【正文】 ）給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。當(dāng)伺服電機(jī)主要用于慣量加速，忽略切削力及摩擦力作用（其值一般僅占10％），則： 式中J——伺服進(jìn)給系統(tǒng)折算到絲杠上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)一對(duì)降速齒輪傳動(dòng)時(shí)，則有： （2）同步齒形帶傳動(dòng)同步齒形帶傳動(dòng)，是一種新型的帶傳動(dòng)，如圖713所示，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因而兼有帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動(dòng)；齒型帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)床上亦有應(yīng)用。第一對(duì)齒輪的降速比為，第二對(duì)齒輪的降速比為，其中及均大于1。圖711 開環(huán)系統(tǒng)絲杠傳動(dòng)② 閉環(huán)系統(tǒng) 對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)，執(zhí)行件的位置決定于反饋檢測(cè)裝置，與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)直接關(guān)系，其速比主要是由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩與機(jī)床要求的進(jìn)給速度或負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定的，所以可對(duì)它進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。二、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)控機(jī)床中，無(wú)論是開環(huán)還是閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)，為了達(dá)到前述提出的要求，機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副，如滾珠絲杠等，以減小摩擦力；通過(guò)選用最佳降速比來(lái)降低慣量；采用預(yù)緊的辦法來(lái)提高傳動(dòng)剛度；采用消隙的辦法來(lái)減小反向死區(qū)誤差等。設(shè)計(jì)中應(yīng)使機(jī)床工作臺(tái)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度、間隙、摩擦以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能達(dá)到最佳值，以提高進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性。無(wú)論對(duì)點(diǎn)位、直線控制系統(tǒng)，還是輪廓控制系統(tǒng)，傳動(dòng)精度和定位精度都是表征數(shù)控機(jī)床性能的主要指標(biāo)。圖79采用的是電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置，這種裝置利用裝在主軸上的磁性傳感器作為位置反饋部件，由它輸出信號(hào)，使主軸準(zhǔn)確停止在規(guī)定位置上，它不需要機(jī)械部件，可靠性好，準(zhǔn)停時(shí)間短，只需要簡(jiǎn)單的強(qiáng)電順序控制，且有高的精度和剛性。刀夾拉緊后，行程開關(guān)8發(fā)出信號(hào)。自動(dòng)換刀立式銑鏜床主軸的刀具夾緊機(jī)構(gòu)如圖79所示。缺點(diǎn)是成本較高。2）采用高精度雙列角接觸球軸承（圖78b）?；頂嗝娉叽绫韧?guī)格的主軸箱移動(dòng)式的主軸箱小，但比滑枕移動(dòng)式的大。與矩形或方形滑枕比較，在同等斷面面積的情況下，雖然高度較大，但寬度較窄，如圖77，這對(duì)安裝附件不利，而且在滑枕表面使用靜壓導(dǎo)軌時(shí)，靜壓面小，主軸在工作過(guò)程中抗振能力較差，受力后主軸中心位移大?；磉M(jìn)給傳動(dòng)的齒輪和電動(dòng)機(jī)是與滑枕分離的，通過(guò)花鍵軸或其它系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)傳給滑枕以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量亦使主軸產(chǎn)生熱變形。主軸Ⅰ上有一雙聯(lián)滑移齒輪，經(jīng)84/60使主軸得到800～3150r/min的高速段，經(jīng)29/86使主軸得到7～760r/min的低速段。圖72 三位液壓撥叉作用原理圖5液壓缸 2活塞桿 3撥叉 4套筒液壓撥叉變速必須在主軸停車之后才能進(jìn)行，但停車時(shí)撥動(dòng)滑移齒輪嚙合又可能出現(xiàn)“頂齒”現(xiàn)象。圖71 XK5040型數(shù)控立式銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)圖在帶有齒輪變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓撥叉和電磁離合器是兩種常用的變速操縱方法。為此，要提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，齒輪齒面應(yīng)高頻感應(yīng)加熱淬火以增加耐磨性；最后一級(jí)采用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)；采用精度高的軸承及合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛性。如采用大扭矩寬調(diào)速的直流電機(jī)與絲杠直接相連應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)絲杠副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定的、并可預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等辦法來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。第七章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié) 概 述數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過(guò)程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過(guò)數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過(guò)程中無(wú)法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。(4)主軸速度的變換迅速可靠。（4）盡量消除傳動(dòng)間隙，減小反向死區(qū)誤差。3．良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。(1) 圖72是三位液壓撥叉的作用原理圖。在XK5040型數(shù)控立銑中需按“點(diǎn)動(dòng)”按鈕使主電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)沖動(dòng)接通，在其它自動(dòng)變速的數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，通常增設(shè)一臺(tái)微電機(jī)，它在撥叉移動(dòng)滑移齒輪的同時(shí)帶動(dòng)各傳動(dòng)齒輪作低速回轉(zhuǎn)，這樣，滑移齒輪便能順利嚙合。主電動(dòng)機(jī)為德國(guó)西門子公司的產(chǎn)品，額定轉(zhuǎn)速為2000r/min，最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，最低轉(zhuǎn)速為35r/min。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸的關(guān)鍵問(wèn)題。1）圓形滑枕 圓形滑枕又稱套筒式滑枕，這種圓形斷面的滑枕和主軸箱孔的制造工藝簡(jiǎn)便，使用中便于接近工件加工部位。圖77 棱形滑枕a）滑枕外形 b）滑枕截面（2） 主軸箱移動(dòng)式這種結(jié)構(gòu)又有兩種型式，一種是主軸箱移動(dòng)式，另一種是滑枕主軸箱移動(dòng)式。其斷面尺寸足可以安裝各種附件。角接觸球軸承具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，但它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。在主軸的結(jié)構(gòu)上，要處理好卡盤或刀具的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙的調(diào)整、主軸組件的潤(rùn)滑和密封以及工藝上的一系列問(wèn)題。刀夾1以錐度為7:24的錐柄在主軸3前端的錐孔中定位，并通過(guò)擰緊在錐柄尾部的拉釘2拉緊在錐孔中。圖79 自動(dòng)換刀數(shù)控立式銑鏜床主軸部件（JCS018）1刀夾 2拉釘 3主軸 4拉桿 5碟形彈簧 6活塞 7液壓缸10行程開關(guān) 9壓縮空氣管接頭 11彈簧 12 鋼球 13端面鍵自動(dòng)清除主軸孔中切屑和灰塵是換刀操作中的一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。這種主軸準(zhǔn)停裝置的工作原理如圖710所示。設(shè)計(jì)中，通過(guò)在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪，以減小脈沖當(dāng)量，預(yù)緊傳動(dòng)滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪等傳動(dòng)件的間隙等辦法，可達(dá)到提高傳動(dòng)精度和定位精度的目的。4． 無(wú)間隙傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈的各傳動(dòng)副中，直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度；因此，應(yīng)盡量消除傳動(dòng)間隙，減小反向死區(qū)誤差。 下面從機(jī)械傳動(dòng)的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的主要傳動(dòng)裝置進(jìn)行扼要介紹。電動(dòng)機(jī)至絲杠間的速比運(yùn)動(dòng)平衡方程式如下： 式中 ——伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，； ——脈沖頻率（次/s）；——工作臺(tái)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為時(shí)的移動(dòng)速度 (mm/min)。假定小齒輪A、C直徑相同，大齒輪B、D為實(shí)心齒輪。 圖713 同步齒形帶傳動(dòng)2．滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)（1）滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，以減少摩擦，如圖714所示。3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。導(dǎo)程L：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。若絲杠副的名義直徑d0不變，導(dǎo)程小，則螺旋升角λ也小，傳動(dòng)效率η也變小。第一圈滾珠承受總負(fù)載的50%左右，第二圈約承受30%；第三圈約為20%。在圖716中，滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)法線與絲杠軸線的垂直線間之夾角稱為接觸角β。如圖716b，當(dāng)偏心e決定后，只在滾珠直徑db滾道內(nèi)相切的兩點(diǎn)接觸，接觸角β不變。圖717 外循環(huán)滾珠絲杠圖718 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠由于滾珠在進(jìn)入和離開循環(huán)反向裝置時(shí)容易產(chǎn)生較大的阻力，而且滾珠在反向通道中的運(yùn)動(dòng)多屬前珠推后珠的滑移運(yùn)動(dòng)，很少有“滾動(dòng)”，因此滾珠在反向裝置中的摩擦力矩M反在整個(gè)滾珠絲杠的摩擦力矩Mt中所占比重較大，而不同的循環(huán)反向裝置由于回珠通道的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，以及曲率半徑的差異，因而M反/Mt的比值不同，表71列出了國(guó)產(chǎn)滾珠絲杠副的幾種不同循環(huán)反向方式的比較。在高剛度傳動(dòng)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合不宜采用備注是內(nèi)循環(huán)產(chǎn)品中有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)正逐漸被F型取代是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)3）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度有要求外，對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動(dòng)精度。(a)墊片調(diào)隙式（圖719） 通常用螺釘來(lái)連接滾珠絲杠兩個(gè)螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片。圖721雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)2單螺母 4內(nèi)齒圈除了上述三種雙螺母加預(yù)緊力的方式外，還有單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊及單螺母鋼球過(guò)盈預(yù)緊方式。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，絲杠的制造誤差使得它在工作時(shí)負(fù)載分布不均勻，從而降低承載能力和接觸剛度，并使預(yù)緊力和驅(qū)動(dòng)力矩不穩(wěn)定。任意300mm螺紋長(zhǎng)度內(nèi)的導(dǎo)程誤差ΔL300，螺紋全長(zhǎng)內(nèi)的導(dǎo)程誤差ΔLl?！癎Q”為滾珠絲杠螺紋的代號(hào)，50為公稱直徑（φ50mm），8表示基本導(dǎo)程為8mm，2為精度等級(jí)，左旋螺紋應(yīng)在最后標(biāo)“LH”字，右旋不標(biāo)。③兩端裝推力軸承，見圖724c。此時(shí)步進(jìn)電機(jī)接受控制機(jī)的指令脈沖后，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓扭矩放大器及減速齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠副轉(zhuǎn)換為主軸箱的立向（垂直）移動(dòng)。滾珠絲杠副常用防塵密封圈和防護(hù)罩。因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙，以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)精度。但如增大圓錐面的角度，則將使嚙合條件惡化。彈簧的拉力使薄片齒輪錯(cuò)位，即兩個(gè)薄片齒輪的左右齒面分別緊貼在寬齒輪齒槽的左右齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙。圖730是軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法，其特點(diǎn)是齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。當(dāng)換刀指令發(fā)出后，小型電機(jī)1起動(dòng)正轉(zhuǎn)，通過(guò)平鍵套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪4轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼裝置由發(fā)信體1電刷114組成，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷。圖732為臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭。為了改善主軸結(jié)構(gòu)的裝配工藝性，整個(gè)主軸部件裝在套筒4內(nèi)，只要卸去螺釘17，就可以將整個(gè)部件抽出。刀盤上既可以安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾（車刀夾、鏜刀夾、彈簧夾頭、莫氏刀柄），夾持刀具進(jìn)行加工，還可安裝動(dòng)力刀夾進(jìn)行主動(dòng)切削，配合主機(jī)完成車、銑、鉆、鏜等各種復(fù)雜工序，實(shí)現(xiàn)加工程序自動(dòng)化、高效化。在進(jìn)行刀具交換之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放入刀庫(kù)。例如，圖734為自動(dòng)換刀數(shù)控立式車床的示意圖，刀庫(kù)7固定在橫梁4的右端，它可作回轉(zhuǎn)以及上下方向的插刀和拔刀運(yùn)動(dòng)。3. 用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀的自動(dòng)換刀裝置這種自動(dòng)換刀裝置實(shí)際是轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置和刀庫(kù)換刀裝置的結(jié)合，其工作原理如圖736所示。圖737所示的數(shù)控立式鏜銑床就是采用這類刀具交換方式的實(shí)例。這幾種機(jī)械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀以及返回等全部動(dòng)作。V形槽夾持結(jié)構(gòu)（圖740a）適用于圖738的各種機(jī)械手，這是由于機(jī)械手爪的形狀和V形槽能很好的吻合。圖741c右邊的一種機(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁?kù)及主軸時(shí)，兩臂可伸縮。第五節(jié) 數(shù)控機(jī)床的輔助裝置一、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功用有兩個(gè)：一是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)以JCS013型自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鏜銑床的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為例介紹如下，見圖742。蝸輪11下部的內(nèi)、外兩面均裝有加緊瓦12和13。這種數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用開環(huán)系統(tǒng)，其定位精度主要取決于蝸桿蝸輪副的運(yùn)動(dòng)精度，雖然采用高精度的五級(jí)蝸桿蝸輪副，并用雙螺距蝸桿實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，但還不能滿足機(jī)床的定位精度（177。這種分度方式的分度精度主要由定位銷和定位孔的尺寸精度及位置精度決定，最高可達(dá)177。3s）?；钊?上移時(shí)，通過(guò)推力軸承5使分度工作臺(tái)1也向上抬起，齒盤6和7脫離嚙合（上齒盤6固定在工作臺(tái)1上，下齒盤7固定在底座上）。（3）分度工作臺(tái)下降，并定位壓緊。齒盤式分度工作臺(tái)和其他分度工作臺(tái)相比，具有重復(fù)定位精度高、定位剛性好和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此，迅速而有效地排除切屑，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工而言是十分重要的，而排屑裝置正是完成這項(xiàng)工作的一種數(shù)控機(jī)床的必備附屬裝置。在數(shù)控車床和磨床上的切屑中往往混合著切削液，排屑裝置從其中分離出切屑，并將它們送入切屑收集箱（車）內(nèi)，而切削液則被回收到冷卻液箱。因此，目前除廣泛用于數(shù)控機(jī)床外，還用在各種加工和測(cè)量裝置中。管道4中的節(jié)流閥用來(lái)限制工作臺(tái)的下降速度，保護(hù)齒面不受沖擊。（2）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度。8型轉(zhuǎn)塔式坐標(biāo)臥式鉆床的齒盤分度工作臺(tái)，圖744為分度工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)圖，圖745為分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。定位銷和定位孔襯套的制造精度和裝配精度都要求很高，且均需具有很高的硬度，以提高耐磨性，保證足夠的使用壽命。因此，需要在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償?shù)慕嵌任恢煤脱a(bǔ)償脈沖的符號(hào)（正向或反向），記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使液壓缸上腔油液流回油箱。從動(dòng)齒輪4與蝸桿10用楔形的拉緊銷釘5來(lái)連接，這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，從外形看來(lái)和通用機(jī)床的分度工作臺(tái)沒(méi)有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點(diǎn)。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手由刀庫(kù)取出“新刀”裝入機(jī)床主軸，見圖741d。法蘭盤夾持結(jié)構(gòu)（740b）適用于鉗式機(jī)械手裝夾，這是由于法蘭盤的兩邊可以同時(shí)伸出鉗口，因此在使用中間輔助機(jī)械手時(shí)能夠方便的將刀具從一個(gè)機(jī)械手傳遞給另一個(gè)機(jī)械手。由于雙臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手（圖738a、b、c）的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，而且能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫(kù)中的刀具，因此換刀時(shí)間可以進(jìn)一步縮短。它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因而每交換一次刀具，工作臺(tái)和主軸箱就必須沿著三個(gè)坐標(biāo)軸作兩次來(lái)回的運(yùn)動(dòng)，因而增加了換刀時(shí)間。當(dāng)用一個(gè)刀具主軸上的刀具進(jìn)行加工時(shí)，可由機(jī)械手2將下一工步需用的刀具換至不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn)180o，即完成了換刀工作。2. 用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸之間換刀的自動(dòng)換刀裝置這是目前用的最普遍的一種自動(dòng)換刀裝置，其布局結(jié)構(gòu)多種多樣，JCS