数控机床的典型部件

9第九章数控机床的典型部件 第九章 数控机床的典型部件9.1 数控机床的主轴系统数控机床的主轴系统 9.2 数控机床的进给系统数控机床的进给系统 9.3 床身与立柱床身与立柱 9.4 机床导轨机床导轨 9.5 自动换刀装置自动换刀装置 9.6 数控机床的位置检测装数控机床的位置检测装 9.7 自动排屑装置自动排屑装置 9第九章数控机床的典型部件 9.1数控机床的主轴系统数控机床的主轴系统 9.1.19.1.1对数控机床主轴系统的要求对数控机床主轴系统的要求数数控控机机床床主主轴轴系系统统是是数数控控机机床床的的主主运运动动传传动动系系统统。数数控控机机床床主主轴轴运运动动是是机机床床成成型型运运动动之之一一。它它的的精精度度决决定定了了零零件件的的加加工工精精度度。数数控控机机床床是是具具有有高高效效率率的的机机床床，因因此此它它的的主主轴轴系系统必须满足如下要求：统必须满足如下要求：1 1具具有有更更大大的的调调速速范范围围并并实实现现无无级级调调速速。数数控控机机床床为为了了保保证证加加工工时时能能选选用用合合理理的的切切削削用用量量，从从而而获获得得更更高高的的生生产产率率、加加工工精精度度和和外外表表质质量量，必必须须要要求求能能在在较较大大的的调调速速范范围围内内实实现现无无级级调调速速。一一般般要要求求主主轴轴具具备备1110010010001000的的恒恒转转矩调速范围和矩调速范围和110110的恒功率调速范围。的恒功率调速范围。9第九章数控机床的典型部件(2)具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低。数控机床加工精度的提高，与主轴系统具有较高的精度密切相关。为此，要提高传动件的制造精度与刚度，就要对齿轮齿面高频感应加热淬火，以增加耐磨性；最后一级采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用精度高的轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。9第九章数控机床的典型部件 3良好的抗振性和热稳定性。数控机床加工时，可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起的冲击力的干扰，会使主轴产生振动，从而影响加工精度和外表粗糙度，严重时甚至可能破坏刀具和主轴系统中的零件，使其无法工作。主轴系统发热使其中的零部件产生热变形，降低传动效率，破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度，造成加工误差。为此，主轴组件要有较高的固有频率，实现动平衡，保持适宜的配合间隙并进行循环润滑等。9第九章数控机床的典型部件 4在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能。在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴与进给驱动实行同步控制，即主轴具有旋转进给轴(C轴)的控制功能。5在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。在加工中心上自动换刀时，主轴须停止在一个固定不变的方位上，以保证换刀位置的准确以及某些加工工艺的需要，即要求主轴具有高精度的准停功能。9第九章数控机床的典型部件(6)具有恒线速度切削控制功能。利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求刀具切削的线速度为恒定值，随着刀具的径向进给，切削直径的逐渐减小，应不断提高主轴转速，并维持线速度为常数。此外，为了获得更高的运动精度，要求主运动传动链尽可能短，同时，由于数控机床特别是加工中心通常配备有多把刀具，要求能够实现主轴上刀具的快速及自动更换。9第九章数控机床的典型部件 9.1.29.1.2数控机床主轴的传动方式数控机床主轴的传动方式数数控控机机床床主主运运动动调调速速范范围围很很宽宽，其其主主轴轴的的传传动动方方式式主主要要有以下几种。有以下几种。1 1带有变速齿轮的主轴传动带有变速齿轮的主轴传动如如图图9 91 1a a所所示示，这这是是大大中中型型数数控控机机床床较较常常采采用用的的配配置置方方式式，通通过过少少数数几几对对齿齿轮轮传传动动，扩扩大大变变速速范范围围，确确保保低低速速时时有有较较大大的的扭扭矩矩，以以满满足足主主轴轴输输出出扭扭矩矩特特性性的的要要求求。滑滑移移齿齿轮轮的的移移位位大大多多采采用用液液压压拨拨叉叉或或直直接接由由液液压压缸缸驱驱动动齿齿轮轮来来实实现。现。9第九章数控机床的典型部件 图91数控机床主传动的四种配置方式(a)齿轮变速；(b)带传动；(c)两个电机分别驱动；(d)调速电机直接驱动 9第九章数控机床的典型部件 2通过带传动的主轴传动如图91b所示，这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。电机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以防止由齿轮传动所引起的振动和噪声。它适用于高速低转矩特性的主轴，常用的有多楔带和同步齿形带。9第九章数控机床的典型部件 数控机床上应用的多楔带又称为复合三角带，其横向断面呈多个楔形，楔角为40，如图92a所示。传递负载主要靠强力层。强力层中有多根钢丝绳或涤纶绳，具有较小的伸长率、较大的抗拉强度和抗弯疲劳强度。多楔带综合了V带和平带的优点，运转时振动小、发热少、运转平稳、重量小，因此可在40ms的线速度下使用。此外，多楔带与带轮的接触好、负载分布均匀，即使瞬时超载，也不会产生打滑，而传递功率比V带大20%30%，因此能够满足主传动高速、大转矩和不打滑的要求。多楔带在安装时需要较大的张紧力，使得主轴和电机承受较大的径向负载，这是多楔带的一大缺点。多楔带按齿距可分为三种规格：J型齿距为2.4mm，L型齿距为4.8mm，M型齿距为9.5mm。可依据功率转速选择图选出所需的多楔带的型号。9第九章数控机床的典型部件 图92带的结构形式(a)多楔带;(b)同步齿形带 9第九章数控机床的典型部件 同步齿形带传动是一种综合了带传动和链传动优点的新型传动方式。同步齿形带的带型有梯形齿和圆弧齿，如图92b所示。同步齿形带的结构和传动如图93所示。带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮与轮齿相嵌合，进行无滑动的啮合传动。带内采用了加载后无弹性伸长的材料做强力层，以保持带的节距不变，可使主、从动带轮进行无相对滑动的同步传动。与一般带传动相比，同步齿形带传动具有如下优点：9第九章数控机床的典型部件(1)传动效率高，可达98%以上；(2)无滑动，传动比准确；(3)传动平稳，噪声小；(4)使用范围较广，速度可达50ms，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦；(5)维修保养方便，不需要润滑；(6)安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，本钱高。9第九章数控机床的典型部件 图93同步齿形带的结构和传动 9第九章数控机床的典型部件 3用两个电机分别驱动主轴传动用两个电机分别驱动主轴传动如图91c所示，它是上述两种方式的混合传动，具有上述两种方式的性能。高速时，由一个电机通过带传动；低速时，由另一个电机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，防止了低速时转矩不够且电机功率不能充分利用的问题。但两个电机不能同时工作，也是一种浪费。9第九章数控机床的典型部件 4调速电机直接驱动主轴传动由调速电机直接驱动主轴传动如图91d所示。这种主轴传动方式是由电机直接带动主轴旋转，即直接驱动式，如图94所示。它大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出的扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。9第九章数控机床的典型部件 图94直接驱动式 9第九章数控机床的典型部件 近年来出现了一种新式的内装电机主轴，即主轴与电机转子合为一体。其优点是主轴组件结构紧凑、重量和惯量小，可提高启动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声；缺点是电机运转产生的热量易使主轴产生热变形。因此，温度控制和冷却是使用内装电机主轴的关键问题。图95所示为日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电机主轴最高转速可达180000rmin。见小节 9第九章数控机床的典型部件 图95日本研制的立式加工中心主轴组件 9第九章数控机床的典型部件 9.1.39.1.3主轴部件主轴部件主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的支撑和安装在主轴上的传动零件等。主轴部件质量的好坏直接影响到加工质量。1 1主轴端部的结构形状主轴端部的结构形状主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、联结牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主轴端部的结构形状都已标准化，图96所示为普通机床和数控机床所通用的几种主轴端部的结构形式。9第九章数控机床的典型部件 图96主轴端部的结构形式(a)车床主轴端部；(b)铣、镗类机床主轴端部；(c)外圆磨床砂轮主轴端部；(d)内圆磨床砂轮主轴端部；(e)普通镗杆装在钻床主轴上的端部；(f)组合机床主轴端部 9第九章数控机床的典型部件 2 2主轴轴承的类型主轴轴承的类型1 1滚动轴承滚动轴承滚滚动动轴轴承承摩摩擦擦阻阻力力小小，可可以以预预紧紧，润润滑滑维维护护简简单单，能能在在一一定定的的转转速速范范围围和和载载荷荷变变动动范范围围内内稳稳定定地地工工作作。滚滚动动轴轴承承由由专专业业化化工工厂厂生生产产，选选购购维维修修方方便便，在在数数控控机机床床上上被被广广泛泛采采用用。但但与与滑滑动动轴轴承承相相比比，滚滚动动轴轴承承的的噪噪声声大大，滚滚动动体体数数目目有有限限，刚刚度度是是变变化化的的，抗抗振振性性略略差差并并且且对对转转速速有有很很大大的的限限制制。数数控控机机床床主主轴轴组组件件在在有有可可能能的的条条件件下下，应应尽尽量量使使用用滚滚动动轴轴承承，特特别别是是大大多多数数立立式式主主轴轴和和主主轴轴装装在在套套筒筒内内能能够够作作轴轴向向移移动动的的主主轴轴，这这时时滚滚动动轴轴承承可可以以用用润润滑滑脂脂润润滑滑以以防防止止漏漏油油。图图9 97 7为为主轴常用的滚动轴承类型。主轴常用的滚动轴承类型。9第九章数控机床的典型部件 图97主轴常用的滚动轴承(a)锥孔双列圆柱滚子轴承；(b)双列推力向心球轴承；(c)双列圆锥滚子轴承；(d)带凸肩的双列空心圆柱滚子轴承；(e)带预紧弹簧的单列圆锥滚子轴承；(f)角接触滚子轴承 9第九章数控机床的典型部件 2滑动轴承滑动轴承在数控机床上最常使用的是静压滑动轴承。静压滑动轴承的油膜压强是由液压缸从外界供给的，它和主轴转与不转、转速的上下无关忽略旋转时的动压效应。它的承载能力不随转速而变化，而且无磨损，启动和运转时摩擦阻力力矩相同，因此静压轴承的刚度大，回转精度高，但静压轴承需要一套液压装置，本钱较高。9第九章数控机床的典型部件 3 3主轴轴承的支撑形式主轴轴承的支撑形式主轴轴承的支撑形式主要取决于主轴转速特性的速度因素和对主轴刚度的要求。主轴轴承常见的支撑形式有以下三种，如图98所示。9第九章数控机床的典型部件 图98主轴轴承常见的支撑形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三 9第九章数控机床的典型部件 1前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心推力球轴承(见图98a)。此配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求。它普遍用于各类数控机床主轴。2前支撑采用高精度双列向心推力球轴承(见图98b)。向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000rmin，但它的承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴。9第九章数控机床的典型部件 3前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承(见图98c)。这种轴承的径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。其安装、调整性能好，但这种支撑方式限制了主轴转速和精度，因此可用于中等精度、低速、重载的数控机床的主轴。9第九章数控机床的典型部件 4 4滚动轴承的间隙与预紧滚动轴承的间隙与预紧滚滚动动轴轴承承存存在在较较大大间间隙隙时时，载载荷荷将将集集中中作作用用于于受受力力方方向向上上的的少少数数滚滚动动体体上上，使使得得轴轴承承刚刚度度下下降降，承承载载能能力力下下降降，旋旋转转精精度度变变差差。将将滚滚动动轴轴承承进进行行适适当当预预紧紧，使使滚滚动动体体与与内内外外圈圈滚滚道道在在接接触触处处产产生生一一定定量量的的预预变变形形，就就可可使使受受载载后后承承载载的的滚滚动动体体数数量量增增多多，受受力力趋趋向向均均匀匀，从从而而提提高高轴轴承承承承载载能能力力和和刚刚度度，有有利利于于减减少少主主轴轴回回转转轴轴线线的的漂漂移移，提提高高旋旋转转精精度度。但但过过盈盈量量不不宜宜太太大大，否否那那么么会会使使轴轴承承的的摩摩擦擦磨磨损损加加剧剧，承承载载能能力力显显著著下下降降。公公差差等等级级、轴轴承承类类型型和和工工作作条条件件不不同同的的主主轴轴组组件件，其其轴轴承承所所需需的的预预紧紧量量各各有有所所不不同同。因因此此，主主轴轴组组件件必必须须具具备备轴承间隙的调整机构。轴承间隙的调整机构。9第九章数控机床的典型部件 5 5滚动轴承的精度滚动轴承的精度主轴部件所用滚动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级C和超精级B。前支撑的精度一般比后支撑的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支撑取C，D级，后支撑用D，E级。特高精度的机床前后支撑均用B级。9第九章数控机床的典型部件 9.1.49.1.4主轴的准停主轴的准停主主轴轴准准停停功功能能又又称称为为主主轴轴定定位位功功能能，即即当当主主轴轴停停止止时时，控控制制其其停停于于固固定定位位置置，这这是是自自动动换换刀刀所所必必需需的的功功能能。在在自自动动换换刀刀的的镗镗铣铣加加工工中中心心上上，切切削削的的转转矩矩通通常常是是通通过过刀刀杆杆的的端端面面键键来来传传递递的的，这这就就要要求求主主轴轴具具有有准准确确定定位位于于圆圆周周上上特特定定角角度度的的功功能能。主主轴轴准准停停换换刀刀如如图图9 99 9所所示示。当当加加工工阶阶梯梯孔孔或或精精镗镗孔孔后后退退刀刀时时，为为防防止止刀刀具具与与小小阶阶梯梯孔孔碰碰撞撞或或拉拉毛毛已已精精加加工工的的孔孔外外表表，必必须须先先让让刀刀，再再退退刀刀，因因此此，刀刀具具就就必必须须具具有有定定位位功能。主轴准停阶梯孔或精镗孔如图功能。主轴准停阶梯孔或精镗孔如图9 91010所示。所示。9第九章数控机床的典型部件 图99主轴准停换刀示意图 9第九章数控机床的典型部件 图910主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图 9第九章数控机床的典型部件 1 1机械准停控制机械准停控制图图9 91111为为典典型型的的V V形形槽槽轮轮定定位位盘盘机机械械准准停停原原理理示示意意图图。带带有有V V形形槽槽的的定定位位盘盘与与主主轴轴端端面面保保持持一一定定的的关关系系，以以确确定定定定位位位位置置。当当准准停停指指令令到到来来时时，首首先先使使主主轴轴减减速速至至某某一一可可以以设设定定的的低低速速转转动动，当当无无触触点点开开关关有有效效信信号号被被检检测测到到后后，立立即即使使主主轴轴电电动动机机停停转转并并断断开开主主轴轴传传动动链链，此此时时主主轴轴电电动动机机与与主主轴轴传传动动件件依依惯惯性性继继续续空空转转，同同时时准准停停油油缸缸定定位位销销伸伸出出并并压压向向定定位位盘盘。当当定定位位盘盘V V形形槽槽与与定定位位销销正正对对时时，由由于于油油缸缸的的压压力力，定定位位销销插插入入V V形形槽槽中中，准准停停到到LS2LS2信信号号有有效效，说说明明准准停停动动作作完完成成。这这里里LS1LS1为为准准停停释释放放信信号号。采采用用这这种种准准停停方方式式，必必须须有有一一定定的的逻逻辑辑互互锁锁，即即LS2LS2有有效效时时才才能能进进行行下下面面诸诸如如换换刀刀等等动动作作。而而只只有有当当LS1LS1有有效效时时才才能能启启动动主主轴轴电电动动机机正正常常运运转转。上上述述准准停停功功能能通通常常可可由由数数控控系系统所配的可编程控制器完成。统所配的可编程控制器完成。9第九章数控机床的典型部件 图911典型的V形槽轮定位盘机械准停原理示意图 9第九章数控机床的典型部件 2 2电气准停控制电气准停控制目目前前国国内内外外中中高高档档数数控控系系统统均均采采用用电电气气准准停停控控制制。采采用用电电气准停控制有如下优点：气准停控制有如下优点：(1)(1)简简化化机机械械结结构构。与与机机械械准准停停相相比比，电电气气准准停停只只需需在在这这种旋转部件和固定部件上安装传感器即可。种旋转部件和固定部件上安装传感器即可。2 2缩缩短短准准停停时时间间。准准停停时时间间包包括括在在换换刀刀时时间间内内，而而换换刀刀时时间间是是加加工工中中心心的的一一项项重重要要指指标标。假假设设采采用用电电气气准准停停，即即使使主轴在高速转动时，也能快速定位于准停位置。主轴在高速转动时，也能快速定位于准停位置。3 3可可靠靠性性增增加加。由由于于无无需需复复杂杂的的机机械械、开开关关和和液液压压缸缸等等装装置置，也也没没有有机机械械准准停停所所形形成成的的机机械械冲冲击击，因因此此准准停停控控制制的的寿命与可靠性大大增加。寿命与可靠性大大增加。9第九章数控机床的典型部件 4性能价格比提高。由于简化了机械结构和强电控制逻辑，因此这局部的本钱大大降低。但电气准停常作为选择功能，这是因为订购电气准停附件需另加费用。但总体来看，其性价比比机械准停大大提高。9第九章数控机床的典型部件 1磁传感器主轴准停控制磁传感器主轴准停控制由主轴驱动自身完成。主轴驱动完成准停后会向数控装置答复完成信号ORE，然后数控系统再进行下面的工作。其根本结构如图68所示。当主轴转动或停止时，一旦接收到数控装置发来的准停开关信号，主轴立即加速或减速至某一准停速度(可在主轴驱动装置中设定)。主轴到达准停速度且准停位置到达时(即磁发体与磁传感器对准)，主轴立即减速至某一爬行速度(可在主轴驱动装置中设定)。然后当磁传感器信号出现时，主轴驱动立即进入磁传感器作为反响元件的位置闭环控制，目标位置为准停位置。准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号给数控装置，从而可进行自动换刀(ATC)或其他动作。磁发体与磁传感器在主轴上的位置如图912所示。9第九章数控机床的典型部件 图912磁发体与磁传感器在主轴上的位置 9第九章数控机床的典型部件 2)编码器主轴准停控制图913为编码器主轴准停控制原理图。可采用主轴电动机内部安装的编码器信号(来自于主轴驱动装置)，也可以在主轴上直接安装另外一个编码器。采用前一种方式要注意传动链对主轴准停精度的影响。主轴驱动装置内部可自动转换，使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。准停角度可由外部开关量(12位)设定，这一点与磁准停不同，磁准停的角度无法随意设定，要想调整准停位置，只有调整磁发体与磁传感器的相对位置。其步骤与传感器类似。9第九章数控机床的典型部件 图913编码器主轴准停控制原理图 9第九章数控机床的典型部件 3数控系统主轴准停控制这种准停控制方式是由数控系统完成的，采用这种控制方式时需注意以下问题：1数控系统须具有主轴闭环控制功能。通常为防止冲击，主轴驱动都具有软启动功能，但这对主轴位置闭环控制会产生不良影响。此时，假设位置增益过低，那么准停精度和刚度(克服外界扰动的能力)不能满足要求；假设过高，那么会产生严重的定位振荡现象。因此必须使主轴进入伺服状态，此时其特性与进给伺服系统相近，才可进行位置控制。9第九章数控机床的典型部件 2当采用电动机轴端编码器信号反响给数控装置时，主轴传动链精度可能对主轴精度产生影响。数控系统控制主轴准停的原理与进给位置控制的原理非常相似，如图914所示。当采用数控系统控制主轴准停时，角度指定由数控系统内部设定，因此准停角度的设定更加方便。其工作原理是：9第九章数控机床的典型部件 数控系统执行准停指令M19或M19S*时，首先将M19送至可编程控制器，可编程控制器经译码送出控制信号使主轴驱动进入伺服状态，同时数控系统控制主轴电动机降速并寻找零位脉冲C，然后进入位置闭环控制状态。如执行：M19，无S指令，那么主轴定位于相对于零位脉冲C的某一缺省位置(可由数控系统设定)。如执行M19S*，那么主轴定位于指令位置，也就是相对零位脉冲S*的角度位置。9第九章数控机床的典型部件 图914数控系统主轴准停控制原理图 9第九章数控机床的典型部件 例例M03S1000/主轴以1000rmin正转M19/主轴准停于缺省位置M19S100/主轴准停转至100处S1000/主轴再次以1000rmin正转M19S200/主轴准停至200处 9第九章数控机床的典型部件 9.1.59.1.5主轴的润滑与密封主轴的润滑与密封1 1主轴轴承的润滑方式主轴轴承的润滑方式在在数数控控机机床床上上，主主轴轴轴轴承承润润滑滑方方式式有有：油油脂脂润润滑滑、油油液液循环润滑、油雾润滑和油气润滑等。循环润滑、油雾润滑和油气润滑等。1 1油油脂脂润润滑滑方方式式。它它是是目目前前在在数数控控机机床床的的主主轴轴轴轴承承上上最最常常用用的的润润滑滑方方式式，特特别别是是在在前前支支撑撑轴轴承承上上更更为为常常用用。当当然然，如如果果主主轴轴箱箱中中没没有有冷冷却却润润滑滑油油系系统统，那那么么后后支支撑撑轴轴承承和和其其他他轴承一般也采用油脂润滑方式。轴承一般也采用油脂润滑方式。主主轴轴轴轴承承油油脂脂封封入入量量通通常常为为轴轴承承空空间间容容量量的的10%10%，切切忌忌随随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。假假设设用用油油脂脂润润滑滑方方式式，那那么么要要采采用用有有效效的的密密封封措措施施，以以防止切削液或润滑油进入轴承中。防止切削液或润滑油进入轴承中。9第九章数控机床的典型部件(2)油液循环润滑。在数控机床主轴上，有采用油液循环润滑方式的，例如装有GAMET轴承的主轴，即可使用这种方式。对一般主轴轴承来说，后支撑上采用这种润滑方式比较常见。恒温油液循环润滑冷却方式如图915所示。由油温自动控制箱控制的恒温油液，经油泵打到润轴箱，其中一路沿主轴前支撑套外圈上的螺旋槽流动，以带走主轴轴承所发出的热量；另一条路通过主轴箱内的分油器，把恒温油喷射到传动齿轮和传动轴支撑轴承上，以带走它们所产生的热量。这种方式的润滑和降温效果都很好。9第九章数控机床的典型部件 图915恒温油液循环润滑冷却方式 9第九章数控机床的典型部件 3油雾润滑方式。油雾润滑方式是将油液经高压气体雾化后，从喷嘴喷到需润滑的部位的润滑方式。由于是雾状油液，其吸热性好，又无油液搅拌作用，因此常用于高速主轴轴承的润滑。但是油雾容易吹出，污染环境，目前欧洲有些国家已经禁止使用这种润滑方式。4油气润滑方式。油气润滑方式是针对高速主轴而开发 的 新 型 润 滑 方 式。它 是 用 极 微 量 油 8 16min约0.03cm3油润滑轴承，以抑制轴承发热。其润滑原理如图916所示。油箱中的油位开关和管路中的压力开关确保在油箱中无油或压力缺乏时，能自动切断主电动机电源。9第九章数控机床的典型部件 图916油气润滑原理图 9第九章数控机床的典型部件 2.2.主轴的密封主轴的密封主轴的密封分接触式和非接触式两种。主轴的密封分接触式和非接触式两种。图图9 91717是几种非接触式密封的形式。是几种非接触式密封的形式。图图9 91717a a是是利利用用轴轴承承盖盖与与轴轴的的间间隙隙密密封封的的，轴轴承承盖盖的的孔孔内内开开槽槽那那么么是是为为了了提提高高密密封封效效果果。这这种种密密封封形形式式用用在在工工作作环环境境比比较较清清洁洁的的油油脂脂润润滑滑处处；图图9 91717b b是是在在螺螺母母的的外外圆圆上上开开锯锯齿齿形形环环槽槽，当当油油向向外外流流时时，靠靠主主轴轴传传动动的的离离心心力力把把油油沿沿斜斜面面甩甩到到端端盖盖1 1的的空空腔腔内内，油油液液流流回回箱箱内内；图图9 91717c c是是迷迷宫宫式式密密封封结结构构，在在切切屑屑多多、灰灰尘尘大大的的工工作作环环境境下下可可获获得得可可靠靠的的密密封封效效果果，这这种种结结构构适适用用油油脂脂或或油油液液润润滑滑的的密密封封。非非接接触触式式的的油油液液密密封封时时，为为了了防防漏漏，应应保保证证回回油油能能尽尽快快排排掉掉以以及回油孔的畅通。及回油孔的畅通。9第九章数控机床的典型部件 图917非接触式密封(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三 9第九章数控机床的典型部件 图918接触式密封(a)油毡圈密封；(b)耐油橡胶密封圈密封 9第九章数控机床的典型部件 9.2数控机床的进给系统数控机床的进给系统 9.2.19.2.1对数控机床进给系统的要求对数控机床进给系统的要求进进给给系系统统即即进进给给驱驱动动装装置置，是是指指将将伺伺服服电电动动机机的的旋旋转转运运动动变变为为工工作作台台直直线线运运动动的的整整个个机机械械传传动动链链。为为确确保保数数控控机机床床进进给给系系统统的的传传动动精精度度和和工工作作平平稳稳性性等等，数数控控机机床床进进给给传传动动系系统统必必须须满足如下要求：满足如下要求：1 1摩摩擦擦阻阻力力要要小小。在在进进给给系系统统中中要要尽尽量量减减少少传传动动件件之之间间的的摩摩擦擦阻阻力力，尤尤其其是是减减少少丝丝杠杠传传动动和和工工作作台台运运动动导导轨轨之之间间的的摩摩擦擦，以以消消除除低低速速进进给给爬爬行行现现象象，从从而而提提高高整整个个伺伺服服进进给给系系统统的的稳稳定定性性。数数控控机机床床广广泛泛采采用用滚滚珠珠丝丝杠杠和和滚滚动动导导轨轨以以及及塑塑料料导导轨和静压导轨。轨和静压导轨。9第九章数控机床的典型部件 2传动刚度要高。进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杠螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运动)及其支撑部件的刚度。传动刚度缺乏与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。缩短传动链，合理选择丝杠尺寸以及对丝杠螺母副及支撑部件等进行预紧是提高传动刚度的有效途径。9第九章数控机床的典型部件 3转动惯量要小。进给系统中每个部件的转动惯量对进给系统的启动、制动特性等都有直接的影响，尤其是高速运转零件的转动惯量。在满足传动强度和刚度的前提下，应尽可能使各零件的结构、配置合理，减小旋转零件的直径和质量，以减少运动部件的转动惯量。4谐振频率要高。为了提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有高的固有频率和适宜的阻尼，一般要求机械传动系统的固有频率应高于伺服驱动系统的23倍。9第九章数控机床的典型部件 5传动间隙要小。机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要原因，因此，对传动链的各个环节，包括括齿轮副、丝杠螺母副、联轴器及其支撑部件等均应采用消除间隙的结构措施。9第九章数控机床的典型部件 9.2.29.2.2齿轮传动副齿轮传动副1 1直齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法直齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法直齿圆柱齿轮传动副有以下直齿圆柱齿轮传动副有以下3 3种调整法。种调整法。1 1偏偏心心套套调调整整法法。图图9 91919所所示示为为偏偏心心套套式式消消除除间间隙隙结结构构。电电机机1 1通通过过偏偏心心套套2 2安安装装到到机机床床壳壳体体上上，通通过过转转动动偏偏心心套套2 2，使使电电动动机机中中心心轴轴线线的的位位置置向向上上，而而从从动动齿齿轮轮轴轴线线位位置置固固定不变，因此两啮合齿轮的中心距减小，从而消除齿侧间隙。定不变，因此两啮合齿轮的中心距减小，从而消除齿侧间隙。9第九章数控机床的典型部件 图919偏心套消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 2锥度齿轮轴向垫片调整法。锥度齿轮轴向垫片消除间隙结构如图920所示。齿轮1和齿轮2相啮合，其分度圆齿厚沿轴向方向略有锥度，这样就可用垫片3使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。9第九章数控机床的典型部件 图920锥度齿轮轴向垫片消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 3双片薄齿轮错齿调整法。双片薄齿轮错齿消除间隙结构如图921所示。图921a所示是一种双片薄齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮1和2与另一个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮1和2的端面均匀分布着4个螺孔，分别装上凸耳3和8。薄片齿轮1的端面还有另外4个通孔，凸耳8可以在其中穿过，弹簧4的两端分别钩在凸耳3和螺钉7上。通过螺母5调节弹簧4的拉力，调节完后用螺母6锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个双片齿轮的左、右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左、右齿面上，从而消除了齿侧间隙。9第九章数控机床的典型部件 图921b是另一种双片薄齿轮周向弹簧错齿消隙结构。薄片齿轮1和2套装在一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱3，用来安装弹簧4。装配时使弹簧4具有足够的拉力，使两个薄片齿轮的左、右面分别与宽齿轮的左、右面贴紧，以消除齿侧间隙。9第九章数控机床的典型部件 图921双片薄齿轮错齿消除间隙结构(a)结构一；(b)结构二 9第九章数控机床的典型部件 2斜齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法斜齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法与直齿圆柱齿轮传动副中双片薄齿轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是通过不同的方法使两个薄片齿轮沿轴向移动适宜的距离后，相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定的角度。两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负责不同的方向(正向和反向)，从而起到消除间隙的作用。9第九章数控机床的典型部件 斜齿圆柱齿轮传动副有以下两种调整方法。1斜齿轮轴向垫片调整法。图922所示为斜齿轮轴向垫片消除间隙结构，其原理与错齿调整法相同。薄片斜齿轮1和2的齿形拼装在一起加工，装配时在两薄片齿轮间装入厚度为t的垫片3，这样它的螺旋线便错开了，使两薄片斜齿轮分别与宽齿轮4的左、右齿面贴紧，从而消除间隙。垫片3的厚度t与齿侧间隙的关系可用下式表示：t=cot为螺旋角垫片厚度一般由测试法确定，往往要经几次修磨才能调整好。这种结构的齿轮承载能力较小，且不能自动补偿消除间隙，属刚性消除间隙的范畴。9第九章数控机床的典型部件 图922斜齿轮轴向垫片消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 2斜齿轮轴向压簧错齿调整法。图923所示为斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构。该结构的消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用薄片斜齿轮2右面的弹簧压力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，从而使它们的左、右齿轮面分别与宽齿轮的左、右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。图923a采用的是压簧，图923b采用的是碟形弹簧。弹簧3的压力可利用螺母5来调整，压力的大小要调整适宜，压力过大会加快齿轮磨损，压力过小达不到消隙作用。这种结构能使齿轮间隙自动消除，并始终保持无间隙的啮合，但这种结构轴向尺寸较大，只适合于负载较小的场合。9第九章数控机床的典型部件 图923斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 3锥齿轮传动副消除间隙的方法锥齿轮同圆柱齿轮一样，可用上述类似的方法来消除齿侧间隙。1锥齿轮轴向压簧调整法。图924所示为锥齿轮轴向压簧消除间隙结构。两个啮合着的锥齿轮1和2，其中在装有锥齿轮1的传动轴5上装有压簧3，锥齿轮1在弹簧力的作用下可稍作轴向移动，从而消除间隙。弹簧力的大小由螺母4调节。9第九章数控机床的典型部件 图924锥齿轮轴向压簧消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 2锥齿轮周向弹簧调整法。图925为周向弹簧消除间隙结构。将一对啮合锥齿轮中的一个齿轮做成大小两片1和2，在大片上制有三个圆弧槽，而在小片的端面上制有三个凸爪6，凸爪6伸入大片的圆弧槽中。弹簧4一端顶在凸爪6上，而另一端顶在镶块3上。为了平安起见，用螺钉5将大小片齿圈相对固定，安装完毕之后将螺钉卸去，利用弹簧力使大小片锥齿轮稍微错开，从而到达消除间隙的目的。9第九章数控机床的典型部件 图925锥齿轮周向弹簧消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 4.齿轮齿条传动副消除间隙的方法在大型数控机床中，工作台的行程很大，因此，它的进给运动不宜采用滚珠丝杠副来实现，而常采用齿轮齿条来实现。当驱动时，可采用双片薄齿轮错齿调整法，分别与齿条齿槽左、右侧面贴紧，从而消除齿侧隙。图926所示为齿轮齿条消除间隙结构。进给运动由轴2输入，通过两对斜齿轮将运动传给轴1和3，然后由两个直齿轮4和5去传动齿条，带开工作台移动。轴2上两个斜齿轮的螺旋线方向相反。如果通过弹簧在轴2上作用一个轴向力F，那么使斜齿轮产生微量的轴向移动，这时轴1和轴3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4和5分别与齿条的两齿面贴紧，从而消除间隙。9第九章数控机床的典型部件 图926齿轮齿条消除间隙结构 9第九章数控机床的典型部件 9.2.39.2.3联轴器联轴器1.1.锥环无键联轴器锥环无键联轴器该该机机构构利利用用锥锥环环对对之之间间的的摩摩擦擦实实现现轴轴与与毂毂之之间间的的无无间间隙隙连连接接传传递递转转矩矩，并并可可任任意意调调节节两两连连接接件件之之间间的的角角度度位位置置。通通过过选选择择所所用用锥锥环环的的对对数数，可可传传递递不不同同大大小小的的转转矩矩。图图9 92727所所示示为为锥锥环环(锥锥形形夹夹紧紧环环)无无键键消消隙隙联联轴轴器器，它它可可使使动动力力传传递递没没有有反反向向间间隙隙。螺螺钉钉5 5通通过过压压圈圈3 3施施加加轴轴向向力力时时，由由于于锥锥环环之之间间的的楔楔紧紧作作用用，内内外外环环分分别别产产生生径径向向弹弹性性变变形形，消消除除配配合合间间隙隙，同同时时产产生生接接触触压压力力以以传传递递转转矩矩。为为了了能能补补偿偿同同轴轴度度及及垂垂直直度度误误差差引引起起的的干干预预现现象象，可可采采用用图图9 92828所所示示的的挠挠性性联联轴轴器器。其其柔柔性性片片4 4分分别别用用螺螺钉钉和和球球面面垫垫圈圈与与两两边边的的联联轴轴套套2 2相相连连，通通过过柔柔性性片片传传递递转转矩矩。柔柔性性片片每每片片厚厚0.25mm0.25mm，材材料料为为不不锈锈钢钢。联联轴轴器器两两端端的的位位置置偏差由柔性片的变形抵消。偏差由柔性片的变形抵消。9第九章数控机床的典型部件 图927锥环无键消隙联轴器9第九章数控机床的典型部件 图928挠性联轴器 9第九章数控机床的典型部件 2.套筒式联轴器图929所示为套筒式联轴器的几种结构形式。其结构简单，径向尺寸小，但拆装困难(要求两中心轴线严格对准，不允许存在径向及角度偏差)，使用受到一定限制。其中，图929a结构虽简单实用，但不太可靠；图929b结构简单，加工和安装容易，但消除周向间隙不可靠，且易松动；图929c是用十字滑块联轴器相连，滑块的槽口配研，这种结构无法保证完全消除传动间隙。9第九章数控机床的典型部件 图929套筒式联轴器(a)结构一；(b)结构二；(c)结构三 9第九章数控机床的典型部件 9.2.49.2.4滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构1 1滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点滚滚珠珠丝丝杠杠螺螺母母副副简简称称滚滚珠珠丝丝杠杠副副是是一一种种在在丝丝杠杠与与螺螺母母间间装装有有滚滚珠珠作作为为中中间间元元件件的的丝丝杠杠副副，其其结结构构原原理理如如图图9 93030所所示示。在在丝丝杠杠1 1和和螺螺母母3 3上上都都装装有有半半圆圆弧弧形形的的螺螺旋旋槽槽，当当它它们们套套装装在在一一起起时时便便形形成成了了滚滚珠珠的的螺螺旋旋滚滚道道。螺螺母母上上有有滚滚珠珠回回路路管管道道在在图图中中4 4所所指指的的位位置置，将将几几圈圈螺螺旋旋滚滚道道的的两两端端连连接接起起来来，构构成成封封闭闭的的循循环环滚滚道道，并并在在滚滚道道内内装装满满滚滚珠珠4 4。当当丝丝杠杠旋旋转转时时，滚滚珠珠在在滚滚道道内内既既自自转转又又沿沿滚滚道道循循环环转转动动，因因而而迫迫使使螺螺母或丝杠轴向移动。母或丝杠轴向移动。9第九章数控机床的典型部件 图930滚珠丝杠副结构原理 9第九章数控机床的典型部件 与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有以下优点：(1)传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率h=0.920.96，是普通丝杠螺母副的34倍，因此功率消耗只相当于普通丝杠传动的1/41/3。同时由于发热小，因此可实现高速运动。(2)运动平稳无爬行。由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，因此运动平稳，不易出现爬行现象。(3)传动精度高，反向时无空程。滚珠丝杠副经预紧后，可消除轴向间隙，因而无反向死区，同时也提高了传动刚度。9第九章数控机床的典型部件(4)磨损小，精度保持性好，使用寿命长。(5)具有运动的可逆性。由于摩擦系数小，不能自锁，因而可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杠和螺母均可作主动件或从动件。9第九章数控机床的典型部件 滚珠丝杠副的缺点是：1由于结构复杂，丝杠和螺母等元件的加工精度和外表质量要求高，因此制造本钱高。2由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自重而自动下降，当部件向下运动且切断动力源时，由于部件的自重和惯性，滚珠丝杠不能立即停止运动，因此必须增加制动装置。9第九章数控机床的典型部件 2滚珠丝杠螺母副的结构类型滚珠丝杠螺母副按其中的滚珠循环方式可分为以下两种：(1)外循环。滚珠在循环过程结束后，通过螺母外外表上的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。图931所示为常见的外循环式滚珠丝杠结构。在螺母外圆上装有螺旋形的插管口，管子的两端插入滚珠螺母工作始末两端孔中，以引导滚珠通过插管形成滚珠的多圈循环链。这种类型的结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大。目前，这种类型滚珠丝杠螺母副的应用最为广泛，也可用于重载传动系统。9第九章数控机床的典型部件 图931外循环式滚珠丝杠结构 9第九章数控机床的典型部件(2)内循环。内循环式滚珠丝杠结构如图932所示，它靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。反向器2的数目与滚珠圈数相等。这种类型的结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损失小，但制造较困难，适用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于重载传动。9第九章数控机床的典型部件 图932内循环式滚珠丝杠结构 9第九章数控机床的典型部件 3滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，其数值是指丝杠和螺母无相对转动时，二者之间的最大轴向窜动量，除了结构本身的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生的弹性变形所造成的轴向窜动量。由于存在轴向间隙，当丝杠反向转动时，将产生空回误差，从而影响传动精度和轴向刚度。通常采用预加载荷预紧的方法来减小弹性变形所带来的轴向间隙，以保证反向传动精度和轴向刚度。但过大的预加载荷会增大摩擦阻力，降低传动效率，缩短使用寿命。因此，一般需要经过屡次调整，以保证既消除间隙又能灵活运转。调整时，除螺母预紧外还应特别注意使丝杠安装局部的间隙尽可能小，并且具有足够刚度，同时应注意预紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。9第九章数控机床的典型部件 图933垫片调隙式 9第九章数控机床的典型部件 1双螺母消隙常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：1垫片调隙式。如图933所示，调整垫片厚度使左、右两螺母产生轴向位移，即可消除间隙和产生预紧力。这种方法结构简单，刚性好，但调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧。9第九章数控机床的典型部件 2螺纹调隙式。如图934所示，其中一个螺母的外端有凸缘；另一个螺母的外端没有凸缘，而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除轴向间隙，并可到达产生预紧力的目的。调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。这种方法调整方便，且可在使用过程中随时调整，但预紧力的大小不能准确控制。9第九章数控机床的典型部件 图934螺纹调隙式 9第九章数控机床的典型部件 3齿差调隙式。如图935所示，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和z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，那么两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量s=1/z1-1/z2)Pn。例如，z1=80，z2=81，滚珠丝杠的导程Pn=6mm时，s=6/64800.001mm。这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动。9第九章数控机床的典型部件 图935齿差调隙式 9第九章数控机床的典型部件 2单螺母消隙1单螺母变位螺距预紧。如图936所示，将螺母的内螺纹滚道在中部的一圈上，产生一个轴向L0的导程突变量，从而使左右端的滚珠在轴向错位实现预紧。这种调隙方法结构简单紧凑，运动平稳，特别适用于小型丝杠螺母副，但负荷量须预先设定且不能随意改变。9第九章数控机床的典型部件 图936单螺母变位螺距预紧 9第九章数控机床的典型部件 2单螺母螺钉预紧。如图937所示，螺母在专业生产工厂完成精磨之后，沿径向开一薄槽，通过内六角调整螺钉实现间隙的调整和预紧。该专利技术已成功地解决了开槽后滚珠在螺母中有良好的通过性的问题。单螺母螺钉结构不仅具有很好的性能价格比，而且间隙的调整和预紧极为方便。9第九章数控机床的典型部件 图937单螺母螺钉预紧 9第九章数控机床的典型部件 3滚珠丝杠螺母副预紧。对于滚珠丝杠螺母副，为了保证传动精度和刚度，除消除传动间隙外，还要求预紧。预紧力计算公式为 式中，Fmax为轴向最大工作载荷。前述各例消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙的方法，都能对螺母副进行预紧。调整时只要使预紧力Fv=1/3Fmax即可。9第九章数控机床的典型部件 4.滚珠丝杠的支撑数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支撑结构的刚度也是不可无视的因素。如为减少受力后的变形，螺母座应有加强肋，增大螺母座与机床的接触面积，并且要连接可靠。另外，采用高刚度的推力轴承可提高滚珠丝杠的轴向承载能力。滚珠丝杠的支撑方式有以下几种，如图938所示。9第九章数控机床的典型部件 图938滚珠丝杠的支撑方式(a)仅一端装推力轴承;(b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；(c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承 9第九章数控机床的典型部件 5滚珠丝杠螺母副的维护(1)支撑轴承的定期检查。应定期检查丝杠与床身的连接是否有松动以及支撑轴承是否损坏等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并更换支撑轴承。(2)滚珠丝杠副的润滑和密封。滚珠丝杠副也可用润滑剂来提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分润滑油及润滑脂两大类。润滑油为一般机油、90180号透平油或140号主轴油。润滑脂可采用锂基油脂。润滑油经过壳体上的油孔注入螺母的空间内，而润滑脂那么加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。9第九章数控机床的典型部件(3)滚珠丝杠副常用防尘密封圈和防护罩。密封圈。密封圈装在滚珠螺母的两端。接触式的弹性密封圈是用耐油橡皮或尼龙等材料制成的，其内孔制成与丝杠螺纹滚道相配合的形状。接触式密封圈的防尘效果好，但因有接触压力，所以会使摩擦力矩略有增加。非接触式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的，其内孔形状与丝杠螺纹滚道相反，并略有间隙。非接触式密封圈又称为迷宫式密封圈。9第九章数控机床的典型部件 防护罩。对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋钢带、伸缩套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠外表。这几种防护罩与导轨的防护罩有相似之处，其一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚珠丝杠的支撑座上。9第九章数控机床的典型部件 6.滚珠丝杠副的制动装置由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用特别是滚珠丝杠处于垂直传动时，为防止因自重下降，故必须装有制动装置。图939所示为数控铣镗床主轴箱进给丝杠制动示意图。机床工作时，电磁铁通电，使摩擦离合器脱开，运动由电机经减速齿轮传给丝杠，使主轴箱上、下移动。当加工完毕或中间停车时，电机和电磁铁同时断电，借压力弹簧作用合上摩擦离合器，使丝杠不能转动，主轴箱便不会下落。9第九章数控机床的典型部件 图939数控铣镗床主轴箱进给丝杠制动示意图 9第九章数控机床的典型部件 9.3床身与立柱床身与立柱 1床身床身是机床的根底件，必须具有足够的静、动刚度和精度能长久保持的特性。1移动立柱式卧式床身移动立柱式卧式床身通常都采用T型床身。它是由横置的前床身(又叫横床身)和与它垂直的后床身(又叫纵床身)组成。T型床身有整体式和别离式两种，图940所示为卧式加工中心别离式T型床身。9第九章数控机床的典型部件 图940卧式加工中心别离式T型床身 9第九章数控机床的典型部件 图941TH6350卧式加工中心前床身截面 9第九章数控机床的典型部件 2固定立柱式卧式床身这种床身适用于小型卧式机床，它一般采用整体结构，如图942a所示。9第九章数控机床的典型部件 3斜床身为提高床身的刚性，数控卧式车床一般采用斜床身，如图942b所示。斜床身可以改善机床切削加工时的受力情况，截面可以做成封闭的腔形结构，以提高床身刚性。内部可以填充泥芯和混泥土等阻尼材料，在振动时利用相对磨损来耗散振动能量。9第九章数控机床的典型部件 图942固定立柱式卧式床身与斜床身(a)固定立柱式卧式床身；(b)斜床身 9第九章数控机床的典型部件 图943所示为德国DNE480L型数控车床底座和床身示意图。其底座内所填充的混凝土的内摩擦阻力较高，再配上封泥芯的床身，使机床有较高的抗振性。该机床为四面密封结构，中间导轨后有纵向肋条，纵向每隔250mm有一横隔板。床身封闭截面可提高抗弯和抗扭刚度，纵向肋条可提高中间导轨的局部刚度，隔板可减少截面的变形。9第九章数控机床的典型部件 图943DEN480L型数控车床底座和床身示意图 9第九章数控机床的典型部件 2 2立柱立柱1)1)卧式机床的立柱卧式机床的立柱卧卧式式机机床床的的立立柱柱目目前前大大局局部部采采用用的的是是如如图图9 94444所所示示的的双双立柱框架结构形式。立柱框架结构形式。9第九章数控机床的典型部件 图944双立柱框架结构 9第九章数控机床的典型部件 大、中型卧式机床的移动立柱固定于滑座上，而小型卧式机床的立柱那么直接固定于床身上。主轴箱装在双立柱的中间，沿立柱导轨上下运动，如图945所示。图945主轴箱与双立柱 9第九章数控机床的典型部件 这类立柱结构的优点是：(1)刚性高。机床切削时，主轴所受的力的作用点在立柱的中央，加之立柱为对称形状，那么立柱受扭矩力的因素少，从而大大加强了刚度。2热对称性强。因为主轴箱处在立柱的中央，而主轴箱又是机床的主要热源，使立柱成为热对称结构，所以减少了热变形的影响。3稳定性好。由于立柱内部肋板采用框架结构箱式布置，因此使得立柱的抗弯、抗扭刚度，以及构件的固有频率都得到了提高。图946所示为卧式加工中心双立柱的横向截面。这类立柱结构的缺点是：制造工艺性差，装配、调试不方便。9第九章数控机床的典型部件 图946卧式加工中心双立柱的横向截面 9第九章数控机床的典型部件 2)立式机床的立柱因为主轴箱悬挂在立柱一侧，所以一般采用封闭的箱型结构和米字形的内部肋板；又因为米字形肋板铸造时比较困难，所以有些立柱仍采用井字形的肋板。由于采用平衡锤平衡主轴箱的重量，因此平衡锤一般设在立柱内腔里，并随主轴箱的升降而升降。采用这种平衡方式的立式机床立柱，其内腔是中空的，为加强立柱的刚性也可以采用斜方双层壁和对角线交叉立柱，如图947所示。斜方双层壁和对角线交叉肋板都有很高的抗扭刚度和抗弯刚度，而且单位重量的刚度比其他结构的高。9第九章数控机床的典型部件 图947斜方双层壁和对角线交叉立柱(a)XK716型立式加工中心;(b)STAMAMCI18型立式加工中心 9第九章数控机床的典型部件 9.4机床导轨机床导轨 9.4.19.4.1对导轨的要求对导轨的要求导导轨轨用用来来支支撑撑和和引引导导运运动动部部件件沿沿着着直直线线或或圆圆周周方方向向准准确确运运动动。运运动动的的一一方方称称为为动动导导轨轨，不不动动的的一一方方称称为为支支撑撑导导轨轨。为为保保证机床加工的精度和稳定性，导轨必须满足以下要求：证机床加工的精度和稳定性，导轨必须满足以下要求：1 1高高的的导导向向精精度度。导导向向精精度度保保证证部部件件运运动动轨轨迹迹的的准准确确性性。导导向向精精度度受受到到导导轨轨的的结结构构形形状状、组组合