第五章數控機床的機械傳動結構

內容提要本章將討論數控機床的主運動系統、進給系統機械結構、運動傳動機構以及典型部件等的功能、實現方法和安裝調試方法。第五章數控機床的機械傳動結構一、概述1。定義、功用、組成

定義主運動系統：指驅動主軸運動的系統。主軸：指帶動刀具和工件旋轉，產生切削運動且消耗功率最大的運動軸。功用：傳遞動力：傳遞切削加工所需要的動力傳遞運動：傳遞切削加工所需要的運動運動控制：控制主運動的大小方向開停第一節數控機床的主運動結構第五章數控機床的機械傳動結構.組成：（1）動力源：電機（2）傳動系統：定比傳動機構、變速裝置（3）運動控制裝置:離合器、制動器等（4）執行件：主軸第一節數控機床的主運動結構

動力功率高由于日益增長的對高效率要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數NC機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般NC機床的主軸驅動功率在3.7kw~250kw之間。第一節數控機床的主運動結構1.對主傳動系統要求第一節數控機床的主運動結構

調速范圍寬調速范圍：有恒扭矩、恒功率調速范圍之分。現在，數控機床的主軸的調速范圍一般在：100～10000，且能無級調速。要求恒功率調速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負載波動時，速度應穩定。控制功能的多樣化同步控制功能：NC車床車螺紋用；主軸準停功能：加工中心自動換刀、NC車床車螺紋用；恒線速切削功能：NC車床和NC磨床在進行端面加工時，為了保證端面加工的粗糙度要求，要求接觸點處的線速度為恒值；C軸控制功能：車削中心。第一節數控機床的主運動結構性能要求高

電機過載能力強。要求有較長時間(1~30min)和較大倍數的過載能力在斷續負載下，電機轉速波動要小。

速度響應要快，升降速時間要短。

電機溫升低，振動和噪音小。

可靠性高，壽命長，維護容易。

體積小，重量輕，與機床聯接容易。第一節數控機床的主運動結構2。主運動變速系統的參數運動參數：主運動速度有關的參數：變速范圍、轉速等。動力參數：電機功率、扭矩。第一節數控機床的主運動結構動力參數主運動的功率N=Nc/(kw)第一節數控機床的主運動結構主運動的調速范圍主軸的調速范圍是指主軸變速能力：通常數控機床的都較普通機床要高，Rn：100~10000第一節數控機床的主運動結構二、主運動的配置形式和驅動電機根據數控機床的要求，主運動系統的配置有以下四類第一節數控機床的主運動結構1)普通電機—機械變速系統—主軸部件第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構優點：能夠滿足各種切削運動轉矩輸出的要求，但變速范圍不大，由于是有級變速使切削速度的選擇受到限制，而且該配置的結構較復雜，所以現在僅有少數經濟型數控機床采用該配置，其它已很少采用。2)變頻器—交流電機—1~2機械變速—主軸部件第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構這種配置的結構簡單、安裝調試方便，且在傳動上能滿足轉速與轉矩的輸出要求，但其調速范圍及特性相對于交、直流主軸電機系統而言要差一些。主要用于經濟型或中低檔數控機床上。

3)交、直主軸電機

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主軸部件這種配置形式同上面一樣，但電機是性能更好交直流主軸電機，其變速范圍寬，最高轉速可達8000r/min，且控制功能豐富，可滿足中高檔數控機床的控制要求第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構

4)電主軸

電主軸又稱內裝式主軸電機，即主軸與電機轉子合為一體，其優點是主軸部件結構緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止的響應特性，利于控制振動和噪聲。轉速高，目前最高可達200000r/min。其缺點是電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式電機主軸的關鍵問題

第一節數控機床的主運動結構車床用電主軸第一節數控機床的主運動結構銑床用電主軸第一節數控機床的主運動結構三、主軸部件1。概述功用：夾持工件或刀具實現切削運動；傳遞運動及切削加工所需要的動力。組成：主軸、支承、傳動零件、裝夾刀具或工件的附件及輔助零部件。第一節數控機床的主運動結構要求：主軸的精度要高。包括運動精度(回轉精度、軸向串動)、和安裝刀具或夾持工件的夾具的定位精度(軸向、徑向)。部件的結構剛度和抗振性好。較低的運轉溫升以及較好的熱穩定性。部件的耐磨性和精度保持性好。自動可靠的裝夾刀具或工件第一節數控機床的主運動結構對數控機床除上述要求外，還應有：(在機械結構方面)刀具的自動夾緊裝置主軸的準停裝置主軸孔的清理裝置等三、主軸部件第一節數控機床的主運動結構主軸部件的結構主軸端部的結構形式端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，因此，要保證刀具或夾具定位（軸向、定心）準確，裝夾可靠、牢固，而且裝卸方便。目前，主軸的端部形狀已標準化。第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構主軸部件的支承作用：支承主軸、承受作用在主軸上的各種作用力（傳動力、切削抗力等）要求：轉速、精度和相應的承載能力（即有足夠的軸向和徑向剛度）。第一節數控機床的主運動結構

主軸部件常用軸承的類型和精度等級類型：滾動軸承、滑動軸承（動壓、靜壓）、空氣靜壓軸承、陶瓷軸承、磁懸浮軸承精度等級E(高級)、D(精密級)、C(特精級)、B(超精級)普通精度的機床，前支承用C、D，后支承用D、E級，前支承比后支承高一個精度等級。精度較高的機床，前后支承均用B級精度。第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構滾動軸承第一節數控機床的主運動結構動壓軸承第一節數控機床的主運動結構靜壓軸承第一節數控機床的主運動結構空氣軸承第一節數控機床的主運動結構磁力（磁懸浮）軸承主軸軸承的配置對主軸支承的基本要求是：A．前后支承都應有承受徑向載荷的軸承。支承方式：兩支承、三支承等。B．要有承受雙向軸向載荷式的推動軸承。定位方式：前端定位:后端定位:兩端定位:第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構主軸滾動軸承的預緊預緊：是對軸承軸向和徑向間隙進行調整，并使軸承滾道預先承受一定的載荷。作用：a.消除間隙b.提高軸承的接觸剛度第一節數控機床的主運動結構方法：徑向間隙的消除方法在錐面上軸向移動-薄壁脹大-徑向間隙消除第一節數控機床的主運動結構

內外圈相對移動-錯位-消除徑向和軸向間隙第一節數控機床的主運動結構防松第一節數控機床的主運動結構數控機床的典型主軸部件第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構第一節數控機床的主運動結構第二節進給系統的機械傳動結構第六章數控機床的機械傳動結構一、概述1、進給系統的功用協助完成加工表面的成形運動，傳遞所需的運動及動力。2、進給系統機械部分的組成傳動機構+運動變換機構+導向機構+執行件（工作臺）傳動機構:齒輪傳動、同步帶傳動運動變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等導向機構：導軌（滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌）第二節進給系統的機械傳動結構工作臺導軌副3、主要要求1.減小摩擦力采用摩擦力及動靜摩擦力差值較小的傳動件及導軌.2.提高傳動精度和剛度消除傳動間隙,增加傳動系統剛度.3.減小運動慣量快速響應.減小運動部件質量.第二節進給系統的機械傳動結構1、功用：扭矩匹配慣量匹配脈沖當量匹配降速二、齒輪傳動第二節進給系統的機械傳動結構2、消除傳動間隙作用：消除反向間隙，提高傳動精度方法：使嚙合狀態輪齒的兩側均處于接觸狀態。實現：偏心軸調整、軸向墊片調整（剛性）軸向壓簧調整、周向壓簧調整（柔性）第二節進給系統的機械傳動結構第二節進給系統的機械傳動結構第二節進給系統的機械傳動結構由于伺服電機性能的提高，目前許多場合都采用伺服電機與絲杠直接相聯

第二節進給系統的機械傳動結構三、聯軸節彈性聯軸節第二節進給系統的機械傳動結構四、絲杠螺母副

功用：將旋轉運動變換成直線運動

分類：滑動絲杠螺母副（舊機床數控化改造、經濟型）滾珠絲杠螺母副（廣泛采用、普及型、高檔型）靜壓絲杠螺母副（用于高精度數控機床）第二節進給系統的機械傳動結構

1、滾珠絲杠螺母副概述工作原理：絲桿（螺母）旋轉，滾珠在封閉滾道內沿滾道滾動、迫使螺母（絲桿）軸向移動第二節進給系統的機械傳動結構

滾珠循環方式

外循環滾珠在循環過程中回珠時與絲杠脫離接觸的結構；采用弧形銅管形成滾珠返回通道，由彎管的端部引導滾珠；

其工作圈數是2.5圈或3.5圈，1～2列。絲桿第二節進給系統的機械傳動結構內循環滾珠在循環過程中始終與絲杠保持接觸的結構。采用圓柱凸鍵反向器實現滾珠循環，反向器嵌入螺母內工作圈數是3列第二節進給系統的機械傳動結構

比較外循環方式制造工藝簡單、應用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，易磨損，噪音較大。內循環螺母結構緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易發生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點是結構復雜、制造較困難。

第二節進給系統的機械傳動結構特點：傳動效率高：0.90到0.96傳動精度高:可消除間隙摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小不能自鎖第二節進給系統的機械傳動結構滾珠絲杠螺母副的選用原則：機床精度→選用滾珠絲杠精度，機床載荷→選定絲杠尺寸參數，驗算：扭轉剛度、壓曲剛度、臨界轉速與工作壽命

第二節進給系統的機械傳動結構精度等級選擇滾珠絲杠的精度對數控機床的定位精度有直接影響。主要精度指標：螺距（導程）誤差、累積誤差/300mm。普通數控機床選用D級，精密數控機床選用C級；。滾珠絲杠的熱變形對數控機床定位精度的影響也不容忽視；第二節進給系統的機械傳動結構絲桿D0td0第二節進給系統的機械傳動結構長度L：L=工作行程+螺母長度+（5～10）名義直徑D0：D0↑，絲杠承載能力和剛度越大。通常大于L/30--L/35。螺距t：t小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高；但傳動效率低，承載能力低，應折中考慮。滾珠直徑d0：d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0=0.6t.滾珠的工作圈數、列數和工作滾珠總數對絲杠工作特性影響較大。第二節進給系統的機械傳動結構確定尺寸參數:驗算剛度驗算：在額定軸向（扭轉）載荷作用下，進給軸的失動量。絲杠屬細長桿，受扭矩會引起的扭轉變形，產生“吃掉”輸入的現象---失動量。失動量的計算：

δ=第二節進給系統的機械傳動結構臨界轉速nc

滾珠絲杠的最高轉速是指數控機床快移時的轉速nmax。該轉速不能超過臨界轉速nc

；從自振頻率角度校核的臨界轉速ncnc=要求：nmax＜0.8nc第二節進給系統的機械傳動結構圖5-16（a）λ=1.875，圖5-16(b)λ=3.972，圖5-16(c)λ=4.730。

λ=1.875λ=3.972

λ=4.730

第二節進給系統的機械傳動結構壽命驗算：允許回轉圈數、計算壽命。滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。考核：不發生疲勞剝落情況下運轉的最長時間、長度：允許轉數L=（r）（額定壽命）時間壽命Lt=（h）長度壽命Ls=（km）要求：Lt≥20000（h)第二節進給系統的機械傳動結構

滾珠絲杠螺母副的支承形式

一端裝止推軸承，另一端自由第二節進給系統的機械傳動結構一端裝止推軸承,另一端裝向心球軸承:第二節進給系統的機械傳動結構兩端裝雙止推軸承第二節進給系統的機械傳動結構兩端裝單止推軸承第二節進給系統的機械傳動結構滾珠絲杠螺母副的制動為何要制動：傳動效率高但不能自鎖，用在垂直傳動或高速大慣量場合時需要制動裝置。制動方法：制動絲桿、制動伺服電機軸。第二節進給系統的機械傳動結構工作時：高壓油進入油缸17上腔，

17下移壓縮彈簧18，16下移，15和16之間分開間隙達到0.1～0.3mm，滾珠絲杠便能自由轉動；在停機或斷電時：17的上腔無高壓油，在18作用下，15、16接觸；滾珠絲杠5即被制動而不能自由旋轉。第二節進給系統的機械傳動結構工作時：在線圈7作用下，使齒輪8與內齒輪9脫開，彈簧受壓縮；當停機或停電時：7失電，在彈簧恢復力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機端蓋為一體，故與電機軸聯接的絲杠得到制動。

第二節進給系統的機械傳動結構第二節進給系統的機械傳動結構滾珠絲杠螺母副的安裝一般要求：滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動；螺母座孔中心應與絲杠安裝軸線同心；滾珠絲杠螺母副中心線應平行于相應的導軌能方便地進行間隙調整或預緊

滾珠絲杠螺母副的預緊目的:消除運動間隙,提高運動精度及傳動剛度.第二節進給系統的機械傳動結構方式墊片法（結構簡單、剛性好、調整較麻煩）第二節進給系統的機械傳動結構螺紋法（結構較復雜、剛性較好、調整方便）第二節進給系統的機械傳動結構齒差法（結構復雜、剛性好、能精確控制預緊量）第二節進給系統的機械傳動結構絲杠的預拉伸作用：提高傳動剛度、補償熱膨脹變形；方法：

制造時：目標行程=公稱行程－預拉伸量。

安裝后：拉伸使其恢復公稱行程值，傳動剛度提高。

工作時：發熱膨脹量抵消部分預拉伸量，絲杠拉應力下降，長度沒有變化，精度可得到保證。

第二節進給系統的機械傳動結構第二節進給系統的機械傳動結構第三節回轉工作臺和導軌定義：實現周向進給和分度運動工作臺分類：分度工作臺：實現工作臺的定角度回轉運動，即分度、轉位和定位工作。數控回轉工作臺：除了分度和轉位的功能之外，還能實現數控圓周進給運動。第三節回轉工作臺和導軌一、分度工作臺第三節回轉工作臺和導軌第三節回轉工作臺和導軌工作原理：按照控制系統的指令自動地進行，每次轉位回轉一定的角度，如（1°、5°、10°、15°、30°、45°、90°、180°）。分類：按定位元件分插銷定位；反靠定位；齒盤定位；鋼球定位。

齒盤定位分度工作臺特點分度定位精度高，一般為±3″，最高可達±0.4″。能承受能力強定位剛度高；精度保持性好。由于齒盤嚙合、脫開相當于兩齒盤對研過程，因此，隨著齒盤使用時間的延續，其定位精度還有不斷提高的趨勢。第三節回轉工作臺和導軌結構定位機構導向與支承傳動機構消除間隙第三節回轉工作臺和導軌

工作過程定位夾緊機構松開→工作臺抬起（完成分度準備工作）→工作臺進行分度回轉運動→接近目標位置時電機減速、停機實現粗定位→工作臺下降，上、下齒盤重新嚙合，實現精定位→完成定位夾緊。第三節回轉工作臺和導軌準停時位置偏差補償裝置

二、數控回轉工作臺

1。概述工作原理：實現圓周進給運動的工作臺---數控回轉工作臺（數控轉臺）功能：除了可以實現圓周進給運動之外，還可以完成分度運動。分類：開環、閉環。第三節回轉工作臺和導軌第三節回轉工作臺和導軌開環數控轉臺導向與支承傳動機構分辨率δ=消除間隙夾緊機構第三節回轉工作臺和導軌閉環數控轉臺三、雙導程蝸桿傳動

為什么要用雙導程蝸桿消除蝸桿傳動間隙，提高傳動精度在數控機床中分度工作臺、數控轉臺都廣泛采用蝸桿、蝸輪傳動。蝸輪副的嚙合側隙對其分度定位精度影響最大避免切削過程中的振動避免傳動機構因承受脈動載荷（如斷續銑削）而引起扭轉振動第三節回轉工作臺和導軌

結構特點左、右側齒距（t左

、t右）模數（m左

、m右）不同；同側齒距、模數相等；中間齒距t中相等蝸桿齒厚連續變化，即從左到右齒厚漸厚。第三節回轉工作臺和導軌消除傳動間隙原理任意兩相鄰齒（沿同一軸向截面上）從左到右齒厚漸厚，當蝸桿向左移動時，嚙合側隙將會逐漸減小。第三節回轉工作臺和導軌調整實例實例一第三節回轉工作臺和導軌實例二第三節回轉工作臺和導軌四、導軌概述導軌的作用導向：直線運動—直線導軌；圓運動—軸承支承、承載數控機床常用導軌形式塑料導軌：滑動摩擦滾動導軌：滾動摩擦靜壓導軌：液體摩擦第三節回轉工作臺和導軌

對導軌的基本要求一定的導向精度；良好的摩擦特性：摩擦系數小（較高的靈敏度），動靜摩擦系數之差小（低速平穩性好）；阻尼特性好（高速時不振動）；足夠的剛度和強度；良好的精度保持性。第三節回轉工作臺和導軌塑料導軌

什么是塑料導軌金屬對塑料型式的滑動導軌，在短導軌面上附有一層塑料，長導軌面仍為淬火磨削面；分類：貼塑導軌（聚四氟乙烯軟帶）、涂塑導軌（環氧樹脂）第三節回轉工作臺和導軌

塑料導軌的特點摩擦系數較小，0.04～0.06動靜摩擦系數之差小，且摩擦系數曲線具有上揚特性剛度高，承載能力強加工工藝簡單價格低

應用

數控化改造機床、重型數控機床（最高速度：Fmax=30m/min）第三節回轉工作臺和導軌fv塑料-鋼滑動摩擦鋼-鋼滑動摩擦3、滾動導軌工作原理：在導軌工作面之間安排滾動體,將滑動摩擦替換為滾動摩擦。結構形式及組成：滾動導軌塊直線滾動導軌第三節回轉工作臺和導軌特點：摩擦系數小，動靜摩擦系數差值小，靈敏度高移動精度和定位精度高精度保持性好已成為標準件抗振性較差第三節回轉工作臺和導軌滾動導軌塊鑲鋼導軌滾動導軌塊上導軌下導軌第三節回轉工作臺和導軌滾動導軌組件結構、形式直線滾動導軌第三節回轉工作臺和導軌弧形滾動導軌第三節回轉工作臺和導軌圓柱滾動導軌第三節回轉工作臺和導軌兩維直線滾動導軌第三節回轉工作臺和導軌直線滾動導軌單元第三節回轉工作臺和導軌組成結構第三節回轉工作臺和導軌第三節回轉工作臺和導軌第三節回轉工作臺和導軌

安裝組合形式標準組合第三節回轉工作臺和導軌倒裝組合第三節回轉工作臺和導軌側裝組合之一第三節回轉工作臺和導軌側裝組合之二第三節回轉工作臺和導軌混裝組合第三節回轉工作臺和導軌

安裝步驟①清潔第三節回轉工作臺和導軌②貼緊基準第三節回轉工作臺和導軌③裝入螺釘第三節回轉工作臺和導軌④安裝工作臺第三節回轉工作臺和導軌

預緊調整螺釘第三節回轉工作臺和導軌

塞塊（用于高精度、高剛度的場合）第三節回轉工作臺和導軌偏心插銷第三節回轉工作臺和導軌

導軌防護專用軟式防護罩大型軟式防護罩疊層式護罩第三節回轉工作臺和導軌一、概述

概念：數控機床的布局是指機床機械結構部件相對安裝位置的總體方案。第四節數控機床的布局第五章數控機床的機械傳動結構數控機床機械結構機床基礎件：床身、底座、立柱、橫梁、工作臺主運動系統（主軸）進給傳動系統輔助功能部件：氣動、潤滑、冷卻、排屑、防護等刀架或自動換刀裝置（ATC）自動托盤交換裝置（APC、AWC）特殊功能裝置：刀具破損監控、精度檢測等。

第四節數控機床的布局高自動化：要求自動保證穩定的加工精度。高精度和大功率：數控機床集高精度與重切削于一身,因此對傳動件和基礎件的結構和剛度有了更高的要求。高速度:簡化傳動機構，趨勢：“零傳動”第四節數控機床的布局二、數控機床的功能和性能對布局結構的要求工藝復合化和功能集成化：附件和輔助裝置增多

工藝復合化是指“一次裝夾，多工序加工”功能集成化是指“一機多能”。高可靠性數控機床應能在高負荷下長時間無故障連續工作，因而對機械元、部件的可靠性提出了很高的要求。第四節數控機床的布局數控機床總體布局與工藝因素表面形成方法對總體布局的影響

數控車床，數控銑床、數控齒輪加工機床等工序集中

加工中心、五面加工機床、車銑復合機床等工件的尺寸、重量對布局的影響

小型、中型、大型和重型數控機床；三、影響數控機床總體布局的因素第四節數控機床的布局總體布局與刀庫配置盤式刀庫、鏈式刀庫等總體布局與操作使用方便操作、使用等總體布局與其它機電一體化結構全封閉式結構第四節數控機床的布局數控機床的總體布局實例第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局第四節數控機床的布局四、數控機床的總體布局實例第四節數控機床的布局四、數控機床的總體布局實例第四節數控機床的布局四、數控機床的總體布局實例第四節數控機床的布局四、數控機床的總體布局實例第四節數控機床的布局謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLM