数控机床结构、部件拆装、精度检测.ppt

数控机床结构部件拆装精度检测,武汉华中数控股份有限公司,一、数控机床的构成与分类,（一）.数控机床的构成,数控机床一般由下列几个部分组成1.主机是数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。2.CNC装置是数控机床的核心，包括硬件和相应的软件等部分。3.驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机、进给电机等等。4.数控机床的辅助装置指数控机床的一些必须的配套部件，用以保证数控机床的正常运行。如液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和分度头，还包括刀具及监控检测装置等5.编程机及其他一些附属装置。,（二）.数控机床的分类,目前，为了研究数控机床，可从不同的角度对数控机床进行分类1.按控制系统的特点分类1）.点位控制数控机床如坐标钻床、坐标镗床以及冲床等都可以采用点位控制系统，此类系统相对简单而且价格低廉。2）.直线控制数控机床这一类数控机床包括数控铣床、数控车床、加工中心等。一般情况下这类数控机床有二到三个可控制轴，但同时控制轴只有一个。为了能在刀具磨损或更换刀具后可得到合格的零件，这类机床的数控系统常常具有刀具半径补偿功能、刀具长度补偿功能和主轴转速控制的功能。3）.轮廓控制的数控机床更多的数控机床具有轮廓控制的功能，即可以加工曲线或者曲面的零件。这类机床有二坐标及二坐标以上数控铣床，可以加工曲面的数控车床、加工中心等。这类数控机床应能同时控制两个或两个以上的轴，具有插补功能，可对位移和速度进行严格的不间断控制。,2.按照可联动（同时控制）轴数分按照可联动（同时控制）且相互轴数，可以分为2轴控制、2.5轴控制、3轴控制、4轴控制、5轴控制等。3.按执行机构的伺服系统类型分类1）.开环伺服系统数控机床2）.半闭环伺服系统数控机床3）.闭环伺服系统数控机床4.按数控装置类型分类1）.硬件式数控机床，即NC机床。这类数控机床数控装置的通用性较差，因其全部由硬件组成，所以功能和灵活性也较差。2）.软件式数控机床，即CNC机床。这类数控机床数控装置的主要功能几乎可全由软件来实现，对不同的数控机床只需编制不同的软件就可以实现，而且硬件几乎可以通用。这为降低生产成本、保证产品质量、缩短生产周期等提供了条件，所以现代数控机床都采用CNC装置控制。5.按加工方式分类1）.金属切削类机床。如数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数控磨床等。2）.金属成型类机床。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。3）.数控特种加工机床。如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。4）.其他类型的数控机床。如火焰切割机、数控三坐标测量机等。6.按功能水平分按功能水平可以把数控机床分为高、中、低（经济型）三类。,二.数控机床的机械结构,（）.数控机床机械结构的主要组成,数控机床的机械结构，除机床基础件外，由下列各部分组成：1.主传动系统；2.进给系统；3.实现工件回转、定位的装置和附件；4.实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置如液压、气动、润滑；冷却等系统和排屑、防护等装置；5.刀架或自动换刀装置(ATC)；6.自动托盘交换装置(APC)；7.特殊功能装置如刀具破损监控、精度检测和监控装置等：8.为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。机床基础件或称机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件上，或者工作时在它的导轨上运动。其他机械结构组成则按机床的功能需要选用。如一般的数控机床除基础件外，还有主传动系统，进给系统以及液压、润滑、冷却等其他辅助装置，这是数控机床机械结构的基本构成。加工中心则至少还应有ATC，有的还有双工位APC等。柔性制造单元(FMC)除ATC外还带有工位数较多的APC，有的甚至还配有用于上下料的工业机器人。数控机床可根据自动化程度、可靠性要求和特殊功能需要，选用各类刀具破损监控、机床与工件精度检测，补偿装置和附件等。有些特种加工数控机床，如电加工数控机床和激光切割机，其主轴部件不同于一般数控金属切削机床，但需要用伺服电机驱动机床运动部件实现进给运动，则是各类数控机床的共性。,（二）.数控机床机械结构的特点,1.高刚度和高抗振性1).机床刚度的基本概念机床的刚度是机床的技术性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。根据机床所受载荷性质的不同，机床在静态力作用下所表现的刚度称为机床的静刚度；机床在动态力作用下所表现的刚度称为机床的动刚度。为满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床比较，数控机床应有更高的静刚度、动刚度，更好的抗振性。有的国家规定数控机床的刚度系数比普通机床至少高50%以上。普通机床刚度的基本理论同样适用于数控机床。以及受力与变形分析、动刚度的动态特性分析，为提高机床静刚度和动刚度所采用的措施原则也同样适用于同类的数控机床。2）.提高数控机床结构刚度的常用措施（1）.提高机床构件的静刚度和固有频率。常用方法有合理布置的筋板结构；设置卸荷装置来平衡载荷以补偿有关零、部件的静力变形；改善构件间的接触刚度或构件与地基联结处的刚度等。（2）.改善机床结构的阻尼特性。常用方法有大件内腔充填泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时利用相对摩擦来耗散振动能量；在大件表面采用阻尼涂层；充分利用接合面间的摩擦阻尼；采用新材料和钢板焊接结构等。应该强调指出，数控机床的高刚度和高抗振性只是相对于普通机床而言，而不是刚度和抗振性愈高愈好。,2.减少机床热变形的影响,机床的热学特性是影响加工精度的重要因素之一。由于数控机床主轴转速、进给速度远高于普通机床，而大切削用量产生的炽热切削对工件和机床部件的热传导影响远较普通机床严重，而热变形对加工精度的影响往往难以由操作者修正。因此，减少数控机床热变形影响的措施应予特别重视。常用的措施有下列几种：1）.改进机床布局和结构设计。如对热源来说比较对称的采用热对称结构；数控车床采用采用倾斜床身、平床身和斜滑板结构；某些重型数控机床由于结构限制采用热平衡措施。2）.控制温升。对机床发热部分（如主轴箱、静压导轨液压油等）采取散热、风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量，是在各类数控机床上使用较多的一种减少热变形影响的对策。3）.对切削部位采取强冷措施。在大切削量切削时，落在工作台、床身等部件上的炽热切屑量一个重要的热源。现代数控机床，特别是加工中心和数控车床普遍采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排除这些炽热的切屑，并对冷却液用大容量循环散热或用冷却装置致冷以控制温升。4）.热位移补偿。预测热变形规律，建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。热变形附加修正装置已在国外产品上作商品供货。,3.传动系统机械结构大为简化,数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电机和伺服电机驱动，这两类电机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，箱体结构简单、齿轮、轴承和轴类零件数量大为减少甚至不用齿轮，由电机直接带动主轴或进给滚珠丝杠。,4.高传动效率和无间隙的传动装置和元件,数控机床在高进给速度下，工作要平稳；并有高的定位精度。因此，对进给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。目前数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置主要有三种，即滚珠丝杠副，静压蜗杠蜗母条和预加载荷双齿轮齿条。,数控机床进给传动链组件之一联轴器,作为数控机床进给驱动机构，目前有下述几种常见连接形式：电机与滚珠丝杠直连（目前广泛用于各类数控机床）电机与同步带轮相连接，同步带轮连接滚珠丝杠。（早期数控机床）,电机与蜗杆连接，蜗杆通过蜗轮副带动工作台回转。（用于转台驱动）当采用连接形式和时，电机作为主动轴，而滚珠丝杠和蜗杆轴作为被动轴，如何将主动轴上的扭矩精准的传递到被动轴上？目前数控机床广泛采用“弹性联轴器”。所谓联轴器就是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和被动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。联轴器可分为刚性的、和弹性的。刚性的又可分固定式（套筒联轴器、凸缘联轴器等）可移式（齿轮联轴器、十字滑块联轴器及万向联轴器等）刚性联轴器的特点：刚性联轴器不具有补偿被联两轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。,弹性联轴器的特点：有很好的缓冲性、减震性，承载力适中，更重要的是弹性联轴器能够允许主动轴和被动轴之间存在一定的安装误差。角度误差平行度误差间隙误差弹性联轴器根据结构不同分为：波纹管式联轴器特点：具有超强纠偏性。顺、逆时针回转特性完全相同，可耐高温、免维护。适用于小扭矩传动时，零回转间隙。梅花联轴器特点：工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲性能，具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长。适用于中等扭矩传动时的连接,膜片联轴器特点：承载能力大，适用范围广，传递扭矩范围可达30-8100000N.m使用寿命长，工作温度范围大(最高可达+280)，可在腐蚀介质中工作构简单，易于加工制造，没有磨损件，不需润滑，易于维修，震动小、无噪声。靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移。其适用于中等以上扭矩传动时，传动精度高，可靠性高，可高温下运转。齿形联轴器内齿和外齿啮合，其适用于大扭矩传动时。,联轴器的连接联轴器与轴相连时，又可分为不同连接形式。主要有：1.键连接传动扭矩大，结构简单，成本低，空间尺寸小，但高速旋转时，其动平衡不好。键连接工作原理与普通机械设备键连接相同2.夹紧式连接结构简单，成本低，空间尺寸小。但锁紧力不够时，会造成连轴器与轴之间轴向打滑。卡紧连接是通过两端的紧固螺丝，将“开口”闭合，增大卡持力矩。,3.胀环连接传动力矩大，对相关加工尺寸要求高，结构复杂，联轴器体积大。账环夹紧工作原理为：通过端盖锁紧，当压紧端盖时，同时压紧了胀环，胀环分内圈和外圈，形状是成锥形的，所以当有压紧力时，它的内圈会压紧在轴上，外圈压紧在联轴器套筒上。这样完成了轴与联轴器的连接。,4.十字滑块式联轴器当传递小扭矩时，通常采用十字滑块联轴器，十字滑块联轴器结构简单，体积小，安装容易。同时能够允许一定的轴线安装误差。目前FANUC脉冲编码器常采用十字滑块连接。,联轴器的常见故障：,弹性联接器弹性联接器是数控机床广泛采用的联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象。在结构允许的条件下，大部分数控机床的伺服进给系统都采用弹性联接器结构。但弹性联接器装配时很难把握锥套是否锁紧，如果锥形套胀开后摩擦力不足，就使丝杠轴头与电机轴头之间产生相对滑移扭转，造成数控机床工作运行中，被加工零件的尺寸呈现有规律的逐渐变化（由小变大或大变小），每次的变化值基本上是恒定的。如果调整机床快速进给速度后，这个变化量也会起变化，此时CNC系统并不报警，因为电动机转动是正常的，编码器的反馈也是正常的。一旦机床出现这种情况，单纯靠拧紧两端螺钉的方法不一定奏效。解决方法是设法锁紧联轴器的弹性锥形套，若锥形套过松，可将锥形套轴向切开一条缝，拧紧两端的螺钉后，就能彻底消除故障。刚性联轴器刚性联轴器目前主要采用联轴套加锥销的联接方法，而且大多进给电机轴上都备有平键。这种连接，经过一段时间使用，圆锥销开始松动，键槽侧面间隙逐渐增大，有时甚至引起锥销脱落，造成零件加工尺寸不稳定。解决的方法有两种：,采用特制的小头带螺纹的圆锥销，用螺母加弹性垫圈锁紧，防止圆锥销因快速转换而引起的松动。该方法能很好地解决圆锥销松动的问题，同时也减轻了平键所承受的扭矩。当然，这种方法因圆锥销小头有螺母，必须确保联轴器有一定的回转空间。采用两只一大一小的弹性销取代圆锥销连接，这种方法虽然没有圆锥销的连接方法精度高，但能很好地解决圆锥销松动问题，弹性销具有一定的弹性，能分解部分平键承受的扭矩，而且结构紧凑，装配也十分方便。经在维修中应用，效果很好。但装配时要注意，大小弹性销要求互成180装配，否则会影响零件加工的精度。数控机床的进给机构，采用伺服电机或步进电机与滚珠丝杠连接，一般采用联轴器直连、齿形同步带连接或运用齿轮相连。在许多场合，因结构上的限制，特别是采用了伺服电机或混合式步进电机后，联轴器直连便成为电机与滚珠丝杠最为常见的连接方法。由于数控机床进给速度较快，如快进、快退的速度有时高达20m/min以上，在整个加工过程中正反转换频繁。联轴器承受的瞬间冲击较大，容易引起联轴器松动和扭转，随使用时间的增长,其松动和扭转的情况加剧。在实际加工时，主要表现为各方向运动正常、编码器反馈也正常、系统无报警，而运动值却始终无法与指令值相符合，加工误差值越来越大，甚至造成加工的零件报废。出现这种情况时，建议检查一下联轴器。,数控机床进给传动链组件之二滚珠丝杠副,滚珠丝杠作为数控机床进给传动链中的重要组成部分，在整个传动链中起着将旋转运动转化为直线运动的重要作用。作为数控机床的进给驱动（不同于主轴传动），一般情况是伺服电机通过联轴器将动力直接传递给滚珠丝杠，丝杠旋转带动丝杠螺母横向移动，也有的进给机构是将动力传递给丝杠螺母，丝杠螺母旋转推动丝杠前后移动，完成将旋转运动转化为直线运动这一过程。滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。它由丝杆、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置(俗称回珠器)等组成。当丝杠和螺母相对运动时，滚珠沿着丝杆螺旋滚道面滚动，滚动数圈后离开丝杆滚道面，通过循环返回装置返回其入口处继续参加工作，如此往复循环滚动。数控机床常用丝杠,1.滚珠丝杠的特点：那么数控机床为什么不象普通机床那样使用梯形丝杠呢？我们通过对两种丝杠的比较，自然会得出结论。滚珠丝杠结构梯形丝杠结构通过上左图我们可以看出，滚珠丝杠副丝杠与丝杠螺母之间是滚动摩擦，靠一连续的滚珠在滚道中产生相对运动，摩擦系数非常小，可达到=0.003，在实际应用中由于滚珠丝杠是滚动摩擦，所以动态响应快，易于控制，精度高。而从上右图中我们得知，梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，从机械原理上讲，滑动摩擦的两物体之间必然会有间隙，包括渐开线齿轮、齿轮齿条等，所以梯形丝杠传递力矩时，摩擦力比滚珠丝杠大，间隙比滚珠丝杠大。,从两种不同丝杠的结构特点，不难看出滚珠丝杠的优势和特点：滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦，高精度，高效率的机构。它的机构效率（=0.92-0.96）比梯形丝杠（=0.20-0.40）高3-4倍。滚珠丝杠螺母副的动（静）摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。另外，滚珠丝杠生产过程中，在滚道和珠子之间施加预紧力，可以消除间隙，所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合。基于这些特点数控机床广泛采用滚珠丝杠，并配合伺服电机达到高的动态响应和高定位精度。2.滚珠丝杠的结构与预紧滚珠丝杠的内部结构如下图所示,滚珠丝杠从循环形式上可分为：内循环式和外循环式，参见下图,内循环滚珠丝杠,外循环滚珠丝杠,滚珠丝杠从螺母预紧形式上可分为：单螺母和双螺母，参见下图。内循环式滚珠丝杠结构尺寸小，但是由于循环器受尺寸所限，滚珠循环及散热条件差，制约了丝杠高速旋转。外循环式滚珠丝杠循环器有局部在丝母外，散热好，但安装尺寸较大。单螺母丝杠副的预紧力是在出厂时完成的，基本上是“一次性的”，也就是说进入使用阶段后很难再调整了。,单螺母内部预紧,而双螺母丝杠副的预紧力虽然在出厂时已经调好，但是进入使用环节后，特别是使用一段时间需要调整丝杠副间隙时，可以通过增减调整垫的厚度，进行再次的预紧。,双螺母结构滚珠丝杠,作为高精度进给驱动机构，为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。其双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。参见下图,双螺母结构调整预紧力,目前最常见的调整预紧力结构是图中所示的“双螺母加垫”预紧调整，所以我们在以后的学习中将重点关注这种结构。,其它常见的双螺母调整结构又有下述几种形式：,1.垫片调隙式结构；参见图（A），原理是通过增加垫片厚度，使两个螺母在相对的方向上产生轴向力，克服间隙，增加预紧力。,2.螺母调隙式结构；参见图（B），原理同上，只是调整的手段不是垫片，而是两个锁紧螺母。,3.齿差调隙式结构；参见图（C）。其原理是通过在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1、Z2，并相差一个齿。调整时，先取下（B）内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：式中Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。,滚珠丝杠副结构型式按滚珠循环方式分,可分为外循环和内循环两大类。外循环的回珠器有螺旋槽式和插管式两种，目前国内、外生产厂用插管式的较多，内循环的回珠器有腰形槽嵌块式反向器和圆柱凸键式反向器两种，目前国内、外生产厂用腰形槽嵌块式的较多。按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧，单螺母变位导程预紧，单螺母加大钢球径向预紧，双螺母垫片预紧、双螺母齿差预紧、双螺母螺纹预紧6种。一般在数控机床上常用双螺母垫片式预紧。按精度等级分，我国原机械工业部标准JB3162.282分为6级。根据数控机床类别、按机床精度要求和位置控制系统型式(闭环、半闭环、开环)的不同分别选用，数控机床中大多用P3、P4，P5等3个等级。滚珠丝杠副一般由专业厂生成并成套供货，且都附有使用说明书，其中除列有型号、规格、螺母安装面的结构等外，还附有允许负载、预加负载、刚度、典型支承方法，驱动力矩和功率等指导性材料供设计时参考。,在机床上一个典型的进给轴传动链,伺服电机轴滚珠丝杠、联轴节压盖联轴节轴套Z1型涨环近端支撑轴承远端支撑轴承,从上图我们不难发现，最终支撑滚珠丝杠的是近端支撑轴承和远端支撑轴承，仔细观察这两组轴承是具有“方向性”的，这两组轴承通过相互的作用，将轴向力“顶住”，如图中轴承受力延长线所示。所谓的“顶住”，是丝杠轴承巧妙的运用了“角接触轴承（又称向心推力轴承）”即可以承受径向力，又可以承受轴向力的双向受力特点。,如图所示，当轴承内档圈和外档圈受到一组相反方向的作用力时，轴承钢珠承受着一对互为相反的作用力，从静力学的角度上看，当物体静止时，这一对作用力大小相等，方向相反。作为我们机床丝杠传动，来自工作台的轴向力是作用在轴承的内圈上，如果我们约束丝杠不窜动，只要在轴承外圈上作用一个方向相反、大小相等的力即可，这样轴向受力是平衡的。又由于内、外圈之间是滚动摩擦，因而保证了丝杠灵活的转动。,对于数控机床丝杠传动，需要根据不同的情况控制轴承的游隙（钢珠与内外环之间的间隙），对于低速大扭矩的传动，需要这一游隙是过盈的，即要使钢珠在滚道内受挤压变形，从配合的角度讲，间隙是负值。而对于高速小一点的负载，则需要游隙大一点，预留出高速运行后钢珠和内外圈的热膨胀系数。为了实现这一目的，我们往往采用“过定位”的方式，即在轴承的内、外圈四个点均加上受力点，如图所示,这样滚珠丝杠就被牢牢的约束住了，这里请同学们注意，轴承游隙调整的过紧，机床驱动负载加大，轴承很快损坏。轴承游隙调整的过松，间隙过大，丝杠在轴向窜动比较大，导致机床的定位精度和重复定位精度差。如何将游隙调整到一个精确合理的尺度，是一项比较精细的实践活动，需要我们既有理论知识，又要有丰富的实践经验。,滚珠丝杠支撑滚珠丝杠副的安装形式,滚珠丝杠副的安装方式最常用的通常有以下几种：固定自由方式如下图所示，丝杆一端固定，另一端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小的短丝杆或者用于全闭环的机床，因为这种结构的机械定位精度是最不可靠的，特别是对于长/径比大的丝杠（滚珠丝杠相对细长），热变性是很明显的，1.5米长的丝杠在冷、热的不同环境下变化0.050.10毫米是很正常的。但是由于它的结构简单，安装调试方便，许多高精度机床仍然采用这种结构，但是必须加装光栅，采用全闭环反馈，如德国马豪的机床大都采用此结构。,1电动机2弹性联轴器3轴承4滚珠丝杆5滚珠丝杆螺母,固定支承方式如下图所示，丝杆一端固定，另一端支承。固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杆自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由地向一端伸长。这种结构使用最广泛，目前国内中小型数控车床、立式加工中心等均采用这种结构。,1电动机2弹性联轴器3轴承4滚珠丝杆5滚珠丝杆螺母,固定固定方式如下图所示丝杆两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力，这种支承方式，可以对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的热变形。对于大型机床，重型机床，以及高精度机床常采用此种方案。,1电动机2弹性联轴器3轴承4滚珠丝杆5滚珠丝杆螺母,但是，这种丝杠的调整比较繁琐，如果两端的预紧力过大，将会导致丝杠最终的行程比设计行程要长，螺距也要比设计螺距大。如果两端锁母的预紧力不够，会导致相反的结果，并容易引起机床震荡，精度降低。所以这类丝杠在拆装时一定要按照原厂商说明书调整，或借助仪器（双频激光测量仪）调整，参见下图,滚珠丝杠日常保养间隙消除与润滑,1.双螺母滚珠丝杠副的间隙消除：双螺母丝杠的工作原理我们已经在前面叙述，下面我们简述丝杠间隙调整步骤：首先判断丝杠间隙：如果丝杠无间隙，有一定的预紧力时，转动丝母时会感觉到有一定的阻力，似乎有些“阻尼”，并且全行程均如此，说明丝杠没有间隙，不需要调整，相反，如果丝杠和丝母之间会很松垮的配合，则说明丝杠丝母之间存在间隙了，就需要调整了。,步骤1：将丝母上键式定位销固定螺钉松开，取下定位销。注意丝母上相隔180度有两个键式定位销，均需要拆卸下来。步骤2：将已经分离的前后半月板螺母反方向旋转，将其完全松开，取下两个半月板。步骤3：根据丝杠副之间的空载力矩情况（手感），选择塞尺与半月板同时插入两丝杠螺母之间，并将丝杠螺母锁紧到位。锁紧到位的标志是键销定位槽对齐，这是再转动丝杠螺母，直至手感有些阻力，但同时键销定位槽又能够对齐，说明厚度测好。步骤4：将两螺母松开，测量半月板和所插入塞尺的总厚度，画图从新制作半月板，试装。步骤5：如果厚度适宜，丝杠和丝杠螺母配合良好，安装丝杠螺母上的两个键销，上紧键销固定螺丝。,2.滚珠丝杠螺母副密封与润滑的日常检查滚珠丝杠螺母副的密封与润滑的日常检查是我们在操作使用中要注意的问题。对于丝杠螺母的密封，就是要注意检查密封圈和防护套，以防止灰尘和杂质进入滚珠丝杠螺母副。对于丝杠螺母的润滑，如果采用油脂润滑，则应按照机床厂说明书定期注入润滑脂（不同型号的丝杠，使用不同的润滑脂，注油周期不同）。如果使用稀油润滑时则要定期检查注油孔是否畅通，一般是在检修时观察丝杠上面的油膜即可。这里需要注意的是，当采用稀油润滑时，一般导轨和丝杠采用的是同一个集中润滑系统，如图s-28所示，油路从集中润滑泵定量输出，通过分配器输送到各轴的导轨及丝杠润滑点。,补充知识之一润滑泵,目前数控机床采用的导轨及丝杠的集中润滑箱主要有两大类：电控式定量集中润滑泵通过外围PLC设备设定“供油时间”和“间歇时间”，通知油泵电机工作。该泵结构简单，主要由齿轮泵、溢流阀、辅助手柄、箱体等组成。溢流阀的作用是控制泵的工作压力，以保护泵的安全，并具有自动卸压等功能。供油时间和间歇时间是通过外部PLC等自动化设备直接通知齿轮泵电机的旋转。目前这种油泵使用最广泛。机械式定量集中润滑泵依靠泵体本身的凸轮装置或柱塞装置，依靠机械的预调量，定期向系统供油。这种机械式定量的原理是通过齿轮泵带动伞齿轮和转动，力矩通过齿轮传递到凸轮，当齿轮每转一转时，凸轮都会带动活塞杆上下移动一次，而活塞杆每移动一次就将油腔中的压力提高，当油腔中的压力足以推开油路单向阀时，便开始向系统油路供油。实际上此时仅输出几毫升的油滴，电机就这样往复不断的旋转，油一滴一滴的“挤”向系统油路，而流量的调整可以通过手柄，锁紧上油腔的空间和溢流口大小，从而控制流量。这种集中供油的优点是不占用外围PLC点，但缺点是：结构复杂，供油量调整不准，另外油泵电机和整个机械系统不停的运行，影响使用寿命。,数控机床进给传动链组件之三数控机床导轨,机床导轨是机床基本结构的要素之一。从机械结构的角度来说，机床的加工精度和使用寿命很大程度上决定于机床导轨的质量，而对数控机床的导轨则有更高的要求.如:高速进给时不振动，低速进给时不爬行，有高的灵敏度，能在重负载下长期连续工作，耐磨性要高，精度保持性要好等。现代数控机床使用的导轨，从类型来说虽仍是滑动导轨，滚动导轨和静压导轨3种，但在材料和结构上已起了“质”的变化，已不同于普通机床的导轨。从广义上讲：导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不运动的一方叫做支承导轨。动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。,数控机床直线导轨,那么针对我们数控机床，导轨是支承和引导工作台沿一定的轨道运动，作为立式加工中心，工作台是沿着X、Y坐标方向运动，主轴箱沿着Z坐标方向移动。作为卧式加工中心；一般工作台是沿着X、Z坐标方向运动，主轴箱沿着Y坐标方向移动，同时工作台还可以以B轴为中心的轨迹回转。,卧式加工中心工作台移动,由于数控机床是高精密、强力金属切削设备，所以对导轨的要求为：导向精度高耐磨性好及寿命长足够的刚度高、低速运动的平稳性公益性好那么根据机加设备这些特质要求，数控机床通常采用的导轨形式有：滑动导轨滚动导轨静压导轨气浮导轨滑动导轨即运动导轨和支撑导轨之间是滑动摩擦形式。但它们又细分为：镶钢贴塑导轨贴塑导轨的工作原理是在动导轨和支撑导轨之间粘贴摩擦系数很小的有机材料，并加之油膜润滑，使上、下导轨相对灵活移动。贴塑导轨最大的特点为，两个相对运动体是“面接触”（实际上是点群的接触），导轨受力稳定，抗强力切削性能好，被广泛的用于中、重型机床的导轨上。但是由于贴塑面粘接、刮砚工艺复杂，特别是方形导轨，侧镶条（楔形铁）和压板的处理复杂，如果是重、大型机床修复损伤的贴塑导轨还需要解体立柱、主轴箱等，维修成本比较高。,目前广泛采用镶钢贴塑结构，参见下图,1床身2工作台3压板4贴塑面5镶条,镶钢贴塑导轨结构图目前市场上采用的塑带材料大都为聚四氟乙烯。,镶钢导轨机床,这种导轨的工作原理与镶钢贴塑导轨工作原理完全相同，只是结构要更加简单，成本低，一般用于普通数控车床或中小型数控铣床。而铸铁贴塑面导轨的结构又广泛的采用“一平一V”的形式。因为这种“V”型槽有自动定位的功能，去掉了镶条压板等机构。,铸铁贴塑面导轨,一平一V及燕尾槽铸铁导轨,其它形式的滑动导轨：除上述前两种情况之外，一些中小型数控机床的导轨还采用铸铁-铸铁、铸铁-巴士合金（锡青铜）、非金属涂层等多种滑动导轨。由于这类滑动导轨是非主流产品，本讲座不作讨论。,滚动导轨即运动导轨和支撑导轨之间是滚动摩擦形式。但它们又细分为：直线导轨（A）直线导轨副（B）导轨滑块（C）导轨图d-7直线导轨机床,直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、防尘刮板等组成。,当滑块与导轨体相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区，不断循环，从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。为防止灰尘和赃物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。基于上述的结构，滑动导轨具有下述特点：i.摩擦系数小，灵敏度高，速度快由于是滚动摩擦，摩擦因数小(0.0030.005)，导轨运动均匀，尤其是在低速移动时，不易出现爬行现象。运动灵活，适宜工作台高速运行，一般可以达到24,00050,000mm/min。,直线导轨的组成,ii.负荷平衡佳简单的双排构造，可采用大粒钢珠，各方向的荷重都能平均承受。,iii.动、静惯性矩小，精度高，噪音低轨道形状经过高精度磨削，再加上基于钢球循环动作分析的最优设计，动、静摩擦系数相对很小。另外钢珠预紧力均衡，负载牵引力小，移动轻便，移动、停止灵活，噪音低，定位精度高，重复定位精度可达0.5m。iv.安装工艺性好、精度容易保证导轨双列使用，每个滑块从断面上看都是对角线相互受力，发生误差的因素少，直线导轨副安装工艺性好，两导轨间的尺寸安装精度容易提高。轨道精度的测定容易，可确保高精度。v.由于是“点群”接触，抗强力切削性差。,直线导轨副是依靠一组钢珠支撑的，而钢珠与导轨和滑块的接触是“点”的接触，所以在承受强力切削时的稳定性就比较差。基于上述这些特点，直线导轨被广泛用于中、小型精密数控机床上，特别是中小惯量的高速数控铣床、激光切割机、数控车削中心等。滚动导轨滚动导轨的另一种形式是在支撑导轨和动导轨之间通过滑块滚动体作为介质使支撑导轨和动导轨产生相对运动。,滚动体结构如上图所示，它就像坦克履带那样拖动负载移动，这种滚动体的特性与我们前面所讲的直线导轨很相近：i.摩擦系数小，灵敏度高，速度快ii动、静惯性矩小，精度高，噪音低iii.安装工艺性好、精度容易保证但它与直线导轨相比较有一大优点，由于它通常是由滚柱作为滚动体所以受力是由一组“线段”完成的，承载能力比直线导轨强，一般适用于重型机床的横梁导轨，中、重型卧式加工中心的立柱导轨等。但是这种滚动体滑块组成的导轨结构，要比直线导轨复杂，因为导轨的约束还是需要单独的“压板”机构，而直线导轨滑块与导轨之间的约束在直线导轨副出厂前就已经装配完毕。,静压导轨液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小(约0.0005)，机械效率高：由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但静压导轨结构复杂，制造成本较高。,静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种；按供油方式分为恒压(即定压)供油和恒流(即定量)供油两种。,静压导轨工作原理图,静压导轨的最大特点是：动导轨和支撑导轨之间是“面接触”，承载能力非常强，因此静压导轨被用于大型鏜铣床或大型龙门铣床，工作台可承重达200吨以上，特别适宜冶金机械、重型机械零件的加工。,大型鏜铣床使用静压导轨,导轨的维护与调整镶钢贴塑导轨的调整,前面我们介绍过镶钢贴塑导轨的结构，在日常维修中需要处理的有两个环节：镶条的调整和压板的调整。因为机床导轨在使用一段时间后，一般是若干年后导轨的侧向约束（镶条与侧导轨）或上下约束（压板）有可能松动。通过简单的调整可以有效地消除间隙。下面简单的分别介绍镶条、压板的调整。镶条的调整参见上图，镶条是一个锥度1:100的楔铁，机床在出厂时应该将其调整在一个合适的位置工作台即能移动，又不横向晃动。实际上这里有一个矛盾，当楔铁顶的过紧（如图前顶丝顶紧，后顶丝放松，楔铁挤入深），工作台横向没有一丝的间隙，很稳定，但是移动的阻力会非常大。重则导致伺服电机无法驱动工作台移动，轻则影响机床的定位精度。,镶钢贴塑导轨的调整,相反，楔铁过松（如图前顶丝放松，后顶丝顶紧，楔铁挤入浅），工作台侧,面与镶条之间有间隙，工作台移动灵活，但是左右受力后会晃动，导轨的直线性达不到标准要求。一般机床使用35年后，镶条与导轨侧面的间隙会逐渐的显露出来，并随着时间的延长增大，所以需要时，我们必须会正确调整，调整点就是上图中的前、后顶丝，目的就是“即能使工作台移动自如，又不横向晃动”。,主轴箱双向镶条调整位置,压板的调整同理，机床在出厂时，压板与机座下导轨结合恰到好处，即能使工作台移动自如，工作台受切削力后又不上下攒动，特别是对于主轴箱移动方向的导轨长时间使用后容易产生间隙，更需要注意调整。调整的方法可以通过：i.增加压板贴塑面的厚度ii.减少压板非贴塑面的厚度,导轨的维护与调整直线导轨的安装,在机床维修中，如遇机床直线导轨损坏，可以进行更换，因为直线导轨的更换比贴塑面的刮砚工艺性好，几何精度相对容易保证，是现场维修技术人员应该掌握的技能。对于需要直线运动的精度与刚性的数控机床，必须设有二个导轨基准面及一个平台基准面，参见下图所示：,直线导轨的调整,其装配方法以下述顺序为之。如右图所示装配面清净将准备装配直线导轨的机械的装配基准面及装配面上的毛刺、划痕用油石除去，再用清洁布擦净。直线导轨的基准面及装配面的防锈油及尘埃需用干净的布擦净。直线导轨I及II的轨道的预固定将直线导轨I的轨道装配面与机床的装配面正确配合后给予预固定。此时需确认固定螺栓与装配孔间无干涉存在。将直线导轨II的轨道预固定在机床上。,直线导轨I，II的轨道的固定将直线导轨I的导轨基准面以压板或锁紧螺栓预紧于机床的基准面，并将该处导轨的固定螺栓锁紧，由一端开始用此方法反复为之，顺次将轨道固定。以同样的方法固定直线导轨II的轨道。,直线导轨I，II的滑块的预固定将导轨滑块与工作台的装配位置对好，不要再动工作台，再将直线轨道I，II的滑块预固定于平台。直线导轨I的滑块的固定将直线导轨I的导轨滑块基准面与平台与基准面对好后再加以固定。直线导轨II的滑块的固定将直线导轨II的滑块中的一个在运动方向上正确的固定，其他的滑组则暂维持预固定。直线导轨II的轨道固定移动平台，确认其滑走顺畅，再将导轨II固定住，此时是在固定与导轨II的滑组每通过一个固定螺丝时立刻将它锁紧，由一端开始如此反复进行，顺次将轨道固定。（如图）直线导轨II的滑组固定直线导轨II的其余滑组再予固定。,直线导轨的安装基准导轨的装配方法,利用基准面的方法使用压板或小型虎钳将轨道基准面夹紧，随后将该处的固定螺栓锁紧，由一端开始反复进行，顺次将导轨固定。利用设定基准面的方法在机床的装配面附近设置基准面，在预固定轨道后，依图所示，将测定架固定在滑块上，将杠杆表顶住设置基准面，从轨道的一端开始一边读取其直线度数值，一边顺次固之。（参见右图）利用直线滑块的方法将轨道固定后，依右图所示的方法将杠杆表靠在轨道的基准面，以直边为基准自轨道的一端开始一边读取其直线度数值，一边将轨道固定。（参见右图）,从动导轨的安装如图所示，将测量架固定在基准的滑块上面，将杠杆表针顶住随从的轨道的基准面上，由轨道的一端开始一面读出平行度一面顺次固定。,导轨防护,为了防止切削、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损加快、擦伤和锈蚀，导轨面上需要有可靠的防护装置。常用的有不锈钢导轨防护罩、卷帘式导轨防护罩、柔性风琴式导轨防护罩、PVC布帘式防护罩等。不锈钢伸缩式防护罩依靠滚轮支撑，有比较强的刚度，中大型机床上可以承担人体重量，另外；每层钢板相对运动之间有橡胶刮削板防尘，防尘效果好维护容易，被广泛的用于各类数控机床的防护上。,导轨虽然是机床附件，但是它的作用非常重要，如果导轨防护出现问题，会引起导轨严重损伤，例如镶钢贴塑导轨防护损坏后，会引起导轨面油泥淤积过多，导轨润滑的小孔容易堵塞，一旦油孔堵塞，塑料贴面很快磨损，修复成本非常高。直线导轨在滑块上有密封条和刮板，但是如果刮板损坏，切削下的金属碎削会卷入滚珠滑道内参与摩擦，这样导轨滑道也会很快损坏，一旦直线导轨的滑道损坏，是无法修复的，一般只能更换直线导轨。,各种形状导轨刮削,数控机床主传动主轴,数控机床主轴是数控机床“主传动”“进给传动”两大传动系统中的重要组件之一，作为数控铣床或加工中心，主传动承担刀具切削的负荷。数控车床的主传动一方面要承担切削阻力，还要克服卡持工件的启动/停止惯量。所以数控机床对主轴的要求；强有力的力矩输出，高的旋转精度（主轴近端、远端跳动达到标准），宽的速度范围。主轴由：主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成、主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动时切削功率的输出部件。主轴前端有7：24的锥孔用于装夹刀柄或刀杆主轴端面有一端面键既可通过它传递刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位主轴的主要尺寸参数包括：主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构.作为数控车床的主轴传动，一般是带传动。而数控铣床和加工中心则多采用齿轮箱减速。另外随着变频技术的提高，高速电主轴进入数控机床，而高速电主轴结构，电机内置在主轴机构中。目前典型的立式加工中心主轴如下图所示：,1-刀夹2-弹簧夹头3-套筒4-钢球5-定位螺钉6-定位小轴7-定位套筒8-缩紧件9-拉杆10-拉套11-主轴12-齿轮13-圆螺母14-主轴箱15-连接座16-连接弹簧17-螺钉18、20-蝶形弹簧19-液压缸支座21-套筒22-垫圈23-活塞24、25-继电器26、压缩空气管接头27、28-凸轮29-定位块,THK6380加工中心主轴结构图,自动夹紧装置在带有刀库的数控机床中，为了实现刀具的自动装卸，主轴内设有刀具自动夹紧装置。右图所示为自动换刀数控铣镗床的主轴部件，其主轴前端的7：24锥孔用于装夹锥柄刀具或刀杆。主轴的端面键可用于传递刀具的扭矩，也可用于刀具的周向定位。刀具夹紧时，蝶形弹簧11通过拉杆7，双瓣卡爪5，在套筒14的作用下，将刀柄的尾端拉紧。当换刀时，在主轴上端油缸的上腔A通入压力油，活塞12的端部推动拉杆7向下移动，同时压缩蝶形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣卡爪5的下端移出套筒14时，在弹簧6的作用下，卡爪张开，喷气头13将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔除。待机械手将新刀装入后，油缸10的下腔通入压力油，活塞12向上移，蝶形弹簧伸长将拉杆7和双瓣卡爪5拉着向上，双瓣卡爪5重新进入套筒14，将刀柄拉紧。活塞12移动的二个极限位置都有相应的行程开关（LS1，LS2）作用，作为刀具松开和夹紧的回答信号。,数控铣镗床的主轴部件1-调整半环；2-3182120型锥孔双列圆柱滚子轴承；3-2268120型双向向心球轴承；4、9-调整环；5-双瓣卡爪；6-弹簧；7-拉杆；8-46115型向心推力球轴承；10-油缸；11-碟型弹簧；12-活塞；13-喷气头；14-套筒,数控机床主轴结构之二主轴松/拉刀机构数控机床的主轴大都采用标准锥度40BT50的刀柄，这样不论是数控铣床还是立/卧加工中心，装卡刀具非常容易，下面我们讨论数控机床是如何装卡刀的，从机床结构上我们将装卡刀的装置叫做“松拉刀”机构。,刀杆尾部的拉紧结构，除上图的卡爪式以外，还有下图(a)所示的弹簧夹头结构，他有拉力放大作用，可用较小的液压推力产生较大的拉紧力。图(b)所示为钢球拉紧结构。,数控回转工作台,回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件(或部件)。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。回转工作台又分为分度工作台工作台按照一定角度定位，切削加工中，工作台卡紧不动。分度工作台适用于高精度镗铣床箱体加工。数控连续回转工作台可以与其它伺服轴进行插补加工。数控连续回转工作台适用于多轴连续插补的复杂零件加工。,下面分别介绍两种工作台的工作原理分度工作台分度工作台的功能是完成回转分度运动，即在需要分度时，将工作台及其工件回转一定角度。其作用是在加工中自动完成工件的转位换面，实现工件一次安装完成几个面的加工。由于结构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度，但不能实现360范围内任意角度的分度。为了保证加工精度，分度工作台的定位精度(定心和分度)要求很高。单纯的依靠电机工作，很难实现工作台达到高分度精度，所以通过辅助的机械定位装置，保证最终的高精度定位。按照采用的机械定位元件不同，又有定位销式分度工作台和鼠齿盘式分度工作台两种。定位销工作台定位销式分度工作台采用定位销和定位孔作为定位元件，定位精度取决于定位销和定位孔的精度(位置精度、配合间隙等)，最高可达5。因此，定位销和定位孔衬套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。下图是自动换刀数控卧式镗铣床的定位销式分度工作台。该分度工作台置于长方形工作台中间，在不单独使用分度工作台时，两者可以作为一个整体使用。,1挡块；2工作台；3锥套；4螺钉；5支座；6油缸；7定位衬套；8定位销；9锁紧油缸；10大齿轮；11长方形工作台；12上底座；13止推轴承；14滚针轴承；15进油管道；16中央油缸；17活塞；18螺栓；19双列圆柱滚子轴承；20下底座；21弹簧；22活塞拉杆,定位销式分度工作台结构,参见上图所示，定位销式分度工作台2的底部均匀分布着八个(削边圆柱)定位销8，在工作台上底座12上有一个定位衬套7以及环形槽。定位时只有一个定位销插入定位衬套的孔中，其余七个则进人环形槽中，因为定位销之间的分布角度为45，故只能实现45等分的分度运动。,定位销式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为三个步骤：i.松开锁紧机构，并拔出定位销当数控装置发出指令时，下底座20上的六个均布锁紧油缸9(图中只示出一个)卸荷。活塞拉杆22在弹簧21的作用下上升15mm，使工作台2处于松开状态。同时，间隙消除油缸6也卸荷，中央油缸16从管道15进压力油，使活塞17上升，并通过螺栓18、支座5把止推轴承13向上抬起，顶在上底座12上，再通过螺钉4、锥套3使工作台2抬起15mm，圆柱销从定位衬套7中拔出。ii.工作台回转分度当工作台抬起之后发出信号，使油马达驱动减速齿轮(图中未示出)，带动与工作台2底部联接的大齿轮10回转，进行分度运动。在大齿轮10上以45的间隔均布八个挡块1，分度时，工作台先快速回转。当定位销即将进入规定位置时，挡块碰撞第一个限位开关，发出信号使工作台降速，当挡块碰撞第二个限位开关时，工作台2停止回转，此时，相应的定位销8正好对准定位衬套7。iii.工作台下降并锁紧分度完毕后，发出信号使中央油缸16卸荷，工作台2靠自重下降，定位销8插入定位衬套7中，在锁紧工作台之前，消除间隙的油缸6通压力油，活塞顶向工作台2，消除径向间隙。然后使锁紧油缸9的上腔通压力油，活塞拉杆22下降，通过拉杆将工作台锁紧。,工作台的回转轴支承在加长型双列圆柱滚子轴承19和滚针轴承14中，轴承19的内孔带有1：12的锥度，用来调整径向间隙。另外，它的内环可以带着滚柱在加长的外环内作15mm的轴向移动。当工作台抬起时，支座5的一部分推力由止推轴承13承受，这将有效地减小分度工作台的回转摩擦阻力矩，使工作台2转动灵活。鼠齿盘式分度工作台鼠齿盘式分度工作台采用鼠齿盘作为定位元件。这种工作台有以下特点：i.定位精度高，分度精度可达2，最高可达0.4。ii.由于采用多齿重复定位，因而重复定位精度稳定。iii.因为多齿啮合，一般齿面啮合长度不少于60，齿数啮合率不少于90，所以定位刚度好，能承受很大外载。iv.最小分度为360Z(Z为鼠齿盘的齿数)，因而分度数目多，适用于多工位分度，一般最小分度有1、3、5几种。v.磨损小，且因为齿盘啮合、脱开相当于两齿盘对研过程，所以，随着使用时间的延续，其定位精度不断提高，使用寿命长。vi.鼠齿盘的制造工艺复杂。,鼠齿盘定