項(xiàng)目6數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械

結(jié)構(gòu)及功能部件6.1技能解析

6.2項(xiàng)目的引出6.3數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能部件概述6.4主傳動(dòng)系統(tǒng)的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能部件6.5進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能部件6.6數(shù)控機(jī)床的床身與導(dǎo)軌6.7數(shù)控機(jī)床的輔助裝置6.8實(shí)訓(xùn)6.1技能解析

(1)熟悉數(shù)控機(jī)床典型機(jī)械結(jié)構(gòu)的種類、功能和特點(diǎn)，掌握數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和原理，了解數(shù)控機(jī)床常用的輔助裝置。

(2)通過實(shí)訓(xùn)理解數(shù)控機(jī)床主軸軸承、滾珠絲杠螺母副和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)和原理，掌握齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置和滾珠絲杠副間隙消除裝置的工作原理。6.2項(xiàng)?目?的?引?出

典型數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)1：

如圖6-1所示為去掉防護(hù)裝置的臥式數(shù)控車床，主軸單元、回轉(zhuǎn)刀架、滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副及防護(hù)裝置等是組成數(shù)控車床的主要功能部件。圖6-1臥式數(shù)控車床結(jié)構(gòu)圖典型數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)2：

如圖6-2所示為去掉防護(hù)裝置的臥式加工中心，主軸單元、滾珠絲杠副、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、刀庫和機(jī)械手及防護(hù)裝置等是組成臥式加工中心的主要功能部件。圖6-2臥式加工中心結(jié)構(gòu)圖數(shù)控系統(tǒng)、主軸單元、滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副和輔助裝置等是組成數(shù)控機(jī)床的重要功能部件。了解和掌握各功能部件的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，對操作和維護(hù)數(shù)控機(jī)床具有重要的指導(dǎo)意義。6.3數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能部件概述

6.3.1數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床可按照預(yù)先編制的程序，根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令自動(dòng)進(jìn)行加工，且在加工過程中不需要進(jìn)行頻繁的測量和手動(dòng)補(bǔ)償?shù)热斯じ深A(yù)。為避免振動(dòng)、熱變形、爬行和間隙對加工工件精度的影響，這就要求數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的靜剛度、動(dòng)剛度和熱穩(wěn)定性，同時(shí)要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)精密、完善且能長時(shí)間穩(wěn)定可靠的工作，以滿足重復(fù)加工過程。早期的數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)繼承了普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)模式，其零部件的設(shè)計(jì)方法類似于普通機(jī)床。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，人們對數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精度和使用壽命提出了更高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床的某些基本結(jié)構(gòu)已不能滿足數(shù)控機(jī)床技術(shù)性能發(fā)揮的要求，故現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)上許多地方與普通機(jī)床顯著不同，具有獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、床身、導(dǎo)軌和輔助裝置等幾部分組成。主傳動(dòng)系統(tǒng)與進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的性能和精度決定了數(shù)控機(jī)床本身可能具有的性能和加工精度。如主軸部件支承軸承決定了數(shù)控機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速可能達(dá)到的極限，而軸承的精度決定了主軸的運(yùn)動(dòng)精度。床身與導(dǎo)軌用于保證和支承安裝在其上的各零部件的相對位置。6.3.2數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1．切削功率大，動(dòng)、靜剛度高

數(shù)控機(jī)床加工工件是按預(yù)先編制的加工程序自動(dòng)進(jìn)行的，即在加工過程中，由數(shù)控裝置根據(jù)程序指令和機(jī)床位置檢測裝置的測量結(jié)果，控制刀具和工件的相對位置，從而達(dá)到控制工件尺寸的目的。機(jī)床→刀具→工件的工藝系統(tǒng)彈性變形及產(chǎn)生的誤差，在加工過程中不能進(jìn)行人為調(diào)整和補(bǔ)償。數(shù)控機(jī)床上通常采用強(qiáng)力切削，最大限度地提高切削效率。因此，要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)具有良好的剛度、抗振能力和承載能力，以便把移動(dòng)部件的重量和切削力所引起的彈性變形控制在最小限度之內(nèi)，從而保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)裝置多采用交流或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無級變速或分段無級變速，利用程序控制主軸的變向和變速，簡化了主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，增大了主軸的調(diào)速范圍。

2．精度和靈敏度高

數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度不僅受到機(jī)床零部件的加工精度和裝配精度、剛度及熱變形的影響，而且與運(yùn)動(dòng)件的摩擦特性有關(guān)。同時(shí)，由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)定的脈沖當(dāng)量(或稱最小設(shè)定單位)一般為0.001～0.01mm，故要求運(yùn)動(dòng)件能以極低的速度運(yùn)動(dòng)。要提高運(yùn)動(dòng)精度和定位精度，就必須設(shè)法提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)的平衡性。采用降低運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量；減少運(yùn)動(dòng)件的靜、動(dòng)摩擦力之差；減少傳動(dòng)間隙，縮短傳動(dòng)鏈等措施，以提高傳動(dòng)精度。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置中廣泛采用滾珠絲杠傳動(dòng)和無間隙齒輪傳動(dòng)，以及摩擦系數(shù)很低的貼塑導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，可減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦力，提高機(jī)床動(dòng)靜運(yùn)動(dòng)的靈敏度和傳動(dòng)精度。

3．熱穩(wěn)定性好

數(shù)控機(jī)床的熱變形是影響加工精度的重要因素。引起機(jī)床熱變形的熱源主要是機(jī)床的內(nèi)部熱源，如電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、摩擦熱以及切削熱等。熱變形影響加工精度的原因，主要是由于熱源分布不均，各處零部件的質(zhì)量不均勻，形成各部位的溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的熱膨脹變形，以致影響刀具與工件的相對位置。機(jī)床的熱穩(wěn)定性是多方面綜合的結(jié)果。數(shù)控機(jī)床采取減少機(jī)床內(nèi)部熱源和發(fā)熱量，改變機(jī)床散熱和隔熱條件，改善的機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局等措施來減小熱變形，保證機(jī)床的精度穩(wěn)定，從而獲得可靠的加工質(zhì)量。

4．自動(dòng)化程度高

為了提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率，在提高切削效率、縮短切削時(shí)間的同時(shí)，在數(shù)控機(jī)床上還采取各種措施來縮短輔助時(shí)間(包括裝卸刀具、裝卸搬運(yùn)工件、測量工件尺寸、調(diào)整機(jī)床等輔助時(shí)間)。數(shù)控機(jī)床采用自動(dòng)排屑、自動(dòng)潤滑、冷卻及安全防護(hù)裝置等，以減少輔助時(shí)間，提高安全防護(hù)性能；采用多主軸、多刀架的結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)換刀和自動(dòng)更換工件裝置，進(jìn)行多工序加工，以減少停機(jī)時(shí)間，提高單位時(shí)間內(nèi)的切削效率。

6.4主傳動(dòng)系統(tǒng)的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能部件

6.4.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)主軸轉(zhuǎn)速高，變速范圍廣，并可無級變速。

(2)主軸傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低，精度高。

(3)具有良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。6.4.2主軸的傳動(dòng)方式

1．帶有變速齒輪的主傳動(dòng)方式

如圖6-3所示，帶有變速齒輪的主傳動(dòng)是在交流或直流伺服電動(dòng)機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上，通過少數(shù)幾對齒輪的降速傳動(dòng)，使主傳動(dòng)系統(tǒng)成為分段無級變速。這種配置方式在大中型數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較多，也有一部分小型數(shù)控機(jī)床采用這種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削所需的扭矩。圖6-3變速齒輪傳動(dòng)方式帶有變速齒輪的主傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠確保低速時(shí)輸出大扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，而且變速范圍廣；其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需增加潤滑和溫度冷卻系統(tǒng)，成本較高。

帶有變速齒輪的主傳動(dòng)方式常用的變速操縱方法有液壓撥叉變速和電磁離合器變速，在一些簡易或教學(xué)型數(shù)控機(jī)床中采用手動(dòng)換擋變速。

1)液壓撥叉變速

變速機(jī)構(gòu)中滑移齒輪的移位采用液壓缸和撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。如圖6-4所示為三位液壓撥叉的工作原理圖。滑移齒輪的撥叉與變速液壓缸的活塞桿連接，通過改變不同通油方式可以使三聯(lián)齒輪獲得三個(gè)變速位置，帶動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)實(shí)現(xiàn)變速。圖6-4三位液壓撥叉的工作原理圖

(1)如圖6-4(上)所示。當(dāng)液壓缸1通壓力油、液壓缸5卸荷時(shí)，活塞桿2帶動(dòng)撥叉3向左移動(dòng)到極限位置，同時(shí)帶動(dòng)三聯(lián)滑移齒輪滑移到左端嚙合位置。

(2)如圖6-4(中)所示。當(dāng)液壓缸5通壓力油、液壓缸1卸荷時(shí)，活塞桿2和套筒4一起向右移動(dòng)，套筒4碰到液壓缸5的端部后，活塞桿2繼續(xù)右移到極限位置，同時(shí)帶動(dòng)撥叉3向右移動(dòng)，從而帶動(dòng)三聯(lián)滑移齒輪滑移到右端嚙合位置。

(3)如圖6-4(下)所示。當(dāng)液壓缸1、5同時(shí)通入壓力油時(shí)，由于活塞桿2右端直徑大于左端直徑，在壓力油的作用下活塞桿2向左移動(dòng)，又因?yàn)樘淄矆A環(huán)的面積加上活塞桿左端的面積大于活塞桿右端的面積，所以活塞桿2向左移動(dòng)碰到套筒4后，緊靠在套筒4的右端，套筒4仍然壓在液壓缸5的右端，此時(shí)三聯(lián)滑移齒輪在撥叉3的作用下，被限制在中間嚙合位置。

2)電磁離合器變速

如圖6-5所示為一種數(shù)控車床二級齒輪變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)，滑移齒輪軸的右端與主軸伺服電動(dòng)機(jī)相連接，通過滑移齒輪的移位，使主軸變速分為高速無級變速段和低速無級變速段。圖6-5二級齒輪變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)

2．通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)方式

如圖6-6所示，通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)通過一級帶傳動(dòng)，直接帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的主傳動(dòng)方式，主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床上。伺服電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲。圖6-6帶傳動(dòng)方式

(1)同步齒形帶傳動(dòng)。同步齒形帶傳動(dòng)是一種綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)方式，它可使主、從動(dòng)帶輪做無相對滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，是數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多的一種帶傳動(dòng)形式。如圖6-7所示為同步帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。同步帶的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖6-7(a)所示，同步帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形。工作時(shí)，通過帶齒與輪齒相嚙合，做無滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。同步帶的結(jié)構(gòu)如圖6-7(b)所示，同步帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料做強(qiáng)力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主、從動(dòng)帶輪做無相對滑動(dòng)的同步傳動(dòng)。圖6-7同步帶的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)與一般帶傳動(dòng)相比，同步齒形帶傳動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：無相對滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確；傳動(dòng)效率高，可達(dá)98%以上；傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小；使用范圍廣，速度可達(dá)50?m/s，傳遞功率由幾千瓦至數(shù)千瓦；維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。

同步齒形帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：主、從動(dòng)帶輪中心距要求嚴(yán)格，同步齒形帶和帶輪的制造工藝復(fù)雜，成本高。同步齒形帶根據(jù)齒形不同分為梯形齒和圓弧形齒。梯形齒同步帶在傳遞功率時(shí)，由于應(yīng)力集中在齒根部位，使功率傳遞能力下降，且與齒輪嚙合時(shí)受力狀況差，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲，一般僅在轉(zhuǎn)速不高或小功率的傳動(dòng)中使用。而圓弧齒同步帶均化了應(yīng)力，改善了嚙合條件，因此數(shù)控機(jī)床使用帶傳動(dòng)時(shí)，總是優(yōu)先考慮采用圓弧齒同步帶。

(2)多楔帶傳動(dòng)。多楔帶也叫多聯(lián)V形帶或復(fù)合三角帶，橫向斷面呈多個(gè)楔形，如圖6-8所示，楔角為40°，為一次加工成型，它不會(huì)因長度不一致而受力不均，因而承載能力比多根V形帶(截面積之和相同)高。同樣的承載能力，多楔帶的截面積比多根V形帶小，因而質(zhì)量較輕，耐撓曲性能高，允許的帶輪最小直徑小，線速度高。圖6-8多楔帶如圖6-9所示為一種通過多楔帶傳動(dòng)的立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)，主軸伺服電動(dòng)機(jī)11通過帶輪10、多楔帶9和帶輪5帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。圖6-9立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)

3．由調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)方式

如圖6-10所示為由調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)。無級調(diào)速的主軸電動(dòng)機(jī)通過精密聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，大大簡化了主軸箱體和主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動(dòng)機(jī)的輸出特性完全一致，主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大。圖6-10電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸如圖6-11所示為內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸(簡稱電主軸)。即將主軸電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸單元內(nèi)部，主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩，主軸工作轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，適于高速加工的數(shù)控機(jī)床。

圖6-11內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸其優(yōu)點(diǎn)是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊、速度快、傳動(dòng)效率高；質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，提高了主軸啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特性；取消了傳動(dòng)帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“零傳動(dòng)”，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)帶、帶輪和齒輪等傳動(dòng)件引起的振動(dòng)和噪聲問題。缺點(diǎn)是制造和維護(hù)困難且成本較高；電動(dòng)機(jī)發(fā)熱易使主軸產(chǎn)生熱變形，影響機(jī)床加工精度，因此控制溫升是使用內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸要解決的關(guān)鍵問題。如圖6-12所示為用于加工中心的電主軸外觀圖，如圖6-13所示為用于加工中心電主軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-12加工中心用電主軸外觀圖6-13加工中心電主軸的結(jié)構(gòu)示意圖6.4.3主軸主要參數(shù)及前端結(jié)構(gòu)

1．主軸的主要尺寸參數(shù)

(1)主軸直徑。主軸的直徑越大，剛度越高，但同時(shí)使得軸承和軸上的其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值也越大，保證主軸的回轉(zhuǎn)精度就會(huì)越困難，同時(shí)主軸的最高轉(zhuǎn)速也會(huì)受到制約。

(2)主軸內(nèi)孔直徑。主軸內(nèi)孔是用于通過棒料、液壓卡盤拉桿或刀具夾緊裝置的，主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑越大，機(jī)床的使用范圍就越廣，同時(shí)主軸的質(zhì)量也越輕，但是主軸的剛度就會(huì)越差。為保證主軸的剛度，一般取主軸內(nèi)孔直徑與主軸直徑之比為0.3～0.5。

(3)懸伸長度。主軸的懸伸長度對主軸的剛度影響很大，懸伸長度越短則主軸剛度越大。主軸的懸伸長度與主軸前端結(jié)構(gòu)的形狀尺寸、前軸承的類型和軸承的潤滑密封形式有關(guān)。

(4)主軸的支承跨距。主軸的支承跨距對主軸剛度和對支承部件剛度有很大影響。主軸的支承跨距存在著最佳跨距，但數(shù)控機(jī)床的主軸部件由于受結(jié)構(gòu)的限制以及要保證主軸部件的重心落在兩支承點(diǎn)之間，實(shí)際的支承跨距要大于最佳跨距。

2．主軸前端結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床主軸的前端用于安裝刀具或夾具。其結(jié)構(gòu)應(yīng)保證刀具和夾具定位準(zhǔn)確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。同時(shí)主軸懸伸長度應(yīng)盡量短，以便提高主軸的剛度。由于刀具和夾具已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控機(jī)床主軸前端的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸也已標(biāo)準(zhǔn)化。圖6-14所示為車、銑、磨幾種典型數(shù)控機(jī)床的主軸前端結(jié)構(gòu)形式。如圖6-14(a)所示為數(shù)控車床主軸前端結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤結(jié)構(gòu)，具有定心精度高、主軸的懸伸長度短、剛度好的優(yōu)點(diǎn)。卡盤靠主軸前端的短圓錐面和凸緣端面定位，用撥銷傳遞扭矩，通過穿過凸緣上通孔的螺栓固定在主軸的前端。主軸為空心，前端加工有莫氏錐度孔，用以安裝頂尖或心軸。如圖6-14(b)所示為數(shù)控鏜床、?數(shù)控銑床和加工中心主軸前端結(jié)構(gòu)，主軸前端為7∶24的錐孔，刀柄安裝在主軸錐孔中，定心精度高。主軸端面安裝有端面鍵，既可以通過它向刀具傳遞扭矩，又可以用于刀具的徑向定位。

如圖6-14(c)所示為數(shù)控外圓磨床、數(shù)控平面磨床主軸前端結(jié)構(gòu)。圖6-14車、銑、磨三種主要數(shù)控機(jī)床主軸前端的結(jié)構(gòu)形式6.4.4主軸軸承及配置形式

1．主軸軸承

數(shù)控機(jī)床的主軸軸承根據(jù)其摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動(dòng)摩擦軸承(簡稱滑動(dòng)軸承)和滾動(dòng)摩擦軸承(簡稱滾動(dòng)軸承)兩大類。而每一類軸承，按其所能承受載荷方向的不同，又可分為向心軸承(承受徑向載荷)、推力軸承(承受軸向載荷)和向心推力軸承(同時(shí)承受徑向和軸向載荷)等。數(shù)控機(jī)床根據(jù)機(jī)床規(guī)格、精度的不同，采用不同的主軸軸承。一般中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床(如車床、銑床、加工中心、磨床)的主軸部件多采用成組高精度滾動(dòng)軸承，重型數(shù)控機(jī)床采用液體靜壓軸承，高精度數(shù)控機(jī)床(如坐標(biāo)磨床)采氣體靜壓軸承，轉(zhuǎn)速達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的高速數(shù)控機(jī)床的主軸可采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。

(1)滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護(hù)簡單方便，能在一定轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)下穩(wěn)定地工作，由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便。但與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承噪聲大，對轉(zhuǎn)速有很大的限制。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的不同分為球軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承等。線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，但在一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低。圓錐滾子軸承由于圓錐滾子的大端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動(dòng)摩擦，發(fā)熱較多。為了降低溫升，提高轉(zhuǎn)速，可使用空心滾子軸承。如圖6-15所示為數(shù)控機(jī)床主軸常用的滾動(dòng)軸承類型。圖6-15數(shù)控機(jī)床主軸常用滾動(dòng)軸承類型如圖6-15(a)所示為雙列短圓柱滾子軸承，內(nèi)圈為1∶12的錐孔，當(dāng)軸承內(nèi)圈沿錐形軸頸的軸向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈向外膨脹，以調(diào)整滾道間隙。該軸承的兩列滾子交錯(cuò)排列，承載能力大、支承剛性好、允許的極限轉(zhuǎn)速高，但只能承受徑向載荷。如圖6-15(b)所示為雙列推力角接觸球軸承，接觸角為60°，能承受雙向軸向載荷。修磨中間隔套可以調(diào)整軸承間隙或預(yù)緊。該軸承軸向剛度較高，允許的極限轉(zhuǎn)速高，一般與雙列短圓柱滾子軸承配套做主軸的前支承，其外圈外徑為負(fù)偏差，與箱體孔之間有間隙，只承受軸向載荷。如圖6-15(c)所示為角接觸球軸承，能同時(shí)承受徑向和軸向載荷，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，允許的極限轉(zhuǎn)速高，承載力較低，適用于高速、輕載的精密主軸，常在一個(gè)支承中使用多個(gè)角接觸球軸承，以提高支承剛性。角接觸球軸承有背靠背、面對面和同向排列三種基本組合方式。這三種組合方式中的兩個(gè)軸承都能共同承受徑向載荷，背靠背和面對面組合都能承受雙向軸向載荷，同向排列則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對面相比，支承點(diǎn)(接觸線與軸線的交點(diǎn))間的距離前者比后者大，因而能產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎力矩，故支承剛度較大。數(shù)控機(jī)床主軸既承受彎曲力矩，又要高速旋轉(zhuǎn)，因此角接觸球軸承一般采用背靠背組合方式。如圖6-15(d)所示為雙列圓錐滾子軸承，能同時(shí)承受徑向和軸向載荷，剛度和承載能力很高，發(fā)熱大，允許的極限轉(zhuǎn)速低。它有一個(gè)公用外圈和兩個(gè)內(nèi)圈，外圈帶凸緣可以在箱體上進(jìn)行軸向定位，修磨中間隔套可以調(diào)整軸承間隙或預(yù)緊，兩列滾子數(shù)目相差一個(gè)，可使振動(dòng)頻率不一致，改善軸承的動(dòng)態(tài)特性，適用于中、低速，重載，高剛度主軸。如圖6-15(e)所示為空心圓錐滾子軸承，結(jié)構(gòu)與圖6-15(d)所示的雙列圓錐滾子軸承相似，但滾子是空心的，保持架為整體結(jié)構(gòu)，采用油潤滑，潤滑和冷卻效果好、發(fā)熱少，允許的極限轉(zhuǎn)速高。空心滾子承受沖擊載荷時(shí)可產(chǎn)生微小變形，能增大接觸面積并有吸振和緩沖作用。該軸承抗振性好，剛度和旋轉(zhuǎn)精度高，承載能力強(qiáng)，能同時(shí)承受徑向和軸向載荷，常用于主軸的前支承。

(2)滑動(dòng)軸承。在數(shù)控機(jī)床上使用最多的滑動(dòng)軸承是靜壓滑動(dòng)軸承，靜壓滑動(dòng)軸承又分為液體靜壓軸承和氣體靜壓軸承。液體靜壓軸承用于重型數(shù)控機(jī)床，氣體靜壓軸承用于高精度數(shù)控機(jī)床。液體靜壓滑動(dòng)軸承的油膜壓強(qiáng)是由液壓泵從外界供給的，與主軸轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速高低無關(guān)。它的承載能力不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，而且無摩擦，啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦阻力力矩相同，所以靜壓軸承的回轉(zhuǎn)精度高、剛度大，但靜壓軸承需要一套液壓裝置，成本高、污染大。液體靜壓軸承裝置主要由供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承三部份組成，其工作原理如圖6-16所示。在軸承的內(nèi)圓柱表面上，對稱地開了四個(gè)矩形油腔2和回油槽5，油腔與回油槽之間的圓弧面成為周向封油面4，封油面與主軸之間有0.02～0.04mm的徑向間隙。液壓系統(tǒng)的壓力油經(jīng)節(jié)流器降壓后進(jìn)入各油腔，在壓力油的作用下，將主軸浮起并處在平衡狀態(tài)，油腔內(nèi)的壓力油經(jīng)封油面流出后，流回油箱。圖6-16液體靜壓軸承

2．主軸軸承的配置

(1)適應(yīng)高剛度要求的軸承配置形式。

這種配置形式如圖6-17所示，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°雙列推力角接觸球軸承組合，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承或兩個(gè)角接觸球軸承。該種配置形式大幅提高了主軸的綜合剛度，能夠滿足強(qiáng)力切削的要求，主要適用于大中型臥式加工中心主軸和強(qiáng)力切削數(shù)控機(jī)床主軸。圖6-17適應(yīng)高剛度要求的軸承配置形式

(2)適應(yīng)高速要求的軸承配置形式。

這種配置形式如圖6-18所示，前支承采用一對高精度角接觸球軸承和一個(gè)角接觸球軸承的組合，后支承采用一對角接觸球軸承，這種配置形式高速性能好，但承載能力較小，適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床。圖6-18適應(yīng)高速要求的軸承配置形式

(3)適應(yīng)低速重載要求的軸承配置形式。

這種配置形式如圖6-19所示，前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承。由于圓錐滾子軸承的徑向和軸向剛度高，承載能力強(qiáng)，尤其能承受較大的動(dòng)載荷，安裝和調(diào)整方便，但這種結(jié)構(gòu)限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度，因而僅適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。圖6-19適應(yīng)低速重載要求的軸承配置形式如圖6-20所示為TND360型數(shù)控車床主軸軸承配置形式。前支承為三個(gè)角接觸球軸承，前面兩個(gè)軸承開口朝向主軸前端，第三個(gè)軸承開口朝向主軸后端，用以承受前、后兩個(gè)方向的軸向切削力；后支承由一對背靠背的角接觸球軸承組成，只承受徑向載荷。圖6-20TND360型數(shù)控車床主軸軸承配置形式6.5進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能部件

6.5.1進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1．摩擦阻力小

為了減小摩擦阻力，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。在減小摩擦阻力的同時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件還應(yīng)有適當(dāng)?shù)淖枘幔员ＷC它們抗干擾的能力。

2．傳動(dòng)精度和剛度高

進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和剛度，主要取決于傳動(dòng)間隙和絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副及其支承結(jié)構(gòu)的精度和剛度。傳動(dòng)間隙主要來自傳動(dòng)齒輪副、蝸輪副、聯(lián)軸器、絲杠螺母副及其支承部件之間，因此數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)廣泛采取施加預(yù)緊力或其他消除間隙的措施。縮短傳動(dòng)鏈可以提高傳動(dòng)精度。

3．運(yùn)動(dòng)部件慣量小

運(yùn)動(dòng)部件的慣量對伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響，尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣量的影響更大。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小其慣量。6.5.2齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置

齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種機(jī)床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，采用齒輪傳動(dòng)裝置是為了使高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的伺服電動(dòng)機(jī)的輸出，改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速、大扭矩的執(zhí)行部件的輸出，從而適應(yīng)機(jī)床加工工件的需要；同時(shí)可使?jié)L珠絲杠、工作臺(tái)的慣量在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中占有較小的比重。

1．直齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置

1)偏心套調(diào)整裝置

如圖6-21所示為偏心套調(diào)整裝置，小齒輪1裝在電動(dòng)機(jī)的輸出軸上，大齒輪3裝在機(jī)床傳動(dòng)軸上，而電動(dòng)機(jī)的止口通過偏心套2安裝在機(jī)床箱體孔中，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套2就能夠使電動(dòng)機(jī)軸線的位置上移，而大齒輪3的軸線位置不變，因此相互嚙合的兩個(gè)齒輪的中心距減小，從而達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。圖6-21偏心套調(diào)整裝置

2)軸向墊片調(diào)整裝置

墊片調(diào)整裝置是通過調(diào)整齒輪軸上的墊片厚度來改變齒輪的軸向位置，從而達(dá)到消除間隙的目的。如圖6-22所示為軸向墊片調(diào)整裝置。在加工相互嚙合的直齒輪1、2時(shí)，將分度圓柱面加工成沿軸向帶有小錐度的圓錐面，即齒厚沿軸向逐漸增大，裝配時(shí)，兩齒輪按齒厚相反變化走向嚙合。調(diào)整時(shí)，只需調(diào)整墊片3的厚度，即可使齒輪2做軸向移動(dòng)，相互嚙合的兩直齒輪沿軸向產(chǎn)生相對位移，從而消除了齒側(cè)間隙。圖6-22軸向墊片調(diào)整裝置

3)雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整裝置

如圖6-23所示為雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整裝置，兩個(gè)齒數(shù)相同的薄片齒輪1和齒輪2與另一個(gè)寬齒輪相嚙合，齒輪1空套在齒輪2上，可以相對回轉(zhuǎn)。每個(gè)齒輪端面分別均勻裝有四個(gè)螺紋凸耳3和8，齒輪1的端面開有四個(gè)通孔，凸耳8可以從中穿過，彈簧4分別鉤在調(diào)節(jié)螺釘7和凸耳3上。調(diào)節(jié)螺釘7安裝在凸耳8的圓孔中,旋轉(zhuǎn)螺母5可以調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母6鎖緊。圖6-23雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整裝置

2．斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置

1)軸向墊片調(diào)整裝置

如圖6-24所示為斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置，其原理與直齒雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整裝置相似。寬齒輪1同時(shí)與兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片斜齒輪3和4嚙合，兩個(gè)薄片斜齒輪經(jīng)平鍵與軸連接，相互間無相對轉(zhuǎn)動(dòng)。在兩個(gè)薄片斜齒輪3和4之間加一墊片2，使薄片斜齒輪3和4的齒面產(chǎn)生錯(cuò)位，兩齒面分別與寬齒輪1的齒槽兩側(cè)面貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。圖6-24斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置

2)軸向壓簧調(diào)整裝置

如圖6-25所示為斜齒輪軸向壓簧調(diào)整裝置，兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片斜齒輪1和2經(jīng)平鍵滑套在軸上，相互間無相對轉(zhuǎn)動(dòng)，并同時(shí)與寬齒輪5嚙合。螺母3用來調(diào)節(jié)彈簧4的軸向壓力，使薄片斜齒輪1和2的兩側(cè)齒面分別與寬齒輪5的齒槽兩側(cè)面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。

圖6-25斜齒輪軸向壓簧調(diào)整裝置斜齒輪軸向壓簧調(diào)整裝置與斜齒輪軸向墊片調(diào)整裝置相似，它采用軸向彈簧壓緊薄片斜齒輪的方法來消除齒側(cè)間隙，可實(shí)現(xiàn)齒輪磨損后的齒側(cè)間隙自動(dòng)補(bǔ)償，但對彈簧力要求較高。彈簧力過低會(huì)影響傳動(dòng)剛度，過高則會(huì)加速齒輪磨損。這種裝置比較復(fù)雜，軸向尺寸大，傳動(dòng)剛度低，傳動(dòng)平穩(wěn)性差。

3．錐齒輪傳動(dòng)間隙消除裝置

1)軸向壓簧調(diào)整裝置

如圖6-26所示為錐齒輪軸向壓簧調(diào)整裝置，錐齒輪1、2相互嚙合，在安裝錐齒輪1的傳動(dòng)軸5上裝有壓簧3，用螺母4調(diào)整壓簧3的壓力。錐齒輪1在彈簧力的作用下沿軸向移動(dòng)，從而消除錐齒輪1和2間的齒側(cè)間隙。圖6-26錐齒輪軸向壓簧調(diào)整裝置

2)周向壓簧調(diào)整裝置

如圖6-27所示為錐齒輪周向壓簧調(diào)整裝置，大錐齒輪由外齒圈1和內(nèi)齒圈2兩部分組成，外齒圈1上開有三個(gè)圓弧槽8，內(nèi)齒圈2的下端面帶有三個(gè)凸爪4，凸爪4插入外齒圈1的圓弧槽8中，鑲塊7鑲嵌在外齒圈1上。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內(nèi)、外齒圈的錐齒錯(cuò)位，大齒輪錐齒兩側(cè)齒面分別與小錐齒輪3的齒槽兩側(cè)面貼緊，消除齒側(cè)間隙。

圖6-27錐齒輪周向壓簧調(diào)整裝置

4．齒輪齒條副傳動(dòng)間隙消除裝置

如圖6-28所示為齒輪齒條副傳動(dòng)間隙消除裝置，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由軸2輸入，通過兩對斜齒輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給軸1和軸3，然后由兩個(gè)直齒輪4和5去驅(qū)動(dòng)齒條，帶動(dòng)執(zhí)行部件移動(dòng)。如果在軸2上施加一個(gè)軸向力F，由于軸2上的兩個(gè)斜齒輪的螺旋線方向相反，在兩對斜齒輪的作用下，軸1和軸3向相反的方向轉(zhuǎn)過微小的角度，使直齒輪4和5分別與齒條齒槽的兩側(cè)面貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。圖6-28齒輪齒條副傳動(dòng)間隙消除裝置

5．蝸輪蝸桿副傳動(dòng)間隙消除裝置

在數(shù)控機(jī)床上要實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或大降速比的傳動(dòng)，常采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)副。蝸輪蝸桿傳動(dòng)副的嚙合側(cè)隙對傳動(dòng)精度和定位精度影響很大，為提高傳動(dòng)精度，可用雙導(dǎo)程蝸桿來消除或調(diào)整蝸輪蝸桿傳動(dòng)副的間隙。如圖6-29所示，雙導(dǎo)程蝸桿的左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程t左、t右，而同一側(cè)的導(dǎo)程是相同的，因此該蝸桿的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故雙導(dǎo)程蝸桿也稱為變齒厚蝸桿，即可用移動(dòng)蝸桿的辦法來消除或調(diào)整蝸輪蝸桿副之間的嚙合間隙。圖6-29雙導(dǎo)程蝸桿齒形示意圖

6．鍵連接間隙的消除裝置

如圖6-30所示為消除鍵連接間隙的兩種裝置。圖6-30(a)為雙鍵連接裝置，用雙螺釘逆向頂緊雙鍵，以消除軸與輪之間的間隙。圖6-30(b)為楔形銷連接裝置，用螺母拉緊楔形銷，以消除軸與輪之間的間隙。圖6-30消除鍵連接間隙的兩種裝置

(a)雙鍵連接裝置；(b)楔形銷連接裝置如圖6-31所示為一種可獲得無間隙傳動(dòng)的錐環(huán)無鍵連接裝置。圖中5和6是錐面相互配合的內(nèi)、外錐環(huán)，當(dāng)擰緊螺釘2時(shí)，使法蘭盤3推動(dòng)圓環(huán)4壓迫內(nèi)錐環(huán)5，使其向內(nèi)收縮，外錐環(huán)6受力后向外膨脹，從而依靠摩擦力使傳動(dòng)件7和1連接在一起。這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽，而且錐環(huán)的內(nèi)外圓錐面壓緊后，使連接配合面無間隙，對中性好。選用錐環(huán)對數(shù)的多少取決于傳遞扭矩的大小。圖6-31錐環(huán)無鍵連接裝置如圖6-32所示為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的消除間隙裝置。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪2和4帶動(dòng)蝸桿9,通過蝸輪10使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)。為了盡量消除反向間隙和傳動(dòng)間隙，通過偏心套3來消除齒輪2與齒輪4之間的嚙合間隙；用楔形銷5來消除齒輪4與蝸桿9之間的聯(lián)接配合間隙；通過調(diào)整雙導(dǎo)程蝸桿9的軸向位置，來調(diào)節(jié)蝸桿9與蝸輪10之間的嚙合間隙。圖6-32數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)消除間隙裝置６.5.3滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)是：①傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，可達(dá)92%～98%，是普通絲杠傳動(dòng)的2～4倍。②摩擦力小。滾珠滾動(dòng)時(shí)的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差較小，因而傳動(dòng)靈敏，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速運(yùn)行不易產(chǎn)生爬行，隨動(dòng)精度和定位精

度高。③使用壽命長。滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，其滾道表面硬度高達(dá)60～62HRC，又因?yàn)槭菨L動(dòng)摩擦，所以磨損小、壽命長、精度保持性好。④剛度高。滾珠絲杠副經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度。⑤運(yùn)動(dòng)精度高。由于滾珠絲杠副反向運(yùn)動(dòng)無空行程，故可以提高軸向運(yùn)動(dòng)精度。⑥有可逆性。滾珠絲杠副既能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可滿足一些特殊場合的需求。滾珠絲杠的缺點(diǎn)是：①制造成本高。滾珠絲杠副對加工精度和裝配精度要求嚴(yán)格，其制造成本大大高于普通絲杠。②不能實(shí)現(xiàn)自鎖。由于滾珠絲杠副的摩擦系數(shù)小、不能自鎖，當(dāng)滾珠絲杠副垂直布置時(shí)，自重和慣性會(huì)造成機(jī)床移動(dòng)部件下滑，因此必須加設(shè)制動(dòng)裝置。

1．滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)與分類

(1)外循環(huán)式滾珠絲杠副。外循環(huán)式滾珠絲杠副是指滾珠在返回過程中，脫離與絲杠的接觸，在螺旋滾道外進(jìn)行循環(huán)。如圖6-33(a)所示，在外循環(huán)式滾珠絲杠副的螺母上設(shè)有一個(gè)回程引導(dǎo)裝置，滾珠從螺旋滾道的一端滾入回程引導(dǎo)裝置中被迫轉(zhuǎn)彎，經(jīng)返回滾道回到螺旋滾道的另一端，從而形成一個(gè)閉合的循環(huán)回路。圖6-33滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)如圖6-34(a)為插管式滾珠絲杠副，在螺母兩端加工有兩個(gè)與螺旋槽相切的通孔，插入一段彎管(也稱為回珠管)將其連接起來，構(gòu)成閉合的循環(huán)回路，該彎管即為滾珠的返回滾道。插管式滾珠絲杠副的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)工藝性好，但由于回珠管突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖6-34(b)為螺旋槽式滾珠絲杠副，在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆兩個(gè)通孔與螺旋槽相切，以形成返回滾道。圖6-34外循環(huán)式滾珠絲杠

(2)內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副是指滾珠在整個(gè)循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸的滾珠絲杠副，如圖6-33(b)所示。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的螺母上開有側(cè)孔，孔內(nèi)鑲有反向器，反向器上加工有S形回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道連接起來。滾珠從螺旋滾道進(jìn)入反向器，在反向器的作用下越過絲杠齒頂進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)閉合的循環(huán)回路。一個(gè)循環(huán)回路里只有一圈滾珠，設(shè)有一個(gè)反向器。

2．滾珠絲杠螺母副的間隙調(diào)整

(1)墊片調(diào)隙式。如圖6-35所示，雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整墊片的厚度，使左、右兩個(gè)螺母間產(chǎn)生相對軸向位移，從而使兩螺母中的滾珠分別與絲杠螺旋滾道的左、右側(cè)接觸，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的作用。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、可靠、剛性好，但調(diào)整費(fèi)時(shí)，很難在一次修磨中調(diào)整完成，調(diào)整精度不高，僅適用于一般精度的數(shù)控機(jī)床。

圖6-35雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

(2)螺紋調(diào)隙式。如圖6-36所示為雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，螺母7的外端有凸緣，螺母5的外端有螺紋，螺母5和螺母7與螺母座6之間用平鍵連接，以限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，擰動(dòng)圓螺母1使螺母5相對絲杠沿軸向移動(dòng)一定距離，在消除間隙之后用圓螺母2將其鎖緊。圖6-36雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

(3)齒差調(diào)隙式。如圖6-37所示為雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，在螺母1和螺母2的凸緣上分別加工有齒數(shù)為Z1和Z2的直齒圓柱齒輪，兩個(gè)齒輪的齒數(shù)僅相差一個(gè)齒，即Z2－Z1=1。兩個(gè)內(nèi)齒圈4和5與相嚙合的外齒輪齒數(shù)分別相同，并用螺釘和圓柱銷固定在螺母座3的兩端。調(diào)整時(shí)先將內(nèi)齒圈取下，根據(jù)軸向間隙的大小，使兩個(gè)螺母1和2相對絲杠6分別向同一方向轉(zhuǎn)過相同的齒數(shù)，然后再將兩個(gè)內(nèi)齒圈套上，并固定在螺母座3上。圖6-37雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)齒差調(diào)隙式的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尺寸較大，但調(diào)整方便，可獲得精確的調(diào)整量，多用于高精度的數(shù)控機(jī)床。間隙消除量Δ可用下式簡便地計(jì)算：

Δ?=nt/(Z1·Z2)

式中，n為兩螺母向同一方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)；t為滾珠絲杠的導(dǎo)程；Z1、Z2為兩螺母凸緣上齒輪的齒數(shù)。例如：Z1=99，Z2=100，t=10mm，當(dāng)兩個(gè)螺母向同一方向各轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，其相對軸向位移量為

s=t/(Z1·Z2)=10/(99×100)≈0.001mm

若間隙量為0.005mm，則兩螺母向同一方向轉(zhuǎn)過5個(gè)齒即可將間隙消除，即n=Δ/s=0.005/0.001=5。

3．滾珠絲杠螺母副的安裝

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠副本身的剛度外，滾珠絲杠螺母副的正確安裝及支承結(jié)構(gòu)的剛度也是不可忽視的因素。如圖6-38所示，滾珠絲杠副常用的安裝方式有以下幾種：

(1)一端裝推力軸承。如圖6-38(a)所示為一端固定一端自由的支承形式，固定端安裝一對推力軸承，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力小，軸向剛度和臨界轉(zhuǎn)速都較低。這種安裝方式，適用于短絲杠及垂直布置絲杠。如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式銑床的垂直坐標(biāo)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

(2)一端裝推力軸承，另一端裝向心球軸承。如圖6-38(b)所示為一端固定一端浮動(dòng)的支承形式，固定端安裝一對推力軸承，浮動(dòng)端安裝向心球軸承。當(dāng)絲杠受熱膨脹時(shí)，一端固定，另一端能做微量的軸向浮動(dòng)，減小絲杠的熱變形影響。這種安裝方式，適用于絲杠較長或水平布置的絲杠。圖6-38滾珠絲杠螺母副兩端支承形式

(3)兩端裝推力軸承。如圖6-38(c)所示為兩端固定的支承形式。將推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，有助于提高傳動(dòng)剛度。這種安裝方式的結(jié)構(gòu)和裝配工藝都很復(fù)雜，對絲杠熱變形較為敏感，適用于長絲杠。

(4)兩端裝推力軸承和向心球軸承。如圖6-38(d)所示為雙重支承，兩端固定的支承形式。在絲杠兩端均采用推力軸承和向心球軸承的雙重支承，并施加預(yù)緊力，使絲杠具有較大的剛度，這種安裝方式還可以使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力。為了提高滾珠絲杠副的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承也是十分重要的。目前，中小型數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副多采用接觸角為60°的雙向推力角接觸球軸承，如圖6-39所示。圖6-39滾珠絲杠螺母副用60°角接觸球軸承這是一種能承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比，接觸角增大到60°，增加了滾珠數(shù)目并相應(yīng)減小了滾珠直徑，其軸向剛度比一般軸承提高兩倍以上，與圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承相比，啟動(dòng)力矩小，裝配時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力，使用極為方便。

4．滾珠絲杠螺母副的標(biāo)注和精度等級

(1)滾珠絲杠副的標(biāo)識(shí)符號。滾珠絲杠副的標(biāo)識(shí)符號是根據(jù)GB/T17587.1—1998《滾珠絲杠副第1部分：術(shù)語和符號》的規(guī)定，采用漢字、漢語拼音字母、數(shù)字和英文字母按給定順序排列的，用以表示滾珠絲杠副的規(guī)格、類型、標(biāo)準(zhǔn)公差等級和螺紋旋向等特征。其具體內(nèi)容和格式如下：

(2)滾珠絲杠副的公稱直徑和公稱導(dǎo)程。在GB/T17587.2—1998《滾珠絲杠副第2部分：公稱直徑和公稱導(dǎo)程公制系列》中規(guī)定，滾珠絲杠副的公稱直徑系列為：6、8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、

200mm。滾珠絲杠副的公稱導(dǎo)程系列為：1、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、16、20、25、32、40mm。

(3)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型。滾珠絲杠副的類型有兩種，P類為定位用滾珠絲杠副，即用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程間接測量軸向行程的滾珠絲杠副。這種滾珠絲杠副是無間隙的，也稱為預(yù)緊滾珠絲杠副。T類為傳動(dòng)用滾珠絲杠副，即用于傳遞動(dòng)力的滾珠絲杠副。其軸向行程的測量用與滾珠絲杠副的旋轉(zhuǎn)角和導(dǎo)程無關(guān)的測量裝置來完成。目前，國內(nèi)生產(chǎn)滾珠絲杠副的廠家都有各自的滾珠絲杠副標(biāo)注方法，其中除了GB/T17587.1—1998中規(guī)定的公稱直徑、公稱導(dǎo)程、螺紋長度、類型、標(biāo)準(zhǔn)公差等級和螺紋旋向等內(nèi)容外，一般還要標(biāo)注循環(huán)方式、預(yù)緊方式和結(jié)構(gòu)特征等。例如，表示循環(huán)方式的代號：F為內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式，G為內(nèi)循環(huán)固定式，C為外循環(huán)插管式；表示結(jié)構(gòu)特征的代號：M為導(dǎo)珠管埋入式，T為導(dǎo)珠管凸出式。表示預(yù)緊方式的代號如表6-1所示。

(4)滾珠絲杠副的標(biāo)準(zhǔn)公差等級。滾珠絲杠副的標(biāo)準(zhǔn)公差等級分1、2、3、4、5、7和10級，1級精度最高，依次遞減。不同精度等級滾珠絲杠副的適用范圍如表6-2所示。6.6數(shù)控機(jī)床的床身與導(dǎo)軌

6.6.1數(shù)控機(jī)床的床身

1．?dāng)?shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)有平床身、斜床身、平床身斜滑板和立床身等幾種類型。斜床身結(jié)構(gòu)排屑容易，操作方便，機(jī)床占地面積小，能夠設(shè)計(jì)成封閉的腔型結(jié)構(gòu)，床身剛度高，因此被中小型數(shù)控車床廣泛采用。如圖6-40所示為數(shù)控車床斜床身。圖6-40數(shù)控車床斜床身

2．?dāng)?shù)控銑床和加工中心的床身結(jié)構(gòu)

(1)固定立柱式床身。如圖6-41所示為固定立柱式臥式銑床床身結(jié)構(gòu)，在固定立柱式床身結(jié)構(gòu)中，立柱固定不動(dòng)，由滑板和工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)平面上的兩個(gè)坐標(biāo)軸移動(dòng)，故床身結(jié)構(gòu)比較簡單。固定立柱式床身一般適用于中、小型立式或臥式數(shù)控銑床和加工中心，由于床身體積不大，故大多采用整體結(jié)構(gòu)。圖6-41固定立柱式臥式銑床床身如圖6-42所示為固定立柱式帶輔助導(dǎo)軌的床身，圖6-42(a)中，床身沒有安裝輔助導(dǎo)軌，滑板與工件移動(dòng)到工作臺(tái)行程的兩端時(shí)發(fā)生翹曲現(xiàn)象(雙點(diǎn)劃線所示)；圖6-42(b)中，床身安裝了輔助導(dǎo)軌6來增加滑板的剛度，滑板與工件移動(dòng)到工作臺(tái)行程的兩端時(shí)未發(fā)生翹曲現(xiàn)象。圖6-42固定立柱式帶輔助導(dǎo)軌的床身

(2)移動(dòng)立柱式床身。移動(dòng)立柱式床身通常采用T形床身。它是由橫置的前床身(又稱為橫床身)和與它垂直的后床身(又稱為縱床身)組成的。T形床身又分為整體T形床身和前、后床身可分開組裝的分離式T形床身。整體式床身的剛性和精度保持性都比較好，但鑄造和加工不方便，尤其是大型數(shù)控機(jī)床的整體床身，制造時(shí)需要大型的專用設(shè)備。分離式T形床身的鑄造工藝性和加工工藝性大大改善，在組裝時(shí)前、后床身的連接處要刮研，用專用的定位銷和定位鍵定位，然后沿截面四周用大螺栓固定。這種分離式T形床身，在剛度和精度保持性方面基本能夠滿足使用要求。因此，大、中型臥式加工中心常采用分離式T形床身。如圖6-43所示為移動(dòng)立柱式整體床身結(jié)構(gòu)，圖6-44所示為移動(dòng)立柱T形床身臥式加工中心。圖6-43移動(dòng)立柱式整體床身結(jié)構(gòu)

圖6-44移動(dòng)立柱T形床身臥式加工中心

3．鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身

焊接件能達(dá)到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高床身剛度，減小床身重量。采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)能夠按剛度要求布置肋板的形式，充分發(fā)揮壁板和肋板的支撐和抗變形作用。另外，鋼板的彈性模量比鑄鐵的彈性模量大，采用鋼板焊接床身有利于提高床身的固有頻率。

4．封閉式箱形結(jié)構(gòu)的床身

V形肋有利于加強(qiáng)導(dǎo)軌支承部分的剛度；斜方肋和對角肋結(jié)構(gòu)可明顯增強(qiáng)床身的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱體結(jié)構(gòu)。此外，還有縱向肋板和橫向肋板，分別對抗彎剛度和抗扭剛度有顯著效果，“米”字形肋板和“井”字形肋板的抗彎剛度也較高。床身中常用的幾種箱形結(jié)構(gòu)截面肋板布置如圖6-45所示。圖6-45箱形結(jié)構(gòu)床身截面肋板的布置在封閉式箱形結(jié)構(gòu)的床身中，將砂芯留在鑄件中不清除，利用砂粒良好的吸振性能，可以提高床身結(jié)構(gòu)的阻尼比；還可以在床身內(nèi)腔填充混凝土等阻尼材料，在振動(dòng)發(fā)生時(shí)，利用阻尼材料之間的相對摩擦來耗散振動(dòng)能量，有明顯的消振作用。如圖6-46所示為德國DNE480L型數(shù)控車床床身示意圖，在床身底座型腔內(nèi)填充混凝土來增大阻尼，從而提高其靜剛度和抗振性，減小振動(dòng)。圖6-46DNE480L床身6.6.2數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌

1．?dāng)?shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求與分類

(1)導(dǎo)向精度高。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的檢驗(yàn)內(nèi)容為導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度以及兩導(dǎo)軌平行度。圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌幾何精度的檢驗(yàn)內(nèi)容與主軸回轉(zhuǎn)精度的檢驗(yàn)方法類似，用導(dǎo)軌回轉(zhuǎn)時(shí)的端面跳動(dòng)及徑向跳動(dòng)表示。

(2)精度保持性好。精度保持性是指導(dǎo)軌能否長期保持原始精度，喪失精度保持性的主要因素是由于導(dǎo)軌的磨損、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式及支承件(如床身)材料的穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床的精度保持性比普通機(jī)床要求高，常采用摩擦系數(shù)小的滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌。

(3)有足夠的剛度。機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件所受的外力，最后都由導(dǎo)軌面來承受，若導(dǎo)軌受力后變形過大，不僅破壞了導(dǎo)向精度，而且惡化了導(dǎo)軌的工作條件。導(dǎo)軌的剛度主要決定于導(dǎo)軌類型、結(jié)構(gòu)形式和尺寸大小、導(dǎo)軌與床身的連接方式、導(dǎo)軌材料和表面加工質(zhì)量等。數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌截面積的尺寸或在主導(dǎo)軌外添加輔助導(dǎo)軌來提高剛度。

(4)有良好的摩擦特性。導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，而且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近，以減小摩擦阻力和導(dǎo)軌熱變形。當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行低速運(yùn)動(dòng)或微量移動(dòng)時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

(5)有良好的耐磨性。導(dǎo)軌的不均勻磨損破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。導(dǎo)軌的耐磨性與導(dǎo)軌的材料、導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌受力情況及兩導(dǎo)軌相對運(yùn)動(dòng)的精度

有關(guān)。

2．滑動(dòng)導(dǎo)軌

1)貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌

貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌是一種金屬對塑料的摩擦形式，屬滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌，它是在動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料與其他化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，以提高導(dǎo)軌的耐磨性，降低摩擦系數(shù)，而支承導(dǎo)軌則是鑄鐵導(dǎo)軌或淬火鋼導(dǎo)軌。塑料薄膜軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)并做成軟帶狀。如圖6-47所示為貼塑導(dǎo)軌，塑料軟帶通過粘結(jié)材料粘貼在機(jī)床導(dǎo)軌副的短導(dǎo)軌面上，圓形導(dǎo)軌應(yīng)粘貼在下導(dǎo)軌面上。粘貼時(shí)，先用清洗劑(如丙酮、三氯乙烯和全氯乙烯)分別徹底清洗被粘貼導(dǎo)軌面和塑料軟帶，并擦拭干凈，然后將粘貼材料用油灰刀分別涂抹在塑料軟帶和導(dǎo)軌粘貼面上。圖6-47貼塑導(dǎo)軌粘貼好的導(dǎo)軌面上還要進(jìn)行精加工，如圖6-48(a)的手工刮研和圖6-48(b)的開油槽等。在局部修整時(shí)要用刮刀，切不可用砂布或砂紙，以防砂粒脫落嵌入貼塑導(dǎo)軌中，而破壞導(dǎo)軌工作面。有時(shí)為了使導(dǎo)軌對塑料軟帶起到定位作用，被粘貼導(dǎo)軌面上要加工出0.5～1mm深的凹槽，與貼塑導(dǎo)軌配對使用的金屬導(dǎo)軌，硬度在160HBS以上，表面粗糙度Ra為0.4～0.8μm。圖6-48貼塑導(dǎo)軌表面的加工

2)注塑滑動(dòng)導(dǎo)軌

注塑滑動(dòng)導(dǎo)軌的注塑(抗磨涂層)材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成膏狀為一組份，固化劑為另一組份的雙組份塑料，國內(nèi)牌號為HNT，稱為環(huán)氧樹脂耐磨涂料。這種材料附著力強(qiáng)，可用涂敷工藝或壓注成型工藝涂到預(yù)先加工成鋸齒形的導(dǎo)軌上，涂層厚度為1.5～2.5mm。調(diào)整好支承導(dǎo)軌和動(dòng)導(dǎo)軌間相互位置后，注入雙組份塑料，固化后將支承導(dǎo)軌與動(dòng)導(dǎo)軌分離即成塑料導(dǎo)軌副，用這種方法制作的塑料導(dǎo)軌習(xí)慣上又稱為塑料涂層導(dǎo)軌。注塑滑動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：塑料涂層摩擦系數(shù)小，在無潤滑油的情況下仍有較好的潤滑和防爬行的效果；具有良好的可加工性，可進(jìn)行車、銑、刨、鉆、磨和刮削加工；制造工藝簡單，可節(jié)省大量的加工制作時(shí)間；固化后體積不收縮，尺寸穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度比塑料軟帶高，特別適用于大型和重型機(jī)床以及不能用塑料軟帶的復(fù)雜配合面。

3)滑動(dòng)導(dǎo)軌的形狀及其組合形式

(1)直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的常見截面形狀。數(shù)控機(jī)床常用直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，其截面形狀如圖6-49所示，有矩形、三角形、燕尾形及圓形截面，不同形狀的導(dǎo)軌的各個(gè)平面所起的作用也各不相同。在矩形和三角形導(dǎo)軌中，M面主要起支承作用，N面是保證直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面，J面是防止運(yùn)動(dòng)部件抬起的壓板面；在燕尾形導(dǎo)軌中，M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支承作用。圖6-49直線滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀根據(jù)支承導(dǎo)軌的凸凹狀態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類導(dǎo)軌。凸形導(dǎo)軌需要有良好的潤滑條件。凹形導(dǎo)軌容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于具有良好防護(hù)的環(huán)境。矩形導(dǎo)軌也稱為平導(dǎo)軌；而三角形導(dǎo)軌，在凸形時(shí)稱為山形導(dǎo)軌，在凹形時(shí)稱為V形導(dǎo)軌。①矩形導(dǎo)軌。如圖6-49(a)所示，易加工制造，承載能力較大，安裝調(diào)整方便。M面起支承兼導(dǎo)向作用，起主要導(dǎo)向作用的N面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需要有間隙調(diào)整裝置。它適用于載荷大且導(dǎo)向精度要求不高的機(jī)床。②三角形導(dǎo)軌。如圖6-49(b)所示，三角形導(dǎo)軌有兩個(gè)導(dǎo)向面，同時(shí)控制了垂直方向和水平方向的導(dǎo)向精度。這種導(dǎo)軌在載荷的作用下，自行補(bǔ)償消除間隙，導(dǎo)向精度較其他類型導(dǎo)軌高。③燕尾槽導(dǎo)軌。如圖6-49(c)所示，這是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整。這種導(dǎo)軌能承受顛覆力矩，摩擦阻力較大，多用于高度小的多層移動(dòng)部件。④圓柱形導(dǎo)軌。如圖6-49(d)所示，這種導(dǎo)軌剛度高，易制造，外徑可磨削，內(nèi)孔可珩磨達(dá)到精密配合。但磨損后間隙調(diào)整困難。它適用于受軸向載荷的場合，如壓力機(jī)、珩磨機(jī)、攻絲機(jī)和機(jī)械手等，數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較少。

(2)直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式。數(shù)控機(jī)床一般采用兩條導(dǎo)軌來承受載荷和導(dǎo)向。導(dǎo)軌的組合形式取決于載荷大小、導(dǎo)向精度、工藝性、潤滑和防護(hù)等因素。常見的導(dǎo)軌組合形式如圖6-50所示，左側(cè)兩列與右側(cè)兩列分別是相互配合的動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌。①雙三角形導(dǎo)軌。如圖6-50(a)所示為雙三角形導(dǎo)軌，又稱為雙V形導(dǎo)軌，導(dǎo)軌面同時(shí)起支承和導(dǎo)向作用。該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，導(dǎo)向精度高，但裝配時(shí)要對四個(gè)面進(jìn)行刮研，其難度很大。由于超定位，所以制造、檢驗(yàn)和維修都很困難，它適用于精度要求高的機(jī)床，如坐標(biāo)鏜床、絲杠車床。②雙矩形導(dǎo)軌。如圖6-50(b)所示為雙矩形導(dǎo)軌。雙矩形導(dǎo)軌使用側(cè)邊導(dǎo)向，當(dāng)采用一條導(dǎo)軌的兩個(gè)側(cè)邊導(dǎo)向時(shí)稱為窄式導(dǎo)向，若分別用兩條導(dǎo)軌的兩個(gè)側(cè)邊導(dǎo)向則稱為寬式導(dǎo)向。雙矩形導(dǎo)軌易加工制造，承載能力大，但導(dǎo)向精度差。側(cè)導(dǎo)向面需要設(shè)置調(diào)整鑲條和壓板，常用于普通精度的數(shù)控機(jī)床。圖6-50直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式③三角形和平導(dǎo)軌組合。如圖6-50(c)所示為三角形和平導(dǎo)軌的組合，其導(dǎo)軌組合不需要用鑲條調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度高，加工裝配較方便，溫度變化也不會(huì)改變導(dǎo)軌面的接觸情況，但熱變形會(huì)使移動(dòng)部件水平偏移，兩條導(dǎo)軌磨損也不一樣，因而對位置精度有影響，通常用于數(shù)控磨床、精密鏜床。

④三角形和矩形導(dǎo)軌組合。如圖6-50(d)為三角形和矩形導(dǎo)軌的組合，三角形導(dǎo)軌做主要導(dǎo)向面。該組合導(dǎo)向精度高，承載能力大，易加工制造，剛度高，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。

3．滾動(dòng)導(dǎo)軌

1)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊

(1)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的結(jié)構(gòu)。如圖6-51所示為滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的結(jié)構(gòu)示意圖，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊主要由中間導(dǎo)向塊3、保持器2、滾柱4等組成。在精密研磨的中間導(dǎo)向塊3周圍有一系列滾柱4，并由保持器2維持其循環(huán)運(yùn)動(dòng)不致脫落。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊通過螺釘安裝在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱4在支承導(dǎo)軌面與滾動(dòng)導(dǎo)軌塊之間滾動(dòng)，同時(shí)又在滾動(dòng)導(dǎo)軌塊中沿封閉軌道進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，并承受載荷。圖6-51滾動(dòng)導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)示意圖

(2)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的安裝。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊一般安裝在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上。為了使導(dǎo)軌塊獲得均衡的載荷，應(yīng)選擇具有相同分組選號的滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝。每一導(dǎo)軌上使用導(dǎo)軌塊的數(shù)量可根據(jù)導(dǎo)軌的長度和負(fù)載的大小確定，如果運(yùn)動(dòng)部件長度大時(shí)，要用更多的導(dǎo)軌塊。與滾動(dòng)導(dǎo)軌塊相配的導(dǎo)軌多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌，鋼導(dǎo)軌經(jīng)熱處理后硬度很高，可大幅度提高耐磨性，且有較大的承載能力。鑲鋼導(dǎo)軌一般采用正方形或長方形兩種，為便于熱處理，減少變形，多把鑲鋼導(dǎo)軌分段裝在床身上，這在行程較大的數(shù)控機(jī)床上常常使用。如圖6-52所示為滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和鑲鋼導(dǎo)軌的一種組合安裝形式之一，是閉式安裝，窄式導(dǎo)向，可承受傾覆載荷。正方形鑲鋼導(dǎo)軌鑲嵌在床身上，它的兩側(cè)面和上面安裝滾動(dòng)導(dǎo)軌塊，來為移動(dòng)部件起支承和導(dǎo)向作用，下面用滾動(dòng)導(dǎo)軌塊或貼塑壓板，來承受顛覆力矩。圖6-52滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和鑲鋼導(dǎo)軌的組合閉式安裝

(3)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的調(diào)整。主要的調(diào)整的方法有：用調(diào)整墊調(diào)整，用調(diào)整螺釘調(diào)整，用楔鐵調(diào)整及用彈簧墊壓緊等。如圖6-53所示為滾動(dòng)導(dǎo)軌塊楔鐵間隙調(diào)整裝置，楔鐵1固定不動(dòng)，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊2固定在楔鐵4上，可隨楔鐵4移動(dòng)，擰動(dòng)調(diào)整螺釘5和7可使楔鐵4相對楔鐵1運(yùn)動(dòng)，因而可調(diào)整滾動(dòng)導(dǎo)軌塊對支承導(dǎo)軌壓力的大小。圖6-53滾動(dòng)導(dǎo)軌塊楔鐵間隙調(diào)整裝置

2)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副

(1)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)。圖6-54所示為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副外形和結(jié)構(gòu)示意圖。導(dǎo)軌條7是支承導(dǎo)軌，使用時(shí)一般安裝在數(shù)控機(jī)床的床身或立柱等支承件上，滑塊5安裝在工作臺(tái)或滑座等移動(dòng)部件上。滑塊5中裝有四組滾珠1，四組滾珠各有自己獨(dú)立的回珠孔2，分別處于滑塊的四角。當(dāng)滑塊5沿導(dǎo)軌條7移動(dòng)時(shí)，滑塊5中的四組滾珠1在導(dǎo)軌條7和滑塊5之間的圓弧形直線滾道內(nèi)滾動(dòng)，當(dāng)滾珠滾動(dòng)到滑塊的端部，見圖6-54(b)左端，就會(huì)經(jīng)合成樹脂制造的端面擋板4內(nèi)的滾道和滑塊中的回珠孔2，從工作負(fù)荷區(qū)滾動(dòng)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動(dòng)，最后經(jīng)過另一端的擋塊回到工作負(fù)荷區(qū)，如此不斷循環(huán)。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部設(shè)有塑料密封墊3和8。滑塊上還有注潤滑脂的油嘴6，只要定期將鋰基潤滑脂注入油嘴即可實(shí)現(xiàn)潤滑。滑塊內(nèi)的四組滾珠和滾道相當(dāng)于四個(gè)角接觸球軸承，接觸角為45°，滑塊5相對支承導(dǎo)軌條7完全定心，只允許兩者沿導(dǎo)軌長度方向相對運(yùn)動(dòng)。因此，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副除導(dǎo)向外還能承受顛覆力矩。圖6-54直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的外形和結(jié)構(gòu)

(2)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的組合安裝。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副通常是兩根成對使用的，導(dǎo)軌條安裝在機(jī)床支承部件上，每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上。當(dāng)機(jī)床所需導(dǎo)軌長度超過單根導(dǎo)軌條的最大長度時(shí)，可以將多根導(dǎo)軌條拼接安裝；如機(jī)床移動(dòng)部件較長則可在一根導(dǎo)軌條上安裝3個(gè)或3個(gè)以上的滑塊；如機(jī)床移動(dòng)部件較寬，也可以用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。如圖6-55所示為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副兩根成對使用的組合安裝形式。圖6-55(a)所示為在同一水平面內(nèi)平行安裝兩根導(dǎo)軌副，滑塊固定在機(jī)床的移動(dòng)部件上，稱為水平正裝，這是最常用的組合安裝形式。圖6-55(b)所示是把滑塊作為基座，將導(dǎo)軌固定在機(jī)床的移動(dòng)部件上，稱為水平反裝。根據(jù)數(shù)控機(jī)床床身及移動(dòng)部件結(jié)構(gòu)的需要，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副還可以安裝在床身的兩側(cè)，圖6-55(c)所示為滑塊固定在機(jī)床移動(dòng)部件上；圖6-55(d)所示為導(dǎo)軌固定在機(jī)床移動(dòng)部件上。圖6-55直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的組合安裝形式如圖6-56(a)所示，單導(dǎo)軌定位易于安裝，容易保證平行度，非基準(zhǔn)側(cè)對床身沒有側(cè)向定位面平行的要求。當(dāng)非基準(zhǔn)側(cè)導(dǎo)軌的側(cè)面也需要定位時(shí)，稱該組合安裝形式為雙導(dǎo)軌定位。如圖6-56(b)所示，雙導(dǎo)軌定位側(cè)向定位面平行度要求高，調(diào)整難度較大，適合于振動(dòng)和沖擊較大、精度要求較高的場合。圖6-56單導(dǎo)軌定位和雙導(dǎo)軌定位的安裝形式

(3)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的安裝調(diào)整。如圖6-57所示為單導(dǎo)軌定位的安裝形式，兩條導(dǎo)軌中，右側(cè)導(dǎo)軌為基準(zhǔn)導(dǎo)軌。安裝時(shí)，將基準(zhǔn)導(dǎo)軌條1的基準(zhǔn)面靠在床身6的定位面上，通過楔塊2頂靠，然后用螺栓固定在床身6上。滑塊的基準(zhǔn)面則靠在機(jī)床工作臺(tái)4的定位面上，通過楔塊3頂靠，然后用螺栓固定在機(jī)床工作臺(tái)4上。圖6-57單導(dǎo)軌定位的安裝調(diào)整

4．靜壓導(dǎo)軌

1)液體靜壓導(dǎo)軌

(1)開式液體靜壓導(dǎo)軌。開式液體靜壓導(dǎo)軌的工作原理與靜壓軸承完全相同。如圖6-58(a)所示為開式液體靜壓導(dǎo)軌的工作原理，液壓油泵2啟動(dòng)后，油經(jīng)濾油器1吸入，用溢流閥3調(diào)節(jié)供油壓力ps，再經(jīng)濾油器4，通過節(jié)流器5降壓到pr(油腔壓力)進(jìn)入導(dǎo)軌的油腔，并通過支承導(dǎo)軌7與動(dòng)導(dǎo)軌6之間的間隙向外流出，回到油箱8。油腔壓力pr形成浮力將動(dòng)導(dǎo)軌6浮起，形成一定的導(dǎo)軌間隙h0。當(dāng)載荷增大時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件下沉，導(dǎo)軌間隙減小，回油阻力增加，流量減小，油腔壓力pr增大，直至與載荷W平衡時(shí)

為止。

(2)閉式液體靜壓導(dǎo)軌。開式靜壓導(dǎo)軌只能承受垂直方向的負(fù)載，承受顛覆力矩的能力差。閉式靜壓導(dǎo)軌能承受較大顛覆力矩，導(dǎo)軌剛度也較高。如圖6-58(b)所示為閉式液體靜壓導(dǎo)軌的工作原理。當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌6受到顛覆力矩M后，油腔的間隙h3、h4增大，h1、h6減小。由于各相應(yīng)的節(jié)流器的作用，使油腔壓力pr3、pr4減小，pr1、pr6增大，由此作用在動(dòng)導(dǎo)軌6上的力，形成一個(gè)與顛覆力矩方向相反的力矩，從而使動(dòng)導(dǎo)軌6保持平衡。而在承受載荷W時(shí)，則油腔間隙h1、h4減小，h3、h6增大。由于各相應(yīng)的節(jié)流器的作用，使油腔壓力pr1、pr4增大，pr3、pr6減小，由此形成使動(dòng)導(dǎo)軌6向上的力，以平衡載荷W。圖6-58液體靜壓導(dǎo)軌工作原理圖

2)氣體靜壓導(dǎo)軌

氣體靜壓導(dǎo)軌在兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌工作面間，通入具有恒定壓力的氣體，形成恒定壓力的空氣膜，使兩導(dǎo)軌工作面均勻分離，導(dǎo)軌工作面始終處于氣體摩擦狀態(tài)，以得到高精度的運(yùn)動(dòng)。氣體靜壓導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，但會(huì)隨空氣壓力波動(dòng)而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負(fù)荷不大的場合，如數(shù)控坐標(biāo)磨床和三坐標(biāo)測量機(jī)。

6.7數(shù)控機(jī)床的輔助裝置

6.7.1數(shù)控機(jī)床的防護(hù)裝置

1．滾珠絲杠副的防護(hù)裝置

滾珠絲杠副的導(dǎo)軌內(nèi)落入了污物或異物，不僅會(huì)妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且會(huì)使?jié)L珠絲杠副的磨損急劇增加。對于制造誤差和預(yù)緊變形量以微米計(jì)的滾珠絲杠副來說，對這種磨損就特別敏感。因此必須對滾珠絲杠副進(jìn)行有效的防護(hù)與密封。

(1)密封圈。處于隱蔽位置的絲杠，通常在螺母兩端安裝密封圈。密封圈有接觸式和非接觸式，通常在沒有異物但有浮塵的環(huán)境下使用。接觸式密封圈是用耐油橡膠或尼龍等材料制成的，其內(nèi)孔制成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀。接觸式密封圈的防塵效果好，但因有接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。

(2)防護(hù)套。對于暴露在外面的絲杠，一般采用如圖6-59所示的鋼帶防護(hù)套或橡膠防護(hù)套等封閉式的防護(hù)裝置，以保護(hù)絲杠表面不受塵埃、鐵屑等污染。圖6-60所示為鋼帶防護(hù)套纏卷裝置，纏卷裝置和滾珠絲杠的螺母一起固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，由支承滾子1、張緊輪2和鋼帶3等零件組成。鋼帶的兩端分別纏繞固定在絲杠的外圓表面。

圖6-59絲杠防護(hù)裝置

圖6-60鋼帶防護(hù)套纏卷裝置鋼帶3繞過支承滾子1，并靠彈簧和張緊輪2將鋼帶張緊。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)床移動(dòng)部件相對絲杠做軸向運(yùn)動(dòng)，纏卷裝置一端將絲杠上的鋼帶展開，而另一端則將鋼帶纏卷在絲杠上，保護(hù)絲杠表面不受塵埃、鐵屑等污染。

2．導(dǎo)軌的防護(hù)裝置

(1)導(dǎo)軌刮屑板。導(dǎo)軌刮屑板由耐油、耐摩擦的刮舌和鋁合金框架組成，根據(jù)導(dǎo)軌的不同形狀做成直角形、三角形、矩形和燕尾形等形狀，安裝在動(dòng)導(dǎo)軌的兩端。如圖6-61所示為安裝在機(jī)床動(dòng)導(dǎo)軌上的導(dǎo)軌刮屑板，它能提高機(jī)床導(dǎo)軌的刮屑、除塵和防護(hù)能力，以保護(hù)機(jī)床的精度，延長機(jī)床的使用壽命。圖6-61導(dǎo)軌刮屑板

(2)導(dǎo)軌防護(hù)罩。數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩有伸縮式、風(fēng)琴式和裙簾式等多種形式。?如圖6-62所示為鋼制伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩，適用于各類數(shù)控機(jī)床在各個(gè)移動(dòng)方向上的導(dǎo)軌防護(hù)。它不但具有防塵、防屑、防冷卻液等功能，而且還能增加機(jī)床的封閉性，保護(hù)機(jī)床精度不受切屑的影響，延長導(dǎo)軌的使用壽命。

圖6-62伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩

3．電線、電纜、液氣管的防護(hù)裝置

(1)導(dǎo)管防護(hù)套。如圖6-63所示為導(dǎo)管防護(hù)套，其上夾箍和下夾箍采用不銹鋼材料制成，鏈環(huán)采用工程塑料制成，適用于移動(dòng)行程較短、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較低的各類數(shù)控機(jī)床，它移動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低，但不適于在高溫環(huán)境下工作。圖6-63導(dǎo)管防護(hù)套

(2)金屬軟管。如圖6-64所示為金屬軟管，由金屬薄條盤旋制成，有圓形、矩形等管形，適用于移動(dòng)行程較短、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的各類數(shù)控機(jī)床，它柔軟適應(yīng)性強(qiáng)、移動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低，可在?－40～180℃環(huán)境下工作。圖6-64金屬軟管

(3)金屬拖鏈。如圖6-65所示為金屬拖鏈，由金屬片鉚接而成，適用于大型、重型數(shù)控機(jī)床，可作為質(zhì)量大的電纜、液氣管的防護(hù)裝置，且可在高溫環(huán)境下工作。圖6-65金屬拖鏈6.7.2數(shù)控機(jī)床的排屑裝置

1．鏈板式排屑裝置

鏈板式排屑裝置以滾動(dòng)鏈輪牽引鋼質(zhì)平板鏈帶在接屑箱中運(yùn)轉(zhuǎn)，切屑落到鏈帶上由鏈帶輸送出機(jī)床，如圖6-66所示。這種裝置適應(yīng)性強(qiáng)，可以收集和輸送金屬及非金屬切屑，但不適于粉末狀切屑，廣泛地應(yīng)用于數(shù)控車床和加工中心。圖6-66鏈板式排屑裝置

2．刮板式排屑裝置

刮板式排屑裝置的傳動(dòng)原理與鏈板式基本相同，只是鏈板不同，其鏈板中帶有刮板鏈板，如圖6-67所示。這種裝置可以收集和輸送顆粒狀、粉末狀的金屬和非金屬切屑，排屑能力較強(qiáng)，但因負(fù)載大，故需采用較大功率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。圖6-67刮板式排屑裝置

3．永磁式排屑裝置

永磁式排屑裝置是利用永磁材料產(chǎn)生的強(qiáng)磁場效應(yīng)，將落入接屑箱的鐵屑吸附在輸送帶上，由輸送帶將鐵屑排出機(jī)床，如圖6-68所示。這種裝置可以收集和輸送顆粒狀、粉末狀的

鐵屑。圖6-68永磁式排屑裝置

4．螺旋式排屑裝置

螺旋式排屑裝置由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)一根長螺桿在接屑槽中旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)落入接屑槽的切屑連續(xù)向前移動(dòng)，最終排入切屑收集箱中。螺桿有兩種形式，一種是用扁形鋼條卷成彈簧狀，另一種是在細(xì)軸上焊上螺旋形鋼板。如圖6-69所示為螺旋式排屑裝置，主要用于收集顆粒狀、粉末狀的金屬和非金屬切屑，因其體積小而適合用在安放空間比較狹窄的地方。圖6-69螺旋式排屑裝置6.7.3數(shù)控機(jī)床的潤滑系統(tǒng)

1．油脂潤滑

油脂潤滑不需要潤滑設(shè)備，工作可靠，不需要經(jīng)常添加和更換油脂，維護(hù)方便，但磨擦阻力大。采用油脂潤滑時(shí)，油脂的封入量一般為潤滑空間容積的1/3，切忌隨意添滿。封入的油脂過多，會(huì)加劇運(yùn)動(dòng)部件的發(fā)熱。采用油脂潤滑方式時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)上采取有效的密封措施，以防冷卻液或潤滑油流入而使油脂失去功效。

2．油液潤滑

(1)油浴潤滑方式。油浴潤滑就是使軸上的零件(如齒輪、甩油盤等)浸入油池中，軸回轉(zhuǎn)時(shí)通過齒輪或甩油盤將潤滑油帶到相應(yīng)的表面進(jìn)行潤滑。該方法簡單可靠，但應(yīng)注意帶油零件轉(zhuǎn)速不宜過高，油池油位也不宜過高，常用于數(shù)控機(jī)床主軸箱的潤滑冷卻。

2)定時(shí)定量潤滑方式。定時(shí)定量潤滑方式一般采用集中潤滑系統(tǒng)。它是從一個(gè)潤滑油供給源把一定壓力的潤滑油，通過各主、次油路上的分配器，按所需的油量分配到各潤滑點(diǎn)。同時(shí)，系統(tǒng)具備潤滑時(shí)間、次數(shù)的監(jiān)控和故障報(bào)警以及停機(jī)等功能，以實(shí)現(xiàn)潤滑系統(tǒng)的自動(dòng)控制。定時(shí)定量潤滑無論潤滑點(diǎn)位置高低和距離油泵遠(yuǎn)近，各點(diǎn)的供油量穩(wěn)定，由于潤滑周期的長短及供油量可調(diào)