數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用第4章

1、1,一、數(shù)控機床的主要組成部分及其結(jié)構(gòu)簡介,2,（一）數(shù)控機床的主要組成部分1、主傳動系統(tǒng)及主軸組件——用來產(chǎn)生切削運動。2、進給傳動系統(tǒng)——用來產(chǎn)生工件或刀具的進給運動，并實現(xiàn)定位。3、基礎(chǔ)件——床身、立柱、滑座、工作臺等。4、其他輔助裝置——液壓、氣動、潤滑、切削液、排屑等系統(tǒng)裝置。5、對于加工中心，還有自動交換刀具結(jié)構(gòu)。,3,加工中心（Machining Center） 是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上增加了刀具自動交裝置

2、或分度工作臺。是一種特殊的數(shù)控機床。 ⑴工件一次裝夾可以自動完成鏜、銑、鉆、擴、鉸、攻絲等多工序、多工位的加工。實現(xiàn)了工序集中。⑵減少了裝夾次數(shù)，減少了定位誤差，提高了效率。 加工中心分立式、臥式和五面體加工中心。目前的加工中心主要是以鏜、銑、鉆復(fù)合為主。,4,5,（二）主傳動系統(tǒng)及主軸部件結(jié)構(gòu)特點 1、主電機 2、主軸組件 3、拉刀機構(gòu) 4、松刀機構(gòu)調(diào)

3、速特點 1、定比傳動。 2、通過電機調(diào)速。 3、通過改變電機與主軸的中心距，可以脹緊皮帶。,6,（三）進給傳動系統(tǒng)特點:1、數(shù)控機床以坐標軸為控制單位。,7,2、每個坐標軸都有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。,8,3、機械傳動裝置：都是始于伺服電機的軸端，止于機床的執(zhí)行部件。開環(huán)系統(tǒng)：,9,閉環(huán)系統(tǒng)：,10,半閉環(huán)系統(tǒng)：,11,4、機械傳動結(jié)構(gòu)主要組成部分： 對于直線運動：齒輪副、聯(lián)軸器、滾珠絲杠螺母

4、副、絲杠支承、導(dǎo)軌副 對于回轉(zhuǎn)工作臺：還有蝸桿、蝸輪副。,12,滾珠絲杠螺母副,13,5、組成機械傳動系統(tǒng)的各元件均有剛度、精度、摩擦阻尼特性的要求。這些將直接影響機床執(zhí)行部件的定位精度。,14,滾珠絲杠螺母副 ——是把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。,15,1、工作原理●在絲杠、螺母上加工有弧形螺旋槽?！癞敯阉鼈兲籽b在一起時形成螺旋滾道，在滾道內(nèi)添滿滾珠?！癞斀z杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，螺旋滾道沿軸向移動，滾

5、珠則在螺旋滾道螺旋面的擠壓下沿著滾道運動，使絲杠的螺母產(chǎn)生相對絲杠的軸向位移。,16,2、滾珠絲杠螺母副特點①傳動效率高●基本上是滾動摩擦?！駛鲃有士蛇_92%～98%，是普通絲杠傳動的2～4倍。②靈敏度高●是滾動摩擦，并且動、靜摩擦系數(shù)相差不大。傳動靈敏，運動平穩(wěn)?！竦退俨灰桩a(chǎn)生爬行。跟隨精度和定位精度比較高。,17,③使用壽命長●材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼，滾道表面淬火，硬度可以達到HRC60～62。●表面粗糙度值小，因為

6、是滾動摩擦，故磨損很小。④預(yù)緊后，可以進一步提高軸向剛度和精度●因為經(jīng)過預(yù)緊后，可以消除絲杠和螺母之間的軸向間隙，進一步預(yù)緊后，可以提高滾珠絲杠副的剛度?！穹聪蜻\動時，無空行程，從而提高滾珠絲杠副的軸向運動精度。,18,鑒于上述優(yōu)點，滾珠絲杠廣泛使用在中、小型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中。滾珠絲杠副的缺點①制造成本高②不能自鎖。當用于垂直安裝時，必須要具有制動裝置。,19,3、分類 按照滾珠返回方式的不同，滾珠絲杠可以分

7、為兩種方式。 外循環(huán)方式 內(nèi)循環(huán)方式,20,①外循環(huán)方式——返回的滾珠與絲杠外圓不接觸。用回珠器將螺旋滾道的兩端連接起來，回珠器在螺旋滾道的兩端能起到擋珠的作用。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單， 容易制造， 應(yīng)用廣泛。缺點：絲杠螺母徑向尺寸較大。 剛性差， 易磨損， 噪音大。,21,②內(nèi)循環(huán)方式——采用反向器將滾珠返回。優(yōu)點：●螺母徑向尺寸

8、小，結(jié)構(gòu)緊湊?！穹聪蚱髟诼菽钢械亩ㄎ豢煽浚瑒傂院?，不易磨損。●由于返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。,22,4、滾珠絲杠的制動●滾珠絲杠不能自鎖?！癞斢糜诖怪蔽恢没蛩酱髴T量高速傳動時，必須有制動裝置?！癯Ｓ么胧?①電磁離合器 ②超越離合器 ③有制動裝置的伺服電機。舉例：電磁離合器制動,23,5、滾珠絲杠的間隙與調(diào)整：①滾珠絲杠的間隙 ——是指絲杠與螺母之間無相

9、對轉(zhuǎn)動時，絲杠與螺母間的最大軸向竄動量，是軸向間隙。 該間隙是由兩部分組成： ●結(jié)構(gòu)本身存在的游隙。 ●施加軸向載荷后產(chǎn)生彈性變形而造成的軸向竄動量。,24,②滾珠絲杠的預(yù)緊●預(yù)緊的目的——　　　是通過預(yù)緊措施來消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，以達到提高軸向剛度和傳動精度的目的。●對于雙螺母滾珠絲杠，預(yù)緊方式有三種：　　　雙螺母螺紋調(diào)隙預(yù)緊方式　　　雙螺母墊片調(diào)隙預(yù)緊方式　　　雙螺母齒差式調(diào)隙預(yù)緊方式,25,第一種

10、，雙螺母螺紋調(diào)隙結(jié)構(gòu)（如圖所示）●用鍵限制絲杠螺母在螺母座(套筒)內(nèi)轉(zhuǎn)動?！裾{(diào)整時，首先松開鎖緊螺母，轉(zhuǎn)動圓螺母，可將螺母與絲杠間的間隙消除?！袢块g隙消除后，如果繼續(xù)轉(zhuǎn)動圓螺母,可提高剛度并實現(xiàn)預(yù)緊?！褡詈髮㈡i緊螺母擰緊。,26,第二種：雙螺母墊片調(diào)隙結(jié)構(gòu)（如圖所示） 通過調(diào)整墊片的厚度來使左右兩個絲杠螺母產(chǎn)生軸向位移，即可達到消除間隙的目的并進行預(yù)緊。,27,第三種：雙螺母齒差式調(diào)隙結(jié)構(gòu)（如圖所示）●在兩個絲

11、杠螺母的凸緣上各制成有一個圓柱齒輪，兩個齒輪的齒數(shù)只相差一個齒，即Z2－Z1=1?！裨僦谱鲀蓚€內(nèi)齒圈，其齒數(shù)與外齒數(shù)分別相同，并用螺釘和銷子固定在螺母座的兩端。,28,間隙消除量可用下式來計算： 當兩個螺母向同一方向各轉(zhuǎn)過n個齒數(shù)時，則這兩個螺母在軸向的相對移動量為S： S＝（1/Z1－1/Z2） n t式中： S——兩螺母在軸向的相對位移量 n——兩螺母在同一方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)

12、 t——絲杠的導(dǎo)程 Z1、Z2——齒輪的齒數(shù),29,舉例：已知：Z1＝99 ，Z2＝100，t＝10mm，當兩個螺母沿同一方向各轉(zhuǎn)過1個齒數(shù)時,求兩螺母在軸向的相對位移量S ： S ＝（1/99 －1/100）×10 ＝1μm 即可以使兩螺母在軸向的相對位移量為1μm。 由此可見，其精度之高。,30,三種調(diào)隙方法比較：①雙螺母螺紋調(diào)隙法、雙螺母墊片調(diào)隙法，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便

13、，但調(diào)整精度低。②雙螺母齒差式調(diào)隙法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整精度高。 三種調(diào)隙方法的實質(zhì)： 都是設(shè)法使兩個絲杠螺母在絲杠軸上產(chǎn)生軸向相對移動，使兩個絲杠螺母之間的軸向距離發(fā)生變化，從而消除絲杠與螺母之間的間隙。,31,6、滾珠絲杠的三種支承方式：⑴固定——自由●適用于短絲杠或垂直安裝的絲杠。⑵固定——支承●絲杠螺母與兩支承同軸要求高?！襁m用于長絲杠或水平安裝的絲杠。⑶固定——固定●絲杠螺母與兩支

14、承同軸要求高?！窨梢詫z杠進行預(yù)拉伸。●適用于長絲杠和軸向剛度要求高的場合。,32,7、滾珠絲杠螺母副的主要技術(shù)參數(shù)①公稱直徑d0——是指鋼球的直徑?！袼鶕?jù)承受的載荷和剛度要求來選取。 ●d0愈大，絲杠的承載能力和剛度愈大。●為了滿足剛度和穩(wěn)定性的要求， d0應(yīng)大于絲杠長度的1/30。,33,②導(dǎo)程L0——主要根據(jù)機床傳動要求，位移精度來確定。●當位移精度要求高時， L0應(yīng)取得小一些。這樣在一定的軸向力作用下，絲杠上的

15、摩擦阻力矩較小?！癞攄0一定時， L0減小，螺旋升角隨之減小，使傳動效率降低。●當L0減小時， d0相應(yīng)減小，會使絲杠的承載能力降低?！褚话銇碇v：在滿足機床傳動要求、位移精度的前提下， L0應(yīng)盡量取大。,34,③滾珠的工作圈數(shù)j和列數(shù)k——●增加滾珠的工作圈數(shù)j和列數(shù)k，可以提高承載能力和剛度?！裨谪撦d和剛度一定的前提下，選用較多的工作圈數(shù)j和列數(shù)k，可以減小絲杠直徑，從而減小慣量，提高進給速度。,35,8、滾珠絲杠螺母副的精

16、度（1）滾珠絲杠的精度等級●國家標準GB/T17587.3—1998將滾珠絲杠分為定位滾珠絲杠副（P型）和傳動滾珠絲杠副（T型）兩大類?！駶L珠絲杠的精度等級共分七個等級，即1、2、3、4、5、7、10級，1級精度最高，依此降低。,36,（2）滾珠絲杠副的精度指標①2π行程內(nèi)允許的行程變動量V2πp；②300mm行程內(nèi)允許的行程變動量V300p；③有效行程Lu內(nèi)允許的行程變動量Vup；④目標行程公差ep；⑤有效行程Lu內(nèi)補

17、償值C。滾珠絲杠副各項精度指標的關(guān)系如圖所示。,37,9、滾珠絲杠的選定選擇滾珠絲杠的原則：①根據(jù)滾珠絲杠的定位精度來選擇滾珠絲杠的精度。②根據(jù)載荷的大小來選定絲杠的直徑。③對絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度、壓曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命進行必要的驗算。,38,（1）機床定位精度要求與滾珠絲杠的絲杠精度機床定位精度——●該精度反映了數(shù)控機床的制造精度要求，是標準規(guī)定的?！褚话銇碇v，影響機床定位精度的主要因素有：①進給傳動鏈的間隙②滾

18、珠絲杠支承系統(tǒng)的軸向剛度③滾珠絲杠自身的精度，如：螺距誤差、熱伸長等。,39,滾珠絲杠自身的精度——是指滾珠絲杠的螺距誤差和熱伸長。它們對機床定位精度的影響最明顯。①螺距誤差●是在滾珠絲杠制造中產(chǎn)生的誤差。為了減小螺距誤差，在設(shè)計時應(yīng)盡量提高滾珠絲杠的精度等級。●一般來講，滾珠絲杠的精度等級： P（5、7級）——普通級，適用于普通機床。 B（4級）——標準級，適用于一般數(shù)控機床。 J（2、3級）——精密級，用于精密機床、

19、普通數(shù)控機床、加工中心。 C（1級）——超精密級，用于精密機床、精密數(shù)控機床、精密加工中心。,40,②熱伸長 滾珠絲杠在運轉(zhuǎn)過程中，不可避免的要產(chǎn)生熱伸長。它將直接影響機床的定位精度。 滾珠絲杠溫升引起的變形量ΔL可用下式計算： ΔL＝αLΔt式中： α——滾珠絲杠的膨脹系數(shù)，α＝1.1×10-5 / ℃ L——滾珠絲杠的長度 Δt——

20、滾珠絲杠與床身之適應(yīng)間的溫差（即：絲杠的溫升），一般取Δt＝2～3℃,41,●選擇滾珠絲杠的精度時，要使?jié)L珠絲杠的精度與機床的定位精度要求相適應(yīng)?！襁x擇滾珠絲杠的預(yù)拉伸支承方式來消除滾珠絲杠因熱變形引起的定位誤差。,42,10、滾珠絲杠螺母副的計算 主要是對強度、剛度和穩(wěn)定性的計算。（1）疲勞強度的計算（最大動負荷計算）,43,（2）靜態(tài)強度計算（最大靜負荷Ca計算） 當滾珠絲杠在靜態(tài)或低速（n<10r/

21、min)情況下工作時，其破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生塑性變形。當塑性變形超過一定限度后，就會破壞滾珠絲杠的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。 產(chǎn)生這樣大的塑性變形量時的負載即稱為允許的最大靜負荷C0,44,（4）穩(wěn)定性驗算（計算失穩(wěn)的臨界負載） 主要是對已確定尺寸的絲杠，在給定的支稱條件下，承受最大軸向載荷時，驗算其有無產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險。也稱壓桿不穩(wěn)定。,45,（三）伺服電機與

22、絲杠間的連接結(jié)構(gòu)一般有兩種結(jié)構(gòu)——齒輪和聯(lián)軸器1、齒輪傳動（同步帶傳動）——常用在絲杠與電機軸不能同軸的場合。例如：①進給系統(tǒng)需要降速或需要增大扭矩時。 ②為了匹配不同的絲杠螺距或不同的脈沖當量時。齒輪傳動存在的主要問題——是如何消除側(cè)隙。 產(chǎn)生側(cè)隙的原因： ①齒輪中心距的誤差 ②齒輪本身的齒形誤差,46,消除齒輪間隙的主要方法：齒輪副之間的間隙——

23、采用錯位法。 將齒輪分成兩片，通過兩片齒輪的錯位，來消除間隙。齒輪與傳動軸間的間隙——采用雙鍵。,47,2、同步帶傳動 同步帶傳動是通過同步帶的齒形與兩個帶輪上的輪齒依次嚙合來傳遞運動和動力，屬于靠嚙合傳動的撓性傳動。,48,優(yōu)點：①由于靠嚙合傳動，故傳動比準確，傳動精度較高。②由于不靠摩擦傳動，故小帶輪的包角和直徑均可以小些?？梢垣@得較大的降速比（單級傳動可以達到10）。③不需要特別漲緊，故作用

24、在軸和軸承上的載荷（徑向載荷）均較小，傳動效率較高（η=0.95～0.98)。④由于同步帶是經(jīng)過特殊制造的,故強度高、厚度小、質(zhì)量輕，可用于高速傳動。缺點：制造復(fù)雜，安裝精度要求較高。因而成本高,49,,50,3、聯(lián)軸器傳動 用在電機軸與絲杠軸同心的場合。是目前廣泛采用的方式。廣泛采用聯(lián)軸器的原因： ①電機本身的技術(shù)進步。如：大慣量伺服電機，具有較大的調(diào)速范圍、額定力矩、加速力矩。使電機與絲杠直連成為可能

25、。 ②人們對數(shù)控機床的定位精度要求越來越高。電機與絲杠直連有利于縮短傳動鏈，可以減少機械傳動鏈的傳動誤差。,51,（1）剛性聯(lián)軸器,52,（2）消隙聯(lián)軸器,53,（3）撓性聯(lián)軸器,54,（四）進給伺服系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)舉例X軸,55,Y軸,56,Z軸,57,,58,,59,（五）導(dǎo)軌 導(dǎo)軌是機床進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機床基本結(jié)構(gòu)的要素之一，機床的加工精度和使用壽命在很大程度上取決于機床導(dǎo)軌的質(zhì)量。 

26、;數(shù)控機床對導(dǎo)軌的要求： ①具有足夠的剛性。即要求導(dǎo)軌高速時不振動。 ②具有較高的靈敏度。也就是要求導(dǎo)軌的動、靜摩擦系數(shù)的差值要小。即要求導(dǎo)軌低速時不爬行。 ③能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性高，精度保持性好。目前在數(shù)控機床上普遍使用的導(dǎo)軌類型： ①滑動導(dǎo)軌 ②滾動導(dǎo)軌 ③靜壓導(dǎo)軌,60,1、滑動導(dǎo)軌（1）滑動導(dǎo)軌的截面類型

27、矩形導(dǎo)軌M面—— 承載N面—— 導(dǎo)向J面—— 用來承受顛覆力矩。三角形導(dǎo)軌 M、N面——承載、導(dǎo)向J面—— 用來承受顛覆力矩。燕尾導(dǎo)軌M面—— 用來導(dǎo)向、承受顛覆力矩J面—— 承載,61,（2）滑動導(dǎo)軌的組合形式①雙三角導(dǎo)軌導(dǎo)軌面同時起支承和導(dǎo)向作用。磨損后可以自動補償，導(dǎo)向精度高。適用于精度要求高的機床，如坐標鏜床、絲杠車床。②雙矩形導(dǎo)軌易加工制造、承載能力大、但導(dǎo)向精度差。常用于普通精度的機床。

28、③三角形-平導(dǎo)軌組合導(dǎo)軌精度高，加工裝配較方便，通常用于磨床、精密鏜床。④三角形-矩形導(dǎo)軌組合三角導(dǎo)軌作主要導(dǎo)向面。矩形導(dǎo)軌面承載能力大，易加工制造，剛度高，應(yīng)用普遍。常作為臥式車床的導(dǎo)軌，⑤平-平-矩形導(dǎo)軌組合三角形導(dǎo)軌主要起導(dǎo)向作用，平導(dǎo)軌主要起承載作用。用于大型機床。,62,（3）貼塑導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)特點 ①屬于滑動摩擦導(dǎo)軌。摩擦方式是金屬對塑料。 ②在導(dǎo)軌的一個滑動面上貼有一層塑料抗磨軟帶，導(dǎo)軌

29、的另一個滑動面為鑄鐵淬火磨削面。 ③軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物的高分子材料，其產(chǎn)品為板材，厚度為1.2、1.5、1.7、2，寬度為150、300。 ④配有定時潤滑系統(tǒng)，定時給導(dǎo)軌面潤滑。 ⑤聚四氟乙烯摩擦系數(shù)為0.04～0.06，導(dǎo)軌快速可以達到30m/min，剛性高，動、靜摩擦系數(shù)的差值小，無爬行。,63,粘接要求：①塑料軟帶應(yīng)粘貼在導(dǎo)軌副的短導(dǎo)軌面上，圓形導(dǎo)軌應(yīng)貼在下導(dǎo)軌面上。

30、②粘接軟帶的導(dǎo)軌面，通常加工成0.5～1深的凹槽，在粘接時，對軟帶起定位作用。③粘接面稍為粗糙一點為好，一般為R12.5～6.3。,64,粘接工藝及步驟①粘接前，應(yīng)對軟帶和導(dǎo)軌粘接面認真清洗。清洗劑為丙酮，三氧乙烯和全氯乙烯。不能采用酒精或汽油，然后用干凈的擦布擦干。②用配套的粘接劑粘接。涂膠時應(yīng)注意抹膠的方向： 被粘導(dǎo)軌面應(yīng)縱向涂抹。 塑料軟帶上應(yīng)橫向涂抹。③粘接時，從一端向另一端緩慢擠壓，以趕

31、走汽泡。粘接后，在導(dǎo)軌面上施加一定的壓力加以固化。時間為24小時以上（室溫下）。④粘接好以后，進行刮研、研磨和開油槽。,65,（4）調(diào)整間隙結(jié)構(gòu)壓板調(diào)整鑲條調(diào)整,66,2、滾動導(dǎo)軌（1）概述 滾動導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安排滾動件，使兩導(dǎo)軌面之間形成滾動摩擦。滾動摩擦系數(shù)?。?.0025～0.005），動、靜摩擦系數(shù)的差值很小，故運動輕便靈活，無爬行。所需的驅(qū)動功率小，精度好。

32、 目前，常用的滾動導(dǎo)軌有兩種： 其一是滾動導(dǎo)軌塊； 其二是滾動直線導(dǎo)軌。,67,（2）滾動導(dǎo)軌塊特點：①是獨立的標準部件，使用時用螺釘固定在機床的運動部件上；②當移動部件時，滾柱3一方面在支承導(dǎo)軌面上滾動，另一方面在導(dǎo)軌塊內(nèi)部循環(huán)滾動。③支承導(dǎo)軌的材料一般是鋼，并進行淬火處理，其硬度如下：●40Cr、GCr15、GCr15SiMn HRC52～58●20CrMnTi HRC56～62●3

33、8CrMoAlA HV800～1000,68,（3）滾動直線導(dǎo)軌特點：①是標準組件產(chǎn)品，由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球組成。②每個導(dǎo)軌滑塊上有四列滾珠，分別配置在導(dǎo)軌的各個肩部，可以承受上下左右的載荷和顛覆力矩以及側(cè)向力。（如圖所示）③組件的導(dǎo)軌長度有多種尺寸，以適應(yīng)形成長度的要求。④導(dǎo)軌安裝在支承大件上固定不動，滑塊安裝在機床的運動部件上，一條導(dǎo)軌上一般有兩個導(dǎo)軌塊。⑤安裝方便，快捷。,69,精品課件！,70,精品課件！

34、,71,3、靜壓導(dǎo)軌（1）結(jié)構(gòu)特點與工作原理①靜壓導(dǎo)軌的滑動面之間開有油腔，將壓力油通過節(jié)流器輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運動部件。②導(dǎo)軌的工作表面處于純液體摩擦，沒有磨損，精度保持性好。③液體摩擦的摩擦系數(shù)極?。?.0005），使驅(qū)動功率大大降低。運動不受速度和負載的限制。低速無爬行。④承載能力大，剛度好。⑤油膜有抗振作用，抗振性好，導(dǎo)軌發(fā)熱小。⑥靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須要有供油系統(tǒng)，同時，對油的清潔度要求較高。