱动电动机。第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 数控铣镗床主轴箱进数控铣镗床主轴箱进给丝杠制动示意图给丝杠制动示意图 机床工作时，电磁铁通电，使摩擦离合

36、器脱开，运动由电机经减速齿轮传给丝杠，使主轴箱上、下移动。当加工完毕或中间停车时，电机和电磁铁同时断电，借压力弹簧作用合上摩擦离合器，使丝杠不能转动，主轴箱便不会下落。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的选用 滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支撑方式等几个方面。根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校核刚度。1）精度等级的选择；2）结构尺寸的选择；3）验算。第二章第二章

37、 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 滚珠丝杠副对轴向间隙有严格的要求，以保证反向时的运动精度。所谓轴向间隙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。它除了结构本身的游隙之外，还包括在施加轴向载荷之后弹性变形所造成的窜动。因此要把轴向间隙完全消除比较困难，通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形控制在允许的范围内。第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝

38、杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构 第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构（1）垫片调隙式 通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的。这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机

39、床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构（2）螺纹调隙式 其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。结构简单，调整方便；调整精度差。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝

40、杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构（3）齿差调隙式 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与套筒两端内齿圈相啮合，其齿数相差一个齿。调整时，让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量s=（1/z1-1/z2)Pn。能精确调整预紧量，调整方便、可靠，结构尺寸较大，多用于高精度的传动。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2.1 2.1 滚珠丝杠螺母结构滚珠丝杠螺母结构（4）单螺母变位螺距预紧第二章数控

41、机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法消除间隙的方法 柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动偏心套调整法偏心套调整法锥度齿轮轴向垫片调整法锥度齿轮轴向垫片调整法斜齿轮轴向垫片调整法斜齿轮轴向垫片调整法齿轮齿条传动副消除间隙的方齿轮齿条传动副消除间隙的方法法双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿调整法斜齿轮轴向压簧错齿调整法斜齿轮轴向压簧错齿调整法锥齿轮轴向压簧调整法锥齿轮轴向压簧调

42、整法锥齿轮周向弹簧调整法锥齿轮周向弹簧调整法第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动1 1、刚性调整法、刚性调整法1 1）偏心套调整法）偏心套调整法第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2 2）锥度齿轮轴向垫片调整法）锥度齿轮轴向垫片调整法第二章数控机床的机

43、械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动3 3）斜齿轮轴向垫片调整）斜齿轮轴向垫片调整法法 薄片斜齿轮薄片斜齿轮1和和2的齿形拼装的齿形拼装在一起加工，装配时在两薄片齿在一起加工，装配时在两薄片齿轮间装入已知厚度为轮间装入已知厚度为t的垫片的垫片3，这样螺旋线便错开了，使两薄片这样螺旋线便错开了，使两薄片斜齿轮分别与宽齿轮斜齿轮分别与宽齿轮4的左、右的左、右齿面贴紧，从而消除间隙。齿面贴紧，从而消除间隙。承载能力较小，且不能自承载能力较小，且不

44、能自动补偿消除间隙，属刚性消除间动补偿消除间隙，属刚性消除间隙的范畴。隙的范畴。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动4 4）齿轮齿条传动副消除间隙的方法）齿轮齿条传动副消除间隙的方法 如果通过弹簧在轴如果通过弹簧在轴2 2上作用一个轴向力上作用一个轴向力F F，使斜齿轮产生微量轴向移，使斜齿轮产生微量轴向移动，这时轴动，这时轴1 1和轴和轴3 3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4 4

45、和和5分别与齿分别与齿条的两齿面贴紧，从而消除间隙。条的两齿面贴紧，从而消除间隙。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2 2、柔性调整法、柔性调整法1 1）双片薄齿轮错齿调整法）双片薄齿轮错齿调整法第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动2 2）斜齿轮轴向

46、压簧错齿调整法）斜齿轮轴向压簧错齿调整法轴向尺寸较大，只适合于负载较小的场合。轴向尺寸较大，只适合于负载较小的场合。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动3 3）锥齿轮轴向压簧调整法）锥齿轮轴向压簧调整法第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动4 4）锥齿轮

47、周向弹簧调整法）锥齿轮周向弹簧调整法第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.2 2.2 齿轮传动间隙消除结构齿轮传动间隙消除结构 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动4 4、齿轮齿条传动副消除间隙的方法、齿轮齿条传动副消除间隙的方法 如果通过弹簧在轴如果通过弹簧在轴2 2上作用一个轴向力上作用一个轴向力F F，使斜齿轮产生微量轴向移，使斜齿轮产生微量轴向移动，这时轴动，这时轴1 1和轴和轴3 3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4 4和和5分别与齿分别与齿条的两齿面贴紧，从而消

48、除间隙。条的两齿面贴紧，从而消除间隙。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.3 2.3 机床导轨机床导轨 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动对导轨的基本要求 导轨质量对机床的刚度、加工精度和使用寿命具有很大的影响，作为机床进给系统的重要环节，数控机床的导轨比普通机床的导轨要求更高。1）导向精度：指机床的运动部件沿导轨移动时的直线度和它与有关基面之间相互位置的准确性几何精度、接触精度、结构形式、刚度和热变形、装配质量和油膜刚度等；2）刚度：导轨在动静载荷下抵抗变形的能力；3）耐磨性精度保持性；4）摩擦特性摩擦系数

49、小、动静摩擦系数差别小、高低速下摩擦系数稳定；5）抗振性与结构工艺性好。第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.3 2.3 机床导轨机床导轨 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动塑料滑动导轨 塑料滑动导轨具有摩擦系数低，且动、静摩擦系数差值小；减振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自润滑作用，结构简单，维修方便，成本低等特点。贴塑导轨 按照成形方法分注塑导轨 现代数控机床采用现代数控机床采用铸铁铸铁-塑料滑动导轨塑料滑动导轨和和镶钢镶钢-塑料滑动导轨塑料滑动导轨。导轨上的塑料常用导轨上的塑料常用聚四氟乙烯导轨软带

50、聚四氟乙烯导轨软带（TSF）和和环氧型耐磨导轨涂环氧型耐磨导轨涂层层（Turcite-B）两类。两类。第二章数控机床的机械结构与传动第二章数控机床的机械结构与传动第二节第二节 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 2.3 2.3 机床导轨机床导轨 第二章第二章 数控机床的机械结构与传动数控机床的机械结构与传动塑料滑动导轨 在矩形和三角形导轨中，在矩形和三角形导轨中，M面主要起支撑作用，面主要起支撑作用，N面是面是保证直线移动精度的导向面，保证直线移动精度的导向面，J面是防止运动部件抬起的压面是防止运动部件抬起的压板面；而在燕尾形导轨中，板面；而在燕尾形导轨中，M面起导向和压板作用，面起