机床数控技术4.ppt

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,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,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。,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

2、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。,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。,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。,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,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

3、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。,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、 4.提高刚度（高刚度元件、消除间隙、短传动链、预紧）,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,轴向垫片调节法,偏心轴调节法,偏心轴套,垫片,周向压簧调节法,轴向压簧调节法,压力弹簧,弹簧,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）

5、 结构类型 轴向压簧调节法 轴向压簧调节法,进给运动 滚珠丝杠,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,滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠螺母副结构,（二）分类,滚珠丝杠螺母副按

6、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,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,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,（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

7、,螺纹法,锁紧螺母,齿差式调整法,（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,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,三、静压蜗杆蜗条副,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。

8、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,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,（2） 直接驱动数控回转工作台 直接驱动数控回转工作台（

9、Direct Drive NC-Rotary Table）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,直接驱动数控回转工作台,二. 分度工作台,数控回转工作台,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

10、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。,（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, 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。, 滚柱直线滚动导轨,（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0.0050.0