1、装 配 钳 工工 艺 学刘德荣 制作1.了解数控机床的特点、组成和工作原理。2.熟悉数控机床的主要机械结构；了解数控机床的主要机械特点。3.掌握数控机床中滚珠丝杠副、齿隙补偿机构的装配及键联接。学习目标学习目标第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成1.可以加工形状复杂的工件2.灵活性较强3.生产率较高4.加工精度较高和加工质量较稳定5.改善了劳动条件，减轻了工人的劳动强度6.便于实现生产过程的自动化管理图9-1数控机床的系统组成图一、数控机床及其特点一、数控机床及其特点二、数控机床的组成及其各部分的功能二、数控机床的组成及其各部分的功能第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特
2、点及组成1)采用高性能主传动及主轴部件，具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。2)进给传动采用高效能传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点，一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。1.数控加工程序2.数控系统3.伺服系统4.强电控制柜5.机床本体第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成3)具有完善的刀具自动交换和管理系统。4)在加工中心上一般具有工件自动交换、工件夹紧和放松机构。5)机床本身具有很高的动、静刚度。6)采用全封闭罩壳。6.辅助装置(1)点位控制的数控机床图9-2点位控制切削加工三、数控机床的分类三、数控机床的分类1.按运动轨迹分类第一节数控机床的特
3、点及组成第一节数控机床的特点及组成(2)直线控制数控机床也称平行控制数控机床，其特点是不仅控制两相关点之间的位置，而且还要控制刀具在这两点间的运动轨迹为一直线，其运动路线只是与机床坐标轴平行移动。(3)轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其特点是可以同时严格控制刀具相对于工件在两个或两个以上坐标方向上的运动速度和轨迹，以保证形成所需的斜线、曲线和曲面。图9-3直线控制的切削加工图第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成图9-4轮廓控制的切削加工图第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成图9-5开环控制系统框图2.按伺服控制的方式进行分类第一节数控机床的特点及组成第一节
4、数控机床的特点及组成(1)开环控制数控机床开环控制数控机床的进给伺服驱动是开环的，即没有监测反馈装置，它的驱动电动机一般为步进电动机，步进电动机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转动一个步距角，并且电动机本身就有自锁能力。第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成(2)闭环控制数控机床闭环控制数控机床的进给伺服驱动是按闭环反馈控制方式工作的，其驱动电动机可采用直流或交流两种伺服电动机，并需配置位置反馈和速度反馈，在加工中随时监测移动部件的实际位移量，并及时反馈给数控系统中的比较电路，它与插补运算所得到的指令信号进行比较，其差值又作为伺服驱动的控制信号，进而带动部件移
5、动以消除位移误差。1)全闭环控制数控机床。图9-6全闭环控制系统框图第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成图9-7半闭环控制系统示意图2)半闭环控制数控机床。(3)混合控制数控机床将上述控制方式的特点有选择地集中，可以组成混和控制的方案。第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成3.按数控系统的功能水平分类表9-1各类数控系统的功能指标(1)金属切削类金属切削类数控机床指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。1)普通型数控机床。2)加工中心。4.按加工工艺及机床用途分类第一节数控机床的特点及组成第一节数控机床的特点及组成(2)金属成形类金属成形类数控机
6、械机床指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。(3)特种加工类特种加工类数控机床主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。(4)测量、绘图类测量、绘图类数控机床主要有三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点 (1)主传动的类型1)带有二级齿轮变速。图9-8主传动的三种形式一、机械传动机构一、机械传动机构1.主传动变速(主传动链)第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点2)带有定比传动。3)由主轴电动机直接
7、驱动。4)近来出现新式内装电动机。(2)主轴部件结构机床主轴对加工质量有直接影响，数控机床主轴部件应有更高的动、静刚度和抵抗热变形的能力。图9-9主轴的支承第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点图9-10刀具自动夹紧机构第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点1)主轴的支承。2)主轴内部刀具自动夹紧机构。图9-11刀杆拉紧机构第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点图9-12准停机构示意图第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点3)主轴准停装置。(1)进给系统要求数控机床的主运动多
8、为提供主切削运动，它代表的是生产效率。1)运动件间的摩擦阻力小。2)消除传动系统中的间隙。3)传动系统的精度和刚度高。4)减少运动惯性，进给系统应具有适当的阻尼。2.进给传动系统第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点(2)进给系统的组成包括动力源、传动件及进给运动执行件(工作台、刀架)等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削。(3)数控机床的导轨导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。表9-2各种导轨的特点及应用范围第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点表9-2各种导轨的特点及应用范围1.自动换刀装置二
9、、数控机床各辅助装置的功能及结构二、数控机床各辅助装置的功能及结构第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点表9-3常用的自动换刀装置的类型、特点、使用范围2.APC托盘交换器第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点图9-13具有托盘交换系统的FMC3.回转工作台第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点图9-14分度工作台4.排屑装置第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点(1)平板链式排屑装置平板链式排屑装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，切屑用链带带出机床，如图9-15a
10、所示。图9-15排屑装置第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点(2)刮板式排屑装置其传动原理与平板链式基本相同，只是链板不同，带有刮板链板，如图9-15b所示，这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。(3)螺旋式排屑装置是利用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根绞笼式螺旋杆进行工作的，如图9-15c所示。1)主运动采用交流或直流电动机拖动，简化了主传动系统的机械结构、转速高、功率大、速度变换迅速可靠，且能无级变速。三、主要机械结构的特点三、主要机械结构的特点第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点2)主轴部件及支承件均采用
11、了刚度和抗振性较好的机械结构，如采用动静轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。3)采用摩擦因数很小的塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨，以提高数控机床运动的快速响应特性。4)进给传动中，即采用无间隙的传动装置和元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆蜗条副及预加载荷的双齿轮齿条副等；又采取消除间隙措施，如偏心套式、锥度齿轮式及斜齿轮垫片错齿式等消隙机构。第二节数控机床的主要机械结构及特点第二节数控机床的主要机械结构及特点5)采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置、自动排屑装置和自动润滑冷却装置等，减少停机时间，提高单位时间切削效率。第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传
12、动装置的装配1.滚珠丝杠螺母副优缺点2.滚珠丝杠螺母副有两种结构形式图9-16滚珠丝杠螺母副的结构一、滚珠丝杠副的装配一、滚珠丝杠副的装配第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配3.滚珠丝杠螺母副间隙调整方法图9-17滚珠丝杠螺母副的间隙调整机构第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配(1)垫片调隙式如图9-17a所示，调整垫片3的厚度，从而改变螺母1、2之间的距离，以达到消除间隙，并产生一定的预紧力的目的。(2)螺纹调隙式如图9-17b所示，左螺母1固定于螺母座上，右螺母2的外圆上有螺纹，转动圆螺母4时，可调整螺母之间的轴向间隙和进行预紧，然后用螺母4右边的圆
13、螺母锁紧。(3)齿差调隙式如图9-17c所示两螺母1、2的端部加工有圆柱齿轮z1、z2。4.滚珠丝杠副的支承第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配图9-18滚珠丝杠常用支承方式第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配(1)一端装推力轴承如图9-18a所示，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。(2)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承如图9-18b所示，此方式可用于丝杠较长的情况。(3)两端装推力轴承如图9-18c所示，把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，有助于提高传动刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感。(4)两端装推力轴承及深沟球轴承如图9-1
14、8d所示，为了提高丝杠的刚度，它的两端采用双重支承，即推力轴承和深沟球轴承，并施加预紧力。第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配图9-19滚珠丝杠专用轴承第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配(5)滚珠丝杠专用轴承如图9-19所示，这是一种能承受很大轴向力的特殊角接触球轴承，与一般的角接触球轴承相比，其接触角加大到60，增加了滚珠数目并相应减少了滚珠直径，其轴向刚度比一般推力轴承提高了2倍以上，使用也极为方便。(1)滚珠丝杠副的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，故须有防护装置。5.滚珠丝杠副的防护和润滑第三节数控机床传
15、动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配(2)滚珠丝杠副的润滑润滑剂可提高滚珠丝杠副耐磨性及传动效率。图9-20偏心轴套式消除间隙结构二、齿隙补偿机构的装配第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配(1)偏心套筒消除齿侧间隙如图9-20所示，齿轮1装在电动机上，调整偏心轴套可以改变齿轮1和齿轮2之间的中心距，从而消除齿侧间隙。(2)双片薄齿轮错齿消除间隙如图9-21所示，两个薄片齿轮和一个宽齿轮(图中未示出)相啮合。(3)斜齿轮轴向垫片消除齿侧间隙如图9-22所示，用一个带有锥度的齿轮来消除间隙的结构。图9-21双片薄齿轮消除齿侧间隙第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动
16、装置的装配图9-22斜齿轮消除间隙结构第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配(4)轴向压簧消除齿侧间隙如图9-23所示，在加工两薄片齿轮1、2时在两者中间装一垫片，与宽斜齿轮6相啮合时，去掉垫片，用一弹簧3压紧齿轮2，使之与齿轮1之间产生齿向错位，从而与宽斜齿轮齿槽的两侧面贴紧，消除了斜齿轮的齿侧间隙。(5)周向弹簧调整消除齿侧间隙如图9-24所示，将对啮合锥齿轮中的一个齿轮做成大小两片(1和2)，齿轮1空套在齿轮2上，可以相对回转。图9-23轴向压簧消除齿侧间隙第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配图9-24周向弹簧调整第三节数控机床传动装置的装配第三节数
17、控机床传动装置的装配三、键联接间隙补偿机构的装配三、键联接间隙补偿机构的装配图9-25键联接间隙消除方法第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配图9-26无键联接结构第三节数控机床传动装置的装配第三节数控机床传动装置的装配1.数控机床有何特点？简述数控机床的工作原理。2.数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？3.数控机床的机械结构主要包括哪几个部分？4.齿隙补偿机构的消隙措施有哪几种？各有何特点？5.数控机床使用的导轨分为哪几类？各有何特点？6.滚珠丝杠副中的滚珠循环方式有哪两类？各有何特点？各运用于什么场合？7.简述丝杠螺母副间隙的调整方法。8.简述键联接间隙补偿机构的装配。复习思考题复习思考题谢谢各位谢谢各位 钳工教研组钳工教研组
