数控加工工艺及设备课件：数控机床机械结构.ppt

第一篇 数控加工设备及刀具基础第二章 数控机床机械结构,第一节 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（1）机床基础部件，如床身、立柱、工作台等；（2）主传动系统；（3）进给传动系统；,（4）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、防护装置和刀架、自动换刀装置；（5）工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工作台（6）特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。,图1-2-1 数控机床机械结构的组成,二、数控机床机械结构的特点1高刚度和高抗振性2高灵敏度3热变形小4高精度保持性5高可靠性6工艺复合化和功能集成化,第二节 数控机床主传动系统一、数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：1主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速2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4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,二、数控机床主轴的传动方式1齿轮传动方式它通过几对齿轮降速，确保低速时的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。,图1-2-2 数控机床主传动系统配置方式,图1-2-3 齿轮传动实例,2带传动方式带传动是一种传统的传动方式，常见带的类型有v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。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：,（1）传动效率高，可达98以上；（2）无滑动，传动比准确；（3）传动平稳，噪声小；（4）使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达10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；（6）安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。,图1-2-4 带传动式主轴,图1-2-5 多楔带,图1-2-6 同步齿形带,图1-2-7 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。,图1-2-8 直接驱动主轴传动结构图,图1-2-9 日本研制的立式加工中心电主轴结构图1-后轴承；2-定子磁极；3-转子磁极；4-前轴承；5-主轴,图1-2-10 电主轴结构解剖图,图1-2-11 直接驱动主轴,图1-2-12 电主轴,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。,（一）数控机床的主轴支承1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两类轴承。（1）滚动轴承 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范围内能稳定地工作等特点。,图1-2-13 双列圆柱滚子轴承,图1-2-14 双列圆锥滚子轴承,图1-2-15 双向推力角接触球轴承,图1-2-16 角接触球轴承,图1-2-17 单列圆锥滚子轴承,（2）滑动轴承 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，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。但静压轴承需要一套液压装置，成本较高，污染大。,2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：（1）图1-2-18a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触球轴承。（2）图1-2-18 b所示结构配置形式：前支承采用3个超精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一个圆柱滚子轴承。（3）图1-2-18 c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。,图1-2-18 数控机床主轴轴承配置形式,3主轴轴承的装配 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，采用选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，这样可使装配后的偏心量减小。,4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力方向上的少数滚动体，使得轴承刚度下降，承载能力下降，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。,（二）主轴准停功能 机床的切削扭矩由主轴上的端面键（见图1-2-19）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，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。,图1-2-19 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1-2-20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4对准装在带轮5上的磁传感器3），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。,图1-2-20 加工中心主轴的准停、夹紧机构1-活塞；2-弹簧；3-磁传感器；4-永久磁铁；5-带轮；6-钢球；7-拉杆；8-蝶形弹簧；9-三角带；10-皮带轮；11-电动机；12、13-弹簧限位开关,（三）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7：24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8的作用下，拉杆7始终保持10000N左右的拉力，并通过拉杆右端的钢球6将刀杆的尾部轴颈拉紧。,图1-2-21 钢球拉紧机构,第三节 数控机床主传动系统应用一、SSCK20/500数控车床主传动系统及主轴箱结构1主传动系统 SSCK20/500数控车床的主传动系统由功率为11kw的AC伺服电动机驱动，经1：1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。,2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。,图1-2-22 高速度主轴轴承配置,二、JCS018A加工中心主传动系统及主轴箱结构1主运动传动系统 主轴电动机采用的是FANUC AC电动机。主轴电动机在454500rmin转速范围通过一对1：2同步带轮将运动传给主轴，使主轴在22.52250rmin转速范围内可以实现无级调速。该电动机30min超载时的最大输出功率为15kw，连续运转时的最大输出功率为11kw，计算转速为1500r/min。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度高，故可以进行强力切削。,2主轴箱结构（1）主轴结构 主轴的前支承4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。,图1-2-23 JCS018A主轴箱结构图1-主轴；2-拉钉；3-钢球；4、6-角接触球轴承；5-螺母；7-拉杆；8-碟形弹簧；9-弹簧；10-活塞；11-液压缸,（2）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，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧刀具用）2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。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9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的拉钉，使刀具被夹紧。,（3）主轴准停装置 JCS018A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1-2-24所示，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12mm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，当主轴需要定向准停时，便控制主轴停止在预定的位置。,图1-2-24 JCS018A主轴电气式准停装置,第四节 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 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。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，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。,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、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。,图1-2-25 半闭环进给传动系统,二、导轨 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1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。,2导轨的要求（1）高的导向精度：导向精度保证部件运动轨迹的准确性。（2）良好的耐磨性：耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持。（3）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。（4）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“爬行”的现象。,（二）滑动导轨1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。圆柱形导轨制造容易，磨损后调整间隙较困难。,图1-2-26 滑动导轨截面形状,2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、静摩擦系数差值小，在油润滑状态下其摩擦系数约为0.06，耐磨性好，使用寿命为普通铸铁导轨的810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。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轨副的短导轨面上，圆形导轨应粘贴在下导轨面上。,图1-2-27 塑料导轨的粘接,图1-2-28 塑料导轨在机床上的应用形式1-床身；2-工作台；3-镶条；4-导轨软带；5-下压板,（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。,1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。用密封垫来防止灰尘和脏物进入导轨滚道。,图1-2-29 直线滚动导轨的外形和结构,图1-2-30 滚珠式直线滚动导轨,图1-2-31 滚柱式直线滚动导轨,图1-2-32 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各种规格、形式供用户选择。,图1-2-33 单元滚动导轨块结构1-固定螺钉；2-导轨块；3-动导轨体；4-滚动体；5-支撑导轨；6、7-带返回挡槽板,图1-2-34 几种形式的滚动导轨块,图1-2-35 滚动导轨块在加工中心上的应用,（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。静压导轨通常在两个相对运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0.0005），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，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，既无爬行也不会产生振动。,（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。,图1-2-36 几种常见的导轨防护罩,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新型理想传动装置。（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，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。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。,图1-2-37 滚珠丝杠传动原理图,图1-2-38 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擦，所以具有下述特点：1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3使用寿命长4轴向刚度高5具有传动的可逆性6不能实现自锁7制造工艺复杂，成本高,（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，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。,图1-2-39 双螺母垫片式结构,图1-2-40 双螺母螺纹式结构,图1-2-41 双螺母齿差式结构,（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；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（P类）、传动滚珠丝杠副（T类）两类，数控机床进给运动采用P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：单圆弧型和双圆弧型。,1单圆弧型 如图1-2-42a所示。滚道半径 稍大于滚珠半径，取比值/=1.021.12，常取1.04或1.1。接触角 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。为保证=45，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高精度。为消除轴向间隙和调整预紧，必须采用双螺母结构。,2双圆弧型 如图1-2-42b所示。滚道由半径 稍大于滚珠半径 的对称双圆弧组成。理论上轴向和径向间隙为零，接触角=45是恒定的。比值/也取1.021.12，并也常取1.04或1.1。这种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构，也可以采用增大滚珠直径的单螺母结构。,图1-2-42 螺旋滚道法向截面形状,（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（1）公称直径 dm 滚珠丝杠的名义直径（图1-2-43）。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，是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。,图1-2-43 滚珠丝杠螺母副参数,（2）公称导程L0 公称导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量要求有关。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。精度要求高时应将导程取小一些，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。但为了使滚珠丝杠具有一定的承载能力，滚珠直径又不能太小。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。,2精度等级 根据JB3162.291滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1、2、3、4、5、7和10七个精度等级。一级精度最高，其余依次逐级递减，一般动力传动可选用4、5、7级精度，数控机床和精密机械可选用2、3级精度，精密仪器、仪表机床、螺纹磨床可选用1、2级精度。滚珠丝杠螺母副精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的重要指标，选用时要予以考虑。,3滚珠丝杠螺母副代号的标注 根据JB3162.291，滚珠丝杠副代号的标注方法如图1-2-44a所示。采用汉语拼音字母、数字及汉字结合标注法。例如对图1-2-44b 所示滚珠丝杠副标注为：CDM6012-3.5-P4，它表示该滚珠丝杠副为外循环插管式，垫片预紧，回珠管埋入式，公称直径为60mm，导程为12mm，螺纹旋向为右旋，负荷钢球圈数为3.5圈，定位滚珠丝杠，精度等级为4级。,图1-2-44 滚珠丝杠副代号的标注方法,（五）滚珠丝杠螺母副的支承 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。此外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。,图1-2-45 滚珠丝杠常用支承形式,（六）滚珠丝杠螺母副的密封与润滑1密封 滚珠丝杠副如果在滚道上落入了脏物，或使用不干净的润滑油，不仅会妨碍滚珠的正常运转，而且使磨损急剧增加，因此有效地防护密封和保持润滑油的清洁就显得十分必要。通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。密封圈有接触式和非接触式两种，装在滚珠螺母的两端。,2润滑 使用润滑剂，以提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度，延长使用寿命。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，定期润滑。使用润滑油时应注意要经常通过注油孔注油。,（七）滚珠丝杠螺母副的选择方法1滚珠丝杠螺母副结构的选择2滚珠丝杠螺母副结构尺寸的选择3滚珠丝杠螺母副的选择步骤（1）最大的工作载荷。（2）最大静载荷。对于静态或低速运转的滚珠丝杠，需考虑另一种失效形式滚珠接触面上的塑性变形，即最大静载荷是否过分地超过了滚珠丝杠的工作载荷。（3）刚度的验算。（4）压杆稳定性核算。,四、传动齿轮间隙消除机构（一）直齿圆柱齿轮传动间隙的调整1偏心套调整 图1-2-46所示偏心轴套消除传动间隙结构。电动机1是用偏心套2与箱体连接的，通过转动偏心套2的位置就能调整两啮合齿轮中心距，从而消除齿侧间隙。其结构非常简单，常用于电动机与丝杠之间齿轮传动。,图1-2-46 偏心套消除间隙结构,2垫片调整 如图1-2-47所示，在加工相互啮合的两个齿轮1、2时，将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有变化，装配时只需改变垫片3的厚度，使齿轮2作轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。,图1-2-47 垫片消除间隙结构,3双齿轮错齿调整 如图1-2-48所示，两个相同齿数的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。可作相对回转运动的齿轮1、2套装在一起。每个薄片齿轮上分别开有周向圆弧槽，并在齿轮1、2的槽内压有装弹簧的短圆柱3，在弹簧4的作用下使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。,图1-2-48 双齿轮错齿消除间隙结构,（二）斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除1轴向垫片调整 如图1-2-49所示，宽齿轮同时与两个相同齿数的薄片齿轮啮合，薄片齿轮通过平键与轴联结，相互间不能转动。通过调整薄片齿轮之间垫片厚度的增减量，然后拧紧螺母，这时它们的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿槽左右两齿面贴紧消除了齿侧间隙。,图1-2-49 轴向垫片消除间隙结构,2轴向压簧调整 如图1-2-50所示，轴向压簧调整齿轮齿侧间隙的原理与轴向垫片法是一样的。但用弹簧压紧能自动补偿齿侧间隙，达到无间隙传动。弹簧弹力要用调整螺母达到适当的值，过大会使齿轮磨损加快，降低使用寿命；过小达不到消除齿侧间隙的作用。这种结构具有轴向尺寸增大，结构不紧凑，但可以自动补偿间隙的特点，多用于负载小要求自动补偿间隙的场合。,图1-2-50 轴向压簧消除间隙结构,（三）圆锥齿轮传动间隙的消除 1周向压簧调整 如图1-2-51所示，将大锥齿轮加工成1和2两部分，齿轮的外圈1开有三个圆弧槽8，内圈2的端面上的三个凸爪4，套装在圆弧槽内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上，使内外齿圈1、2的锥齿错位与小锥齿轮啮合达到消除间隙的作用。为了安装方便，螺钉5将内、外齿圈相对固定，安装完毕后即刻卸去。,图1-2-51 周向压簧消除间隙结构,2轴向压簧调整 如图1-2-52所示，两个锥齿轮相互啮合。在其中一个锥齿轮的传动轴上装有压簧，调整螺母可改变压簧的弹力。锥齿轮在弹力作用下沿轴向移动，从而达到消除齿侧间隙的目的。,图1-2-52 轴向压簧消除间隙结构,五、回转进给系统1分度工作台 分度工作台是按照数控系统的指令，在需要分度时工作台连同工件按规定的角度回转，有时也可采用手动分度。分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动，并且它的分度运动只能完成一定的回转度数，如 90、60或45等。鼠牙盘式分度工作台结构如图1-2-53所示，它主要由工作台面底座、夹紧液压缸、分度液压缸和鼠牙盘等零件组成。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，在每个齿盘的端面有相同数目的三角形齿，当两个齿盘啮合时就能自动确定周向和径向的相对位置。,鼠牙盘式分度工作台工作过程为：（1）工作台抬起，鼠齿盘脱离啮合（2）回转分度（3）工作台下降，完成定位夹紧（4）复位，为下次分度作准备,图1-2-53 鼠牙盘式分度工作台,图1-2-53 鼠牙盘式分度工作台,图1-2-53 鼠牙盘式分度工作台,2数控回转工作台 为了实现任意角度分度，并在切削过程中能够实现回转，可采用数控回转工作台。它主要用于数控镗铣床。从外形上看与分度工作台没有多大差别，但在内部结构和功能上则有较大的不同。,图1-2-54 数控回转工作台结构,图1-2-54 数控回转工作台结构,图1-2-55 数控回转工作台应用实例,第五节 数控机床进给传动系统应用一、MJ-50数控车床进给传动系统（一）特点 数控车床的进给运动是把伺服电动机的旋转运动转化为刀架和滑板X、Z轴的直线运动，而且对移动精度要求很高，X轴最小移动量为0.0005mm（直径编程），Z轴最小移动量为0.00lmm。采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的灵敏度、定位精度并防止爬行。,图1-2-56 MJ50数控车床X轴进给传动装置简图,（二）X轴进给系统传动装置,图1-2-56 MJ50数控车床X轴进给传动装置简图,图1-2-57 电动机与丝杠连接结构,二、JCS-018A加工中心机床进给传动系统及传动装置,第六节 自动换刀装置一、自动换刀装置的形式（一）回转刀架自动换刀装置 CK7815型数控车床采用 BA200L刀架，最多可以有 24个分度位置，机床可选用 12位、8位刀盘。其工作循环是：刀架接收数控装置的指令松开转到指令要求的位置夹紧发出转位结束的信号。,图1-2-58 数控车床自动回转刀架,图1-2-59 数控钻镗铣床,（二）转塔式自动换刀装置,（三）带刀库的自动换刀装置1无机械手交换刀具方式 无机械手的换刀系统一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置，同时，刀库中刀具的存放方向一般与主轴上的装刀方向一致。换刀时，由主轴运动到刀库上的换刀位置，利用主轴直接取走或放回刀具。,图1-2-60 无机械手换刀过程,图1-2-61 双臂机械手结构,2带机械手交换刀具方式,图1-2-62 夹刀爪,二、刀库1刀库的类型 按刀库结构形式可分为圆盘式刀库、斗笠式刀库、伞式刀库、链式刀库和箱型式刀库等。圆盘式刀库结构简单，应用也较多。箱型式刀库的结构也比较简单，有箱型和线型两种。按设置部位的不同，刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。,图1-2-63 圆盘式刀库,图1-2-64 斗笠式刀库,图1-2-65 伞式刀库,图1-2-66 链式刀库（一）,图1-2-67 链式刀库（二）,图1-2-68 箱型刀库,图1-2-69 线型刀库,2刀库的容量 确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件95左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70的钻削工艺，因此14把刀的容量就可完成70以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有1440把刀具的刀库就能够满足7095工件的加工需要。,3刀库的选刀方式 目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种。顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆选刀等方式。,图1-2-70 刀具刀柄尾部编码环编码1-编码环；2-锁紧螺钉；3-拉紧螺杠,三、实例JCS-018A加工中心的自动换刀装置1自动换刀工作过程（1）刀套下转90（2）机械手转75（3）刀具松开（4）机械手拔刀,（5）交换两刀具位置（6）机械手插刀（7）刀具夹紧（8）液压缸复位（9）机械手反转75（10）刀套上转 90,图1-2-71 自动换刀过程示意图1-机械手；2-刀库；3-主轴；4-刀套；5-刀具,图1-2-72 JCS-018A机械手传动结构示意图,2机械手传动过程 本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图1-2-72为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。,3刀库结构 图1-2-73是本机床盘式刀库的结构简图。如图2-73a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节2、蜗杆4、蜗轮3传到如图2-73b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图2-73a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图2-73b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。刀套下转90后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图2-73a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。,图1-2-73 JCS-018A刀库结构简图,图1-2-73 JCS-018A刀库结构简图,第七节 辅助装置一、数控机床的液压和气动系统1数控机床中的液压和气动装置功能（1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动以及刀具的松开和拉紧动作。（2）主轴的自动松开、夹紧。（3）机床运动部件的制动和离合器的控制，齿轮的拨叉挂档等。（4）机床的润滑、冷却、防护罩、门的自动开关。（5）工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作等。（6）机床运动部件的平衡。如机床主轴箱的重力平衡、刀库机械手的平衡等。,2数控机床中的液压装置 图1-2-74所示为数控车床液压系统原理图。液压系统采用单向变量液压泵，系统压力调整至4MPa，由压力表显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。机床的卡盘夹紧与松开、夹盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回动作都是由液压系统驱动的，数控系统的PLC控制液压系统中各电磁阀电磁铁的动作。,图1-2-74 数控车床液压系统,二、排屑装置1排屑装置在数控机床中的作用 排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到数控机床之外。另外，机床上的切屑中往往混合着切削液，排屑装置必须将切屑从其中分离出来，送入切屑收集箱或小车里，而将切削液回收到冷却液箱。,2排屑装置的种类（1）平板链式排屑装置（图1-2-75a）该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，加工中的切屑落到链带上而被带出机床。（2）刮板式排屑装置（图1-2-75b）该装置的传动原理与平板链式的基本相同，只是链板不同，它的链板带有刮板。（3）螺旋式排屑装置（图1-2-75c）该装置采用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的长螺旋杆。螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即被螺旋杆推动而连续向前运动，最终排入切屑收集箱中。,图1-2-75 常见的排屑装置,