机床数控技术4

.,1,第四章数控机床的机械传动机构,第一节数控机床的主传动系统第二节进给伺服系统的机械传动机构第三节回转工作台与导轨第四节数控机床的布局,.,2,第一节数控机床的主传动系统,一、主运动系统的要求1.足够的转速范围2.足够的功率和扭矩3.回转轴心线位置准确平稳4.足够的刚度和抗振性,.,3,二、主传动系统的主传动方式,1.采用变速齿轮传动,主轴电机经过二级齿轮变速，主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，不但保证了低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求，而且变速范围宽，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。,.,4,2.采用定比传动带传动,主轴电机经定比传动带传递给主轴运动和动力，定比传动带（三角带、同步齿形带）可以避免齿轮传动的噪声与振动。,.,5,3.采用主轴电机直接驱动,电机轴与主轴用联轴器同轴联接。这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。,.,6,4、电主轴,电主轴实现了主轴“零传动”，主轴的转动惯量减到最小，获得极大的加/减速度，主轴高速运行时没有中间传动冲击而更加平稳，寿命长。,.,7,数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。,三、主轴部件的结构,.,8,四、主轴的准停装置,主轴的准停是指数控机床的主轴能够按要求准确地停止在一个固定的位置上。在数控加工中心上进行自动换刀时，需要让主轴停止转动，并且准确地停在一个固定的位置上，以便换刀。,所示为一种用磁传感器检测定向的电气式主轴准停装置。主轴上安装有一个永久磁铁，12mm处，固定一磁传感器，当主轴需要停转换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电机立即降至低速，当永久磁铁对准磁传感器时，磁传感器发出准停信号，经放大，由定向电路使电机准确地停止在规定的周向位置上。,.,9,第二节进给伺服系统的机械传动机构,一.进给系统的基本要求1.传动和引导精度高2.稳定性好3.响应快速二.实现进给系统基本要求的技术措施1.减少摩擦阻力2.提高运动件精度3.减小转动惯量4.提高刚度（高刚度元件、消除间隙、短传动链、预紧）,.,10,三、传动齿轮副,（一）设计齿轮副应考虑的问题输出特性转动惯量精度刚度（间隙）摩擦（二）消除传动齿轮的措施1、刚性调节法偏心轴调节法轴向垫片调节法2、柔性调节法轴向压簧调节法周向压簧调节法,.,11,轴向垫片调节法,偏心轴调节法,偏心轴套,垫片,.,12,周向压簧调节法,轴向压簧调节法,压力弹簧,弹簧,.,13,四、丝杠螺母副,一.滚珠丝杠螺母副（一）工作原理与特点（二）滚珠丝杠螺母副的循环方式（三）滚珠丝杠螺母副的预紧方法（四）滚珠丝杠螺母副的选用（五）滚珠丝杠螺母副的支承和制动方式二.静压丝杠螺母副（一）工作原理（二）结构类型轴向压簧调节法轴向压簧调节法,.,14,进给运动滚珠丝杠,.,15,一.滚珠丝杠螺母副,（一）工作原理与特点原理：利用螺旋面的升角使螺旋运动转变为直线运动，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内即自转又沿滚道循环转动。迫使螺母（或丝杠）轴向移动。滚珠丝杠螺母副中，螺母和丝杠的运动面之间的滚珠为滚动摩擦。,特点：1)摩擦损失小，传动效率高。2)丝扛螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度。3)摩擦阻力小，动静摩擦力之差极小，运动乎稳，低速爬行现象。4)磨损小、寿命长、精度保持性好。5)不能自锁，有可逆性。,3丝杠,4螺母,.,16,滚珠丝杠螺母副,.,17,滚珠丝杠螺母副结构,.,18,（二）分类,滚珠丝杠螺母副按照螺母的结构可分为反向管型（传统称为外循环型）、导向管型（传统称为内循环型）和法兰盘型。,如图1是反向管型滚珠丝杠螺母，最常用，滚珠是通过反向管进行循环。反向管使滚珠抬起，通过反向管回到原来的位置进行循环。,图1,.,19,如图2是导向管型滚珠丝杠螺母，该种类型的螺母是最紧凑的一种类型螺母，滚珠是通过导向管改变运动的方向，通过丝杠螺纹的顶部回到原来的位置进行循环。,图2,.,20,如图3是法兰盘型滚珠丝杠螺母，其导程大，是最适合快速进给的螺母。滚珠是通过法兰盘抬起，通过螺母的通孔回到原来的位置进行循环。,图3,.,21,（三）滚珠丝杠螺母副的预紧方法,基本原理：使两个螺母产生轴向位移常用方法：垫片螺纹齿差,调整垫片法,.,22,螺纹法,锁紧螺母,齿差式调整法,.,23,（四）滚珠丝杠螺母副的支承,a一端装止推轴承b一端止推轴承一端向心球轴承,C两端装止推轴承d两端止推轴承及向心球轴承,.,24,二.静压丝杠螺母副,工作原理：,供油系统,丝杠和螺母之间有一定厚度、刚度的静压油膜，由边界摩擦变为液体摩擦。丝杠转动时通过油膜推动螺母直线运动，螺母转动也可推动丝杠直线移动。,丝杠、螺母、节流器、油槽、油孔,.,25,三、静压蜗杆蜗条副,.,26,第三节回转工作台与导轨,数控机床的进给运动，除X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还可以有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称为A、B、C轴。数控机床的圆周进给运动，一般由数控回转工作台来实现。数控机床回转工作台有传统的数控回转工作台（由伺服电机和回转传动机构组成）、直接驱动的数控回转工作台。,（1）传统数控回转工作台传统数控转工作台由伺服电机、转角测量元件（圆光栅或圆感应同步器）、机械传动机构、夹紧机构及工作台等组成，其结构比直接驱动数控回转工作台复杂，而精度却低于直接驱动数控回转工作台。如图所示为传统数控回转工作台结构。,一、回转工作台,.,27,1.工作台；2.镶钢滚柱导轨；3、4.夹紧瓦；5.液压缸；6.活塞；7.弹簧；8.钢球；9.光栅；10、11.轴承；12.蜗杆；13.涡轮；14、16.齿轮；15.电机,传统数控工作台,.,28,（2）直接驱动数控回转工作台直接驱动数控回转工作台（DirectDriveNC-RotaryTable）动态性好、精度高及可靠性高，在高速铣削、高速磨削、车削及铣削加工中的需求日益增多。直接驱动数控回转工作台的核心单元是力矩电机，直接驱动转轴而无需传动单元，如齿轮，并可根据不同的应用设计成外转子型和内转子型。,直接驱动水平数控回转工作台,.,29,直接驱动数控回转工作台,.,30,二.分度工作台,数控回转工作台,.,31,二、导轨,现代数控机床采用的导轨主要有贴塑导轨、滚动导轨和静压导轨。,1)导向精度2)精度保持3)摩擦系数小4)刚度,要求：,贴塑导轨,（一)贴塑导轨,导轨上的塑料常用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带。,特点：摩擦系数低，动、静摩擦系数差值小；减振性好，良好的阻尼性；耐磨性好，有自润滑作用；结构简单、维修方便、成本低。,.,32,（二)滚动导轨,滚动导轨的特点是：摩擦系数小，一般在0.00250.005的范围内，动、静摩擦系数基本相同，启动阻力小，不易产生冲击，低速运动稳定性好；定位精度高，运动平稳，微量移动准确；磨损小，精度保持性好，寿命长。现代数控机床常采用的滚动导轨有滚动导轨块、滚珠直线滚动导轨和滚柱直线滚动导轨。,滚动导轨块,.,33,滚珠直线滚动导轨,导轨固定在不运动的部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿导轨运动时，滚珠在导轨和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的管道从工作负载区到非工作负载区，然后再滚回到工作负载区，不断循环，从而把导轨和滑块之间的滑动变成了滚珠的滚动。,.,34,滚柱直线滚动导轨,.,35,（三）静压导轨静压导轨的导轨面之间处于纯液体摩擦状态，不产生磨损，精度保持性好；摩擦系数低（一般为0.0050.001），低速时不易产生爬行；承载能力大