數(shù)控機床各組成部分PPT課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,數(shù)控機床各個組成部分的工作原理及結(jié)構(gòu),第一節(jié) 輸入裝置,,第二節(jié) 數(shù)控裝置,,第三節(jié) 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng),,第四節(jié) 伺服系統(tǒng),,第五節(jié) 數(shù)控機床的自動換刀裝置,,,第六節(jié) 數(shù)控機床常用位置檢測裝置,,,第一節(jié) 輸入裝置,,輸入裝置是整個數(shù)控系統(tǒng)的初始工作機構(gòu)，它將準(zhǔn)確可靠的接收信息介質(zhì)上所記錄的“工程語言”、運算及操作指令等原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)為數(shù)控裝置能處理的信息，并同時輸送給數(shù)控裝置。,,,輸入信息的方式分手動輸入和自動輸入。手動輸入簡單、方便但輸入速度慢容易出錯?，F(xiàn)代數(shù)控機床普遍

2、采用自動輸入，其輸入形式有,光電閱讀機,、,磁帶閱讀機,及磁盤驅(qū)動器以及,無帶自動輸入方式,。,,,其它輸入方式:,,1.無帶自動輸入方式,,在高檔數(shù)控機床上，設(shè)置有自動編程系統(tǒng)和動態(tài)模擬顯示器（CRT）。將這些設(shè)備通過計算機接口與機床的數(shù)控系統(tǒng)相連接,自動編程所編制的加工程序即可直接在機床上調(diào)用,無需經(jīng)制控制介質(zhì)后再另行輸入。,,2.觸針接觸式閱讀機輸入方式,,又稱為程控機頭或電報機頭，結(jié)構(gòu)簡單，閱讀速度較慢，但輸入可靠、價格低廉故在部分線切割機床加工中仍在用。,,3.磁帶、磁盤輸入方式,,磁帶輸入方式進(jìn)行信息輸入，其信息介質(zhì)為“錄音”磁帶，只不過錄制的不是聲音，而是各種數(shù)據(jù)。,,加工程序等

3、數(shù)據(jù)信息一方面由微機內(nèi)的磁盤驅(qū)動器“寫入”磁盤上進(jìn)行儲存，另外也由磁盤驅(qū)動器進(jìn)行閱讀并通過微機接口輸入到機床數(shù)控裝置中去。,,第二節(jié) 數(shù)控裝置,,數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，數(shù)控機床幾乎所有的控制功能（進(jìn)給坐標(biāo)位置與速度，主軸、刀具、冷卻及機床強電等多種輔助功能）都由它控制實現(xiàn)。因此數(shù)控裝置的發(fā)展，在很大程度上代表了數(shù)控機床的發(fā)展方向。,,數(shù)控裝置的作用,是接收加工程序等送來的各種信息，并經(jīng)處理分配后，向驅(qū)動機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行的命令，在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機構(gòu)同時將有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，經(jīng)處理后，發(fā)出新的命令。,,,,一、數(shù)控裝置的組成,,1、數(shù)字控制的信息,,1）幾何信息——,是指通過被加工

4、零件的圖樣所獲得的幾何輪廓的信息。,,這些信息由數(shù)控裝置處理后，變?yōu)榭刂聘鬟M(jìn)給軸的指令脈沖，最終形成刀具的移動軌跡。幾何信息的指令，由準(zhǔn)備功能G具體規(guī)定。,,2）工藝信息———,通過工藝處理后所獲得的各種信息。,,包括工藝準(zhǔn)備、刀具選擇、加工方案（走刀路線、切削用量等）及補償方案等各方面信息。,,加工實際經(jīng)驗的積累，也是獲得工藝信息的有效途徑。,,3）輔助信息——,泛指除幾何、工藝信息之外的其它信息，其作用主要為控制機床輔助動作。,,如主軸的啟、停與調(diào)速、換向，冷卻液的開、關(guān)，零件的夾緊與松開，以及找刀、換刀等各種信息。,,,3、數(shù)控機床用計算機簡介,,,,數(shù)控的實質(zhì)是計算機控制。計算機技術(shù)的

5、高速發(fā)展，開辟了數(shù)字技術(shù)綜合應(yīng)用的新領(lǐng)域，促進(jìn)了生產(chǎn)過程自動化的不斷發(fā)展。,,1）電子計算機的組成,,電子計算機由軟件和硬件兩大部分組成。,,硬件,即指設(shè)備，它包括構(gòu)成計算機的集成電路、存儲器、接口元件等。,軟件,是以程序為中心的信息組合，軟硬件結(jié)合，才能實現(xiàn)所給定的功能。,,電子計算機的基本結(jié)構(gòu),（硬件） 電子計算機的基本結(jié)構(gòu)由中央處理器（,CPU,）、存儲器（,PAM,、,ROM,和輸入,/,輸出部分（,I/O,）三部分組成。,,電子計算機的軟件部分,上述計算機的基本結(jié)構(gòu)式是指硬件部分，但僅有硬件部分，只是具備了計算機或過程控制的可能性。要使計算機真正能進(jìn)行計算或過程控制，還必須軟件

6、的支持。計算機運行的程序通過程序設(shè)計確定，使計算機完成指定的工作。,,,二、數(shù)控裝置的工作原理,,數(shù)控裝置的工作原理就是指控制各進(jìn)給坐標(biāo)所需進(jìn)給脈沖的基本規(guī)律。通過插補原理和逐點比較法進(jìn)行說明。,,1、插補原理,,1）脈沖當(dāng)量,是數(shù)控機床的一個基本參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進(jìn)給脈沖，機床機械運動機構(gòu)就產(chǎn)生一個相應(yīng)的位移量，一個脈沖所對應(yīng)的位移量稱為脈沖當(dāng)量。它是脈沖分配計算中的基本單位。用Q表示。,,,,Q——脈沖當(dāng)量（MM）,,θ——步距角（伺服電機在輸入一個脈沖時所轉(zhuǎn)過的角度）,,L——傳動螺旋副的導(dǎo)程,,i——伺服電機至螺旋副間的傳動比,,同理可得刀具位移的關(guān)系式：S=QN,,S——刀具運

7、動的位移量（MM）,,N——脈沖個數(shù),車床數(shù)控系統(tǒng)一般規(guī)定Z軸的脈沖當(dāng)量為0.01,X軸的脈沖當(dāng)量為0.005.在實際應(yīng)用中為了簡便計算與操作,X軸向的脈沖當(dāng)量可通過計算機自動進(jìn)行乘2處理,使系統(tǒng)的設(shè)定值為0.01。,,,,2,）插補的概念,,插補運動的產(chǎn)生,,將兩個或兩個以上的進(jìn)給軸的直線運動合成，以實現(xiàn)所需輪廓的運動軌跡。在數(shù)控技術(shù)中這種合成的復(fù)雜運動,稱為插補運動,。數(shù)控裝置為了完成機床所需插補運動而進(jìn)行的一系列運算，即稱為,插補運算,；在其插補運動過程中，每一個單位脈沖（即每一步）所到達(dá)的終點，稱為,插補點,。,,插補運動軌跡分析,,,插補運動軌跡分析,,通過舉例分析可得如下結(jié)論：,,

8、,插補運動的實際軌跡始終不可能與其理想軌跡完全相同，插補點一般也不會落在理想軌跡上。,,,當(dāng)進(jìn)給運動的軌跡不與坐標(biāo)軸平行時，則經(jīng)數(shù)控插補后的實際軌跡均由很多線段組成，其折線交點即插補點不能與理想軌跡重合，每一個交點的位置將由數(shù)控系統(tǒng)確定并控制。,,,因為數(shù)控系統(tǒng)所進(jìn)行的插補運算，是以最小設(shè)定單位為插補單位的，所以在完成加工的零件上，看不出實際插補軌跡的折線形狀。實際終點與理想終點的誤差，一般不超過半個脈沖。,,,數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量越小，插補運動的實際軌跡就越接近理想軌跡，加工精度就越高。,,,插補概念,——,根據(jù)給定的信息，在理想輪廓（或軌跡）上的已知兩點之間，確定一些中間點的一種方法。,,,

9、插補原理,——,通過插補計算的結(jié)果，對各進(jìn)給坐標(biāo)所需進(jìn)給脈沖個數(shù)、頻率及方向進(jìn)行分配，以實現(xiàn)進(jìn)給軌跡控制，這就是插補原理。,,插補原理是數(shù)控技術(shù)中的基本原理之一，它廣泛應(yīng)用在,除點位控制機床以外,的各種機床數(shù)控裝置中。,,,插補的類型,,插補的類型由其給定的信息的類型決定，給定信息為一次函數(shù)時計算機進(jìn)行的插補類型為直線插補；二次函數(shù)時根據(jù)二次曲線的不同類型又有圓弧、拋物線、橢圓、漸開線及螺旋線等插補類型。它們都可以通過計算機軟件方式實現(xiàn)。,,,2、逐點比較法,,,應(yīng)用插補原理的方法有很多種，如逐點比較法、數(shù)字積分法及單步追蹤法等。在對平面曲線進(jìn)行插補的各種方法中，最常用的是逐點比較法。采用這種

10、方法進(jìn)行插補的優(yōu)點是運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當(dāng)量，輸入脈沖的速度變化小，以及調(diào)節(jié)方便、簡便易行。,,,1）逐點比較法的工作節(jié)拍,逐點比較法是一種邊判別邊逼近的方法，幫又稱為逼近法或區(qū)域判別法。在逐點比較法的應(yīng)用中，插補點在主運動的坐標(biāo)軸方向每進(jìn)一步都必須經(jīng)過,偏差判別、刀具進(jìn)給、偏差計算并判別、終點判別,四個工作節(jié)拍。,,第三節(jié) 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng),,一、主傳動系統(tǒng)的要求,,1、寬調(diào)速、無極調(diào)速,,2、高剛度、低噪聲,,3、高抗振性、高熱穩(wěn)定性,,二、主傳動的變速方式,,1、經(jīng)皮帶和變速齒輪的主傳動,,傳動方式特點：,,可擴大恒功率調(diào)速范圍。,,擴大主軸出轉(zhuǎn)距。,,具有齒輪傳動缺點。,,

11、2,、齒輪變速方式,,主軸正反轉(zhuǎn)、啟停與制動均是靠直接制動電機 來實現(xiàn)，而齒輪的變速操縱常采用液壓撥叉與電磁離合器來實現(xiàn)。,,,,,,帶傳動與齒輪傳動的傳動系統(tǒng)圖,,2、經(jīng)帶傳動的主傳動,,,,,,由無極變速的主軸電機經(jīng)皮帶傳動直接帶動主軸運轉(zhuǎn)的主運動形式。這種變速方式一般用于中小型數(shù)控機床，用于調(diào)速范圍不大，轉(zhuǎn)距也不需太高的場合。它可避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，從而大提高主軸的運轉(zhuǎn)精度。,,隨現(xiàn)代主軸伺服電動機的發(fā)展，出現(xiàn)了能實現(xiàn)寬范圍無極調(diào)速的寬域主電動機，使主的輸出特性得到很好的改善，擴大了恒功率的調(diào)速范圍，并提高了輸出轉(zhuǎn)距。在避免齒輪傳動不足的情況下，又能保持齒輪傳動帶來的優(yōu)點。使

12、數(shù)控機床在機械結(jié)構(gòu)上朝著優(yōu)化的方向前進(jìn)了一大步。,,,為保證皮帶傳動平穩(wěn)，一般用多楔帶為宜。,,南汽培訓(xùn)中心,,,,,經(jīng)帶傳動的主傳動系統(tǒng)圖,,3、由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動,,,,,,這種電動機是將主電動機直接與主軸連接，帶動主軸轉(zhuǎn)動，大大簡化了主軸箱體結(jié)構(gòu),有效提高了主軸剛度。,,缺點：,減少了皮帶降速傳動，其主軸的輸出轉(zhuǎn)矩更小，而且主電動機的發(fā)熱對主軸精度的影響更大。,直接驅(qū)動主軸,,,,,,,近年來，出現(xiàn)了一種內(nèi)裝式電動機主軸，即主軸與電動機的轉(zhuǎn)子合為一體，而電動機的定子則與主軸箱體固定 。這種形式使主軸部件的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高主軸的啟動、停止響應(yīng)特性，有利于控制振動和噪

13、聲，主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r／rain以上．但是，這種傳動方式最大的,缺點,是主電動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形．因此，采用內(nèi)裝式主電動機方式時，溫度的控制與冷卻是一個關(guān)鍵的問匣．通常，這種數(shù)控機床自帶特定的冷卻系統(tǒng)，如風(fēng)冷、水冷、空調(diào)降溫等裝置．,,,,,,,,3.主軸頭部刀具自動夾緊機構(gòu),,,在帶有刀庫的自動換刀數(shù)控機床中，為實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的自動夾緊機構(gòu)。,,,,,3.主軸頭部刀具自動夾緊機構(gòu),,當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出裝刀信號后，刀具則由機械手或其他方法裝插入主軸孔后，其刀柄及 后部的拉釘1便被送到與主軸固定的前端套筒5內(nèi)。隨即數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀具夾緊

14、信號，此 時拉桿3在后端碟形彈簧(圖中略)的彈力作用下，呈緊緊拉伸(圖2—8中往右方向) 的狀態(tài)。與拉桿固定連接的套筒4內(nèi)的一組鋼球2，在套筒5的錐孔逼迫下，收縮分布直 徑，隨即將刀柄拉釘1緊緊拉住，從而完成了刀具定位工作；反之，如需要松開刀具時, 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出松刀信號后，在主軸拉桿3后端的油缸(圖中略)作用下，便可克服碟形彈 簧的彈力，放松對拉桿3的拉伸，即拉桿3往左移而呈壓縮狀態(tài)。這時套筒5前端的喇叭 口使鋼球2的分布直徑變大，隨即松開刀柄后的拉釘1，即可卸下用過的刀具為進(jìn)一步換 新刀做準(zhǔn)備。,,另外，自動清除主軸孔中的切屑和灰塵是換刀時一個不容忽視的問題。通常采用在換 刀的

15、同時，從主軸內(nèi)孔噴射壓縮空氣的方法來解決，以保證刀具準(zhǔn)確地定位。,,,4. 主軸的準(zhǔn)停裝置,,,在自動換刀的數(shù)控銑鏜類機床上，必須具有主軸準(zhǔn)確的周向定位功能，這個功能稱為 主軸準(zhǔn)停。這是由于刀具裝在主軸錐孔內(nèi)，在切削時的切削轉(zhuǎn)矩不能完全靠錐孔的摩擦力 來傳遞，通常在主軸前端設(shè)置一個凸鍵，稱為端面鍵。當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽 必須與凸鍵對準(zhǔn)相配，為保證自動換刀，主軸必須停止在某一固定角度的位置上，準(zhǔn)停裝置就是為保證主軸換刀時準(zhǔn)確停止在換刀位置而設(shè)置的。,,,,目前準(zhǔn)停裝置有很多形式，就其基本原理有以下三種，,機械方式一種、電氣方式兩種。,,第四節(jié) 伺服系統(tǒng),,一、伺服系統(tǒng)的作用及分類

16、,,,1、伺服系統(tǒng)的作用,,伺服系統(tǒng)位于數(shù)控裝置與機床主體之間，它的作用是將從數(shù)控裝置輸出線路接收到的微弱電信號（脈沖電壓約5V左右，脈沖電流為毫安級），經(jīng)功率放大等電路放大為較強的電信號（驅(qū)動電壓約幾十伏至幾百伏，電流可達(dá)幾十安培）然后將接收的上述數(shù)字量信息轉(zhuǎn)換成模擬量（執(zhí)行電機軸的角位移和角速度）信息，從而驅(qū)動執(zhí)行電機帶動機床運動部件按約定的速度和位置進(jìn)行運動。,,,,,,,二、數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求,,,,與普通機床相比，對數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計要求，除了具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，可概括為以下幾點要求：,,,1．高的精度要

17、求,,2．寬的調(diào)速范圍,,3．快的響應(yīng)速度,,4．好的穩(wěn)定性,,5．大的轉(zhuǎn)矩輸出,,,,,1．高的精度要求,,,數(shù)控機床是按預(yù)定的程序自動加工零件的，不可能像普通機床那樣可用手動操作來調(diào)整和補償各種誤差，因此它要求有很高的定位精度和重復(fù)定位精度，所謂精度是指伺服系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)接收一個指令脈沖驅(qū)動工作臺移動的距離稱為一個脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量越小，機床的精度就越高。為此，消除進(jìn)給傳動鏈的間隙，是保證高精度的重要措施之一，一般脈沖當(dāng)量應(yīng)達(dá)到0.01～0.001mm,。,,2．寬的調(diào)速范圍,,,由于數(shù)控機床加工要適應(yīng)各種工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承擔(dān)全部

18、工作負(fù)載的條件下，應(yīng)具有很寬的調(diào)速范圍。既要高到為縮短輔助時間、提高加工效率的快速移動速度要求，如10一30m／min；也要能滿足在完成高精度定位的低速度 (如0.1 mm／min)時，均勻、穩(wěn)定、無爬行地工作。對于一般數(shù)控機床的調(diào)速范圍1：24 000就可以了，較先進(jìn)的數(shù)控機床可以獲得更寬的調(diào)速范圍。,,,3．快的響應(yīng)速度,,所謂響應(yīng)速度是指伺服系統(tǒng)跟隨指令信號的響應(yīng)速度快，使工作臺能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確地跟蹤指令，保證輪廓切削的形狀精度和良好的加工表面精度。一般反應(yīng)時間要求在200ms，甚至幾十毫秒內(nèi)。要保證如此高的響應(yīng)速度，進(jìn)給傳動工作臺的剛度、間隙、摩擦、轉(zhuǎn)動慣量等都是必須考慮

19、的問題。,,4．好的穩(wěn)定性,,要有較強的抗干擾能力，保證電源、環(huán)境、負(fù)載等所產(chǎn)生的波動對其影響較小，有較好的調(diào)速機械特性，外加負(fù)載變化的適應(yīng)能力強，以保證加工穩(wěn)定地進(jìn)行。,,5．大的轉(zhuǎn)矩輸出,,機床加工大多在低速時進(jìn)行重切削，則要求低速時進(jìn)給系統(tǒng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。為此，需縮短進(jìn)給系統(tǒng)傳動鏈，簡化機械結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)剛度，提高傳動精度。,,,,三、數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置,,,數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動裝置與機械傳動執(zhí)行件等組成，對于半閉環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)還包括位置檢測環(huán)節(jié)。而驅(qū)動裝置是由驅(qū)動元件電動機和電動機驅(qū)動控制單元兩部分組成，通常它們由同一生產(chǎn)廠家配套提供給機床制造廠。進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置用

20、于數(shù)控機床各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運動，,進(jìn)給驅(qū)動用的伺服電動機主要有步進(jìn)電動機和交流、直流調(diào)速電動機，,電動機作為驅(qū)動元件是伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。,,,,四、數(shù)控進(jìn)給傳動結(jié)構(gòu),,,進(jìn)給傳動結(jié)構(gòu)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要組成部分，它是,將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為執(zhí)行部件的直線移動或回轉(zhuǎn)運動，以保證刀具與工件相對位置關(guān)系為目的。,在數(shù)控機床中，進(jìn)給運動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。無論是開環(huán)還是閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)，工件的精度均要受到進(jìn)給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控機床的進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)力求做到減少摩擦力，提高傳動精度與剛度，消除傳動間隙以及減少運動件的慣量等。目前，在數(shù)控機床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中常用的機械

21、傳動裝置主要有：,滾珠絲杠螺母副、靜壓蝸桿－蝸母條、預(yù)加載荷雙齒輪－齒條及雙導(dǎo)程蝸桿等。,,,,1．滾珠絲杠螺母副傳動,,,為了提高數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運動精度，必須減少運動件的摩擦阻力和動靜摩擦力之差。為此，在中小型數(shù)控機床中，滾珠絲杠螺母副是采用最普遍的結(jié)構(gòu)。,,,,(1)滾珠絲杠副的工作原理。,滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。,１－滾珠絲桿２－滾珠螺母３－滾珠４－滾珠返回裝置５－滾道,,,,(2)滾珠絲杠副的特點,,,滾珠絲杠副的絲杠與螺母之間是通過滾珠來傳遞運動的，使之成為滾動摩擦，這是滾珠絲杠區(qū)別于普通

22、滑動絲杠的關(guān)鍵所在，其特點主要有以下幾點：,,1)傳動效率高。,滾珠絲杠副的傳動效率高達(dá)95％～98％，是普通梯形絲杠　　　　的3～4倍，功率消耗減少2／3～3／4。,,２)靈敏度高、傳動平穩(wěn)。,由于是滾動摩擦，動靜摩擦系數(shù)相差極小。因此低速不易產(chǎn)生爬行。,,３）定位精度高、傳動剛度高,。,用多種方法可以消除絲杠螺母的軸向間隙，使反向無空行程，定位精度高，適當(dāng)預(yù)緊后，還可以提高軸向剛度。,,4)不能自鎖、有可逆性。,既能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也能將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。因此絲杠在垂直狀態(tài)使用時，應(yīng)增加制動裝置或平衡塊。,,5)制造成本高。,滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度及表面粗糙度等要求

23、高，制造工藝較復(fù)雜，成本高。,,,,（3)滾珠絲杠副的循環(huán)方式,,常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)反向過程中，與絲杠滾道脫離接觸的稱為外循環(huán)；而在整個循環(huán)過程中，滾珠始終與絲杠各表面保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。,外循環(huán),內(nèi)循環(huán),1一插管,,2一滾珠,,3一外循環(huán)螺母,,4—滾珠絲杠,,5一反向器,,6一內(nèi)循環(huán)螺母,,,(4)滾珠絲杠副的使用防護(hù),,滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動元件一樣，如有硬質(zhì)的灰塵或切屑等臟物落進(jìn)滾道，就會妨礙滾珠的運轉(zhuǎn)并加速磨損，因此有效地防護(hù)密封和保持潤滑油的清潔就顯得十分必要．常用的防塵密封裝置由密封圈和防護(hù)罩相結(jié)合，密封圈裝在滾珠螺母的兩端，和絲杠直接接觸，其材料有毛氈、

24、耐油橡皮或尼龍等，防塵效果好。但有接觸壓力、摩擦力矩增加的現(xiàn)象，所以有時采用非接觸式、由聚氯乙烯等塑料制成的迷宮密封圈。,,對于暴露在外面的絲杠一般采用伸縮套筒式、折疊式的塑料或人造革等形式的防護(hù)罩，以防止空氣中塵埃粘附在絲杠表面。,,滾珠絲杠副和普通滑動絲杠螺母副一樣，要用潤滑劑來提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油或潤滑脂兩大類。潤滑油可采用一般機械油、90~180號透平油或140號主軸油，經(jīng)過殼體上的油孔而注入螺紋的空間內(nèi)。潤滑脂可采用鋰基油脂，油脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。,,,2．其他進(jìn)給傳動機構(gòu),,(1)靜壓蝸桿一蝸母條傳動,,蝸桿－蝸母條機構(gòu)是絲杠螺母機構(gòu)的一種特殊

25、形式蝸桿可看作長度很短的絲杠，蝸母條則可看作一個很長的螺母沿軸向剖開后的一部分。,,液體靜壓蝸桿一蝸母條機構(gòu)是在蝸桿一蝸母條的嚙合齒面間注入壓力油，以形成一定厚度的油膜，使兩嚙合面形成液體摩擦，特別適宜重型數(shù)控機床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)。進(jìn)給伺服電動機通過聯(lián)軸器與蝸桿相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。蝸母條與運動部件(工作臺)相連，以獲得往復(fù)直線運動。這種形式常用于龍門銑床的工作臺進(jìn)給驅(qū)動。,,,,,,(2)雙齒輪一齒條傳動,,齒輪一齒條是行程較長的大型數(shù)控機床上常用的進(jìn)給傳動形式，適用于傳動剛性要求高，傳動精度不太高的場合。,,采用齒輪一齒條傳動時，必須采取消除齒側(cè)間隙的措施。通常采用兩個齒輪2，3與齒條嚙合的方

26、法，專用的預(yù)加載機構(gòu)使兩齒輪以相反方向預(yù)轉(zhuǎn)過微小的角度，使兩齒輪分別與齒條的兩側(cè)齒面貼緊，從而消除間隙。,,,,(3)雙導(dǎo)程蝸桿傳動。,,,為了擴大工藝范圍，提高生產(chǎn)效率，數(shù)控機床除了直線進(jìn)給運動之外，還有圓周進(jìn)給運動。圓周進(jìn)給運動可由回轉(zhuǎn)工作臺來實現(xiàn)，其進(jìn)給傳動一般采用蝸輪一蝸桿傳動。,,,,五、數(shù)控進(jìn)給傳動導(dǎo)軌,,,導(dǎo)軌是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，它對數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性等有著重要的影響，現(xiàn)代數(shù)控機床的導(dǎo)軌，對導(dǎo)向精度、精度保持性、摩擦特性、運動平穩(wěn)性和靈敏度都有更高的要求，在材料和結(jié)構(gòu)上有了“質(zhì)”的變化，明顯不同于普通機床的導(dǎo)軌。,,1．塑料滑動導(dǎo)軌,,,為了進(jìn)一步降低普通

27、滑動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，防止低速爬行，提高定位精度，在數(shù)控機床上普遍采用塑料作為滑動導(dǎo)軌的材料，使原來,鑄鐵一鑄鐵,的滑動變?yōu)?鑄鐵一塑料或鋼一塑料,的滑動。,,(1)塑料軟帶,,(2)塑料涂層,,,,(1),塑料軟帶,也稱聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，導(dǎo)軌材料是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀，厚度約1．2mm。由于這類導(dǎo)軌軟帶采用粘貼的方法，習(xí)慣上也稱為“貼塑導(dǎo)軌”,,,,,,(2)塑料涂層,是以環(huán)氧樹脂為基體，加入鐵粉、二硫化鉬和膠體石墨，并加入增塑劑，混合成液膏狀為一組分，另一組分為固化劑，雙組分組成塑料涂層。涂層的厚度在1～1．5mm之間。,,由于這類涂

28、層導(dǎo)軌采用涂刮或注入膏狀塑料的方法，習(xí)慣上也稱為“,涂塑導(dǎo)軌,”或 “,注塑導(dǎo)軌,”。,,,,(3)塑料導(dǎo)軌的特點,,1)摩擦特性好,,,鑄鐵一淬火鋼或鑄鐵一鑄鐵導(dǎo)軌副的動、靜摩擦系數(shù)相差較大，近一倍。而金屬一聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶(Turcite—B，TSF)的動、靜摩擦系數(shù)基本不變，而且摩擦系數(shù)很低。這種良好的摩擦特性能防止低速爬行，使機床運行平穩(wěn)，以獲得高的定位精度。,1一鑄鐵一鑄鐵(30,＃機油),,,,2一Turcite--B--鑄鐵(干摩擦),,,,3一Turcte--B--鑄鐵(30＃機油),,,4一TSF--鑄鐵(干摩擦),,,5一TSF--鑄鐵(30 ＃機油),各種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)曲

29、線,,,2）耐磨性好,。,,除摩擦系數(shù)低外，塑料材料中含有青銅、二硫化鉬和石墨，因此其本身具有自潤滑作用，對潤滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。另外，塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入細(xì)小的金屬碎屑、灰塵等，也不至于損傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌的使用壽命。,,3)減振性好,。,,塑料的阻尼性能好，其減振消聲的性能對提高摩擦副的相對運動速度有很大的意義。,,4)工藝性好,。,,可降低與塑料結(jié)合的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量，而且塑料易于加工(銑、刨、磨、刮)，使導(dǎo)軌副接觸面獲得良好的表面質(zhì)量,。,,,,,2．滾動導(dǎo)軌,,滾動導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安裝滾動體(滾珠、滾柱和滾針)，與滾珠絲杠的工作原

30、理類似，使兩導(dǎo)軌面之間形成的摩擦為滾動摩擦。動、靜摩擦系數(shù)相差極小，幾乎不受運動速度變化的影響。優(yōu)點是：摩擦系數(shù)小，運動輕便靈活，靈敏度高；低速運動平穩(wěn)性好，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，定位精度高；耐磨性好，磨損小，精度保持性好；且潤滑系統(tǒng)簡單。缺點：滾動導(dǎo)軌的抗振性較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對臟物較敏感，必須要有良好的防護(hù)措施。,直線滾動導(dǎo)軌外形,直線滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu),l一導(dǎo)軌體,,,2，5一密封墊,,,,3一滾動體保持器 卜滾動體,,,,6一端蓋,,,,7一滑塊,,,,8一潤滑油杯,,,3．靜壓導(dǎo)軌,,,,靜壓導(dǎo)軌又分為,液體靜壓導(dǎo)軌,和,氣體靜壓導(dǎo)軌,兩種。,,1）液體靜壓導(dǎo)軌,,,是在兩個相對運動的導(dǎo)軌面間

31、通人壓力油，使運動件浮起。工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油壓能隨著外加負(fù)載的變化自動調(diào)節(jié)，以平衡外負(fù)荷，保證導(dǎo)軌面始終處于純液體摩擦狀態(tài)。 由于其導(dǎo)軌工作面完全處于純液體摩擦狀態(tài)，故工作時的摩擦系數(shù)極低，一般為十萬分之幾，無“爬行”現(xiàn)象，吸振性好，壽命長但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要用于在大、重型的數(shù)控機床。,,２）氣體靜壓導(dǎo)軌,,,是利用恒定壓力的空氣膜，使兩導(dǎo)軌間呈懸浮狀態(tài)，其摩擦系數(shù)比液體靜壓還小，并完全避免了運動副的熱變形。用于數(shù)控坐標(biāo)磨床和三坐標(biāo)測量儀。,,,第五節(jié) 數(shù)控機床的自動換刀裝置,,在零件的加工制造過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸、測量和搬運零件等非切削時間上，切削加工時間占整個工時

32、中較小的比例。為了進(jìn)一步壓縮非切削時間，數(shù)控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多工序加工的方向發(fā)展。這就是近年來帶有自動換刀裝置的多工序數(shù)控機床得以迅速發(fā)展的原因。為此，更進(jìn)一步發(fā)展和完善各類刀具自動更換裝置，擴大換刀數(shù)量，以便實現(xiàn)更為復(fù)雜的換刀操作。這不僅可以提高機床的生產(chǎn)效率，擴大數(shù)控機床的功能和使用范圍，而且，由于零件在一次安裝中完成多工序加工，大大減少了零件的裝夾次數(shù)，進(jìn)一步提高了零件的加工精度。,,自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲存量、結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求。,,一、回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置,,回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗

33、力。選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.005~0.01mm)。,,螺母升降轉(zhuǎn)位刀架,，電動機4經(jīng)安全離合器5，至蝸輪副6帶動螺母7旋轉(zhuǎn)，螺母7舉起刀架3使端齒盤的上齒盤2與下齒盤1分離，隨即電動機4帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)出信號反轉(zhuǎn)鎖緊。,十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架,，銷子9每轉(zhuǎn)一周刀架轉(zhuǎn)過—個工位，如四方刀架為90',,凸輪棘爪式刀架,，蝸輪帶動端面凸輪14相對于相對的端面凸輪13轉(zhuǎn)動，,,使刀架的上下齒盤脫開，然后利用棘輪機構(gòu)推動刀架體12轉(zhuǎn)過所需的工位，最后利用電氣元件發(fā)出電動機反轉(zhuǎn)信號而鎖緊刀架。,電磁式刀架,，利用線圈

34、通電時的電磁力使刀架定位鎖緊,回轉(zhuǎn)刀架中，十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架體積大，占用空間多，相對地減少了機床的切削區(qū)域；凸輪棘爪式轉(zhuǎn)位刀架不易做到可靠定位；電磁式轉(zhuǎn)位刀架則需多一套控制電路，并要有斷電保護(hù)；螺母升降式轉(zhuǎn)位刀架零件較多，但定位可靠，目前使用較多。,,一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作主要包括,刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架壓緊,等幾個步驟。,1，10一下齒盤 2，11一上齒盤 3，8，12一刀架體 4，17一電動機 5一離合器,,6一蝸輪副 7一絲杠螺母副 9一銷釘 13，14一端面凸輪 15，16一棘輪副,,二、多主軸轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置,,,這種機床的主軸轉(zhuǎn)塔頭就是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，轉(zhuǎn)塔頭有臥

35、式和立式兩種。如圖示為數(shù)控轉(zhuǎn)塔式鏜銑床的外觀圖，每次換刀包括,轉(zhuǎn)塔頭脫開主軸傳動、轉(zhuǎn)塔頭抬起、轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位和轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊等步驟。,由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設(shè)計得十分堅實，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。,帶主軸轉(zhuǎn)塔頭的數(shù)控機床,,轉(zhuǎn)塔頭,機床主體,,,三、刀庫一機械手自動換刀系統(tǒng),,這種自動換刀裝置有一個專做儲存刀具用的刀庫，機床只需一個夾持刀具進(jìn)行切削的刀具主軸，其刀具的交換方式通常分為通過刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，以及采用機械手交換刀具兩大類。前者換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不可能同時進(jìn)行，因此換刀時間較長；而后者機械手換

36、刀時有很大的靈活性，這種刀庫可儲存較多的刀具，自動換刀時，機械手把機床主軸已用過的刀具送回刀庫，同時從刀庫中取出下一工序所需刀具送往主軸，換刀時間重疊，因而換刀時間短，加工效率高,,1一主軸箱,,2一主軸,,3一刀具,,4一刀庫,,5一工件,刀庫一主軸自動換刀數(shù)控機床,配合換刀系統(tǒng)使用,并以合理方式存儲較多刀具,及輔具的部件稱為,刀庫,,,這種刀庫可儲存較多的刀具，自動換刀時，機械手把機床主軸已用過的刀具送回刀庫，同時從刀庫中取出下一工序所需刀具送往主軸，換刀時間重疊，因而換刀時間短，·加工效率高，適用于加工各種較復(fù)雜的工件，及所需刀具數(shù)量多的自動換刀數(shù)控鏜銑床。,,,第六節(jié) 數(shù)控機床常用位

37、置檢測裝置,,,一、檢測反饋裝置的作用,,檢測反饋裝置的作用是將其準(zhǔn)確測得的直線位移或角位移迅速反饋給數(shù)控裝置，以便與加工程序給定的指令值進(jìn)行比較，如有誤差，數(shù)控裝置將向伺服系統(tǒng)發(fā)出新的修正指令，從而控制驅(qū)動系統(tǒng)正確運轉(zhuǎn)，使工作臺(或刀具)按規(guī)定的軌跡和坐標(biāo)移動。,,,二、對檢測反饋裝置的基本要求,,1、分辨率和制造精度高，工作可靠抗干擾能力強,,2、反應(yīng)快，測量靈敏,,3、光柵等測量尺的溫度系數(shù)小,,4、使用和維護(hù)方便,,三、位置檢測裝置的分類,,,,,不同類型的數(shù)控機床對于檢測系統(tǒng)的精度與速度有不同的要求。一般來說，對于大型數(shù)控機床以滿足速度要求為主，而對于中小型和高精度數(shù)控機床以滿足精度

38、要求為主。,,1、按測量方法分類,,（1）直接測量反饋裝置（閉環(huán)）,,（2）間接測量反饋裝置（半閉環(huán)）,,2、按獲得量值的方式分類,,（1）增量式檢測反饋裝置,該裝置通過測量尺發(fā)出一個個脈沖信號，每一個脈沖即表示一個單位的位移，最后計數(shù)器顯示出累計位移量。因該裝置未設(shè)絕對測量零點故在開機后必須先回零確認(rèn)其測量起點,,（2）絕對式檢測反饋裝置,該裝置一般由絕對刻度尺（盤）為測量尺，通過讀數(shù)，即可直接得到測量結(jié)果。因該裝置設(shè)有與機床固定原點相一至的絕對測量零點，故裝置,開機后不用回零，就可測得有關(guān)位置，機床發(fā)生故障時，也易查到故障前所在位置,,3、按測量元件的結(jié)構(gòu)類型分類,,（1）旋轉(zhuǎn)型檢測反饋裝

39、置,,（2）直線型檢測反饋裝置,,4、按檢測信號的類型來分類,,（同一種檢測元件既可以做成數(shù)字式，也可以做成模擬式，主要取決于使用方式和測量線路。）,,（1）數(shù)字式檢測反饋裝置,是指將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖的測量裝置,,（2）模擬式檢測反饋裝置,是指機械位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍祷蛳辔坏臏y量裝置。,,目前，數(shù)控機床大多數(shù)采用數(shù)字式檢測反饋裝置。使用這種裝置可在快速檢測過程中避免模擬量漂移，以及因受噪聲污染而引起的誤差，提高了可靠性。,,因有時一種裝置同屬幾類故對檢測反饋裝置 大多要進(jìn)行綜合分類：,,方式,,檢測裝置,,,結(jié)構(gòu)類型,數(shù)字式,,模擬式,,,增量式,絕對式,增量式,絕對式,直線型,長光柵,

40、,激光干涉儀,編碼尺,直磁尺 容柵,,直線感應(yīng)同步器,絕對式磁尺,旋轉(zhuǎn)型,圓光柵,,光電編碼器,絕對位置編碼器,圓磁尺,,圓感應(yīng)同步器,,旋轉(zhuǎn)變壓器,多極旋轉(zhuǎn)變壓器,,位置檢測裝置的分類,,四、常用位置檢測裝置,,數(shù)控機床上常用的檢測裝置主要有脈沖編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵和磁 尺等。,,,1．脈沖編碼器,,脈沖編碼器也稱脈沖發(fā)生器，是一種角位移檢測裝置，它是把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖輸出信號來進(jìn)行檢測的。就其工作原理有光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種。光電式編碼器以其精度和可靠性在數(shù)控機床上得到了普遍地使用。按編碼的方式，這種編碼器又可分為增量式和絕對式光電脈沖編碼器。通常說的脈沖編碼器是

41、指增量式光電脈沖編碼器。,,2．光柵與磁柵,,(1)光柵。計量光柵有長光柵和圓光柵兩種，前述的增量式光電脈沖編碼器實際上就,,是屬于一種圓光柵。通常的光柵尺是指長光柵。光柵尺是一種直線精密檢測元件，在數(shù)控機床上屬于直接測量，用于直接測量工作臺的移動，通常是全閉環(huán)控制系統(tǒng)用得較多且歷史悠久的測量裝置。,,光柵尺由標(biāo)尺光柵和指示光柵組成。標(biāo)尺光柵安裝在機床移動部件上，其有效長度即為工作臺移動的全行程，光柵長度較長，也稱長光柵。而指示光柵安裝在機床固定部件上，相當(dāng)于一個讀數(shù)頭，也稱短光柵。兩光柵均為長度不同的條形光學(xué)玻璃，其上刻有一系列均勻密集的刻紋，兩塊光柵的刻紋密度相同，是根據(jù)所測精度決定的。通

42、常每毫米刻50，100，200，250等條紋。當(dāng)兩光柵平行放置且保持一定間隙(0．05～0．1 mm)，并將指示光柵在其自身平面內(nèi)轉(zhuǎn)過一個很小角度時(見圖2 26)，由于光的衍射作用，就會產(chǎn)生明暗交替的干涉條紋，稱為莫爾(橫向)條紋，其方向與光柵刻線幾乎垂直。如果將標(biāo)尺光柵在光柵長度方向上移動，則可看到莫爾條紋也跟著移動，但方向與光柵移動方向垂直，當(dāng)標(biāo)尺光柵移動一個條紋時，莫爾條紋也正好移動一個條紋。通過光敏元件可以測定莫爾條紋的數(shù)目和頻率，即可測出光柵移動的距離和速度。同光電編碼器類似，用相位差1／4周期的兩個光敏元件，還可以測得工作臺移動的方向。 制作光柵的材料除玻璃外，也可是金屬鏡面上利用光的反射現(xiàn)象形成光柵。前者利用透射光的原理，稱為透射光柵。后者利用反射原理，稱為反射光柵。,,