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1、9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 第九章 數(shù)控機床的典型部件 目錄 P1-7 9.1 數(shù)控機床的主軸系統(tǒng) P8-60 9.1.1 對數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的要求 P8 9.1.2 數(shù)控機床主軸的傳動方式 P13 1帶有變速齒輪的主軸傳動 P13 2通過帶傳動的主軸傳動 P14 3 用兩個電機分別驅(qū)動主軸傳動 P21 4調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動 P22 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1.3 主軸部件 P25 1主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀 P25 2主軸軸承的類型 P27 3主軸軸承的支撐形式 P31 4滾動軸承的間隙與預緊 P35 5滾動軸承的精度 P36 9 第

2、九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1.4 主軸的準停 P37 1機械準停控制 P40 2電氣準?？刂?P42 9.1.5 主軸的潤滑與密封 P53 1主軸軸承的潤滑方式 P53 2主軸軸承的密封 P58 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.2 數(shù)控機床的進給系統(tǒng) P60-114 9.2.1 對數(shù)控機床進給系統(tǒng)的要求 P60 9.2.2 齒輪傳動副 P64 1 直齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法 P64 2斜齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法 P71 3錐齒輪傳動副消除間隙的方法 P76 4.齒輪齒條傳動副消除間隙的方法 P80 9.2.3聯(lián)軸器 P82 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.2

3、.4 滾珠絲杠螺母機構(gòu) P88 1滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點 P88 2滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)類型 P93 3滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法 P97 4.滾珠絲杠的支撐 P109 5滾珠絲杠螺母副的維護 P111 6.滾珠絲杠副的制動裝置 P114 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.3 床身與立柱 P116-129 1.床身 P116 2.立柱 P124 9.4 機床導軌 P131-153 9.4.1 對導軌的要求 P131 9.4.2 數(shù)控機床上常用的導軌及其特點 P133 1.滑動導軌 P133 2.滾動導軌 P142 3.滾動導軌 P148 9.4.3導軌的潤滑與防護 P151

4、 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.5 自動換刀裝置 P155-204 9.5.1 自動換刀裝置的分類 P155 9.5.2 刀庫 P178 9.5.3 機械手 P187 9.6 數(shù)控機床的位置檢測裝置 P205-258 9.6.1 對數(shù)控機床位置檢測裝置的要求 P205 9.6.2 位置檢測裝置的分類 P207 9.6.3 常用位置檢測裝置及工作原理 P212 9.7自動排屑裝置 P259-266 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1 數(shù)控機床的主軸系統(tǒng) 9.1.1 對數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的要求 數(shù)控機床主軸系統(tǒng)是數(shù)控機床的主運動傳動系統(tǒng) 。 數(shù)控 機床主軸

5、運動是機床成型運動之一 。 它的精度決定了零件的 加工精度 。 數(shù)控機床是具有高效率的機床 ， 因此它的主軸系 統(tǒng)必須滿足如下要求： （ 1） 具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級調(diào)速 。 數(shù)控機床為 了保證加工時能選用合理的切削用量 ， 從而獲得更高的生產(chǎn) 率 、 加工精度和表面質(zhì)量 ， 必須要求能在較大的調(diào)速范圍內(nèi) 實現(xiàn)無級調(diào)速 。 一般要求主軸具備 1 （ 100 1000） 的恒轉(zhuǎn) 矩調(diào)速范圍和 1 10的恒功率調(diào)速范圍 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 (2)具有較高的精度與剛度，傳遞平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機 床加工精度的提高，與主軸系統(tǒng)具有較高的精度密切相關(guān)。 為此，要提高傳動件的

6、制造精度與剛度，就要對齒輪齒面高 頻感應(yīng)加熱淬火，以增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動， 使傳動平穩(wěn)；采用精度高的軸承及合理的支撐跨距等，以提 高主軸組件的剛性。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 良好的抗振性和熱穩(wěn)定性 。 數(shù)控機床加工時 ， 可能 由于斷續(xù)切削 、 加工余量不均勻 、 運動部件不平衡以及切削過 程中的自振等原因引起的沖擊力的干擾 ， 會使主軸產(chǎn)生振動 ， 從而影響加工精度和表面粗糙度 ， 嚴重時甚至可能破壞刀具和 主軸系統(tǒng)中的零件 ， 使其無法工作 。 主軸系統(tǒng)發(fā)熱使其中的零 部件產(chǎn)生熱變形 ， 降低傳動效率 ， 破壞零部件之間的相對位置 精度和運動精度 ，

7、造成加工誤差 。 為此 ， 主軸組件要有較高的 固有頻率 ， 實現(xiàn)動平衡 ， 保持合適的配合間隙并進行循環(huán)潤滑 等 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 4） 在車削中心上 ， 要求主軸具有 C軸控制功能 。 在車 削中心上 ， 為了使之具有螺紋車削功能 ， 要求主軸與進給驅(qū) 動實行同步控制 ， 即主軸具有旋轉(zhuǎn)進給軸 (C軸 )的控制功能 。 （ 5） 在加工中心上 ， 要求主軸具有高精度的準停功能 。 在加工中心上自動換刀時 ， 主軸須停止在一個固定不變的方 位上 ， 以保證換刀位置的準確以及某些加工工藝的需要 ， 即 要求主軸具有高精度的準停功能 。 9 第九章 數(shù)控機床的典

8、型部件 (6)具有恒線速度切削控制功能 。 利用車床和磨床進行工 件端面加工時 ， 為了保證端面加工時粗糙度的一致性 ， 要求 刀具切削的線速度為恒定值 ， 隨著刀具的徑向進給 ， 切削直 徑的逐漸減小 ， 應(yīng)不斷提高主軸轉(zhuǎn)速 ， 并維持線速度為常數(shù) 。 此外 ， 為了獲得更高的運動精度 ， 要求主運動傳動鏈盡 可能短 ， 同時 ， 由于數(shù)控機床特別是加工中心通常配備有多 把刀具 ， 要求能夠?qū)崿F(xiàn)主軸上刀具的快速及自動更換 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1.2 數(shù)控機床主軸的傳動方式 數(shù)控機床主運動調(diào)速范圍很寬 ， 其主軸的傳動方式主要 有以下幾種 。 1 帶有變

9、速齒輪的主軸傳動 如圖 9 1（ a） 所示 ， 這是大中型數(shù)控機床較常采用的 配置方式 ， 通過少數(shù)幾對齒輪傳動 ， 擴大變速范圍 ， 確保低 速時有較大的扭矩 ， 以滿足主軸輸出扭矩特性的要求 。 滑移 齒輪的移位大多采用液壓撥叉或直接由液壓缸驅(qū)動齒輪來實 現(xiàn) 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 1 數(shù)控機床主傳動的四種配置方式 (a)齒輪變速； (b)帶傳動； (c)兩個電機分別驅(qū)動； (d)調(diào)速電機直接驅(qū)動 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2 通過帶傳動的主軸傳動 如圖 9 1（ b） 所示 ， 這種傳動主要用在轉(zhuǎn)速較高 、 變速 范圍不大的小型數(shù)控機床上

10、 。 電機本身的調(diào)整就能夠滿足要 求 ， 不用齒輪變速 ， 可以避免由齒輪傳動所引起的振動和噪 聲 。 它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸 ， 常用的有多楔帶和同 步齒形帶 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 數(shù)控機床上應(yīng)用的多楔帶又稱為復合三角帶 ， 其橫向斷面 呈多個楔形 ， 楔角為 40 ， 如圖 9 2（ a） 所示 。 傳遞負載主 要靠強力層 。 強力層中有多根鋼絲繩或滌綸繩 ， 具有較小的伸 長率 、 較大的抗拉強度和抗彎疲勞強度 。 多楔帶綜合了 V帶和 平帶的優(yōu)點 ， 運轉(zhuǎn)時振動小 、 發(fā)熱少 、 運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 、 重量小 ， 因 此可在 40m s的線速度下使用 。 此外 ，

11、多楔帶與帶輪的接觸 好 、 負載分布均勻 ， 即使瞬時超載 ， 也不會產(chǎn)生打滑 ， 而傳遞 功率比 V帶大 20% 30%， 因此能夠滿足主傳動高速 、 大轉(zhuǎn)矩 和不打滑的要求 。 多楔帶在安裝時需要較大的張緊力 ， 使得主 軸和電機承受較大的徑向負載 ， 這是多楔帶的一大缺點 。 多楔帶按齒距可分為三種規(guī)格： J型齒距為 2.4mm， L型齒 距為 4.8mm， M型齒距為 9.5mm。 可依據(jù)功率轉(zhuǎn)速選擇圖選出 所需的多楔帶的型號 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 2 帶的結(jié)構(gòu)形式 (a)多楔帶 ;(b)同步齒形帶 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 同步齒形帶傳動是

12、一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新 型傳動方式 。 同步齒形帶的帶型有梯形齒和圓弧齒 ， 如圖 9 2（ b） 所示 。 同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動如圖 9 3所示 。 帶的 工作面及帶輪外圓上均制成齒形 ， 通過帶輪與輪齒相嵌合 ， 進行無滑動的嚙合傳動 。 帶內(nèi)采用了加載后無彈性伸長的材 料做強力層 ， 以保持帶的節(jié)距不變 ， 可使主 、 從動帶輪進行 無相對滑動的同步傳動 。 與一般帶傳動相比 ， 同步齒形帶傳 動具有如下優(yōu)點： 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 (1)傳動效率高 ， 可達 98%以上； (2)無滑動 ， 傳動比準確； (3)傳動平穩(wěn) ， 噪聲??； (4)使用范

13、圍較廣 ， 速度可達 50m s， 速比可達 10左右 ， 傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦； (5)維修保養(yǎng)方便 ， 不需要潤滑； (6)安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜， 成本高。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 3 同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 3 用兩個電機分別驅(qū)動主軸傳動 用兩個電機分別驅(qū)動主軸傳動如圖 9 1（ c） 所示 ， 它是 上述兩種方式的混合傳動 ， 具有上述兩種方式的性能 。 高速 時 ， 由一個電機通過帶傳動；低速時 ， 由另一個電機通過齒 輪傳動 ， 齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用 ， 這樣就使恒 功率區(qū)增

14、大 ， 擴大了變速范圍 ， 避免了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電 機功率不能充分利用的問題 。 但兩個電機不能同時工作 ， 也 是一種浪費 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 4調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動 由調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動如圖 9 1（ d）所示。這 種主軸傳動方式是由電機直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)，即直接驅(qū)動式， 如圖 9 4所示。它大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效 地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出的扭矩小，電機發(fā)熱 對主軸的精度影響較大。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 4 直接驅(qū)動式 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 近年來出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電機主軸 ， 即主軸與電機

15、 轉(zhuǎn)子合為一體 。 其優(yōu)點是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊 、 重量和慣量小 ， 可提高啟動 、 停止的響應(yīng)特性 ， 并利于控制振動和噪聲；缺 點是電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形 。 因此 ， 溫度 控制和冷卻是使用內(nèi)裝電機主軸的關(guān)鍵問題 。 圖 9 5所示為 日本研制的立式加工中心主軸組件 ， 其內(nèi)裝電機主軸最高轉(zhuǎn) 速可達 180000r min。 （ 見 8.3.1小節(jié) ） 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 5 日本研制的立式加工中心主軸組件 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1.3 主軸部件 主軸部件是機床的一個關(guān)鍵部件 ， 它包括主軸的支撐和 安裝在主軸上的傳動零件等 。

16、主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響 到加工質(zhì)量 。 1 主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀 主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具 ， 在設(shè)計要求 上 ， 應(yīng)能保證定位準確 、 安裝可靠 、 聯(lián)結(jié)牢固 、 裝卸方便 ， 并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩 。 主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標準化 ， 圖 9 6所示為普通機床和數(shù)控機床所通用的幾種主軸端部的結(jié)構(gòu) 形式 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 6 主軸端部的結(jié)構(gòu)形式 (a)車床主軸端部； (b)銑、鏜類機床主軸端部； (c)外圓磨床砂輪主軸端部； (d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部； (e)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部； (f)組合機床主軸端部 9 第九章 數(shù)控機

17、床的典型部件 2 主軸軸承的類型 1） 滾動軸承 滾動軸承摩擦阻力小 ， 可以預緊 ， 潤滑維護簡單 ， 能在 一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作 。 滾動軸承由 專業(yè)化工廠生產(chǎn) ， 選購維修方便 ， 在數(shù)控機床上被廣泛采用 。 但與滑動軸承相比 ， 滾動軸承的噪聲大 ， 滾動體數(shù)目有限 ， 剛度是變化的 ， 抗振性略差并且對轉(zhuǎn)速有很大的限制 。 數(shù)控 機床主軸組件在有可能的條件下 ， 應(yīng)盡量使用滾動軸承 ， 特 別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主 軸 ， 這時滾動軸承可以用潤滑脂潤滑以避免漏油 。 圖 9 7為 主軸常用的滾動軸承類型 。 9 第九章 數(shù)

18、控機床的典型部件 圖 9 7 主軸常用的滾動軸承 (a)錐孔雙列圓柱滾子軸承； (b)雙列推力向心球軸承； (c)雙列圓錐滾子軸承； (d)帶凸肩的雙列空心圓柱滾子軸承； (e)帶預緊彈簧的單列圓錐滾子軸承； (f)角接觸滾子軸承 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2） 滑動軸承 滑動軸承在數(shù)控機床上最常使用的是靜壓滑動軸承 。 靜 壓滑動軸承的油膜壓強是由液壓缸從外界供給的 ， 它和主軸 轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn) 、 轉(zhuǎn)速的高低無關(guān) （ 忽略旋轉(zhuǎn)時的動壓效應(yīng) ） 。 它 的承載能力不隨轉(zhuǎn)速而變化 ， 而且無磨損 ， 啟動和運轉(zhuǎn)時摩 擦阻力力矩相同 ， 因此靜壓軸承的剛度大 ， 回轉(zhuǎn)精度高 ，

19、 但 靜壓軸承需要一套液壓裝置 ， 成本較高 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 3 主軸軸承的支撐形式 主軸軸承的支撐形式主要取決于主軸轉(zhuǎn)速特性的速度因 素和對主軸剛度的要求 。 主軸軸承常見的支撐形式有以下三 種 ， 如圖 9 8所示 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 8 主軸軸承常見的支撐形式 (a)形式一； (b)形式二； (c)形式三 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 1） 前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和 60 角接觸雙列 向心推力球軸承組合 ， 后支撐采用成對向心推力球軸承 (見圖 9 8（ a） )。 此配置可提高主軸的綜合剛度 ， 滿足強力切

20、削 的要求 。 它普遍用于各類數(shù)控機床主軸 。 （ 2） 前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承 (見圖 9 8 （ b） )。 向心推力軸承有良好的高速性 ， 主軸最高轉(zhuǎn)速可達 4000r min， 但它的承載能力小 ， 適于高速 、 輕載 、 高精密 的數(shù)控機床主軸 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承 (見圖 9 8（ c） )。 這種軸承的徑向和軸向剛度高 ， 能承受重載荷 ， 尤其是可承受較強的動載荷 。 其安裝 、 調(diào)整性能好 ， 但這種 支撐方式限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度 ， 因此可用于中等精度 、 低 速 、 重載的數(shù)控機床的主軸

21、 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 4 滾動軸承的間隙與預緊 滾動軸承存在較大間隙時 ， 載荷將集中作用于受力方向 上的少數(shù)滾動體上 ， 使得軸承剛度下降 ， 承載能力下降 ， 旋 轉(zhuǎn)精度變差 。 將滾動軸承進行適當預緊 ， 使?jié)L動體與內(nèi)外圈 滾道在接觸處產(chǎn)生一定量的預變形 ， 就可使受載后承載的滾 動體數(shù)量增多 ， 受力趨向均勻 ， 從而提高軸承承載能力和剛 度 ， 有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移 ， 提高旋轉(zhuǎn)精度 。 但過 盈量不宜太大 ， 否則會使軸承的摩擦磨損加劇 ， 承載能力顯 著下降 。 公差等級 、 軸承類型和工作條件不同的主軸組件 ， 其軸承所需的預緊量各有所不同 。

22、 因此 ， 主軸組件必須具備 軸承間隙的調(diào)整機構(gòu) 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 5 滾動軸承的精度 主軸部件所用滾動軸承的精度有高級 E、 精密級 D、 特精 級 C和超精級 B。 前支撐的精度一般比后支撐的精度高一級 ， 也可以用相同的精度等級 。 普通精度的機床通常前支撐取 C， D級 ， 后支撐用 D， E級 。 特高精度的機床前后支撐均用 B級 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1.4 主軸的準停 主軸準停功能又稱為主軸定位功能 ， 即當主軸停止時 ， 控制其停于固定位置 ， 這是自動換刀所必需的功能 。 在自動 換刀的鏜銑加工中心上 ， 切削的轉(zhuǎn)矩通常是

23、通過刀桿的端面 鍵來傳遞的 ， 這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度 的功能 。 主軸準停換刀如圖 9 9所示 。 當加工階梯孔或精鏜 孔后退刀時 ， 為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的 孔表面 ， 必須先讓刀 ， 再退刀 ， 因此 ， 刀具就必須具有定位 功能 。 主軸準停階梯孔或精鏜孔如圖 9 10所示 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 9 主軸準停換刀示意圖 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 10 主軸準停階梯孔或精鏜孔示意圖 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 1 機械準?？刂? 圖 9 11為典型的 V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖 。 帶 有

24、 V形槽的定位盤與主軸端面保持一定的關(guān)系 ， 以確定定位位 置 。 當準停指令到來時 ， 首先使主軸減速至某一可以設(shè)定的低 速轉(zhuǎn)動 ， 當無觸點開關(guān)有效信號被檢測到后 ， 立即使主軸電動 機停轉(zhuǎn)并斷開主軸傳動鏈 ， 此時主軸電動機與主軸傳動件依慣 性繼續(xù)空轉(zhuǎn) ， 同時準停油缸定位銷伸出并壓向定位盤 。 當定位 盤 V形槽與定位銷正對時 ， 由于油缸的壓力 ， 定位銷插入 V形槽 中 ， 準停到 LS2信號有效 ， 表明準停動作完成 。 這里 LS1為準停 釋放信號 。 采用這種準停方式 ， 必須有一定的邏輯互鎖 ， 即 LS2有效時才能進行下面諸如換刀等動作 。 而只有當 LS1有效時 才能啟

25、動主軸電動機正常運轉(zhuǎn) 。 上述準停功能通?？捎蓴?shù)控系 統(tǒng)所配的可編程控制器完成 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 11 典型的 V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2 電氣準?？刂? 目前國內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準?？刂?。 采用電 氣準?？刂朴腥缦聝?yōu)點： (1)簡化機械結(jié)構(gòu) 。 與機械準停相比 ， 電氣準停只需在這 種旋轉(zhuǎn)部件和固定部件上安裝傳感器即可 。 （ 2） 縮短準停時間 。 準停時間包括在換刀時間內(nèi) ， 而換 刀時間是加工中心的一項重要指標 。 若采用電氣準停 ， 即使主 軸在高速轉(zhuǎn)動時 ， 也能快速定位于準停位置

26、。 （ 3） 可靠性增加 。 由于無需復雜的機械 、 開關(guān)和液壓缸 等裝置 ， 也沒有機械準停所形成的機械沖擊 ， 因此準?？刂频?壽命與可靠性大大增加 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 4） 性能價格比提高 。 由于簡化了機械結(jié)構(gòu)和強電控制 邏輯 ， 因此這部分的成本大大降低 。 但電氣準停常作為選擇 功能 ， 這是因為訂購電氣準停附件需另加費用 。 但總體來看 ， 其性價比比機械準停大大提高 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 1） 磁傳感器主軸準?？刂? 磁傳感器主軸準?？刂朴芍鬏S驅(qū)動自身完成 。 主軸驅(qū)動完 成準停后會向數(shù)控裝置回答完成信號 ORE， 然后數(shù)控系

27、統(tǒng)再進 行下面的工作 。 其基本結(jié)構(gòu)如圖 6 8所示 。 當主軸轉(zhuǎn)動或停止時 ， 一旦接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準停開 關(guān)信號 ， 主軸立即加速或減速至某一準停速度 (可在主軸驅(qū)動 裝置中設(shè)定 )。 主軸到達準停速度且準停位置到達時 (即磁發(fā)體 與磁傳感器對準 )， 主軸立即減速至某一爬行速度 (可在主軸驅(qū) 動裝置中設(shè)定 )。 然后當磁傳感器信號出現(xiàn)時 ， 主軸驅(qū)動立即 進入磁傳感器作為反饋元件的位置閉環(huán)控制 ， 目標位置為準停 位置 。 準停完成后 ， 主軸驅(qū)動裝置輸出準停完成信號給數(shù)控裝 置 ， 從而可進行自動換刀 (ATC)或其他動作 。 磁發(fā)體與磁傳感 器在主軸上的位置如圖 9 12所示

28、 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 12 磁發(fā)體與磁傳感器在主軸上的位置 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2)編碼器主軸準?？刂? 圖 9 13為編碼器主軸準?？刂圃韴D 。 可采用主軸電 動機內(nèi)部安裝的編碼器信號 (來自于主軸驅(qū)動裝置 )， 也可以 在主軸上直接安裝另外一個編碼器 。 采用前一種方式要注意 傳動鏈對主軸準停精度的影響 。 主軸驅(qū)動裝置內(nèi)部可自動轉(zhuǎn) 換 ， 使主軸驅(qū)動處于速度控制或位置控制狀態(tài) 。 準停角度可 由外部開關(guān)量 (12位 )設(shè)定 ， 這一點與磁準停不同 ， 磁準停的 角度無法隨意設(shè)定 ， 要想調(diào)整準停位置 ， 只有調(diào)整磁發(fā)體與 磁傳感器的相對位

29、置 。 其步驟與傳感器類似 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 13 編碼器主軸準?？刂圃韴D 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 3） 數(shù)控系統(tǒng)主軸準?？刂? 這種準?？刂品绞绞怯蓴?shù)控系統(tǒng)完成的 ， 采用這種控制 方式時需注意以下問題： （ 1） 數(shù)控系統(tǒng)須具有主軸閉環(huán)控制功能 。 通常為避免沖 擊 ， 主軸驅(qū)動都具有軟啟動功能 ， 但這對主軸位置閉環(huán)控制 會產(chǎn)生不良影響 。 此時 ， 若位置增益過低 ， 則準停精度和剛 度 (克服外界擾動的能力 )不能滿足要求；若過高 ， 則會產(chǎn)生 嚴重的定位振蕩現(xiàn)象 。 因此必須使主軸進入伺服狀態(tài) ， 此時 其特性與進給伺服系統(tǒng)相近

30、， 才可進行位置控制 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 2） 當采用電動機軸端編碼器信號反饋給數(shù)控裝置時 ， 主軸傳動鏈精度可能對主軸精度產(chǎn)生影響 。 數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準停的原理與進給位置控制的原理非 常相似 ， 如圖 9 14所示 。 當采用數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準停時 ， 角度指定由數(shù)控系統(tǒng) 內(nèi)部設(shè)定 ， 因此準停角度的設(shè)定更加方便 。 其工作原理是： 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行準停指令 M19或 M19S**時 ， 首先將 M19送至 可編程控制器 ， 可編程控制器經(jīng)譯碼送出控制信號使主軸驅(qū) 動進入伺服狀態(tài) ， 同時數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機降速并尋找

31、零位脈沖 C， 然后進入位置閉環(huán)控制狀態(tài) 。 如執(zhí)行： M19， 無 S 指令 ， 則主軸定位于相對于零位脈沖 C的某一缺省位置 (可由 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定 )。 如執(zhí)行 M19S**， 則主軸定位于指令位置 ， 也 就是相對零位脈沖 S**的角度位置 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 14 數(shù)控系統(tǒng)主軸準?？刂圃韴D 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 例 M03 S1000 //主軸以 1000r min正轉(zhuǎn) M19 //主軸準停于缺省位置 M19 S100 //主軸準停轉(zhuǎn)至 100 處 S1000 //主軸再次以 1000r min正轉(zhuǎn) M19 S200

32、 //主軸準停至 200 處 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.1.5 主軸的潤滑與密封 1 主軸軸承的潤滑方式 在數(shù)控機床上 ， 主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑 、 油液 循環(huán)潤滑 、 油霧潤滑和油氣潤滑等 。 （ 1） 油脂潤滑方式 。 它是目前在數(shù)控機床的主軸軸承上 最常用的潤滑方式 ， 特別是在前支撐軸承上更為常用 。 當然 ， 如果主軸箱中沒有冷卻潤滑油系統(tǒng) ， 那么后支撐軸承和其他 軸承一般也采用油脂潤滑方式 。 主軸軸承油脂封入量通常為軸承空間容量的 10%， 切忌隨 意填滿 ， 因為油脂過多 ， 會加劇主軸發(fā)熱 。 若用油脂潤滑方式，則要采用有效的密封

33、措施，以防止 切削液或潤滑油進入軸承中。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 (2)油液循環(huán)潤滑 。 在數(shù)控機床主軸上 ， 有采用油液循環(huán) 潤滑方式的 ， 例如裝有 GAMET軸承的主軸 ， 即可使用這種方式 。 對一般主軸軸承來說 ， 后支撐上采用這種潤滑方式比較常見 。 恒溫油液循環(huán)潤滑冷卻方式如圖 9 15所示 。 由油溫自動 控制箱控制的恒溫油液 ， 經(jīng)油泵打到潤軸箱 ， 其中一路沿主 軸前支撐套外圈上的螺旋槽流動 ， 以帶走主軸軸承所發(fā)出的 熱量；另一條路通過主軸箱內(nèi)的分油器 ， 把恒溫油噴射到傳 動齒輪和傳動軸支撐軸承上 ， 以帶走它們所產(chǎn)生的熱量 。 這 種方式的潤滑和降溫

34、效果都很好 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 15 恒溫油液循環(huán)潤滑冷卻方式 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 油霧潤滑方式 。 油霧潤滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體 霧化后 ， 從噴嘴噴到需潤滑的部位的潤滑方式 。 由于是霧狀 油液 ， 其吸熱性好 ， 又無油液攪拌作用 ， 因此常用于高速主 軸軸承的潤滑 。 但是油霧容易吹出 ， 污染環(huán)境 ， 目前歐洲有 些國家已經(jīng)禁止使用這種潤滑方式 。 （ 4） 油氣潤滑方式 。 油氣潤滑方式是針對高速主軸而開 發(fā)的新型潤滑方式 。 它是用極微量油 （ 每個軸承每小時僅為 3 毫升 ） 潤滑軸承 ， 以抑制軸承發(fā)熱 。 其潤

35、滑原理如圖 9 16所 示 。 油箱中的油位開關(guān)和管路中的壓力開關(guān)確保在油箱中無 油或壓力不足時 ， 能自動切斷主電動機電源 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 16 油氣潤滑原理圖 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2.主軸的密封 主軸的密封分接觸式和非接觸式兩種 。 圖 9 17是幾種非接觸式密封的形式 。 圖 9 17（ a） 是利用軸承蓋與軸的間隙密封的 ， 軸承蓋 的孔內(nèi)開槽則是為了提高密封效果 。 這種密封形式用在工作 環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處；圖 9 17（ b） 是在螺母的外圓 上開鋸齒形環(huán)槽 ， 當油向外流時 ， 靠主軸傳動的離心力把油 沿斜面甩到

36、端蓋 1的空腔內(nèi) ， 油液流回箱內(nèi)；圖 9 17（ c） 是 迷宮式密封結(jié)構(gòu) ， 在切屑多 、 灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可 靠的密封效果 ， 這種結(jié)構(gòu)適用油脂或油液潤滑的密封 。 非接 觸式的油液密封時 ， 為了防漏 ， 應(yīng)保證回油能盡快排掉以及 回油孔的暢通 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 17 非接觸式密封 (a)形式一； (b)形式二； (c)形式三 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 18 接觸式密封 (a)油氈圈密封； (b)耐油橡膠密封圈密封 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.2 數(shù)控機床的進給系統(tǒng) 9.2.1 對數(shù)控機床進給系統(tǒng)的要求 進給

37、系統(tǒng)即進給驅(qū)動裝置 ， 是指將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動 變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈 。 為確保數(shù)控機床進給 系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性等 ， 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)必須 滿足如下要求： （ 1） 摩擦阻力要小 。 在進給系統(tǒng)中要盡量減少傳動件之 間的摩擦阻力 ， 尤其是減少絲杠傳動和工作臺運動導軌之間的 摩擦 ， 以消除低速進給爬行現(xiàn)象 ， 從而提高整個伺服進給系統(tǒng) 的穩(wěn)定性 。 數(shù)控機床廣泛采用滾珠絲杠和滾動導軌以及塑料導 軌和靜壓導軌 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 2） 傳動剛度要高 。 進給傳動系統(tǒng)的高傳動剛度主要取 決于絲杠螺母副 (直線運動 )或蝸輪蝸桿副 (回

38、轉(zhuǎn)運動 )及其支 撐部件的剛度 。 傳動剛度不足與摩擦阻力一起會導致工作臺 產(chǎn)生爬行現(xiàn)象以及造成反向死區(qū) ， 影響傳動準確性 。 縮短傳 動鏈 ， 合理選擇絲杠尺寸以及對絲杠螺母副及支撐部件等進 行預緊是提高傳動剛度的有效途徑 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 轉(zhuǎn)動慣量要小 。 進給系統(tǒng)中每個部件的轉(zhuǎn)動慣量對 進給系統(tǒng)的啟動 、 制動特性等都有直接的影響 ， 尤其是高速 運轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動慣量 。 在滿足傳動強度和剛度的前提下 ， 應(yīng) 盡可能使各零件的結(jié)構(gòu) 、 配置合理 ， 減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和 質(zhì)量 ， 以減少運動部件的轉(zhuǎn)動慣量 。 （ 4） 諧振頻率要高 。 為了提高進給

39、系統(tǒng)的抗振性 ， 應(yīng)使 機械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼 ， 一般要求機械傳 動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的 2 3倍 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 5） 傳動間隙要小 。 機械間隙是造成進給系統(tǒng)反向死區(qū) 的另一主要原因 ， 因此 ， 對傳動鏈的各個環(huán)節(jié) ， 包括括齒輪 副 、 絲杠螺母副 、 聯(lián)軸器及其支撐部件等均應(yīng)采用消除間隙 的結(jié)構(gòu)措施 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.2.2 齒輪傳動副 1 直齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法 直齒圓柱齒輪傳動副有以下 3種調(diào)整法 。 （ 1） 偏心套調(diào)整法 。 圖 9 19所示為偏心套式消除間隙 結(jié)構(gòu) 。

40、 電機 1通過偏心套 2安裝到機床殼體上 ， 通過轉(zhuǎn)動偏心 套 2， 使電動機中心軸線的位置向上 ， 而從動齒輪軸線位置固 定不變 ， 因此兩嚙合齒輪的中心距減小 ， 從而消除齒側(cè)間隙 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 19 偏心套消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 2） 錐度齒輪軸向墊片調(diào)整法 。 錐度齒輪軸向墊片消 除間隙結(jié)構(gòu)如圖 9 20所示 。 齒輪 1和齒輪 2相嚙合 ， 其分度 圓齒厚沿軸向方向略有錐度 ， 這樣就可用墊片 3使齒輪 2沿 軸向移動 ， 從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 20 錐度齒輪軸向墊片

41、消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 。 雙片薄齒輪錯齒消除間隙 結(jié)構(gòu)如圖 9 21所示 。 圖 9 21（ a） 所示是一種雙片薄齒輪周 向可調(diào)彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu) 。 兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪 1和 2與 另一個寬齒輪嚙合 ， 兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn) 。 在兩個薄片齒 輪 1和 2的端面均勻分布著 4個螺孔 ， 分別裝上凸耳 3和 8。 薄片 齒輪 1的端面還有另外 4個通孔 ， 凸耳 8可以在其中穿過 ， 彈簧 4的兩端分別鉤在凸耳 3和螺釘 7上 。 通過螺母 5調(diào)節(jié)彈簧 4的拉 力 ， 調(diào)節(jié)完后用螺母 6鎖緊 。 彈簧的拉力使薄片齒輪錯位 ， 即

42、 兩個雙片齒輪的左 、 右齒面分別貼在寬齒輪齒槽的左 、 右齒 面上 ， 從而消除了齒側(cè)間隙 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 21（ b） 是另一種雙片薄齒輪周向彈簧錯齒消隙結(jié) 構(gòu) 。 薄片齒輪 1和 2套裝在一起 ， 每片齒輪各開有兩條周向通 槽 ， 在齒輪的端面上裝有短柱 3， 用來安裝彈簧 4。 裝配時使 彈簧 4具有足夠的拉力 ， 使兩個薄片齒輪的左 、 右面分別與 寬齒輪的左 、 右面貼緊 ， 以消除齒側(cè)間隙 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 21 雙片薄齒輪錯齒消除間隙結(jié)構(gòu) (a)結(jié)構(gòu)一； (b)結(jié)構(gòu)二 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2 斜

43、齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法 斜齒圓柱齒輪傳動副消除間隙的方法與直齒圓柱齒輪傳 動副中雙片薄齒輪消除間隙的思路相似 ， 也是用兩個薄片齒 輪和一個寬齒輪嚙合 ， 只是通過不同的方法使兩個薄片齒輪 沿軸向移動合適的距離后 ， 相當于兩薄片斜齒圓柱齒輪的螺 旋線錯開了一定的角度 。 兩個齒輪與寬齒輪嚙合時分別負責 不同的方向 (正向和反向 )， 從而起到消除間隙的作用 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 斜齒圓柱齒輪傳動副有以下兩種調(diào)整方法 。 （ 1） 斜齒輪軸向墊片調(diào)整法 。 圖 9 22所示為斜齒輪軸 向墊片消除間隙結(jié)構(gòu) ， 其原理與錯齒調(diào)整法相同 。 薄片斜齒 輪 1和

44、2的齒形拼裝在一起加工 ， 裝配時在兩薄片齒輪間裝入 已知厚度為 t的墊片 3， 這樣它的螺旋線便錯開了 ， 使兩薄片斜 齒輪分別與寬齒輪 4的左 、 右齒面貼緊 ， 從而消除間隙 。 墊片 3的厚度 t與齒側(cè)間隙 的關(guān)系可用下式表示： t= cot （ 為螺旋角） 墊片厚度一般由測試法確定 ， 往往要經(jīng)幾次修磨才能調(diào) 整好 。 這種結(jié)構(gòu)的齒輪承載能力較小 ， 且不能自動補償消除 間隙 ， 屬剛性消除間隙的范疇 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 22 斜齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 2） 斜齒輪軸向壓簧錯齒調(diào)整法 。 圖 9 23所示

45、為斜齒 輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu) 。 該結(jié)構(gòu)的消隙原理與軸向墊 片調(diào)整法相似 ， 所不同的是利用薄片斜齒輪 2右面的彈簧壓力 使兩個薄片齒輪產(chǎn)生相對軸向位移 ， 從而使它們的左 、 右齒 輪面分別與寬齒輪的左 、 右齒面貼緊 ， 以消除齒側(cè)間隙 。 圖 9 23（ a） 采用的是壓簧 ， 圖 9 23（ b） 采用的是碟形彈簧 。 彈簧 3的壓力可利用螺母 5來調(diào)整 ， 壓力的大小要調(diào)整合 適 ， 壓力過大會加快齒輪磨損 ， 壓力過小達不到消隙作用 。 這種結(jié)構(gòu)能使齒輪間隙自動消除 ， 并始終保持無間隙的嚙合 ， 但這種結(jié)構(gòu)軸向尺寸較大 ， 只適合于負載較小的場合 。 9 第九章 數(shù)

46、控機床的典型部件 圖 9 23 斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 3 錐齒輪傳動副消除間隙的方法 錐齒輪同圓柱齒輪一樣 ， 可用上述類似的方法來消除齒 側(cè)間隙 。 （ 1） 錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法 。 圖 9 24所示為錐齒輪軸 向壓簧消除間隙結(jié)構(gòu) 。 兩個嚙合著的錐齒輪 1和 2， 其中在裝 有錐齒輪 1的傳動軸 5上裝有壓簧 3， 錐齒輪 1在彈簧力的作用 下可稍作軸向移動 ， 從而消除間隙 。 彈簧力的大小由螺母 4調(diào) 節(jié) 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 24 錐齒輪軸向壓簧消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件

47、（ 2） 錐齒輪周向彈簧調(diào)整法 。 圖 9 25為周向彈簧消 除間隙結(jié)構(gòu) 。 將一對嚙合錐齒輪中的一個齒輪做成大小兩 片 1和 2， 在大片上制有三個圓弧槽 ， 而在小片的端面上制 有三個凸爪 6， 凸爪 6伸入大片的圓弧槽中 。 彈簧 4一端頂在 凸爪 6上 ， 而另一端頂在鑲塊 3上 。 為了安全起見 ， 用螺釘 5 將大小片齒圈相對固定 ， 安裝完畢之后將螺釘卸去 ， 利用 彈簧力使大小片錐齒輪稍微錯開 ， 從而達到消除間隙的目 的 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 25 錐齒輪周向彈簧消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 4.齒輪齒條傳動副消除間隙的方法

48、 在大型數(shù)控機床中 ， 工作臺的行程很大 ， 因此 ， 它的進 給運動不宜采用滾珠絲杠副來實現(xiàn) ， 而常采用齒輪齒條來實 現(xiàn) 。 當驅(qū)動時 ， 可采用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 ， 分別與齒條 齒槽左 、 右側(cè)面貼緊 ， 從而消除齒側(cè)隙 。 圖 9 26所示為齒輪 齒條消除間隙結(jié)構(gòu) 。 進給運動由軸 2輸入 ， 通過兩對斜齒輪將 運動傳給軸 1和 3， 然后由兩個直齒輪 4和 5去傳動齒條 ， 帶動 工作臺移動 。 軸 2上兩個斜齒輪的螺旋線方向相反 。 如果通過 彈簧在軸 2上作用一個軸向力 F， 則使斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向 移動 ， 這時軸 1和軸 3便以相反的方向轉(zhuǎn)過微小的角度 ， 使齒 輪

49、 4和 5分別與齒條的兩齒面貼緊 ， 從而消除間隙 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 26 齒輪齒條消除間隙結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.2.3 聯(lián)軸器 1.錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器 該機構(gòu)利用錐環(huán)對之間的摩擦實現(xiàn)軸與轂之間的無間隙連 接傳遞轉(zhuǎn)矩 ， 并可任意調(diào)節(jié)兩連接件之間的角度位置 。 通過選 擇所用錐環(huán)的對數(shù) ， 可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩 。 圖 9 27所示為 錐環(huán) (錐形夾緊環(huán) )無鍵消隙聯(lián)軸器 ， 它可使動力傳遞沒有反向 間隙 。 螺釘 5通過壓圈 3施加軸向力時 ， 由于錐環(huán)之間的楔緊作 用 ， 內(nèi)外環(huán)分別產(chǎn)生徑向彈性變形 ， 消除配合間隙 ， 同時產(chǎn)生

50、接觸壓力以傳遞轉(zhuǎn)矩 。 為了能補償同軸度及垂直度誤差引起的 干涉現(xiàn)象 ， 可采用圖 9 28所示的撓性聯(lián)軸器 。 其柔性片 4分別 用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套 2相連 ， 通過柔性片傳遞轉(zhuǎn) 矩 。 柔性片每片厚 0.25mm， 材料為不銹鋼 。 聯(lián)軸器兩端的位置 偏差由柔性片的變形抵消 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 27 錐環(huán)無鍵消隙聯(lián)軸器 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 28 撓性聯(lián)軸器 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2.套筒式聯(lián)軸器 圖 9 29所示為套筒式聯(lián)軸器的幾種結(jié)構(gòu)形式 。 其結(jié)構(gòu)簡 單 ， 徑向尺寸小 ， 但拆裝困難 (要求兩中心軸線

51、嚴格對準 ， 不 允許存在徑向及角度偏差 )， 使用受到一定限制 。 其中 ， 圖 9 29（ a） 結(jié)構(gòu)雖簡單實用 ， 但不太可靠；圖 9 29（ b） 結(jié)構(gòu) 簡單 ， 加工和安裝容易 ， 但消除周向間隙不可靠 ， 且易松動； 圖 9 29（ c） 是用十字滑塊聯(lián)軸器相連 ， 滑塊的槽口配研 ， 這種結(jié)構(gòu)無法保證完全消除傳動間隙 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 29 套筒式聯(lián)軸器 (a)結(jié)構(gòu)一； (b)結(jié)構(gòu)二； (c)結(jié)構(gòu)三 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.2.4 滾珠絲杠螺母機構(gòu) 1 滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點 滾珠絲杠螺母副 （ 簡稱滾珠絲杠副 ）

52、 是一種在絲杠與螺 母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副 ， 其結(jié)構(gòu)原理如圖 9 30 所示 。 在絲杠 1和螺母 3上都裝有半圓弧形的螺旋槽 ， 當它們 套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道 。 螺母上有滾珠回路 管道 （ 在圖中 4所指的位置 ） ， 將幾圈螺旋滾道的兩端連接起 來 ， 構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道 ， 并在滾道內(nèi)裝滿滾珠 4。 當絲杠旋 轉(zhuǎn)時 ， 滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動 ， 因而迫使螺 母 （ 或絲杠 ） 軸向移動 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 30 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)原理 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 與傳統(tǒng)的滑動絲杠螺母副比較 ， 滾珠絲杠螺母副具有

53、以下 優(yōu)點： (1)傳動效率高 ， 摩擦損失小 。 滾珠絲杠螺母副的傳動效 率 =0.92 0.96， 是普通絲杠螺母副的 3 4倍 ， 因此功率消 耗只相當于普通絲杠傳動的 1/4 1/3。 同時由于發(fā)熱小 ， 因此 可實現(xiàn)高速運動 。 (2)運動平穩(wěn)無爬行 。 由于摩擦阻力小 ， 動 、 靜摩擦系數(shù) 之差極小 ， 因此運動平穩(wěn) ， 不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象 。 (3)傳動精度高 ， 反向時無空程 。 滾珠絲杠副經(jīng)預緊后 ， 可消除軸向間隙 ， 因而無反向死區(qū) ， 同時也提高了傳動剛度 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 (4)磨損小 ， 精度保持性好 ， 使用壽命長 。 (

54、5)具有運動的可逆性 。 由于摩擦系數(shù)小 ， 不能自鎖 ， 因 而可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動 ， 也可將直線運動轉(zhuǎn)換成 旋轉(zhuǎn)運動 ， 即絲杠和螺母均可作主動件或從動件 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 滾珠絲杠副的缺點是： （ 1） 由于結(jié)構(gòu)復雜 ， 絲杠和螺母等元件的加工精度和 表面質(zhì)量要求高 ， 因此制造成本高 。 （ 2） 由于不能自鎖 ， 特別是垂直安裝的滾珠絲杠傳動 ， 會因部件的自重而自動下降 ， 當部件向下運動且切斷動力源 時 ， 由于部件的自重和慣性 ， 滾珠絲杠不能立即停止運動 ， 因此必須增加制動裝置 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2 滾珠

55、絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)類型 滾珠絲杠螺母副按其中的滾珠循環(huán)方式可分為以下兩種： (1)外循環(huán) 。 滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后 ， 通過螺母外表面上 的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環(huán) 。 圖 9 31所示 為常見的外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 。 在螺母外圓上裝有螺旋形 的插管口 ， 管子的兩端插入滾珠螺母工作始末兩端孔中 ， 以 引導滾珠通過插管形成滾珠的多圈循環(huán)鏈 。 這種類型的結(jié)構(gòu) 簡單 ， 工藝性好 ， 承載能力較高 ， 但徑向尺寸較大 。 目前 ， 這種類型滾珠絲杠螺母副的應(yīng)用最為廣泛 ， 也可用于重載傳 動系統(tǒng) 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 31 外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)

56、 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 (2)內(nèi)循環(huán) 。 內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)如圖 9 32所示 ， 它 靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道 ， 使?jié)L珠成單圈循環(huán) 。 反向器 2的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等 。 這種類型的結(jié)構(gòu)緊湊 ， 剛度 好 ， 滾珠流通性好 ， 摩擦損失小 ， 但制造較困難 ， 適用于高 靈敏 、 高精度的進給系統(tǒng) ， 不宜用于重載傳動 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 32 內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 3 滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法 滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙 ， 其數(shù)值是指絲杠和螺 母無相對轉(zhuǎn)動時 ， 二者之間的最大軸向竄動

57、量 ， 除了結(jié)構(gòu)本 身的游隙之外 ， 還包括施加軸向載荷后產(chǎn)生的彈性變形所造 成的軸向竄動量 。 由于存在軸向間隙 ， 當絲杠反向轉(zhuǎn)動時 ， 將產(chǎn)生空回誤 差 ， 從而影響傳動精度和軸向剛度 。 通常采用預加載荷 （ 預 緊 ） 的方法來減小彈性變形所帶來的軸向間隙 ， 以保證反向 傳動精度和軸向剛度 。 但過大的預加載荷會增大摩擦阻力 ， 降低傳動效率 ， 縮短使用壽命 。 因此 ， 一般需要經(jīng)過多次調(diào) 整 ， 以保證既消除間隙又能靈活運轉(zhuǎn) 。 調(diào)整時 ， 除螺母預緊 外還應(yīng)特別注意使絲杠安裝部分的間隙盡可能小 ， 并且具有 足夠剛度 ， 同時應(yīng)注意預緊力不宜過大 ， 預緊力過大會使空

58、載力矩增加 ， 從而降低傳動效率 ， 縮短使用壽命 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 33 墊片調(diào)隙式 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 1） 雙螺母消隙 常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有： （ 1） 墊片調(diào)隙式 。 如圖 9 33所示 ， 調(diào)整墊片厚度使左 、 右兩螺母產(chǎn)生軸向位移 ， 即可消除間隙和產(chǎn)生預緊力 。 這種 方法結(jié)構(gòu)簡單 ， 剛性好 ， 但調(diào)整不便 ， 滾道有磨損時不能隨 時消除間隙和進行預緊 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 2） 螺紋調(diào)隙式 。 如圖 9 34所示 ， 其中一個螺母的外 端有凸緣；另一個螺母的外端沒有凸緣 ， 而制有螺紋

59、 ， 它伸 出套筒外 ， 并用兩個圓螺母固定著 。 旋轉(zhuǎn)圓螺母時 ， 即可消 除軸向間隙 ， 并可達到產(chǎn)生預緊力的目的 。 調(diào)整好后再用另 一個圓螺母把它鎖緊 。 這種方法調(diào)整方便 ， 且可在使用過程 中隨時調(diào)整 ， 但預緊力的大小不能準確控制 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 34 螺紋調(diào)隙式 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 齒差調(diào)隙式 。 如圖 9 35所示 ， 在兩個螺母的凸緣 上各制有圓柱外齒輪 ， 分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙 合 ， 其齒數(shù)分別為 z1和 z2， 并相差一個齒 。 調(diào)整時 ， 先取下 內(nèi)齒圈 ， 讓兩個螺母相對于套筒方向都轉(zhuǎn)動一個齒

60、 ， 然后再 插入內(nèi)齒圈 ， 則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移 ， 其軸向位移量 s=（ 1/z1-1/z2)Pn。 例如 ， z1 =80， z2=81， 滾珠絲杠的導程 Pn=6mm時 ， s=6/64800.001mm。 這種調(diào)整方法能精確調(diào)整 預緊量 ， 調(diào)整方便 、 可靠 ， 但結(jié)構(gòu)尺寸較大 ， 多用于高精度 的傳動 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 35 齒差調(diào)隙式 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 2） 單螺母消隙 （ 1） 單螺母變位螺距預緊 。 如圖 9 36所示 ， 將螺母的 內(nèi)螺紋滾道在中部的一圈上 ， 產(chǎn)生一個軸向 L0的導程突變 量 ， 從而使左右端

61、的滾珠在軸向錯位實現(xiàn)預緊 。 這種調(diào)隙方 法結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ， 運動平穩(wěn) ， 特別適用于小型絲杠螺母副 ， 但負荷量須預先設(shè)定且不能隨意改變 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 36 單螺母變位螺距預緊 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 2） 單螺母螺釘預緊 。 如圖 9 37所示 ， 螺母在專業(yè)生產(chǎn) 工廠完成精磨之后 ， 沿徑向開一薄槽 ， 通過內(nèi)六角調(diào)整螺釘實 現(xiàn)間隙的調(diào)整和預緊 。 該專利技術(shù)已成功地解決了開槽后滾珠 在螺母中有良好的通過性的問題 。 單螺母螺釘結(jié)構(gòu)不僅具有很 好的性能價格比 ， 而且間隙的調(diào)整和預緊極為方便 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖

62、 9 37 單螺母螺釘預緊 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 （ 3） 滾珠絲杠螺母副預緊 。 對于滾珠絲杠螺母副 ， 為了 保證傳動精度和剛度 ， 除消除傳動間隙外 ， 還要求預緊 。 預 緊力計算公式為 m a xv 3 1 FF 式中 ， Fmax為軸向最大工作載荷 。 前述各例消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙的方法 ， 都能對 螺母副進行預緊 。 調(diào)整時只要使預緊力 Fv=（ 1/3） Fmax即可 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 4.滾珠絲杠的支撐 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度 ， 除了加強 滾珠絲杠副本身的剛度外 ， 滾珠絲杠的正確安裝及支撐結(jié)構(gòu) 的剛

63、度也是不可忽視的因素 。 如為減少受力后的變形 ， 螺母 座應(yīng)有加強肋 ， 增大螺母座與機床的接觸面積 ， 并且要連接 可靠 。 另外 ， 采用高剛度的推力軸承可提高滾珠絲杠的軸向 承載能力 。 滾珠絲杠的支撐方式有以下幾種，如圖 9 38所示。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 38 滾珠絲杠的支撐方式 (a)僅一端裝推力軸承 ;(b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承； (c)兩端裝推力軸承 ;(d)兩端裝推力軸承和深溝球軸承 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 5 滾珠絲杠螺母副的維護 (1)支撐軸承的定期檢查 。 應(yīng)定期檢查絲杠與床身的連接 是否有松動以及支撐軸

64、承是否損壞等 。 如有以上問題 ， 要及時 緊固松動部位并更換支撐軸承 。 (2)滾珠絲杠副的潤滑和密封 。 滾珠絲杠副也可用潤滑劑 來提高耐磨性及傳動效率 。 潤滑劑可分潤滑油及潤滑脂兩大類 。 潤滑油為一般機油 、 90 180號透平油或 140號主軸油 。 潤滑脂 可采用鋰基油脂 。 潤滑油經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi) ， 而潤滑脂則加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi) 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 (3)滾珠絲杠副常用防塵密封圈和防護罩 。 密封圈 。 密封圈裝在滾珠螺母的兩端 。 接觸式的彈性密 封圈是用耐油橡皮或尼龍等材料制成的 ， 其內(nèi)孔制成與絲杠螺 紋滾

65、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 ， 所以會使摩擦力矩略有增加 。 非接觸式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的 ， 其內(nèi)孔形 狀與絲杠螺紋滾道相反 ， 并略有間隙 。 非接觸式密封圈又稱為 迷宮式密封圈 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 防護罩 。 對于暴露在外面的絲杠 ， 一般采用螺旋鋼帶 、 伸縮套筒以及折疊式塑料或人造革等形式的防護罩 ， 以防止 塵埃和磨粒粘附到絲杠表面 。 這幾種防護罩與導軌的防護罩 有相似之處 ， 其一端連接在滾珠螺母的端面上 ， 另一端固定 在滾珠絲杠的支撐座上 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 6.滾珠絲杠副

66、的制動裝置 由于滾珠絲杠副的傳動效率高 ， 無自鎖作用 （ 特別是滾 珠絲杠處于垂直傳動時 ） ， 為防止因自重下降 ， 故必須裝有 制動裝置 。 圖 9 39所示為數(shù)控銑鏜床主軸箱進給絲杠制動示 意圖 。 機床工作時 ， 電磁鐵通電 ， 使摩擦離合器脫開 ， 運動 由電機經(jīng)減速齒輪傳給絲杠 ， 使主軸箱上 、 下移動 。 當加工 完畢或中間停車時 ， 電機和電磁鐵同時斷電 ， 借壓力彈簧作 用合上摩擦離合器 ， 使絲杠不能轉(zhuǎn)動 ， 主軸箱便不會下落 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9 39 數(shù)控銑鏜床主軸箱進給絲杠制動示意圖 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 9.3 床身與立柱 1 床身 床身是機床的基礎(chǔ)件 ， 必須具有足夠的靜 、 動剛度和精 度能長久保持的特性 。 1） 移動立柱式臥式床身 移動立柱式臥式床身通常都采用 T型床身 。 它是由橫置的 前床身 (又叫橫床身 )和與它垂直的后床身 (又叫縱床身 )組成 。 T型床身有整體式和分離式兩種 ， 圖 9 40所示為臥式加工中 心分離式 T型床身 。 9 第九章 數(shù)控機床的典型部件 圖 9