1、四、電主軸與高速主軸系統1.電主軸的主要特點2.電主軸的安裝形式3.電主軸的發熱及其解決方法4.電主軸的動平衡設計5.高速主軸系統的軸承配置要求電主軸：主軸與電機制成一體，使主軸驅動機構簡化。電主軸：主軸與電機制成一體，使主軸驅動機構簡化。電主軸組成：空心軸轉子、帶繞組的定子、速度檢測元件。電主軸組成：空心軸轉子、帶繞組的定子、速度檢測元件。空心軸轉子，既是電機的轉子，也是主軸。空心軸轉子，既是電機的轉子，也是主軸。主軸電機直接驅動主軸電機直接驅動定子定子轉子轉子電主軸電主軸第第二二章章 數控機床的機械結構與裝置數控機床的機械結構與裝置CNC8.3 8.3 數控機床的主傳動系統數控機床的主傳動

2、系統第八章第八章 數控機床的機械結構與裝置數控機床的機械結構與裝置CNC8.3 8.3 數控機床的主傳動系統數控機床的主傳動系統1.電主軸的主要特點1)機械結構最為簡單，傳動慣量小，因而快速響應性好，能實現極高的速度、加(減)速度和定角度的快速準停(C軸控制)。2)通過采用交流變頻調速或磁場矢量控制的交流主軸驅動裝置，輸出功率大，調速范圍寬，并有比較理想的轉矩功率特性。3)可以實現了主軸部件的單元化。大大簡化了主運動系統結構，實現了所謂大大簡化了主運動系統結構，實現了所謂“零傳動零傳動”，使傳動，使傳動精度大大提高，在高速數控機床大量采用。精度大大提高，在高速數控機床大量采用。缺點缺點: :電

3、機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主軸電機的關主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主軸電機的關鍵問題。鍵問題。若電主軸內應用較先進的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸若電主軸內應用較先進的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）可使主軸部件結構緊湊、重量輕、慣量小，可提承等）可使主軸部件結構緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止響應特性，利于控制振動和噪聲。目前最高啟動、停止響應特性，利于控制振動和噪聲。目前最高可達高可達200000 r/min200000 r/min。大大簡化了主運動系統結構，實現了

4、所謂大大簡化了主運動系統結構，實現了所謂“零傳動零傳動”，使傳動精度大大提高，在高速數控機床大量采用。使傳動精度大大提高，在高速數控機床大量采用。缺點缺點: :電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主軸電機的關鍵問題。軸電機的關鍵問題。第八章第八章 數控機床的機械結構與裝置數控機床的機械結構與裝置CNC8.3 8.3 數控機床的主傳動系統數控機床的主傳動系統2.電主軸的安裝形式1)主電動機置于主軸前、后軸承之間。2)主電動機置于主軸后軸承之后，即主軸箱

5、和主電動機作軸向的同軸布置(有的用聯軸器)。3.電主軸的發熱及其解決方法與一般的主軸部件不同，電主軸最突出的問題之一是內藏式高速主電動機的發熱。由于主電動機旁邊就是主軸軸承，電動機的發熱會直接降低軸承的工作精度。如果主電動機的散熱問題解決不好，就會影響機床工作的可靠性。主主軸軸的的潤潤滑滑、冷冷卻卻方方式式水套冷卻水套冷卻油氣潤滑油氣潤滑4.電主軸的動平衡設計電主軸的最高轉速一般在10000r/min以上，甚至高達60000100000r/min，主軸運轉部分微小的不平衡量，都會引起巨大的離心力，造成機床的振動，影響加工精度和表面質量，因此必須對電主軸進行嚴格的動平衡。 采用電主軸后，主軸和主

6、軸上的零件都要經過十分精密的加工、裝配和調校。在設計電主軸后，必須嚴格遵守結構對稱原則，鍵聯接和螺紋聯接在電主軸上被禁止使用。電動機轉子與機床主軸之間用過盈配合來實現轉矩的傳遞。主軸上軸向固定零件用的螺紋也用于主軸有過盈配合的圓盤來替代。 為了使轉子在裝配后達到精確的動平衡，還必須采用下面的工藝措施：一、電主軸轉子的外徑在裝配前一般都留有一定的加工余量，當轉子用熱壓法裝入主軸后，把主軸裝夾在車床上對轉子進行最后的精車。另一個保證動平衡的措施是在電動機轉子的兩個端蓋上，對稱加工16-24個直徑略有不用的孔，當電主軸裝完后，根據動平衡機結果，在一定的方位上，旋入相應的動平衡螺釘并調節旋入深度，進行

7、動平衡的調節。 5.高速主軸系統的軸承配置要求1)提高軸承尺寸公差及旋轉精度，以適應高精度切削要求。2)采用角接觸球軸承取代圓柱滾子軸承和推力球軸承，以承受徑向和軸向載荷，并適應高速切削的需要。3)應減小徑向截面尺寸，以減小主軸系統的體積，并有利于系統的熱傳導。4)應盡量采用小而多的滾動體，以減小高速旋轉慣性力并進而提高軸系的動剛度。5)采用高強度、輕質保持架，選擇合理的引導方式，以適應高速旋轉。6)盡量采用配對軸承，以保證軸承的旋轉精度與剛度。高剛性軸承配置高剛性軸承配置前支承是雙列圓柱滾子軸承，后支承雙列圓柱滾子軸承和雙列推力角接觸球軸承。高速度軸承配置高速度軸承配置CNC 主軸高速化首要

8、解決的技術問題有三方面主軸高速化首要解決的技術問題有三方面 (1)高速電動機的控制技術。 (2)高速軸承的開發 陶瓷軸承，其軸承的滾動體是用陶瓷材料制成，而內、外因仍用軸承鋼制造。陶瓷材料為Si3O4，其優點是重量輕為軸承鋼的40，熱膨脹率低是軸承鋼的25；彈性模量大，是軸承鋼的1.5倍。采用陶瓷滾動體，可大大減小離心力和慣性滑移，有利于提高主軸轉速。目前的問題是陶瓷價格昂貴，且有關壽命、可靠性試驗數據尚不充分需進一步試驗和完善。磁懸浮軸承，它是靠電磁力將轉子懸浮在中心位置，由于軸心的位置靠電子反饋控制系統進行自動調解，因此其剛度值可以設定得很高，主軸的軸向尺寸變化很小，這種軸承溫升低，回轉精

9、度高。由于轉子和定子不接觸，因此沒有磨損，無需潤滑，轉速高，壽命很長。最高線速度可達200m/s（陶瓷軸承80m/s）。流體動靜壓軸承小球球軸承。 (3)冷卻潤滑技術的研究 過去加工中心機床主軸軸承大都采用油脂潤滑方式，為了適應主軸轉速向更高速化發展的需要，新的潤滑冷卻方式相繼開發出來，減小軸承溫升，進而減小軸承內外因的溫差，以及為解決高速主軸軸承滾道處進油困難所開發的各種潤滑冷卻方式。五、主軸部件的結構圖2-12車床主軸部件圖1、3、5、15、16螺釘2帶輪聯接盤4端蓋6圓柱滾珠軸承7、9、11、12擋圈8熱調整套10、13、17角接觸球軸承14卡盤過渡盤18主軸19主軸箱箱體第四節數控機床

10、的進給傳動系統一、數控機床對進給傳動系統的基本要求二、數控機床進給傳動系統的基本形式三、直線電動機與高速進給單元四、滾珠絲杠螺母副的原理五、滾珠絲杠螺母副的支承六、滾珠絲杠螺母副與電動機的聯接七、滾珠絲杠螺母副的選擇與計算一、數控機床對進給傳動系統的基本要求1.提高傳動部件的剛度（加大滾珠絲杠的直徑，對絲杠螺母支承部件進行預緊，對絲杠進行預拉伸）2.減小傳動部件的慣量（傳動件的慣量直接決定進給系統的加速度，他是影響進給系統的快速性的主要因素）3.減小傳動部件的間隙（在開環和半閉環系統中傳動間隙直接影響系統的精度，在閉環系統中，它是系統的非線性環節，直接影響系統的穩定性）4.減小系統的摩擦阻力二

11、、數控機床進給傳動系統的基本形式1.滾珠絲杠螺母副摩擦損失小傳動效率高；預緊后可以消除間隙，提高傳動效率；摩擦阻力小，不易產生低速爬行現象；長期工作磨損小、使用壽命長、精度保持性好。2.靜壓絲杠螺母副是通過油壓在絲杠和螺母的接觸面之間，產生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母之間的摩擦變成液體摩擦。特點：摩擦因數小；油膜層可以吸振提高運動平穩性；有利于散熱減小熱變形；油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有均化作用；承載能力與供油壓力成正比，與轉速無關3靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副4.直線電動機直接驅動可以完全取消傳動系統中將旋轉運動轉化為直線運動的環節，大大簡化機械傳動環可

12、以完全取消傳動系統中將旋轉運動轉化為直線運動的環節，大大簡化機械傳動環節，實現所謂的零傳動。從根本上消除了傳動環節對精度、剛度、快速性、穩定性節，實現所謂的零傳動。從根本上消除了傳動環節對精度、剛度、快速性、穩定性的影響。的影響。三、直線電動機與高速進給單元1.直線電動機的主要特點2.高速進給單元的結構設計3.直線電動機進給系統設計注意點世界上第一臺使用直線電動機驅動工作臺的高速加工中心是德國世界上第一臺使用直線電動機驅動工作臺的高速加工中心是德國Ex-Cell-O公司公司于于1993年生產的，采用了德國年生產的，采用了德國Indrament公司開發成功的感應式直線電機。同公司開發成功的感應式

13、直線電機。同時，美國時，美國Ingersoll公司和公司和Ford汽車公司合作，在汽車公司合作，在HVM800型臥式加工中心上型臥式加工中心上采用了美國采用了美國Anorad公司生產的永磁式直線電動機。日本的公司生產的永磁式直線電動機。日本的FANUC公司于公司于1994年購買了年購買了Anorad公司的專利權，開始在亞洲市場銷售直線電動機。在公司的專利權，開始在亞洲市場銷售直線電動機。在1996年年9月芝加哥國際制造技術博覽會上，直線電動機如雨后春筍般展現在人們面前，月芝加哥國際制造技術博覽會上，直線電動機如雨后春筍般展現在人們面前，這預示著直線電動機開辟的機床新時代已經到來。這預示著直線電

14、動機開辟的機床新時代已經到來。 1直線電動機工作原理簡介直線電動機工作原理簡介 直線電動機的工作原理與旋轉電動機相比，并沒有本質的區別，可以將其視直線電動機的工作原理與旋轉電動機相比，并沒有本質的區別，可以將其視為旋轉電動機沿圓周方向拉開展平的產物。如圖所示。對應于旋轉電動機的定為旋轉電動機沿圓周方向拉開展平的產物。如圖所示。對應于旋轉電動機的定子部分，稱為直線電動機的初級。對應于旋轉電動機的轉子部分，稱為直線電子部分，稱為直線電動機的初級。對應于旋轉電動機的轉子部分，稱為直線電動機的次級。當多相交變電流通入多相對稱繞組時，就會在直線電動機初級和動機的次級。當多相交變電流通入多相對稱繞組時，就

15、會在直線電動機初級和次級之間的氣隙中產生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當然次級之間的氣隙中產生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當然，二者之間也存在一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。，二者之間也存在一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。 直線電動機可以分為直流直線電動機、步進直線電動機和交流直線電機三直線電動機可以分為直流直線電動機、步進直線電動機和交流直線電機三大類。在機床上主要使用交流直線電動機。大類。在機床上主要使用交流直線電動機。 在結構上，可以有如圖所示的短次級和短初級兩種形式。為了減小發熱量和在結構上，可以有如圖所示的短次級和短初級兩種形式。為了

16、減小發熱量和降低成本，高速機床用直線電動機一般采用圖降低成本，高速機床用直線電動機一般采用圖b所示的短初級、動初級結構。所示的短初級、動初級結構。圖2-14直線電動機及安裝1、9、10位置檢測器2、6轉子3、13定子4床身5、8輔助導軌7、14冷卻板11拖鏈12導軌 1)使用直線伺服電動機，電磁力直接作用于運動體(工作臺)上，而不用機械連接，因此沒有機械滯后或齒節周期誤差，精度完全取決于反饋系統的檢測精度。2)直線電動機上裝配全數字伺服系統，可以達到極好的伺服性能。由于電動機和工作臺之間無機械連接件，工作臺對位置指令幾乎是立即反應(電氣時間常數約為1ms)，從而使得跟隨誤差減至最小而達到較高的

17、精度。并且，在任何速度下都能實現非常平穩的進給運動。3)直線電動機系統在動力傳動小由于沒有低效率的中介傳動部件而能達到高效率可獲得很好的動態剛度(動態剛度即為在脈沖負荷作用下，伺服系統保持其位置的能力)。4)直線電動機驅動系統由于無機械零件相互接觸，因此無機械磨損，也就不需要定期維護，也不象滾珠絲杠那樣有行程限制，使用多段拼接技術可以滿足超長行程機床的要求。 下表列出了滾珠絲杠與直線電動機的性能對比。 5)由于直線電動機的動件(初級)已和機床的工作臺合二為一，因此，和滾珠絲杠進給單元不同，直線電動機進給單元只能采用全閉環控制系統。其控制框圖如圖所示。然而，直線電動機在機床上的應用也存在一些問題

18、，包括：1)由于沒有機械連接或嚙合，因此垂直軸需要外加一個平衡塊或制動器。2)當負荷變化大時，需要重新整定系統。目前，大多數現代控制裝置具有自動整定功能因此能快速調機。3)磁鐵(或線圈)對電動機部件的吸力很大，因此應注意選擇導軌和設計滑架結構，并注意解決磁鐵吸引金屬顆粒的問題。直線電動機驅動系統具有很多的優點，對于促進機床的高速化有十分重要的意義和應用價值。由于目前尚處于初級應用階段，生產批量不大，因而成本很高。但可以預見，作為一種嶄新的傳動方式，直線電動機必然在機床工業中得到越來越廣泛的應用，并顯現巨大的生命四、滾珠絲杠螺母副的原理1.滾珠絲杠螺母副的結構原理2.滾珠絲杠螺母副的預緊絲杠（螺

19、母）旋轉，滾珠在封閉滾道內沿滾道滾動、絲杠（螺母）旋轉，滾珠在封閉滾道內沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現將旋轉運動變迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現將旋轉運動變換成直線運動。換成直線運動。CNC滾珠循環方式常用的有兩種：滾珠循環方式常用的有兩種：外循環：外循環：滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸CNC內循環：內循環：始終與絲杠保持接觸。始終與絲杠保持接觸。CNC2.滾珠絲杠螺母副的預緊單螺母的預緊方式(1)增加滾珠直徑預緊法(2)螺母夾緊預緊法 (3)整體螺母變位螺距預緊法(1)增加滾珠直徑預緊法圖2-16滾珠絲杠螺母副的預緊原理1螺母2滾珠3

20、絲杠4螺栓5墊片常用的雙螺母消除軸向間隙的結構形式：常用的雙螺母消除軸向間隙的結構形式： 墊片預緊方式墊片預緊方式 螺紋預緊方式螺紋預緊方式 齒差預緊方式齒差預緊方式 CNC調整墊片厚度，使螺母產生軸向位移，該形式結構簡單調整墊片厚度，使螺母產生軸向位移，該形式結構簡單，調整方便，應用廣，但僅適用于一般精度機構。，調整方便，應用廣，但僅適用于一般精度機構。CNC通過圓螺母調整，消除間隙并產生預緊力，再用鎖緊螺母通過圓螺母調整，消除間隙并產生預緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結構緊湊，調整方便。但調整精度較差，且易于松鎖緊，結構緊湊，調整方便。但調整精度較差，且易于松動動 。第八章第八章 數控機床的機械

21、結構與裝置數控機床的機械結構與裝置CNC 兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數相差兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數相差1 1，分別與內齒輪嚙合，調整時先取下內，分別與內齒輪嚙合，調整時先取下內齒輪，使兩螺母產生相對位移（即在同方向轉過相同齒），然后將內齒輪復位固定，達齒輪，使兩螺母產生相對位移（即在同方向轉過相同齒），然后將內齒輪復位固定，達到消除間隙的目的。到消除間隙的目的。第八章第八章 數控機床的機械結構與裝置數控機床的機械結構與裝置CNC五、滾珠絲杠螺母副的支承1.滾珠絲杠螺母副的支承形式2.滾珠絲杠螺母副的支承軸承1.滾珠絲杠螺母副的支承形式圖2-17滾珠絲杠螺母副的支承形式1.滾珠絲杠螺

22、母副的支承形式圖2-18滾珠絲杠支承軸承2.滾珠絲杠螺母副的支承軸承六、滾珠絲杠螺母副與電動機的聯接1.聯軸器直接聯接(圖2-19a)2.通過齒輪聯接(圖2-19b)3.通過同步齒形帶聯接(圖2-19c)六、滾珠絲杠螺母副與電動機的聯接圖2-19滾珠絲杠螺母副與驅動電動機的聯接形式1驅動電動機2聯軸器3絲杠4齒輪5同步齒形帶1.聯軸器直接聯接(圖2-19a)圖2-20撓性聯軸器1壓圈2聯軸套3柔性片4球面墊5錐環2.通過齒輪聯接(圖2-19b)3.通過同步齒形帶聯接(圖2-19c)1)為了減小慣量，同步帶輪材料宜采用密度較小的鋁合金或塑料制造。2)同步帶輪應直接安裝在電動機及絲杠軸上，以避免中

23、間環節給系統帶來附加慣量。3)必須對同步帶輪的平行性進行調節，以防止不平行產生的傳動帶邊緣張力，引起傳動帶磨損。4)為了消除間隙，同步帶必須通過張力調整進行預緊，張力調整的方法與普通傳動帶的張緊方法相同，在此從略。3.通過同步齒形帶聯接(圖2-19c)圖2-21同步帶1強力層2帶背3帶齒七、滾珠絲杠螺母副的選擇與計算1.確定滾珠絲杠的導程Pn2.滾珠絲杠副的載荷及轉速計算3.確定絲杠預期額定動載荷4.按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m5.確定滾珠絲杠副的規格型號6.確定預緊力Fp7.計算行程補償值C和拉伸力Ft2.滾珠絲杠副的載荷及轉速計算(1)最小載荷Fmin取機床空載時滾珠絲

24、杠副的傳動力，如工作臺重量引起的摩擦力，單位：N。(2)最大載荷Fmax取機床承受最大負荷時滾珠絲杠副的傳動力。(3)滾珠絲杠副的當量轉速nm及當量載荷Fm設：滾珠絲杠副在n1、n2、nn各種轉速下，各轉速工作時間占總時間的百分比分別為t1%、t2%、tn%，所受載荷分別是F1、F2、Fn。3.確定絲杠預期額定動載荷1)絲杠預期額定動載荷按滾珠絲杠副的預期工作時間Lh計算：2)對于有預加負荷的滾珠絲杠副，應根據最大軸向負荷Fmax計算預期額定動載荷4.按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m(1)估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量m滾珠絲杠的最大允許軸向變形量m決定于滾珠絲杠的剛度，絲杠

25、的彈性變形產生數控機床的死區間隙。(2)估算滾珠絲杠副的底徑d2m5.確定滾珠絲杠副的規格型號6.確定預緊力Fp)當最大軸向工作載荷Fmax能確定時2)當最大軸向工作載荷不能確定時表2-2預載荷系數表7.計算行程補償值C和拉伸力Ft1)目標行程補償值C的計算2)預拉伸力的計算：1)計算軸承所受的最大軸向載荷FBmax時，對于在有預拉伸的滾珠絲杠副應考慮到預拉伸力Ft；2)軸承應根據滾珠絲杠副支承的要求選擇相應的軸承的型號。3)確定軸承內徑時，為便于絲杠加工，軸承內徑最好不大于滾珠絲杠的大徑。第五節數控機床的導軌一、數控機床對導軌的基本要求二、數控機床導軌的種類與特點三、滾動導軌的結構原理與特點

26、四、滾動導軌的選擇與計算五、滾動導軌的安裝與使用一、數控機床對導軌的基本要求()導向精度高()精度保持性好()足夠的剛度()良好的摩擦特性()導向精度高導向精度是指機床的運動部件沿導軌移動時的直線與有關基面之間的相互位置的準確性。()精度保持性好精度保持性是指導軌能否長期保持原始精度。()足夠的剛度機床各運動部件所受的外力，最后都由導軌面來承受，若導軌受力后變形過大，不僅破壞了導向精度，而且惡化了導軌的工作條件。()良好的摩擦特性數控機床導軌的摩擦因數要小，而且動、靜摩擦因數應盡量接近，以減小摩擦阻力和導軌熱變形，使運動輕便平穩，低速無爬行。二、數控機床導軌的種類與特點1.滑動導軌2.滾動導軌

27、3.靜壓導軌1.滑動導軌1)以聚四氟乙烯(PTFY)為基體，通過添加不同的填充料構成的高分子復合材料。2)以環氧樹脂為基體，加入MoS2，膠體石墨TiO2等制成的抗磨涂層材料。1.滑動導軌圖2-22鑲粘塑料導軌的結構示意圖1床身2滑板3鑲條4軟塑料帶5壓板2.滾動導軌(1)滾珠導軌 (2)滾柱導軌(3)滾針導軌(1)滾珠導軌這種導軌以滾珠作為滾動體，運動靈敏度好，定位精度高；但其承載能力和剛度較小，一般都需要通過預緊提高承載能力和剛度。(2)滾柱導軌這種導軌的承載能力及剛度都比滾珠導軌大，但對于安裝的要求也高，如果安裝不良，會引起偏移和側向滑動，使導軌磨損加快、降低精度。(3)滾針導軌滾針導軌

28、的滾針比同直徑的滾柱長度更長。3.靜壓導軌靜壓導軌的滑動面之間開有油腔，將有一定的油通過節流輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運動部件，使導軌工作表面處于純液體摩擦，不產生磨損，精度保持性好。同時摩擦因數也極低(0.0005)，使驅動功率大大降低；低速無爬行，承載能力大，剛度好；此外，油液有吸振作用，抗振性好。其缺點是結構復雜，要有供油系統，油的清潔度要求高。三、滾動導軌的結構原理與特點1.滾動導軌的結構原理2.滾動導軌的特點1.滾動導軌的結構原理圖2-23滾動直線導軌副1滑塊2導軌3鋼球4回珠孔5側密封6密封端蓋7擋板8油杯2.滾動導軌的特點1)動、靜摩擦力之差很小，靈敏性極好，驅動信號與機械動作

29、間的滯后時間極短，有利于提高數控系統的響應速度和靈敏度。2)可以使驅動電動機的功率大幅度下降，它實際所需的功率只相當于普通導軌的左右。3)適合于高速、高精度加工的機床，它的瞬時速度可以比滑動導軌提高10倍左右。4)可以實現無間隙運動，提高進給系統的運動精度。5)滾動導軌成對使用時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件(導軌安裝面)的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。6)導軌副的滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應力小，承載能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高。7)導軌采用表面硬化處理工藝，導軌內仍保持良好的力學性能，從而使它具有良好的可校性。2.滾動導軌的特點8)滾動導軌對安裝

30、面的要求較低，簡化了機械結構的設計，降低了機床加工、制造四、滾動導軌的選擇與計算(一)滾動導軌的精度等級與通用數據(二)滾動直線導軌副的額定壽命(三)滾動直線導軌副的載荷計算(四)滾動直線導軌副的預載荷(一)滾動導軌的精度等級與通用數據滾動導軌的精度分四個等級，即2、3、4、5級，其中2級精度最高，依次遞減。由于滾動直線導軌副具有“誤差均化效應”，當在同一平面內使用兩套或兩套以上時，可選用較低一級精度達到高一級的運動精度，成套使用通常可以提高產品質量20%50%。(二)滾動直線導軌副的額定壽命)滾動直線導軌副的額定運動距離壽命的計算公式為)當行程的長度一定，以小時為單位的額定壽命的計算公式：表

31、2-3滾動導軌的接觸系數表(三)滾動直線導軌副的載荷計算1.滾動直線導軌副的載荷特點2.作用于滾動直線導軌副的載荷計算1.滾動直線導軌副的載荷特點由于滾動直線導軌副的特殊結構，使其具有垂直向上，向下和左右水平四方向額定載荷相等，且額定載荷大、剛性好、剛度高、三個方向抗顛覆力矩能力強，因此，可以適用于各種載荷機床。2.作用于滾動直線導軌副的載荷計算)載荷為分段變化的情況)載荷呈線性變化的情況)載荷呈全波正弦曲線變化的情況)載荷呈半波正弦曲線變化的情況)同時承負垂向載荷Pv和水平向載荷Ph的情況)同時承負外部扭矩M和外部載荷P的情況(四)滾動直線導軌副的預載荷表2-推薦預載荷表五、滾動導軌的安裝與

32、使用1.滾動直線導軌副的安裝2.滾動直線導軌副的防護與潤滑1.滾動直線導軌副的安裝圖2-24滾動直線導軌副的安裝2.滾動直線導軌副的防護與潤滑使用滾動直線導軌副時，應注意工作環境與裝配過程中的清潔，不能有鐵屑、雜質、灰塵等粘附在導軌副上。若在工作環境有灰塵時，除利用導軌本身的密封外，還應考慮增加防塵裝置。第六節數控機床的自動換刀裝置一、自動換刀裝置的基本要求和形式二、回轉刀架三、加工中心刀庫的類型與布局四、無機械手換刀五、機械手換刀六、凸輪機械手換刀裝置七、自動換刀機床的主軸結構八、機械手手爪結構一、自動換刀裝置的基本要求和形式圖2-25電動刀架結構原理圖1刀架2左鼠牙盤3右鼠牙盤4滑塊5蝸輪

33、6軸7蝸桿8、9、10齒輪11電動機12微動開關13端部14圓盤15壓板16斜鐵二、回轉刀架()刀架松開()刀架轉位()刀架定位()刀架夾緊()刀架松開換刀開始后，首先松開電動機制動器，電動機通過齒輪10、9、8帶動蝸桿7、蝸輪5旋轉。()刀架轉位由圖可見，在軸6上開有兩個對稱槽，內裝兩個滑塊4，當鼠牙盤脫開后，電動機繼續帶動蝸輪旋轉，一旦蝸輪轉到一定角度時，與蝸輪固定的圓盤14上的凸塊便碰到滑塊4，蝸輪便通過圓盤14上的凸塊帶動滑塊，連同軸6、刀盤一起進行旋轉，刀架進行轉位動作。()刀架定位當刀架轉到要求的位置之后，驅動電動機11反轉，這時圓盤14上的凸塊便與滑塊4脫離，不再帶動軸6轉動。(

34、)刀架夾緊刀架定位完成后，電動機制動器制動，維持電動機軸上的反轉力矩，以保證鼠牙盤之間有一定的夾緊力。三、加工中心刀庫的類型與布局1.鼓輪式刀庫2.鏈式刀庫三、加工中心刀庫的類型與布局圖2-26鼓輪式刀庫布局圖三、加工中心刀庫的類型與布局圖2-27傾斜式鼓輪式刀庫布局圖三、加工中心刀庫的類型與布局圖2-28鏈式刀庫圖1.鼓輪式刀庫鼓輪式刀庫又稱為圓盤刀庫，其中最常見的形式有刀具軸線與鼓輪軸線平行式(圖2-26a)布局和刀具軸線與鼓輪軸線傾斜式(圖2-27a)布局兩種。2.鏈式刀庫鏈式刀庫的優點是結構緊湊、布局靈活、刀庫容量大，可以實現刀具的“預選”，換刀時間短。但刀庫一般都需要獨立安裝于機床側

35、面(圖2-28c)或頂部(圖2-28b)，占地面積通常較大。另外，由于通常情況下，刀具軸線和主軸軸線垂直，因此，換刀必須通過機械手進行，機械結構比鼓輪式刀庫復雜。四、無機械手換刀1)主軸定向準停，使主軸上的定位鍵方向和刀庫定位鍵一致；同時，Z軸快速向上運動到換刀點，作好換刀準備，如圖2-29及圖2-30a所示。2)刀庫向右運動，刀座中的彈簧機構卡入刀柄的V形槽中，主軸內的刀具夾緊裝置放松，刀具被松開，如圖2-30b所示。3)主軸箱上升，使主軸上的刀具放回刀庫的空刀座中，如圖2-30c所示。4)刀庫旋轉，將下一步需要的刀具轉到主軸下。5)主軸箱下降，將刀具插入機床的主軸，同時，主軸箱內的夾緊裝置

36、夾緊刀具，如圖2-30d所示。6)刀庫快速向左返回，將刀庫從主軸下面移開，刀庫恢復圖2-30a所示狀態，主軸箱再向下運動，便可以進行下一工序的加工。四、無機械手換刀圖2-29刀庫布局圖2-30換刀動作圖五、機械手換刀()刀具預選()主軸定向準停()機械手回轉夾刀()卸刀()刀具換位()裝刀()機械手返回五、機械手換刀圖-機械凸輪聯動換刀機構結構原理圖刀座轉位氣缸回轉電動機機械手電動機回轉蝸桿刀座刀庫刀具交換位置機械手()刀具預選在機床進行加工的同時，根據數控系統發出的T代碼指令，由回轉電動機將下一把要加工的刀具，回轉到刀具交換位置，完成刀具的“預選”動作，為刀具交換做好準備。()主軸定向準停在

37、換刀指令發出后，首先進行主軸定向準停，使主軸上的定位鍵方向和刀庫定位鍵一致。()機械手回轉夾刀當主軸箱到達換刀位置，同時刀庫上的刀具完成旋轉動作后，凸輪換刀機構通過電動機驅動，使機械手進行轉位，兩邊的手爪分別夾持刀庫換刀位以及主軸上的刀具。()卸刀在機械手完成夾刀動作后，刀庫以及主軸內的刀具夾緊裝置同時放松，刀具被松開，凸輪換刀機構在電動機驅動下，機械手向下伸出，同時取出刀庫和主軸上的刀具，進行卸刀。()刀具換位卸刀完成后，凸輪換刀機構在電動機驅動下，使機械手旋轉，進行刀庫側刀具和主軸側刀具的換位。()裝刀刀具完成換位后，凸輪換刀機構在電動機驅動下，機械手向上縮回，將刀庫側刀具和主軸側刀具同時

38、裝入刀座和主軸，并且，刀庫以及主軸內的刀具夾緊裝置同時夾緊。()機械手返回刀庫以及主軸內的刀具夾緊裝置完成夾緊后，凸輪換刀機構在電動機驅動下，機械手反向旋轉回到起始位置(這時手臂為位置，兩邊手爪互換)，完成換刀動作。六、凸輪機械手換刀裝置2032.TIF六、凸輪機械手換刀裝置圖-凸輪機械手換刀機構原理圖驅動電動機減速器錐齒輪平面凸輪弧面凸輪連桿機構機械手滾珠盤電氣信號盤六、凸輪機械手換刀裝置圖-平面凸輪與弧面凸輪的運動過程七、自動換刀機床的主軸結構圖-立式加工中心的主軸部件結構圖端面鍵主軸拉釘鋼球碟形彈簧拉桿活塞、行程開關彈力卡爪卡套七、自動換刀機床的主軸結構圖-機械聯動式手爪松、夾機構的原理

39、示意圖定位塊撞塊凸輪控制塊手爪、彈簧連桿滾輪八、機械手手爪結構)當機械手向圖-所示的左邊移動時，通過安裝在刀庫(或主軸)側的滾輪推動連桿向右運動，連桿又帶動撞塊向右運動，并通過凸輪帶動手爪回轉夾住刀具。)當刀庫(或主軸)上的刀具被夾持住后，若機械手向上(伸出)運動，由于在起始階段滾輪始終壓住連桿，刀具仍然被夾住，而控制塊卻通過彈簧向下運動，這樣就使控制塊上的定住面逐漸和撞塊嚙合，防止了撞塊2在連桿脫離滾輪以后的復位，刀具夾緊被自鎖，保證了手爪一旦從刀庫(或主軸)上取下刀具后，這一刀具仍被牢牢夾在手爪上。)在機械手完成伸出和旋轉運動后，機械手左右兩側的刀具被交換，這時機械手縮回、動作過程相反。)在以上)、)兩種情況下若機械手向左運動，由于這時夾緊自鎖已被解除，撞塊被松開彈簧、手爪、凸輪帶動自動向左運動，手爪也就被彈簧松開，從而實現了松開的動作。第七節數控機床的回轉工作臺一、回轉工作臺的基本要求和形式二、分度工作臺三、立式數控回轉工作臺四、臥式數控回轉工作臺一、回轉工作臺的基本要求和形式.分度工作臺.數控回轉工作臺.分度工作臺數控機床的分度工作臺只能完成分度運動。它可以是按照數控系統的指令，在需要分度時，將工作臺連同工件回轉一定的角度并定位。采用伺服電動機驅動的分度工作臺稱為數控分度工作臺，