1、第一篇第一篇 数控加工设备及刀具基础数控加工设备及刀具基础第二章第二章 数控机床机械结构数控机床机械结构第一节第一节 数控机床机械结构的组成和特点数控机床机械结构的组成和特点 一、数控机床机械结构的组成一、数控机床机械结构的组成（1 1）机床基础部件，如床身、立柱、工作台等；）机床基础部件，如床身、立柱、工作台等；（2 2）主传动系统；）主传动系统；（3 3）进给传动系统；）进给传动系统；（4 4）实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液）实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置；架、自
2、动换刀装置；（5 5）工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回）工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工作台转工作台（6 6）特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显）特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。示、精度检测等。图图1-2-1 数控机床机械结构的组成数控机床机械结构的组成二、数控机床机械结构的特点二、数控机床机械结构的特点1高刚度和高抗振性高刚度和高抗振性2高灵敏度高灵敏度3热变形小热变形小4高精度保持性高精度保持性5高可靠性高可靠性6工艺复合化和功能集成化工艺复合化和功能集成化第二节第二节 数控机床主传动系统数控机床主传动系统一、数控机床主传动系统的特点一、数
3、控机床主传动系统的特点 主传动部分是数控机床的重要组成部分之主传动部分是数控机床的重要组成部分之一，主要包括主轴电机、电机与主轴间传动一，主要包括主轴电机、电机与主轴间传动机构和主轴组件等。在数控机床上，主轴夹机构和主轴组件等。在数控机床上，主轴夹持工件或刀具旋转，直接参加表面成形运动。持工件或刀具旋转，直接参加表面成形运动。主轴部件的刚度、精度、抗振性和热变形直主轴部件的刚度、精度、抗振性和热变形直接影响加工零件的精度和表面质量。接影响加工零件的精度和表面质量。数控机床的主传动系统具有如下特点：数控机床的主传动系统具有如下特点：1主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速主轴转速高、调速范围宽并实
4、现无级调速2主轴部件具有较大的刚度和较高的精度主轴部件具有较大的刚度和较高的精度3良好的抗振性和热稳定性良好的抗振性和热稳定性4为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有特有的刀具安装结构轴具有特有的刀具安装结构二、数控机床主轴的二、数控机床主轴的传动方式传动方式1齿轮传动方式齿轮传动方式它通过几对齿轮降速，它通过几对齿轮降速，确保低速时的扭矩，确保低速时的扭矩，以满足主轴输出扭矩以满足主轴输出扭矩特性的要求。特性的要求。图图1-2-2 数控机床主传动系统配置方式数控机床主传动系统配置方式图图1-2-3 齿轮传动实例齿轮传动实例2带传动方式带传动方式带传
5、动是一种传统的传动方式，常见带的类型有带传动是一种传统的传动方式，常见带的类型有v带、带、平带、多楔带和齿形带。平带、多楔带和齿形带。多楔带又称复合三角带，横向断面呈多个楔形。多楔带又称复合三角带，横向断面呈多个楔形。同步齿形带的带型有梯形齿和圆弧齿，同步齿形带的带型有梯形齿和圆弧齿，同步齿形带传动具有如下优点：同步齿形带传动具有如下优点：（1）传动效率高，可达）传动效率高，可达98以上；以上；（2）无滑动，传动比准确；）无滑动，传动比准确；（3）传动平稳，噪声小；）传动平稳，噪声小；（4）使用范围较广，速度可达）使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数
6、千瓦；左右，传递功率由几瓦至数千瓦；（5）维修保养方便，不需要润滑；）维修保养方便，不需要润滑；（6）安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复）安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。杂，成本高。 图图1-2-4 带传动式主轴带传动式主轴图图1-2-5 多楔带多楔带图图1-2-6 同步齿形带同步齿形带图图1-2-7 同步齿形带的结构和传动同步齿形带的结构和传动3直接驱动主轴传动方式直接驱动主轴传动方式 直接驱动主轴传动有两种方式，一种是调速电动机直接驱动主轴传动有两种方式，一种是调速电动机通过连轴器直接驱动主轴，另一种是电动机轴即为主通过连轴器直接驱动主轴，另一种是电动机轴即为
7、主轴，即电主轴直接驱动方式。轴，即电主轴直接驱动方式。 电机直接带动主轴运动，因此这种主传动方式大大电机直接带动主轴运动，因此这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴的件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大。精度影响较大。 内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。图图1-2-8 直接驱动主轴传动结构图直接驱动主轴传动结构图图图1-2-9 日本研制的立式加工中心电主轴结构图日本研制的立式加工中心电主轴结构图1-后轴承
8、；后轴承；2-定子磁极；定子磁极；3-转子磁极；转子磁极；4-前轴承；前轴承；5-主轴主轴图图1-2-10 电主轴结构解剖图电主轴结构解剖图图图1-2-11 直接驱动主轴直接驱动主轴图图1-2-12 电主轴电主轴三、主轴组件三、主轴组件 主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成了主轴组件。组成了主轴组件。 主轴在结构上要处理好卡盘或刀具的装卡，主轴的主轴在结构上要处理好卡盘或刀具的装卡，主轴的卸荷，主轴轴承的定位和间隙调整，主轴组件的润滑卸荷，主轴轴承的定位和间隙调整，主轴组件的润滑和密封等一系列问题。对于加工中心的主轴，为实现和密封等一系列
9、问题。对于加工中心的主轴，为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设有刀具的自刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设有刀具的自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。（一）数控机床的主轴支承（一）数控机床的主轴支承1主轴轴承类型主轴轴承类型 数控机床主轴经常采用滚动轴承和滑动轴承数控机床主轴经常采用滚动轴承和滑动轴承两类轴承。两类轴承。（1）滚动轴承）滚动轴承 滚动轴承具有摩擦系数小，能够预紧，润滑滚动轴承具有摩擦系数小，能够预紧，润滑维护简单，并且在一定的转速范围和载荷变动维护简单，并且在一定的转速范围和载荷变动范围内能稳定地工作等特点。范围
10、内能稳定地工作等特点。图图1-2-13 双列圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承图图1-2-14 双列圆锥滚子轴承双列圆锥滚子轴承图图1-2-15 双向推力角接触球轴承双向推力角接触球轴承图图1-2-16 角接触球轴承角接触球轴承图图1-2-17 单列圆锥滚子轴承单列圆锥滚子轴承（2）滑动轴承）滑动轴承 数控机床上采用的滑动轴承通常是静压滑动数控机床上采用的滑动轴承通常是静压滑动轴承。静压滑动轴承的油膜压强由液压缸从外轴承。静压滑动轴承的油膜压强由液压缸从外界供给，与主轴转速的高低无关（忽略旋转时界供给，与主轴转速的高低无关（忽略旋转时的动压效应）。它的承载能力不随转速而变化，的动压效应）。它的承载能
11、力不随转速而变化，而且无磨损，启动和运转时摩擦力矩相同。所而且无磨损，启动和运转时摩擦力矩相同。所以静压轴承的回转精度高，刚度大。但静压轴以静压轴承的回转精度高，刚度大。但静压轴承需要一套液压装置，成本较高，污染大。承需要一套液压装置，成本较高，污染大。2主轴轴承的配置主轴轴承的配置典型的主轴轴承的结构配置形式有下面三种：典型的主轴轴承的结构配置形式有下面三种：（1）图）图1-2-18a所示结构配置形式：前轴承为双列圆柱滚所示结构配置形式：前轴承为双列圆柱滚子轴承与双向推力角接触球轴承组合，后轴承采用一对角接子轴承与双向推力角接触球轴承组合，后轴承采用一对角接触球轴承。触球轴承。（2）图）图1
12、-2-18 b所示结构配置形式：前支承采用所示结构配置形式：前支承采用3个超精个超精密级角接触球轴承组合，后支承采用密级角接触球轴承组合，后支承采用2个角接触球轴承或用个角接触球轴承或用一个圆柱滚子轴承。一个圆柱滚子轴承。（3）图）图1-2-18 c所示结构配置形式：前支承采用双列圆锥所示结构配置形式：前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承。滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承。图图1-2-18 数控机床主轴轴承配置形式数控机床主轴轴承配置形式3主轴轴承的装配主轴轴承的装配 轴承、主轴、支承孔等主轴组件均存在着轴承、主轴、支承孔等主轴组件均存在着制造误差，通过对各种误差的分析，
13、采用选制造误差，通过对各种误差的分析，采用选配定向法进行装配可提高主轴组件的精度。配定向法进行装配可提高主轴组件的精度。装配时尽可能使主轴定位锥孔中心与主轴轴装配时尽可能使主轴定位锥孔中心与主轴轴颈中心的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量颈中心的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量接近，并使其方向相反，这样可使装配后的接近，并使其方向相反，这样可使装配后的偏心量减小。偏心量减小。4滚动轴承的间隙与预紧滚动轴承的间隙与预紧 当滚动轴承存在较大间隙时，载荷将集中作用于受当滚动轴承存在较大间隙时，载荷将集中作用于受力方向上的少数滚动体，使得轴承刚度下降，承载能力方向上的少数滚动体，使得轴承刚度下降，承载能力下
14、降，旋转精度差。将滚动轴承进行适当预紧，使力下降，旋转精度差。将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接触处产生预变形，使受载后滚动体与内外圈滚道在接触处产生预变形，使受载后承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高承承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高承载能力和刚度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提载能力和刚度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高旋转精度。若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能高旋转精度。若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能力将显著下降。力将显著下降。（二）主轴准停功能（二）主轴准停功能 机床的切削扭矩由主轴上的端面键（见图机床的切削扭矩由主轴上的端面键（见图1-2
15、-19）来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须）来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保征刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主保征刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置。主计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置。主轴准停装置是加工中心换刀过程中所要求的特别装轴准停装置是加工中心换刀过程中所要求的特别装置，为了将主轴准确地停在某一固定位置上，以便置，为了将主轴准确地停在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。在该处进行换刀等动作，这就要求
16、主轴定向控制。图图1-2-19 数控机床主轴上的端面键数控机床主轴上的端面键 电气式的主轴准停装置设置在主轴的尾端，如图电气式的主轴准停装置设置在主轴的尾端，如图1-2-20所所示。当主轴需要准停时，无论主轴是转动还是停止状态，一旦示。当主轴需要准停时，无论主轴是转动还是停止状态，一旦接收到数控装置发来的准停开关信号，主轴立即加速或减速至接收到数控装置发来的准停开关信号，主轴立即加速或减速至某一准停速度（可在主轴驱动装置中设定）。主轴达到准停速某一准停速度（可在主轴驱动装置中设定）。主轴达到准停速度且准停位置到达时（即固定装在支架上的磁发体永久磁铁度且准停位置到达时（即固定装在支架上的磁发体永
17、久磁铁4对准装在带轮对准装在带轮5上的磁传感器上的磁传感器3），主轴立即减速至某一爬行），主轴立即减速至某一爬行速度（可在主轴驱动装置中设定）。然后当磁传感器信号出现速度（可在主轴驱动装置中设定）。然后当磁传感器信号出现时，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制，时，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制，目标位置为准停位置，最后准确停止。准停完成后，主轴驱动目标位置为准停位置，最后准确停止。准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号给数控装置，从而可进行自动换刀装置输出准停完成信号给数控装置，从而可进行自动换刀（ATC）或其他动作。）或其他动作。图图1-2-20 加工中
18、心主轴的准停、夹紧机构加工中心主轴的准停、夹紧机构1-活塞；活塞；2-弹簧；弹簧；3-磁传感器；磁传感器；4-永久磁铁；永久磁铁；5-带轮；带轮；6-钢球；钢球；7-拉杆；拉杆；8-蝶形弹簧；蝶形弹簧；9-三角带；三角带；10-皮带轮；皮带轮；11-电动机；电动机；12、13-弹簧限位开关弹簧限位开关（三）（三） 主轴上刀具自动夹紧和切屑清除主轴上刀具自动夹紧和切屑清除 加工中心为了实现刀具在主轴内的自动装卸，其加工中心为了实现刀具在主轴内的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构，如图主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构，如图1-2-20所示。刀杆采用所示。刀杆采用7：24的锥柄，这种锥柄既
19、有利于定的锥柄，这种锥柄既有利于定心，也为松夹带来了方便。在锥柄的尾端轴颈被拉紧心，也为松夹带来了方便。在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥柄的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主的同时，通过锥柄的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。在蝶形弹簧轴的端部。在蝶形弹簧8的作用下，拉杆的作用下，拉杆7始终保持始终保持10000N左右的拉力，并通过拉杆右端的钢球左右的拉力，并通过拉杆右端的钢球6将刀将刀杆的尾部轴颈拉紧。杆的尾部轴颈拉紧。图图1-2-21 钢球拉紧机构钢球拉紧机构第三节第三节 数控机床主传动系统应用数控机床主传动系统应用一、一、SSCK20/500数控车床主传动系统及主轴箱结构数控车床主传动
20、系统及主轴箱结构1主传动系统主传动系统 SSCK20/500数控车床的主传动系统由功率为数控车床的主传动系统由功率为11kw的的AC伺伺服电动机驱动，经服电动机驱动，经1：1的带传动带动主轴旋转，使主轴在的带传动带动主轴旋转，使主轴在 242400r/min的转速范围内实现无级调速，主轴箱内省去了的转速范围内实现无级调速，主轴箱内省去了齿轮传动变速机构，提高了主轴精度，减少齿轮传动躁声的影响，齿轮传动变速机构，提高了主轴精度，减少齿轮传动躁声的影响，结构简单，维修方便。改变电动机旋转方向，可以得到相应的主结构简单，维修方便。改变电动机旋转方向，可以得到相应的主轴正、反转，主轴停车由电动机制动来
21、实现。螺纹切削和主轴每轴正、反转，主轴停车由电动机制动来实现。螺纹切削和主轴每转进给量通过主轴脉冲编码器来实现。转进给量通过主轴脉冲编码器来实现。2主轴结构主轴结构 交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴。主轴有前交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴。主轴有前后两个支承：前支承采用预加负荷的超精密级角接触球后两个支承：前支承采用预加负荷的超精密级角接触球轴承组成，三个一组，其中两个轴承用来承受向后的推轴承组成，三个一组，其中两个轴承用来承受向后的推力，另一个用于承受向前的推力；主轴的后支承采用双力，另一个用于承受向前的推力；主轴的后支承采用双列圆柱滚子轴承，用来承受较大的径向载荷。主轴的支列圆柱
22、滚子轴承，用来承受较大的径向载荷。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用轴承的支承刚性好，前支承中的角接触球轴承能承所用轴承的支承刚性好，前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速重载的需要。的支承结构适宜高速重载的需要。图图1-2-22 高速度主轴轴承配置高速度主轴轴承配置二、二、JCS018A加工中心主传动系统及主轴箱结构加工中心主传动系统及主轴箱结构1主运动传动系统主运动传动系统 主轴电动机采用的是主轴电动机采用的是FAN
23、UC AC电动机。主轴电动电动机。主轴电动机在机在454500rmin转速范围通过一对转速范围通过一对1：2同步带同步带轮将运动传给主轴，使主轴在轮将运动传给主轴，使主轴在22.52250rmin转转速范围内可以实现无级调速。该电动机速范围内可以实现无级调速。该电动机30min超载时超载时的最大输出功率为的最大输出功率为15kw，连续运转时的最大输出功，连续运转时的最大输出功率为率为11kw，计算转速为，计算转速为1500r/min。主轴转速恒功。主轴转速恒功率范围宽，低速运转扭矩大，由于机床的主要构件刚率范围宽，低速运转扭矩大，由于机床的主要构件刚度高，故可以进行强力切削。度高，故可以进行强
24、力切削。2主轴箱结构主轴箱结构（1）主轴结构）主轴结构 主轴的前支承主轴的前支承4配置了三个高精度的角接触球轴配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷。前两个轴承大承，用以承受径向载荷和轴向载荷。前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母来调整。后支承为一对小口荷计算的预紧量由螺母来调整。后支承为一对小口相对应的角接触球轴承，它们只承受径向载荷，因相对应的角接触球轴承，它们只承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。此轴承外圈不需要定位。图图1-2-23 JCS018A主轴箱结构图主轴箱结构图1-主轴；
25、主轴；2-拉钉；拉钉；3-钢球；钢球；4、6-角接触球轴承；角接触球轴承；5-螺母；螺母；7-拉杆；拉杆；8-碟形弹簧；碟形弹簧；9-弹簧；弹簧；10-活塞；活塞；11-液压缸液压缸（2）刀具的自动夹紧机构）刀具的自动夹紧机构 主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。机床执行换主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。机床执行换刀指令，机械手要从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液刀指令，机械手要从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧缩，钢球进入
26、主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧刀具用）刀具用）2被松开，机械手即拔刀。之后，压缩空气进入活被松开，机械手即拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手把下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在当机械手把下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧碟形弹簧和弹簧9的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。的拉钉，使刀具被夹紧。
27、（3）主轴准停装置）主轴准停装置 JCS018A加工中心采用的是主轴电气式准停加工中心采用的是主轴电气式准停装置，即用磁力传感器检测定向。如图装置，即用磁力传感器检测定向。如图1-2-24所示，所示，在主轴上安装一个发磁体，使之与主轴一起旋转，在主轴上安装一个发磁体，使之与主轴一起旋转，在距离发磁体外在距离发磁体外12mm处固定一个磁力传感器。处固定一个磁力传感器。磁力传感器经过放大器与主轴控制单元连接，当主磁力传感器经过放大器与主轴控制单元连接，当主轴需要定向准停时，便控制主轴停止在预定的位置。轴需要定向准停时，便控制主轴停止在预定的位置。 图图1-2-24 JCS018A主轴电气式准停装置
28、主轴电气式准停装置第四节第四节 数控机床进给传动系统数控机床进给传动系统一、数控机床对进给传动系统的要求一、数控机床对进给传动系统的要求 对进给系统中的传动装置和元件要求具有长寿对进给系统中的传动装置和元件要求具有长寿命，高刚度，无传动间隙，高灵敏度和低摩擦阻力。命，高刚度，无传动间隙，高灵敏度和低摩擦阻力。通常采用滚动导轨、静压导轨等。当旋转运动被转通常采用滚动导轨、静压导轨等。当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。采用化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。采用合理的预紧来消除轴向传动间隙。此外由于受力而合理的预紧来消除轴向传动间隙。此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，
29、所以在进给系统反向产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反向运动时仍然由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。运动时仍然由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。数控机床进给传动系统的组成数控机床进给传动系统的组成 数控机床进给传动系统的机电部件主要有伺服电动数控机床进给传动系统的机电部件主要有伺服电动机及检测元件、联轴节、减速机构（齿轮副和带轮）、机及检测元件、联轴节、减速机构（齿轮副和带轮）、滚珠丝杠螺母副（或齿轮齿条副）、丝杠轴承、运动滚珠丝杠螺母副（或齿轮齿条副）、丝杠轴承、运动部件（工作台、导轨、主轴箱、滑座、横梁和立柱）部件（工作台、导轨、主轴箱、滑座、横梁和立柱）等。由于提高了滚珠丝杠、
30、伺服电动机及其控制单元等。由于提高了滚珠丝杠、伺服电动机及其控制单元的性能，很多数控机床的进给系统中已去掉了减速机的性能，很多数控机床的进给系统中已去掉了减速机构，而直接用伺服电动机与滚珠丝杠连接，因而整个构，而直接用伺服电动机与滚珠丝杠连接，因而整个系统结构简单，减少了产生误差的环节。系统结构简单，减少了产生误差的环节。图图1-2-25 半闭环进给传动系统半闭环进给传动系统二、导轨二、导轨 数控机床对于导轨有着更高的要求：如高速进给时数控机床对于导轨有着更高的要求：如高速进给时不振动，低速进给时不爬行，有高的灵敏度，能在重不振动，低速进给时不爬行，有高的灵敏度，能在重载下长期连续工作，耐磨性
31、好，精度保持性好。因此载下长期连续工作，耐磨性好，精度保持性好。因此导轨的性能对进给系统的影响是不容忽视的。导轨是导轨的性能对进给系统的影响是不容忽视的。导轨是用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动的。与支承件连成一体固定不动的导轨称为支承导动的。与支承件连成一体固定不动的导轨称为支承导轨，与运动部件连成一体的导轨称为动导轨。轨，与运动部件连成一体的导轨称为动导轨。（一）导轨的类型和要求（一）导轨的类型和要求1导轨的类型导轨的类型 按运动部件的运动轨迹，导轨可分为直线运动导按运动部件的运动轨迹，导轨可分为直线运动导轨和圆周运动导轨。按导轨
32、接合面的摩擦性，导轨轨和圆周运动导轨。按导轨接合面的摩擦性，导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。滑动导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。滑动导轨又可分为普通滑动导轨和塑料滑动导轨。而静压导又可分为普通滑动导轨和塑料滑动导轨。而静压导轨根据介质的不同又可分为液压导轨和气压导轨。轨根据介质的不同又可分为液压导轨和气压导轨。2导轨的要求导轨的要求（1）高的导向精度）高的导向精度 ：导向精度保证部件运动轨迹的：导向精度保证部件运动轨迹的准确性。准确性。（2）良好的耐磨性：）良好的耐磨性： 耐磨性好可使导轨的导向精度耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持。得以长久保持。（3）足够的刚度：在载荷作
33、用下，导轨的刚度高则）足够的刚度：在载荷作用下，导轨的刚度高则保持形状不变的能力好。保持形状不变的能力好。（4）具有低速运动的平稳性：运动部件在导轨上低）具有低速运动的平稳性：运动部件在导轨上低速移动时，不应发生速移动时，不应发生“爬行爬行”的现象。的现象。（二）滑动导轨（二）滑动导轨1滑动导轨的结构滑动导轨的结构 滑动导轨的常见截面形状，有矩形、三角形、燕尾槽形和圆滑动导轨的常见截面形状，有矩形、三角形、燕尾槽形和圆柱形。柱形。 矩形导轨承载能力大，制造简单，水平方向和垂直方向上的矩形导轨承载能力大，制造简单，水平方向和垂直方向上的位置精度互不相关。侧面间隙不能自动补偿，必须设置间隙调位置精
34、度互不相关。侧面间隙不能自动补偿，必须设置间隙调整机构。三角形导轨的三角形截面有两个导向面，同时控制垂整机构。三角形导轨的三角形截面有两个导向面，同时控制垂直方向和水平方向的导向精度。这种导轨在载荷的作用下能自直方向和水平方向的导向精度。这种导轨在载荷的作用下能自行补偿而消除间隙，导向精度较其他导轨高。燕尾槽导轨的高行补偿而消除间隙，导向精度较其他导轨高。燕尾槽导轨的高度值最小，能承受颠覆力矩，摩擦阻力也较大。圆柱形导轨制度值最小，能承受颠覆力矩，摩擦阻力也较大。圆柱形导轨制造容易，磨损后调整间隙较困难。造容易，磨损后调整间隙较困难。图图1-2-26 滑动导轨截面形状滑动导轨截面形状2滑动导轨
35、的材料滑动导轨的材料 导轨材料主要有铸铁、钢、塑料以及有色金属。常导轨材料主要有铸铁、钢、塑料以及有色金属。常采用一种导轨材料为金属和塑料的滑动导轨，称为塑采用一种导轨材料为金属和塑料的滑动导轨，称为塑料导轨（贴塑导轨），它具有刚度好，动、静摩擦系料导轨（贴塑导轨），它具有刚度好，动、静摩擦系数差值小，数差值小， 在油润滑状态下其摩擦系数约为在油润滑状态下其摩擦系数约为0.06，耐，耐磨性好，使用寿命为普通铸铁导轨的磨性好，使用寿命为普通铸铁导轨的810倍，无爬行，倍，无爬行，减振性好。主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种。减振性好。主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种。软带是以聚四氟乙烯为基材，
36、添加青铜粉、二硫化钼软带是以聚四氟乙烯为基材，添加青铜粉、二硫化钼和石墨的高分子复合材料。软带应粘贴在机床直线导和石墨的高分子复合材料。软带应粘贴在机床直线导轨副的短导轨面上，圆形导轨应粘贴在下导轨面上。轨副的短导轨面上，圆形导轨应粘贴在下导轨面上。图图1-2-27 塑料导轨的粘接塑料导轨的粘接图图1-2-28 塑料导轨在机床上的应用形式塑料导轨在机床上的应用形式1-床身；床身；2-工作台；工作台；3-镶条；镶条；4-导轨软带；导轨软带；5-下压板下压板（三）滚动导轨（三）滚动导轨 滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦。滚
37、动导轨的摩擦系数小，而轨面之间形成滚动摩擦。滚动导轨的摩擦系数小，而且动、静摩擦系数相近，磨损小，润滑容易，因此它且动、静摩擦系数相近，磨损小，润滑容易，因此它低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。但滚动低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。但滚动导轨的抗振性比滑动导轨差，结构复杂，对脏物也较导轨的抗振性比滑动导轨差，结构复杂，对脏物也较为敏感，需要良好的防护。数控机床常用的滚动导轨为敏感，需要良好的防护。数控机床常用的滚动导轨有直线滚动导轨和滚动导轨块两种。有直线滚动导轨和滚动导轨块两种。1直线滚动导轨直线滚动导轨 直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨，它主要由导直线滚动导轨又称单元直线滚动
38、导轨，它主要由导轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。导轨体固轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道从工作负荷区运动到非内滚动，并通过端盖内的滚道从工作负荷区运动到非工作负荷区，然后再滚动回到工作负荷区。这样不断工作负荷区，然后再滚动回到工作负荷区。这样不断循环，把滚动体和滑块之间的移动变成滚珠的滚动。循环，把滚动体和滑块之间的移动变成滚珠的滚动。用密封垫来防止灰尘和脏物进入导轨
39、滚道。用密封垫来防止灰尘和脏物进入导轨滚道。图图1-2-29 直线滚动导轨的外形和结构直线滚动导轨的外形和结构图图1-2-30 滚珠式直线滚动导轨滚珠式直线滚动导轨图图1-2-31 滚柱式直线滚动导轨滚柱式直线滚动导轨图图1-2-32 直线滚动导轨在机床上的应用实例直线滚动导轨在机床上的应用实例2滚动导轨块滚动导轨块 滚动导轨块用滚动体进行循环运动，滚动滚动导轨块用滚动体进行循环运动，滚动体为滚珠或滚柱，承载能力和刚度都比直线体为滚珠或滚柱，承载能力和刚度都比直线滚动导轨高，但摩擦系数略大。它多用于中滚动导轨高，但摩擦系数略大。它多用于中等载荷的导轨，使用时有专业生产厂家提供等载荷的导轨，使用
40、时有专业生产厂家提供各种规格、形式供用户选择。各种规格、形式供用户选择。图图1-2-33 单元滚动导轨块结构单元滚动导轨块结构1-固定螺钉；固定螺钉；2-导轨块；导轨块；3-动导轨体；动导轨体；4-滚动体；滚动体；5-支撑导轨；支撑导轨；6、7-带返回挡槽板带返回挡槽板图图1-2-34 几种形式的滚动导轨块几种形式的滚动导轨块图图1-2-35 滚动导轨块在加工中心上的应用滚动导轨块在加工中心上的应用（四）液体静压导轨（四）液体静压导轨 液体静压导轨是机床上经常使用的一种液压导轨。液体静压导轨是机床上经常使用的一种液压导轨。静压导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，静压导轨通常在两个相对运
41、动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。导轨面上油腔中的油压能随外加负载使运动件浮起。导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦的变化自动调节，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。所以静压导轨的摩擦系数极小（约为状态。所以静压导轨的摩擦系数极小（约为0.0005），），功率消耗少。这种导轨不会磨损，因而导轨的精度保功率消耗少。这种导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。它的油膜厚度几乎不受速度的影响，持性好，寿命长。它的油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好。这种导轨的油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好。这种导轨的运行很平稳，既无
42、爬行也不会产生振动。运行很平稳，既无爬行也不会产生振动。 （五）导轨的润滑与防护（五）导轨的润滑与防护 导轨润滑的目的是减少摩擦阻力和摩擦磨损，避导轨润滑的目的是减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降低高速时的温升。常用的润滑剂有润免低速爬行，降低高速时的温升。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两者滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两者均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。一般常用压力循环润滑和定时定量润滑两种方润滑。一般常用压力循环润滑和定时定量润滑两种方式。如直线滚动导轨滑块上配有润滑油注油杯，只
43、要式。如直线滚动导轨滑块上配有润滑油注油杯，只要定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑。定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑。图图1-2-36 几种常见的导轨防护罩几种常见的导轨防护罩三、滚珠丝杠螺母副三、滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。新型理想传动装置。（一）滚珠丝杠螺母副的特点（一）滚珠丝杠螺母副的特点 在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝杠相对
44、于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，按照滚珠返回的方式不同可以分为可沿着滚道流动，按照滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式二种方式。内循环式和外循环式二种方式。图图1-2-37 滚珠丝杠传动原理图滚珠丝杠传动原理图图图1-2-38 滚珠丝杠螺母副在机床上的应用实例滚珠丝杠螺母副在机床上的应用实例 在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有下述特点：擦，所以具有下述特点：1摩擦损失小，传动效率高摩擦损失小，传动效率高2传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行传动灵敏，运动平
45、稳，低速时无爬行3使用寿命长使用寿命长4轴向刚度高轴向刚度高5具有传动的可逆性具有传动的可逆性6不能实现自锁不能实现自锁7制造工艺复杂，成本高制造工艺复杂，成本高（二）滚珠丝杠螺母副间隙的调整（二）滚珠丝杠螺母副间隙的调整 （1）预加载荷能够有效地减少弹性变形所带来的）预加载荷能够有效地减少弹性变形所带来的轴向位移，预紧力太小没有起到消除间隙的作用。但轴向位移，预紧力太小没有起到消除间隙的作用。但预紧力也不宜过大，过大的预紧载荷将增加摩擦力，预紧力也不宜过大，过大的预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩短丝杠的使用寿命。使传动效率降低，缩短丝杠的使用寿命。 （2）要特别减小丝杠安装部分和驱动
46、部分的间隙。）要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。消除间隙的方法除了少数用微量过盈滚珠的单螺母消消除间隙的方法除了少数用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外，常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有除间隙外，常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式等。垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式等。图图1-2-39 双螺母垫片式结构双螺母垫片式结构图图1-2-40 双螺母螺纹式结构双螺母螺纹式结构图图1-2-41 双螺母齿差式结构双螺母齿差式结构（三）滚珠丝杠螺母副的结构形式（三）滚珠丝杠螺母副的结构形式 接螺旋滚道法向截面形状分单圆弧型和双圆弧型；接螺旋滚道法向截面
47、形状分单圆弧型和双圆弧型；按滚珠循环方式分内循环式和外循环式；按消除轴向按滚珠循环方式分内循环式和外循环式；按消除轴向间隙和调整预紧方式的不同分为垫片预紧方式、螺纹间隙和调整预紧方式的不同分为垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式三种；按用途分为定位滚珠预紧方式和齿差预紧方式三种；按用途分为定位滚珠丝杠副（丝杠副（P类）、传动滚珠丝杠副（类）、传动滚珠丝杠副（T类）两类，数类）两类，数控机床进给运动采用控机床进给运动采用P类。国内生产的滚珠丝杠螺母类。国内生产的滚珠丝杠螺母副螺旋滚道法向截面形状有两种：单圆弧型和双圆弧副螺旋滚道法向截面形状有两种：单圆弧型和双圆弧型。型。1单圆弧型单圆弧型
48、如图如图1-2-42a所示。滚道半径所示。滚道半径 稍大于滚珠半稍大于滚珠半径径 ，取比值，取比值 / =1.021.12， 常取常取1.04或或1.1。接触角接触角 随初始间隙和轴向载荷大小而变化。当随初始间隙和轴向载荷大小而变化。当 增大后，轴向刚度、传动效率随之增大。为保增大后，轴向刚度、传动效率随之增大。为保证证 =45，必须严格控制径向间隙。这种截面，必须严格控制径向间隙。这种截面形状滚道形状简单，用成形砂轮磨削可得到较形状滚道形状简单，用成形砂轮磨削可得到较高精度。为消除轴向间隙和调整预紧，必须采高精度。为消除轴向间隙和调整预紧，必须采用双螺母结构。用双螺母结构。2双圆弧型双圆弧型
49、 如图如图1-2-42b所示。滚道由半径所示。滚道由半径 稍大于滚稍大于滚珠半径珠半径 的对称双圆弧组成。理论上轴向和径向的对称双圆弧组成。理论上轴向和径向间隙为零，接触角间隙为零，接触角 =45是恒定的。比值是恒定的。比值 / 也取也取1.021.12，并也常取，并也常取1.04或或1.1。这种。这种截面形状滚道接触稳定，但加工较复杂。消除截面形状滚道接触稳定，但加工较复杂。消除轴向间隙和调整预紧，不仅可以采用双螺母结轴向间隙和调整预紧，不仅可以采用双螺母结构，也可以采用增大滚珠直径的单螺母结构。构，也可以采用增大滚珠直径的单螺母结构。图图1-2-42 螺旋滚道法向截面形状螺旋滚道法向截面形
50、状（四）滚珠丝杠螺母副的主要参数及代号（四）滚珠丝杠螺母副的主要参数及代号1滚珠丝杠螺母副的主要参数滚珠丝杠螺母副的主要参数（1）公称直径）公称直径 dm 滚珠丝杠的名义直径（图滚珠丝杠的名义直径（图1-2-43）。滚）。滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径即滚珠丝杠的公称直径珠球心的圆柱直径即滚珠丝杠的公称直径 ，是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。图图1-2-43 滚珠丝杠螺母副参数滚珠丝杠螺母副参数（2）公称导程）公称导程L0 公称导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上公称导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上
