1、第4章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床相比有相似之?dāng)?shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床相比有相似之處，但其工藝特點(diǎn)對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出處，但其工藝特點(diǎn)對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。了更高的要求。本章對數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行較為全面本章對數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行較為全面的闡述。重點(diǎn)對數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)、導(dǎo)軌的闡述。重點(diǎn)對數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)、導(dǎo)軌及進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。及進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。24.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)4.1.1 數(shù)控機(jī)床的主要工藝特點(diǎn)(1)自動化程度高、柔性好：數(shù)控機(jī)床可以自動控制各運(yùn)動部件的動作順序，自動變速，以及實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動加

2、工，因而還能完成一般機(jī)床難以完成的復(fù)雜型面加工。當(dāng)改變加工工件時，只需要改變加工程序，因此能實(shí)現(xiàn)單件、小批生產(chǎn)的加工自動化。(2)加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機(jī)床是根據(jù)數(shù)控加工程序自動進(jìn)行加工的，因而可以避免人為的誤差，自動保證穩(wěn)定的加工精度。此外，在計算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床上，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和工件誤差補(bǔ)償，進(jìn)一步提高加工精度。(3)生產(chǎn)效率高：數(shù)控機(jī)床采用了高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給量，有大的切削功率，可同時實(shí)現(xiàn)粗、精加工，加之無需工序間的檢驗(yàn)與測量，因而生產(chǎn)效率可大大提高。在采用自動換刀的數(shù)控機(jī)床(加工中心)上，工序可以高度集中，工件在一次裝夾后可以完成工件各面的鉆、銑、鏜、攻螺紋等的加工，因而

3、適合于加工表面多，相互位置精度要求高的工件，生產(chǎn)效率可顯著提高，生產(chǎn)周期也可大大縮短。34.1.2 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)提出的要求數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，主要有以下幾個提出了更高的要求，主要有以下幾個方面。方面。1. 高剛度高剛度2. 高抗振性高抗振性3. 減少機(jī)床的熱變形減少機(jī)床的熱變形4. 提高進(jìn)給運(yùn)動的動態(tài)性能和定位提高進(jìn)給運(yùn)動的動態(tài)性能和定位精度精度44.2 數(shù)控機(jī)床的主要組成部分及其結(jié)構(gòu)簡介4.2.1 數(shù)控機(jī)床的主要組成部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的主要組成部分與普通機(jī)床相類似，包括以下幾個組成部分：主傳動系統(tǒng)及主軸部件使刀具(或工件)產(chǎn)生主切

4、削運(yùn)動。進(jìn)給傳動系統(tǒng)使工件(或刀具)產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動并實(shí)現(xiàn)定位。基礎(chǔ)件床身、立柱、滑座、工作臺等。其他輔助裝置如液壓、氣動、潤滑、切削液等系統(tǒng)及裝置。圖4.1為一臺小型立式加工中心的外形圖。 54.2.2 主傳動系統(tǒng)及主軸部件機(jī)床的主傳動系統(tǒng)將電動機(jī)機(jī)床的主傳動系統(tǒng)將電動機(jī)的扭矩或功率傳遞給主軸部的扭矩或功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動。主或刀具實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動。主傳動系統(tǒng)和主軸部件一般都傳動系統(tǒng)和主軸部件一般都設(shè)計成一個主軸箱。設(shè)計成一個主軸箱。1. 主軸箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)加工中心的主軸箱由于要沿z軸方向運(yùn)動，因此要求主傳動系統(tǒng)的傳動件盡量少、結(jié)構(gòu)緊湊

5、、運(yùn)動輕便。一般采用了無級調(diào)速電動機(jī)直接帶動主軸回轉(zhuǎn)，或經(jīng)12級變速傳動主軸，圖4.2為某加工中心主軸箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。 2. 主軸準(zhǔn)停裝置某加工中心主軸準(zhǔn)停裝置的工作原理如圖4.3所示。64.2.3 進(jìn)給傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)與一般的機(jī)床有著本質(zhì)上的差別，它數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)與一般的機(jī)床有著本質(zhì)上的差別，它是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一個重要組成部分。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的速度是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一個重要組成部分。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的速度和位移指令信號經(jīng)過伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給傳動系統(tǒng)，可以使工和位移指令信號經(jīng)過伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給傳動系統(tǒng)，可以使工作臺或刀架實(shí)現(xiàn)要求的進(jìn)給運(yùn)動和精確的定位，自動完成切削作臺或刀架

6、實(shí)現(xiàn)要求的進(jìn)給運(yùn)動和精確的定位，自動完成切削過程。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有過程。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有23個直線進(jìn)給運(yùn)動，有的還帶有圓個直線進(jìn)給運(yùn)動，有的還帶有圓周進(jìn)給運(yùn)動。典型的直線進(jìn)給運(yùn)動的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的示意周進(jìn)給運(yùn)動。典型的直線進(jìn)給運(yùn)動的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的示意圖如圖圖如圖4.4所示。所示。 74.2.4 自動換刀裝置1. 簡介(1)自動換刀裝置應(yīng)滿足的要求：自動換刀裝置的功能就是儲備一定數(shù)量的刀具，并完成在加工過程中的自動更換刀具。自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、有足夠的刀具儲存量、刀庫體積小以及安全可靠等基本要求。(2)自動換刀裝置的主要形式：各類數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的

7、結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的型式、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。 2. 刀庫刀庫是自動換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計有很大影響。(1) 刀庫的存儲量(2) 刀庫的形式(3) 選刀方法84.3 數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌4.3.1 對導(dǎo)軌的基本要求導(dǎo)軌應(yīng)滿足以下基本要求。(1) 導(dǎo)向精度：是指機(jī)床的運(yùn)動部件沿導(dǎo)軌移動時的直線性和它與有關(guān)基面之間相互位置的準(zhǔn)確性。無論在空載時還是在切削加工時，導(dǎo)軌都應(yīng)有足夠的導(dǎo)向精度。影響導(dǎo)向精度的主要因素包括導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌的制造精度和裝配質(zhì)量，以及導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度等。(2) 精度保持性：是指導(dǎo)軌在長期使用中保持導(dǎo)向精度的能力。導(dǎo)軌的耐磨性

8、是保持精度的決定性因素，它與導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌的材料等有關(guān)。除了力求減少磨損量外，還應(yīng)使導(dǎo)軌面在磨損后能自動補(bǔ)償和便于調(diào)整。(3) 低速運(yùn)動平穩(wěn)性：運(yùn)動部件在導(dǎo)軌上低速運(yùn)動或微量移動時，運(yùn)動應(yīng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象。這一要求對數(shù)控機(jī)床尤為重要。它與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、材料、潤滑條件等有關(guān)。要求導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，以減小摩擦阻力。而且動、靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近，同時還應(yīng)有良好的阻尼特性。(4) 結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好：要便于加工、裝配、調(diào)整和維修。94.3.2 導(dǎo)軌的分類和特點(diǎn)機(jī)床上常用的導(dǎo)軌，按其接觸面間的機(jī)床上常用的導(dǎo)軌，按其接觸面間的摩擦性質(zhì)的不同，可分為以下三大類。摩擦性質(zhì)的不同，可分為以下三大類。1

9、. 滑動導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在一般的機(jī)床上應(yīng)用最為廣泛。常用的導(dǎo)軌截面形狀有三角形、矩形、燕尾形及圓柱形等四種，如圖4.5所示。2. 滾動導(dǎo)軌在導(dǎo)軌工作面間放入滾珠、滾柱或滾針等滾動體，使導(dǎo)軌面間成為滾動摩擦，可以大大降低摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動靈敏度。3. 靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面間通入具有一定壓強(qiáng)的潤滑油，使運(yùn)動件浮起。導(dǎo)軌面間充滿潤滑油形成的油膜，因而始終處于純液體摩擦狀態(tài)。(1)開式靜壓導(dǎo)軌 (2)閉式靜壓導(dǎo)軌 104.3.3 滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇原則1. 滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式(1)滾珠導(dǎo)軌(圖4.6) (2)滾柱導(dǎo)軌(圖4.7) (3)滾

10、針導(dǎo)軌 (4)直線滾動導(dǎo)軌塊(副)組件 2. 滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊預(yù)緊的方法有以下兩種。(1)采用過盈配合 (2)采用調(diào)整元件 3. 滾動導(dǎo)軌參數(shù)選擇原則(1)滾動體尺寸和數(shù)目的選擇 (2)滾動導(dǎo)軌的長度 4. 滾動導(dǎo)軌的計算滾動導(dǎo)軌的計算主要應(yīng)對滾動體的承載能力進(jìn)行計算，精密機(jī)床還要驗(yàn)算導(dǎo)軌的剛度，使其在機(jī)床精度允許的范圍內(nèi)。114.4 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)4.4.1 對進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)是指將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_或刀架的運(yùn)動的整個機(jī)械傳動鏈，包括齒輪傳動副、絲杠螺母副(或蝸桿蝸輪副)等以及它們的支承部件(軸承座等)。 1. 高傳動剛度高傳動剛度 2

11、. 高諧振高諧振3. 低摩擦低摩擦4. 低慣量低慣量5. 無間隙無間隙124.4.2 滾珠絲杠螺母副1. 工作原理和特點(diǎn)2. 結(jié)構(gòu)類型3. 滾珠絲杠副的支撐方式4. 滾珠絲杠螺母副的選用5. 滾珠絲杠副的計算134.4.3 齒輪傳動副的消隙措施數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比要求。由于齒輪制造中不可能達(dá)到理想齒面的要求，總是速比要求。由于齒輪制造中不可能達(dá)到理想齒面的要求，總是存在著一定的誤差，因此，一對嚙合著的齒輪，總要有一定的存在著一定的誤差，因此，一對嚙合著的齒輪，總要有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。但是，齒

12、側(cè)間隙會造成進(jìn)給系統(tǒng)的齒側(cè)間隙才能正常地工作。但是，齒側(cè)間隙會造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用以下消除側(cè)隙的措施，以盡量減性。因此，齒輪傳動副常采用以下消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒側(cè)間隙。小齒側(cè)間隙。1. 剛性調(diào)整法剛性調(diào)整法(1)偏心軸套調(diào)整法 (2)軸向墊片調(diào)整法 (3)雙薄片齒輪墊片調(diào)整法 2. 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法這種調(diào)整法一般都采用調(diào)整彈簧彈力的方法消除齒側(cè)間隙。因而調(diào)整之后齒側(cè)間隙仍可自動補(bǔ)償。在齒輪的齒厚和周節(jié)有變化的情況下，也能保持無間隙嚙合。但這種調(diào)整法結(jié)構(gòu)較復(fù)

13、雜，傳動剛度低，傳動平穩(wěn)性也差。144.5 習(xí) 題(1) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與一般機(jī)床相比，在哪些方數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與一般機(jī)床相比，在哪些方面提出了更高的要求？為什么？面提出了更高的要求？為什么？(2) 機(jī)床的主傳動系統(tǒng)和主軸部件的功能是什么？對機(jī)床的主傳動系統(tǒng)和主軸部件的功能是什么？對加工中心的主傳動系統(tǒng)和主軸部件提出了哪些要求？加工中心的主傳動系統(tǒng)和主軸部件提出了哪些要求？(3) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)的功能是什么？典型的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)的功能是什么？典型的直線進(jìn)給傳動系統(tǒng)是由哪些部分組成的？直線進(jìn)給傳動系統(tǒng)是由哪些部分組成的？ (4) 數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌有哪幾類？各有什么特點(diǎn)？數(shù)

14、控機(jī)床常用的導(dǎo)軌有哪幾類？各有什么特點(diǎn)？ (5) 為什么數(shù)控機(jī)床廣泛采用滾動導(dǎo)軌？為什么數(shù)控機(jī)床廣泛采用滾動導(dǎo)軌？(6) 滾動導(dǎo)軌按照滾動體的不同分成哪幾種？各適用滾動導(dǎo)軌按照滾動體的不同分成哪幾種？各適用于什么場合？于什么場合？(7) 滾動導(dǎo)軌為什么要進(jìn)行預(yù)緊？如何進(jìn)行預(yù)緊？預(yù)滾動導(dǎo)軌為什么要進(jìn)行預(yù)緊？如何進(jìn)行預(yù)緊？預(yù)緊力過大時，會帶來什么問題？緊力過大時，會帶來什么問題？154.5 習(xí) 題(8)滾動導(dǎo)軌中滾動體的尺寸和數(shù)目選擇的一般原則是什么？滾動導(dǎo)軌中滾動體的尺寸和數(shù)目選擇的一般原則是什么？(9)對滾動體承載能力的計算中，若不能滿足要求時，應(yīng)如何處理？對滾動體承載能力的計算中，若不能滿足

15、要求時，應(yīng)如何處理？(10) 為什么對進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)提出了為什么對進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)提出了“高傳動剛度、高諧振、低高傳動剛度、高諧振、低摩擦、低慣量、無間隙摩擦、低慣量、無間隙”的要求？如何才能達(dá)到要求？的要求？如何才能達(dá)到要求？(11) 為什么在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠副？為什么在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠副？(12) 比較滾珠絲杠副中滾珠的兩種不同循環(huán)方式的結(jié)構(gòu)區(qū)別和特點(diǎn)，各適比較滾珠絲杠副中滾珠的兩種不同循環(huán)方式的結(jié)構(gòu)區(qū)別和特點(diǎn)，各適用于何種用于何種 場合？場合？(13) 滾珠絲杠副為什么要預(yù)緊？常用的預(yù)緊方式有哪幾種？它們之間有何滾珠絲杠副為什么要預(yù)緊？常用的預(yù)緊方式有哪幾種？它們之間有何區(qū)別？區(qū)別？(14) 滾珠絲杠副的支撐方式有哪幾種？它們之間有什么區(qū)別？各適用于何滾珠絲杠副