摘要數(shù)控車(chē)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車(chē)床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來(lái)一直受到世界各國(guó)的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。因此了解數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)與工作原理是操作、維修、改進(jìn)數(shù)控車(chē)床的前提，也是設(shè)計(jì)一款數(shù)控車(chē)床的基本?；诖吮疚慕榻B了數(shù)控車(chē)床的主軸系統(tǒng)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)等的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于系統(tǒng)部件也作了介紹。關(guān)鍵詞： 數(shù)控車(chē)床 主軸系統(tǒng) 伺服進(jìn)給系統(tǒng) 刀架系統(tǒng)第 頁(yè)2AbstractNumerical-controlled Lathe is a electromechanical integration product,which is multinomial technology for one-piece. Numerical- -controlled Lathe is multituded by mechanism、 electric 、hydraulic、 pressure,pneumatic、 electrino、information and so on. It is main working machine and possesses high precision、 high efficiency、high automation and high flexibility in the mechanical manufacturing equipment.The technology capability of Numerical-controlled Lathe and percentage of machine output and in possession of amount is one of the important signal weighting the whole level of one state national economy extend and commercial manufacture Numerical-controlled Lathe is one of main variety of Numerical-controlled Machine,it take a important place in the Numerical-controlled Machine,and for decade years,it is given the prevalence regard from all the world and get the prompt develop.Therefore study the structure and working principle is the premise of operate、 maintain、improve Numerical-controlled Lathe, also it is the basic of designing Numerical-controlled Lathe.Introduced the characteristics, the design request and the structure characteristicsesof Principal axis system 、Servo system and Tools system of Numerical-controlled Lathe according to this text, also made a introduction for the system parts.Keywords: NCLathe Principal axis system Servo system Tools system第 頁(yè)2目錄第一章 概述…………………………………………………… 1一 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展……………………………………1二 數(shù)控機(jī)床的組成與適用范圍………………………………1三 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與分類……………………………………3四 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………4第二章 設(shè)計(jì)基本思想和主要參數(shù)…………………………5一 課題要求……………………………………………………5二 設(shè)計(jì)思想……………………………………………………5第三章 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)……………………………… 7一 主傳動(dòng)系統(tǒng)概述…………………………………………… 7二 主軸驅(qū)動(dòng)裝置、工作特性及速度控制…………………… 8三 主軸部件…………………………………………………… 9四 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)說(shuō)明………………………………13第四章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)………………………………15一 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)概述…………………………………………15二 交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置及調(diào)速…………………………………17三 位置檢測(cè)裝置………………………………………………18四 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)………………………………………………20五 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明……………………………………22總結(jié)…………………………………………………………………26參考文獻(xiàn)………………………………………………………… 27第 頁(yè)1第一章 概述一 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求。機(jī)械加工工藝過(guò)程的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的最主要的措施之一。它不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、還能夠大大改善工人的勞動(dòng)條件。大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)廣泛采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床以及專用自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)行多刀、多工位多面同時(shí)加工，以達(dá)到高效率和高自動(dòng)化。但這些都屬于剛性自動(dòng)化，在面對(duì)小批量生產(chǎn)時(shí)并不是適用，因?yàn)樾∨可a(chǎn)需要經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類，這就要求生產(chǎn)線具有柔性。而從某種程度上說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)正是很地滿足了這一要求。1952 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上。當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管，這就是第一代世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。我國(guó)是從 1958 年開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，一直到 60 年代中期處于研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，一些高等院校、科研單位研制出試驗(yàn)樣機(jī)，開(kāi)發(fā)也是從電子管開(kāi)始的。1965年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從 70 年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在車(chē)、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點(diǎn)加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。80 年代，我國(guó)從日本發(fā)那科公司引進(jìn)了 5、7、3 等系列的數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)、交流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國(guó)、德國(guó)引進(jìn)一些新技術(shù)。這使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。1985 年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。90 年代以及接下來(lái)主要是向高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展。二 數(shù)控機(jī)床的組成與適用范圍（一）數(shù)控機(jī)床的組成如圖所示，數(shù)控機(jī)床由以下幾個(gè)不分組成。第 頁(yè)21、程序介質(zhì)根據(jù)零件的幾何和工藝要求，確定零件加工的工藝過(guò)程和工藝參數(shù)，然后按規(guī)定的代碼和格式編制數(shù)控加工程序。編制程序的工作可由人工完成，也可以用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)來(lái)完成。比較先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，可以在它的數(shù)控裝置上直接編程。編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)介質(zhì)上，稱為程序介質(zhì)，可以是穿孔紙帶、磁帶、磁盤(pán)等。2、輸入輸出裝置輸入輸出裝置主要用于零件數(shù)控程序的編制、存儲(chǔ)、打印和顯示等。簡(jiǎn)單的輸入輸出裝置只包括鍵盤(pán)和發(fā)光二極管顯示器。一般的輸入輸出裝置除了人機(jī)對(duì)話編程鍵盤(pán)和 CRT 外，還包括紙帶、磁帶和磁盤(pán)輸入機(jī)、穿孔機(jī)等。高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)還使用自動(dòng)編程機(jī)或 CAD/CAM 系統(tǒng)。3、數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它根據(jù)輸入的程序和數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令。4、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、位置檢測(cè)裝置及輔助控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，并于機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出來(lái)的速度和位移指令，控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。在半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還得使用位置檢測(cè)裝置，間接或直接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際進(jìn)給位移，與指令位移進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。5、機(jī)床的機(jī)械部件數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件包括：主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件如工作臺(tái)、拖板及其傳動(dòng)部件和床身立柱等支承部件，還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。對(duì)于加工中心車(chē)床，還有存放刀具的刀庫(kù)，交換刀具的機(jī)械手等部件。(二) 數(shù)控機(jī)床的使用范圍數(shù)控機(jī)床適用于加工：（1）生產(chǎn)批量小的零件（100 件以下） ；第 頁(yè)3（2）加工精度高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件，如箱體類，曲線、曲面類的零件；（3）需要進(jìn)行多次改型設(shè)計(jì)的零件；（4）需要精確復(fù)制和尺寸一致性要求高的零件；（5）價(jià)格昂貴的零件，這種零件雖然生產(chǎn)量不大，但是如果加工中因出現(xiàn)錯(cuò)而報(bào)廢，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。三 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與分類（一）數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)化加工機(jī)床。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下特點(diǎn)。1、適應(yīng)性強(qiáng)數(shù)控機(jī)床是按照被加工零件數(shù)控程序來(lái)進(jìn)行自動(dòng)加工的，當(dāng)改變加工零件時(shí),只要改變數(shù)控程序軟件，而不需要改變機(jī)械部分和控制部分的硬件，就能適應(yīng)加工。因此，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，有利于機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。2、精度高，質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機(jī)床本身的精度較高，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，加工零件按數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行，可以避免人為的誤差。因此，數(shù)控機(jī)床可以獲得比普通機(jī)床更高的加工精度。尤其提高了同批零件生產(chǎn)的一致性，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。3、生產(chǎn)率高數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了機(jī)加工時(shí)。還有自動(dòng)換刀轉(zhuǎn)速、自動(dòng)換刀和其它輔助操作自動(dòng)化等功能，而且無(wú)需工序間的檢驗(yàn)與測(cè)量，故使輔助時(shí)間大為減縮。4、能完成復(fù)雜型面的加工許多復(fù)雜曲線和曲面的加工，普通機(jī)床無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而數(shù)控機(jī)床完全可以完成。5、減輕勞動(dòng)輕度，改善勞動(dòng)條件。由于數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)完成對(duì)零件的加工的，許多動(dòng)作不需要操作者進(jìn)行，因此勞動(dòng)條件和勞動(dòng)強(qiáng)度大為改善。6、有利于生產(chǎn)管理采用數(shù)控機(jī)床，有利于向計(jì)算機(jī)控制和管理生產(chǎn)方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)制造和生產(chǎn)管理自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。(二) 數(shù)控機(jī)床的分類1、按工藝用途分類： （1）普通數(shù)控機(jī)床（2）數(shù)控加工中心（帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床）2、按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類：（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床第 頁(yè)4（2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床3、按伺服系統(tǒng)的控制方式分類： （1）開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床（2）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（3）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床4、按所用數(shù)控系統(tǒng)的檔次分類（1）低檔數(shù)控機(jī)床(主要用于車(chē)床、線切割機(jī)床及舊機(jī)床改造)（2) 中檔數(shù)控機(jī)床(伺服進(jìn)給采用半閉環(huán)及直、交流伺服控制,三至四軸聯(lián)動(dòng)制）（3) 高檔數(shù)控機(jī)床(伺服進(jìn)給采用閉環(huán)及直、交流伺服控制，五軸或以上聯(lián)動(dòng)制）以上中、高檔數(shù)控機(jī)床一般稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控。四 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向發(fā)展。1、高速、高精度高速化指數(shù)控機(jī)床的高速切削和高速插補(bǔ)進(jìn)給，目標(biāo)是在保證加工精度的前提下，提高加工速度。這不僅是要求數(shù)控系統(tǒng)的處理速度快，同時(shí)還要求數(shù)控機(jī)床具有大功率和大轉(zhuǎn)矩的高速主軸、高速進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、高性能的刀具、穩(wěn)定的高頻動(dòng)態(tài)剛度。高精度包括高進(jìn)給分辨率、高定位精度和重復(fù)定位精度、高動(dòng)態(tài)剛度、高性能閉環(huán)交流數(shù)字伺服系統(tǒng)等。2、 “開(kāi)放式”要求新一代數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)是一種開(kāi)放式、模塊化的體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的構(gòu)成要素應(yīng)是模塊化的，同時(shí)各模塊之間的接口必須是標(biāo)準(zhǔn)的；系統(tǒng)的軟件、硬件構(gòu)造應(yīng)是“透明的” 、 “可移植的” ；系統(tǒng)應(yīng)具有“連續(xù)升級(jí)”的能力。3、智能化所謂智能化數(shù)控系統(tǒng)，是指具有擬人智能特征，智能數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征，自動(dòng)感知加工系統(tǒng)得內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)進(jìn)給速度、背吃刀量、坐標(biāo)移動(dòng)、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過(guò)程處于最佳狀態(tài)。（1）在數(shù)控系統(tǒng)中引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制實(shí)在加工過(guò)程中不斷檢查某些能代表加工狀態(tài)的參數(shù)（2）設(shè)置故障自診斷功能（3）具有人機(jī)對(duì)話自動(dòng)編程功能（4）應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)第 頁(yè)54、復(fù)合化復(fù)合化加工，即在一臺(tái)機(jī)床上工件一次裝夾便可以完成多工種、多工序的加工，通過(guò)減少裝卸刀具、裝卸工件、調(diào)整機(jī)床的輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，最大限度的提高機(jī)床的開(kāi)機(jī)率和利用率。5、高可靠性高可靠性的數(shù)控系統(tǒng)是提高數(shù)控機(jī)床可靠性的關(guān)鍵。6、多種插補(bǔ)功能數(shù)控機(jī)床除具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能外，有的還具有樣條插補(bǔ)、漸開(kāi)線插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、指數(shù)曲線插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、假想坐標(biāo)插部等。7、人機(jī)界面的友好第二章 設(shè)計(jì)基本思想和主要參數(shù)一 課題要求（一）題目名稱數(shù)控車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（加工直徑 500mm）（二）課題內(nèi)容及工作量（1）數(shù)控車(chē)床總裝配圖設(shè)計(jì)（2）主軸部件設(shè)計(jì)（3) 刀具進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（4）設(shè)計(jì)圖量 Ao 4 張、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（5）外文翻譯 5000 漢字；全部圖紙用計(jì)算機(jī)輔助繪圖，說(shuō)明書(shū)由計(jì)算機(jī)輸出打印。二 設(shè)計(jì)思想?yún)⒄諠?jì)南第一機(jī)床廠的 MJ-50 型數(shù)控車(chē)床來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：床身和導(dǎo)軌的布局采用水平床身斜滑板；主軸驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)調(diào)速，采用 V 型帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)：進(jìn)給系統(tǒng)也使用交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用同步帶機(jī)構(gòu)減速，采用滾珠絲杠副進(jìn)行傳動(dòng)；刀架系統(tǒng)使用回轉(zhuǎn)刀架機(jī)構(gòu)；尾座使用標(biāo)準(zhǔn)尾座。下面對(duì) MJ-50 進(jìn)行介紹：（一）MJ-50 數(shù)控車(chē)床的用途MJ-50 數(shù)控車(chē)床主要用來(lái)加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面、圓錐面、螺紋表面、形第 頁(yè)6成回轉(zhuǎn)體表面。對(duì)于盤(pán)類零件可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸空、鏜孔等加工。機(jī)床還可以完成車(chē)端面、切槽、倒角的加工。（二）MJ-50 數(shù)控車(chē)床的布局MJ-50 數(shù)控車(chē)床為兩坐標(biāo)連續(xù)控制的臥式車(chē)床。床身為平床身，床身導(dǎo)軌上面支承著 30 度傾斜布置的滑板，排屑方便。導(dǎo)軌的橫截面為矩形，支承剛性好，且導(dǎo)軌上配置有防護(hù)罩。床身的左上方安裝有主軸箱，主軸有 AC 交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，免去變速傳動(dòng)裝置，因此使主軸箱的結(jié)構(gòu)變得十分簡(jiǎn)單。為了快速而省力地裝夾工件，主軸卡盤(pán)的夾緊與松開(kāi)是由主軸尾端的液壓缸來(lái)控制的。床身右上方安裝有尾座。該機(jī)床有兩種可配置的尾座，一種是標(biāo)準(zhǔn)尾座，另一種是選擇配置的尾座?；宓膬A斜導(dǎo)軌上安裝有回轉(zhuǎn)刀架，其刀盤(pán)上由 10 個(gè)工位，最多安裝 10 把刀具。滑板上分別安裝有 X 軸和 z 軸的進(jìn)給傳動(dòng)裝置。根據(jù)用戶的要求，主軸箱前端上可以安裝對(duì)刀儀，用于機(jī)床的機(jī)內(nèi)對(duì)刀。檢測(cè)刀具時(shí)，對(duì)刀儀的轉(zhuǎn)臂擺出，其上端的接觸式傳感器測(cè)頭對(duì)所有刀具進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)完成后，對(duì)刀儀的轉(zhuǎn)臂擺回到原位，且測(cè)頭被鎖在對(duì)刀儀防護(hù)罩中。機(jī)床上配置有操作面板，機(jī)床防護(hù)門(mén)，可以配置手動(dòng)防護(hù)門(mén)，也可以配置氣動(dòng)防護(hù)門(mén)。液壓系統(tǒng)的壓力由壓力表顯示。附有主軸卡盤(pán)夾緊與松開(kāi)的腳踏開(kāi)關(guān)。（三）MJ-50 數(shù)控車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)允許最大工件回轉(zhuǎn)直徑 500mm最大切削直徑 310mm最大切削長(zhǎng)度 650mm主軸轉(zhuǎn)速范圍 35~3500r/min(連續(xù)無(wú)級(jí))其中恒扭矩范圍 35~437 r/min其中恒功率范圍 437~3500 r/min主軸通孔直徑 80mm拉管直徑 65mm刀架有效行程 X 軸 182mm;Z 軸 675mm快速移動(dòng)速度 X 軸 10m/min;Z 軸 15m/min安裝刀具數(shù) 10 把刀具規(guī)格 車(chē)刀 25mmx25mm;鏜刀￠12mm~￠45mm選刀方式 刀盤(pán)就近轉(zhuǎn)位分度時(shí)間 單步 0.8s; 180° 2.2s尾座套筒直徑 90mm尾座套筒行程 130mm主軸 AC 伺服電動(dòng)機(jī)連續(xù)/30min 超載 11/15kw進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī) X 軸 AC 0.9kw;Z 軸 AC 1.8kw機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng) x 寬 x 高） 2995mmx1667mmx1796mm第 頁(yè)7第三章 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)說(shuō)明一 主傳動(dòng)系統(tǒng)概述（一）主傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)1、目前數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)已不再采用普通的交流異步電動(dòng)機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)和直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)所代替。2、轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率的切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。3、變速范圍大。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。4、主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。（二）對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床傳動(dòng)要求外，還提出如下要求：1. 具有較大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。數(shù)控機(jī)床為了保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。2. 具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。3. 良好的抗振興和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床一般既要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運(yùn)動(dòng)部件不平穩(wěn)以及切削過(guò)程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無(wú)法進(jìn)行。因此主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力—抗振性?？拐裥杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來(lái)衡量。例如主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提第 頁(yè)8高，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過(guò)保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。二 主軸驅(qū)動(dòng)裝置、工作特性及速度控制為了滿足數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)要求，主軸電動(dòng)機(jī)須具備下述性能：（1） 電機(jī)功率要大，且在大的調(diào)速范圍內(nèi)速度要穩(wěn)定，恒功率調(diào)速范圍要寬；（2） 在斷續(xù)負(fù)載下電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)要??；（3） 加速、減速時(shí)間短；（4） 溫升低，振動(dòng)小，噪聲小，可靠性高，壽命長(zhǎng)，易維護(hù)，體積小，重量輕；（5） 電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)。（一）交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置及其工作特性大多數(shù)進(jìn)給交流伺服電動(dòng)機(jī)采用永磁式同步電動(dòng)機(jī)，但主軸交流電動(dòng)機(jī)則多采用鼠籠式感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)，這是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不必像進(jìn)給系統(tǒng)那樣，需要如此高的動(dòng)態(tài)性能和調(diào)速范圍。鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便宜、可靠，配上矢量變換控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置則完全可以滿足數(shù)控機(jī)床的主軸的要求。交流主軸電機(jī)的性能可由圖所示功率/速度曲線反應(yīng)過(guò)來(lái)。從圖中曲線可見(jiàn)交流主軸電機(jī)的特性曲線與直流電機(jī)類似，即在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，而在基本速度以上為恒功率區(qū)域。但有些電機(jī)，如圖中所示那樣，當(dāng)電機(jī)速度超過(guò)某一定值后，其功率/速度曲線又往下傾斜，不能保持恒功率。對(duì)于一般主軸電機(jī)，這個(gè)恒功率的速度范圍只有 1：3 的速度比。另外交流主軸電機(jī)也有一定的過(guò)載能力，一般為額定值的 1.2 倍~1.5 倍，過(guò)載時(shí)間則從幾分鐘到半個(gè)小時(shí)不等。（二）交流主軸電機(jī)的調(diào)速交流主軸電機(jī)屬于交流感應(yīng)電機(jī)，當(dāng)定子三相繞組通上三相交流電時(shí)，將建立第 頁(yè)9起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其主軸磁通￠m 的空間轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速 no，其值為no=60f1/p (r/min)式中，f1 為定子供電電源頻率（Hz） ；p 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)。感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù) n 為n=no(1-s)=60f1(1-s)/p式中，s 為轉(zhuǎn)數(shù)差，s=(no-n)/no由上面可知調(diào)速方法分為兩類。第一類改變同步轉(zhuǎn)速 no 的調(diào)速，它可以改變極對(duì)數(shù) p，由于 p 是正整數(shù)，所以只能得到級(jí)差很大的有級(jí)調(diào)速，僅適用于不要求平滑調(diào)速的場(chǎng)合；另外是變頻調(diào)節(jié)，采用連續(xù)地調(diào)節(jié)定子電源頻率 f1，來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，它是一種高效型交流調(diào)速，范圍寬，精度高，是數(shù)控機(jī)床中常用的方法。第二類是不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速，常用的有調(diào)壓調(diào)速和電磁調(diào)速，由于有轉(zhuǎn)差功率損耗，效率低，特性軟，不適合數(shù)控機(jī)床調(diào)速。從以上分析中，可知改變電源頻率的調(diào)速是一種最有前途的調(diào)速方案，只要改變 f1 就能實(shí)現(xiàn) no 的調(diào)速。但實(shí)際調(diào)速中單純改變頻率是不夠的，因?yàn)楫?dāng)磁場(chǎng)以no 速度切割定子繞組，則在每組繞組感應(yīng)電勢(shì)為E1=4.44f1K1w1￠m≈u1式中，K1w1 為定子每組繞組等效匝數(shù)；￠m 為每極磁通量；u1 為定子相電壓。所以￠m= u1/4.44f1K1w1由此可知，保持定子電壓 u1 不變，則主磁通￠m 的大小將會(huì)發(fā)生變化。在調(diào)速過(guò)程中，如果頻率從工頻往下調(diào)節(jié)，則￠m 上升，將導(dǎo)致鐵心過(guò)飽和而使勵(lì)磁電流迅速上升，鐵心過(guò)熱，功率因數(shù)下降，電機(jī)帶負(fù)載能力降低。因此，必須在降低頻率的同時(shí)，降低電壓，以保持￠m 不變。這就是恒磁通變頻調(diào)速中的“調(diào)頻調(diào)壓控制” 。變頻調(diào)速有下面幾種控制方式：（1）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（2）恒最大轉(zhuǎn)矩調(diào)速（3）恒功率調(diào)速 為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，可以使 f1 大于 I 頻頻率，得到 n﹥no 的調(diào)速。由于定子電壓不許超過(guò)額定電壓，因此￠m 將隨著 f1 的升高而降低。這時(shí)相當(dāng)于額定電流時(shí)的轉(zhuǎn)矩也減少，特性變軟。可得到近似恒功率的調(diào)速特性。三 主軸部件主軸部件是機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，數(shù)控機(jī)床的主軸部件，既要滿足精加工時(shí)高精度的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削性能的要求，因此，數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度部件的結(jié)構(gòu)剛度和抗振性，運(yùn)轉(zhuǎn)溫度和熱穩(wěn)定性，以及部件的耐磨性和精度的保持能力等方面，都有很高的要求。第 頁(yè)10（一）主軸部件的性能要求主軸部件是機(jī)床主要部件之一。它的性能，對(duì)整機(jī)的性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對(duì)主軸部件的主要性能特提出如下要求：1、旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷 低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（如車(chē)床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的 7：24 錐孔）的徑向和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤(rùn)滑劑和主軸組件的平衡。2、剛度 剛度主要反映機(jī)床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多，如主軸的的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號(hào)、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，前后支撐的跨距和主軸的前懸伸，傳動(dòng)件的布置方式等。數(shù)控機(jī)床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此對(duì)其主軸組件的剛度應(yīng)提出更高的要求。3、溫升 溫升將引起熱變形使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會(huì)降低潤(rùn)滑劑的粘度，惡化潤(rùn)滑條件。因此，對(duì)高精度機(jī)床應(yīng)研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。4、可靠性 數(shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化的機(jī)床，所以必須保證工作可靠性。5、精度保持性 對(duì)數(shù)控機(jī)床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低升溫，高速與高精度等。這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度 低溫升的要求。（二）主軸組件的動(dòng)態(tài)特性1.平移 主軸作為一個(gè)剛體（實(shí)際上略有彎曲） ，在彈性支承上作平移振動(dòng)，主軸各點(diǎn)的振動(dòng)方向一致。2.搖擺 主軸在彈性支座上搖擺 ，左右振動(dòng)方向相反。3.彎曲 主軸本身作彎曲振動(dòng)，主軸中間與兩端的振動(dòng)方向相反，有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。這兩節(jié)點(diǎn)位于支承點(diǎn)附近。每個(gè)振型都有其固有頻率。每個(gè)振型按固有頻率排列的次序，稱為階。上述三個(gè)振型的固有頻率，以平移振型為最低，彎曲振型為最高，三個(gè)振型分別為第一 二 三振型，振型和固有頻率合稱為模態(tài)。可以看出，第一 二階模態(tài)的彈性環(huán)節(jié)主要是軸承；第三階則主要是軸承。當(dāng)軸的剛度提高時(shí)，第一二階模態(tài)的固有頻率也隨之提高，但第三階模態(tài)提高不多主軸是一個(gè)連續(xù)體，又無(wú)窮個(gè)模態(tài)。例如還有主軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、縱向振動(dòng)等。第 頁(yè)11但是，這些模態(tài)的固有頻率較高，工作時(shí)不可能發(fā)生共振，所以，只需研究最低幾階模態(tài)。主軸的模態(tài)，可用有限元法或傳遞矩陣法，借助計(jì)算機(jī)計(jì)算。通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸特別是帶內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)高速主軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動(dòng)態(tài)特性，可采取下列措施：（1）是主軸組件的固有頻率避開(kāi)激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的 30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛體振動(dòng)的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動(dòng)，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來(lái)自主軸組件的不平衡，這時(shí)激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 π/30。也可能來(lái)自斷續(xù)切削，這時(shí)激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。（2）增大比尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動(dòng)。這時(shí)主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對(duì)主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過(guò)大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時(shí)還因考慮阻尼因素。（3）采用消振裝置。（三）主軸部件的組成1、主軸部件一般數(shù)控機(jī)床的主軸部件由主軸、主軸支承、傳動(dòng)件和相應(yīng)的緊固件組成。對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控機(jī)床，主軸部件還包括刀具自動(dòng)加緊、主軸自動(dòng)準(zhǔn)停和主軸孔的清理裝置等結(jié)構(gòu)。主軸部件的構(gòu)造，主要是支撐部分的構(gòu)造。主軸的端部是標(biāo)準(zhǔn)的，傳動(dòng)件如齒輪、帶輪等與一般機(jī)械零件相同。因此，研究主軸組件主要是研究主軸的支撐部分。2、 主軸的傳動(dòng)件可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳動(dòng)件位于后懸伸端的越來(lái)越多。這樣做，可以實(shí)現(xiàn)分離傳動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)：主軸組件（稱為主軸單元）和變速箱可以做成獨(dú)立的功能部件，又專門(mén)的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動(dòng)聯(lián)接。本數(shù)控車(chē)床采用帶傳動(dòng)聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向） ，圓錐孔雙列圓柱滾子軸承只承受徑向力，角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。3、主軸的支承（1）軸承的選擇機(jī)床主軸常用的滾動(dòng)軸承有：圓錐孔雙列圓柱滾子軸承，雙列推力向心球軸承，雙列圓錐滾子軸承，帶凸肩的雙列空心圓柱滾子軸承，帶預(yù)緊彈簧的單列圓錐滾子軸承和角接觸球軸承。在這次設(shè)計(jì)中用到的滾動(dòng)軸承主要有：a 、圓錐孔雙列圓柱滾子軸承內(nèi)圈為 1：12 的錐孔，當(dāng)內(nèi)圈沿錐形軸頸軸向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈脹大以調(diào)整滾道的間隙。滾子數(shù)目多，兩列滾子交錯(cuò)排列，因而承載能力大，剛性好，允許轉(zhuǎn)速高。第 頁(yè)12它的內(nèi)外圈均較薄，因此，要求主軸頸與箱體孔均有較高的制造精度，以免軸頸與箱體孔的形狀誤差是軸承滾道發(fā)生畸變而影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度。該軸承只能承受徑向載荷。b、角接觸球軸承這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。角接觸球軸承一般組合使用。背對(duì)背組合、面對(duì)面組合和同向組合，這三種方式，兩個(gè)軸承都共同承擔(dān)徑向載荷；背對(duì)背、面對(duì)面可承受雙向軸向載荷；同向組合只能承受單向載荷，但承載能力較大，軸向剛度較高。軸承要合理配置，對(duì)提高主軸部件的精度和剛度，降低支承溫升，簡(jiǎn)化支承結(jié)構(gòu)有很大的作用。主軸的前后支承均應(yīng)有承受徑向載荷的軸承。（2）軸承的預(yù)緊所謂軸承預(yù)緊，就是使軸承滾道預(yù)先承受一定的載荷，不僅能消除減隙，而且還能使?jié)L動(dòng)體與滾道之間發(fā)生一定的變形，從而使接觸面積增大，軸承受力時(shí)變形減小，抵抗變形的能力增大。因此，對(duì)主軸滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊和合理選擇預(yù)緊量，可以提高主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性。機(jī)床主軸部件在裝配時(shí)要對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊，使用一段時(shí)間后，間隙或過(guò)盈有了變化，還得重新調(diào)整，所以要求預(yù)緊結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行調(diào)整。滾動(dòng)軸承間隙的預(yù)緊與調(diào)整，通常是使軸承內(nèi)、外圈相對(duì)軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常用的方法如下：a、軸承內(nèi)圈移動(dòng)。這種方法適用于圓錐孔雙列圓柱滾子軸承。用螺母通過(guò)套筒推動(dòng)內(nèi)圈在錐形軸頸上作軸向移動(dòng)，使內(nèi)圈變形脹大，在滾道上產(chǎn)生過(guò)盈，從而達(dá)到預(yù)緊的目的。b、修磨座圈或隔套。當(dāng)軸承外圈寬邊相對(duì)（背對(duì)背）安裝，這時(shí)修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)；當(dāng)軸承外圈窄邊相對(duì)（面對(duì)面）安裝，這時(shí)修磨軸承外圈的窄邊。在安裝時(shí)按相對(duì)關(guān)系裝配，并用螺母或法蘭盤(pán)將兩個(gè)軸承軸向壓攏，使兩個(gè)修磨過(guò)的端面緊貼，這樣在使兩個(gè)軸承的滾道之間產(chǎn)生預(yù)緊。另一種方法是將兩個(gè)厚度不同的隔套放在兩軸承內(nèi)、外圈之間，同樣將兩個(gè)軸承軸向相對(duì)壓緊，使?jié)L道之間產(chǎn)生預(yù)緊。（3）軸承的潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承在接觸區(qū)的壓強(qiáng)很高，在這么高的壓強(qiáng)下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個(gè)點(diǎn)的接觸；潤(rùn)滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動(dòng)體與滾道的接觸區(qū)，形成一定厚度的油膜，把兩者隔開(kāi)，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動(dòng)軸承所需的潤(rùn)滑劑很少的。當(dāng)然，也可用脂潤(rùn)滑，還有用油氣潤(rùn)滑的。a、脂潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承能用脂潤(rùn)滑是它的突出優(yōu)點(diǎn)之一。脂潤(rùn)滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒(méi)有漏油問(wèn)題。如果脂的選擇合適、潔凈、密封良好，不使灰塵、油、切削液等進(jìn)入，壽命是很長(zhǎng)的。一次充填可用到大修，不需補(bǔ)充，也不要加脂孔。脂潤(rùn)滑可選用鋰基脂如 SKFLGLT2 號(hào)（常用于球軸承） 。第 頁(yè)13b、油氣潤(rùn)滑如果轉(zhuǎn)速較大時(shí)，還需對(duì)軸承進(jìn)行冷卻。如果用油兼作潤(rùn)滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會(huì)增加。最好用油潤(rùn)滑，用空氣冷卻。油霧潤(rùn)滑能達(dá)到這個(gè)目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方法是油氣潤(rùn)滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油用于潤(rùn)滑，空氣用于冷卻。滾動(dòng)軸承屬于精密零件，因而在使用時(shí)要求相應(yīng)地持慎重態(tài)度，既變使用了高性能的軸承，如果使用不當(dāng)，也不能達(dá)到預(yù)期的性能效果。所以，使用軸承應(yīng)注意以下事項(xiàng)：* 保持軸承及其周?chē)h(huán)境的清潔。即使肉眼看不見(jiàn)的微笑灰塵進(jìn)入軸承，也會(huì)增加軸承的磨損，振動(dòng)和噪聲。* 使用安裝時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)，不允許強(qiáng)力沖壓，不允許用錘直接敲擊軸承，不允許通過(guò)滾動(dòng)體傳遞壓力。* 使用合適、準(zhǔn)確的安裝工具，盡量使用專用工具，極力避免使用布類和短纖維之類的東西。* 防止軸承的銹蝕，直接用手拿取軸承時(shí)，要充分洗去手上的汗液，并涂以優(yōu)質(zhì)礦物油后再進(jìn)行操作，在雨季和夏季尤其要注意防銹。四 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)說(shuō)明（一）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)：其中主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)由功率為 11/15kw 的 AC 伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一級(jí) 1：1 的帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，使主軸在 35~3500r/min 的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，主軸箱內(nèi)部省去了齒輪傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，因此減少了原齒輪傳動(dòng)對(duì)主軸精度的影響，并且維修方便。第 頁(yè)14主軸功率扭矩特性主軸傳遞的功率或扭矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：當(dāng)機(jī)床處在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，主軸的轉(zhuǎn)速在 437~3500r/min 范圍內(nèi)，主軸應(yīng)能傳遞電動(dòng)機(jī)的全部功率 11kw，II（實(shí)線）為主軸的恒功率區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸的最大輸出扭矩（245N·m）應(yīng)隨著主軸的轉(zhuǎn)速的增高而變小。主軸轉(zhuǎn)速在 35~437r/min 范圍內(nèi)的各級(jí)轉(zhuǎn)速并不需要傳遞全部功率，但是主軸的輸出扭矩不變，稱為主軸的恒扭矩區(qū)域 I（實(shí)線） 。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸所能傳遞的功率隨著主軸的轉(zhuǎn)速的降低而降低。電動(dòng)機(jī)的超載功率為 15kw,超載的最大輸出扭矩為 334 N·m。（二）主軸箱結(jié)構(gòu)1、主軸箱結(jié)構(gòu)數(shù)控車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)如圖，交流主軸電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪 15 把運(yùn)動(dòng)傳給主軸。主軸有前后兩個(gè)支承。前支承由一個(gè)圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和一對(duì)角接觸軸承組成，圓錐孔雙列圓柱滾子軸承用來(lái)承受徑向載荷，兩個(gè)角接觸球軸承一個(gè)大口向外（朝向主軸前端） ，另一個(gè)大口向里（朝向主軸后端） ，用來(lái)承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支承軸承的間隙用螺母來(lái)調(diào)整。用螺釘來(lái)防止螺母回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承，軸承間隙用兩個(gè)螺母來(lái)調(diào)整。兩個(gè)螺釘是防止螺母回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜低速大載荷的需要。主軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)同步帶輪以及同步帶帶動(dòng)脈沖編碼器，使其與主軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘固定在主軸箱體上。第 頁(yè)15主軸箱結(jié)構(gòu)圖2 、液壓卡盤(pán)結(jié)構(gòu)液壓卡盤(pán)固定安裝在主軸前端，回轉(zhuǎn)液壓缸 1 與接套 9 用螺釘 11 連接，接套通過(guò)螺釘于主軸后端面連接，使回轉(zhuǎn)液壓缸隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)?？ūP(pán)的夾緊與松開(kāi)，由回轉(zhuǎn)液壓缸通過(guò)一根空心拉桿 2 來(lái)驅(qū)動(dòng)。拉桿后端與液壓缸內(nèi)的活塞 10 用螺紋連接，用兩端有螺紋的連接套 3 連接拉桿和滑套 6。當(dāng)液壓缸內(nèi)的壓力油推動(dòng)活塞和拉桿向卡盤(pán)方向移動(dòng)時(shí)，滑套向右移動(dòng)，由于滑套上楔形槽的作用，使得卡爪座4 帶著卡爪 5 沿徑向向外移動(dòng)，則卡盤(pán)松開(kāi)。反之液壓缸內(nèi)的壓力油推動(dòng)活塞和拉桿向主軸后端移動(dòng)時(shí)，通過(guò)楔形機(jī)構(gòu)，使卡盤(pán)夾緊工件?？ūP(pán)體 8 用螺釘 7 固定安裝在主軸前端。液壓卡盤(pán)結(jié)構(gòu)圖第 頁(yè)16第四章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)說(shuō)明一 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)概述（一）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)1、盡量采用以摩擦得傳動(dòng)副。如采用靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠等，以減小磨擦力。2、選用最佳的降速比，以達(dá)到提高機(jī)床分辨率，使工作臺(tái)盡可能地加速以達(dá)到跟蹤指令、系統(tǒng)折算到驅(qū)動(dòng)軸上的慣量盡量小的要求。3、縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)的剛度。如采用大轉(zhuǎn)矩寬調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)與絲杠直接相連應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副，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)等方法來(lái)提高轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的剛度。4、盡量消除傳動(dòng)間隙，減小反向死區(qū)誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸器（如用加錐銷(xiāo)固定的聯(lián)軸套、用鍵加緊螺釘緊固的聯(lián)軸套以及用無(wú)扭轉(zhuǎn)間隙的撓性聯(lián)軸器等） ，采用有消除間隙措施的傳動(dòng)副等。（二）對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為確保數(shù)控機(jī)床寄給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，提出如下要求。1、高的傳動(dòng)精度與定位精度數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)精度和定位精度對(duì)零件的加工精度起著關(guān)鍵性的作用，對(duì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)尤其如此。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)。設(shè)計(jì)中，通過(guò)在進(jìn)給鏈中加入減速齒輪，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)件的間隙等方法，可達(dá)到提高傳動(dòng)精度和定位精度的目的。由此可見(jiàn)，機(jī)床本身的精度，尤其是伺服傳動(dòng)鏈和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度，是影響工作精度的主要因素。2、寬的進(jìn)給調(diào)速范圍伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承擔(dān)全部工作負(fù)載的條件下，應(yīng)具有很寬的調(diào)速范圍，以適應(yīng)各種工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，工作進(jìn)給速度范圍可達(dá)到3~6000mm/min。為了完成精密定位，伺服系統(tǒng)得低速趨近速度達(dá) 0.1mm/min；為了縮短輔助時(shí)間，提高加工效率，快速移動(dòng)速度應(yīng)高達(dá) 15m/min。在多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上，合成速度維持常數(shù)，是保證表面粗糙度要求的重要條件；為保證較高的輪廓精度，各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度也要配合適當(dāng)；這是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)合伺服進(jìn)給系統(tǒng)提出的共同要求。3、響應(yīng)速度要快所謂快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束的迅速第 頁(yè)17程度，即跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快；定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度要滿足要求；工作臺(tái)應(yīng)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確的跟蹤指令，進(jìn)行單步或連續(xù)移動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)丟步或多步現(xiàn)象。進(jìn)給系統(tǒng)響應(yīng)速度的大小不僅影響機(jī)床的加工效率，而且影響加工精度。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。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)鏈的各個(gè)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，減小反向死去誤差。設(shè)計(jì)中可采用消除間隙的聯(lián)軸器及有間隙措施的傳動(dòng)副等方法。5、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性是伺服進(jìn)給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的條件，特別是在低速進(jìn)給情況下不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加負(fù)載的變化而不發(fā)生共振的。穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛性、阻尼及增益等都有關(guān)系，適當(dāng)選擇各項(xiàng)參數(shù)，并能達(dá)到最佳的工作性能，是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。所謂進(jìn)給系統(tǒng)的壽命，主要指其保持?jǐn)?shù)控機(jī)床傳動(dòng)精度和定位精度的時(shí)間長(zhǎng)短，及各傳動(dòng)部件保持其原來(lái)制造精度的能力。設(shè)計(jì)中各傳動(dòng)部件應(yīng)選擇合適的材料及合理的加工工藝與熱處理方法，對(duì)于滾珠絲杠和傳動(dòng)齒輪，必須具有一定的耐磨性和適宜的潤(rùn)滑方式，以延長(zhǎng)其壽命。6、使用維護(hù)方便數(shù)控機(jī)床屬于高精度自動(dòng)控制機(jī)床，主要用于單件、中小批量、高精度及復(fù)雜件的生產(chǎn)加工，機(jī)床的開(kāi)機(jī)率相應(yīng)就高，因此，進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)和保養(yǎng)，最大限度地減小維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。二 交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置及調(diào)速（一）交流伺服電機(jī)用于閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置常有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等，這與主軸驅(qū)動(dòng)裝置類似。交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)是最新發(fā)展起來(lái)的新型伺服系統(tǒng)，也是當(dāng)前機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面的一個(gè)新動(dòng)向。該系統(tǒng)克服了直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)電刷和整流子要經(jīng)常維修、電機(jī)尺寸較大和使用環(huán)境受限制等缺點(diǎn)。它能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，用于數(shù)控機(jī)床等進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為精密位置控制的情況。交流伺服電機(jī)的功工作原理和兩相異步電動(dòng)機(jī)相似。由于它在數(shù)控機(jī)床中作為執(zhí)行元件，將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度，所以要求轉(zhuǎn)子速度的快慢能夠反映控制信號(hào)的相位，無(wú)法控制信號(hào)時(shí)它不轉(zhuǎn)動(dòng)，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果控制信號(hào)消失，它立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后，若控制信號(hào)消失，往往不能立即停止而要繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)。交流伺服電機(jī)也是有轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成的。定子上有勵(lì)磁繞組和控制繞組，這兩第 頁(yè)18個(gè)繞組在空間上相差 90°電角度。若有兩相繞組上加以幅值相等、相位差 90°電角度的對(duì)稱電壓，則在電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若兩個(gè)電壓的幅值不等或相位不為 90°電角度，則產(chǎn)生的磁場(chǎng)是一個(gè)橢圓型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。加在控制繞組上的信號(hào)不同，產(chǎn)生的磁場(chǎng)橢圓度也不同。例如，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定，改變控制信號(hào)，就可以改變磁場(chǎng)的橢圓度，從而控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（二）交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速與交流主軸電機(jī)的調(diào)速相似，即采用變頻調(diào)速。下面介紹變頻調(diào)速產(chǎn)生的磁場(chǎng)定向調(diào)速系統(tǒng)，即矢量變換控制。磁場(chǎng)定向調(diào)速的基本原理是通過(guò)矢量變換，把交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩難以直接控制，也就不易獲得良好的控制性能，而直流電動(dòng)機(jī)能對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行良好的控制，使直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。其思路是按照產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)這一等效原則建立的。它先將三相對(duì)稱繞組等效成兩相對(duì)稱繞組，再將其等效成旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)直流正交繞組，這兩個(gè)正交繞組組成正交坐標(biāo)軸，一個(gè)相當(dāng)于直流電機(jī)的等效磁通，另一個(gè)相當(dāng)于直流電機(jī)的等效電樞電流。在旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系，交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和直流電動(dòng)機(jī)的一樣。這種等效要經(jīng)過(guò)三相-二相交換、矢量旋轉(zhuǎn)變換、直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換等，才能得到所需的控制變量，使交流電動(dòng)機(jī)能像直流電動(dòng)一樣，對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行有效的控制，故稱其為矢量變換控制。又因?yàn)樾D(zhuǎn)的兩個(gè)正交坐標(biāo)軸是由磁通矢量方向決定的，所以又稱磁場(chǎng)定位控制。交流伺服電動(dòng)機(jī)由幅值控制、相位控制以及幅值-相位混合控制三種控制方法。保持控制電壓和勵(lì)磁電壓之間的相位差角為 90°，僅僅改變控制電壓的幅值，這種控制方式叫幅值控制；保持控制電壓和勵(lì)磁電壓之間的不變，僅僅改變控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位差角，這種控制方式叫相位控制；在勵(lì)磁電路串聯(lián)移相電容，改變控制電壓的幅值及其對(duì)于控制電壓的相位差發(fā)生變化，這種控制方式，叫幅值-相位混合控制。三 位置檢測(cè)裝置（一）概述1、對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求位置檢測(cè)是 CNC 系統(tǒng)的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測(cè)位移量，并將檢測(cè)的反饋信號(hào)和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)相比較，如有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到偏差為零。為提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，必須提高測(cè)量元件和測(cè)量系統(tǒng)的精度，不同的數(shù)控機(jī)床對(duì)測(cè)量元件和測(cè)量系統(tǒng)的精度要求、允許的最高移動(dòng)速度各不相同。一般要求測(cè)量元件的分辨率在 0.0001mm~0.01mm 之內(nèi)，測(cè)量精度為 0.001mm~0.02mm，運(yùn)動(dòng)速度為 0m/min~24m/min。數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求如下：第 頁(yè)19（1） 受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長(zhǎng)期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)；（2） 在機(jī)床執(zhí)行部件移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求；（3） 使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；（4） 成本低。2、位置檢測(cè)裝置的分類按工作條件和測(cè)量要求的不同，測(cè)量方式也有不同的劃分方法。（1）直接測(cè)量和間接測(cè)量測(cè)量傳感器按形狀可以分為直線性和回轉(zhuǎn)型。若測(cè)量傳感器所測(cè)量的指標(biāo)就是所要求的指標(biāo)，即直線型傳感器測(cè)量直線位移，回轉(zhuǎn)型傳感器測(cè)量角位移，即該測(cè)量方式為直接測(cè)量。典型的直接測(cè)量裝置為光柵、感應(yīng)同步器或磁尺、編碼盤(pán)。若回轉(zhuǎn)型傳感器測(cè)量的角位移只是中間量，由它再推算出與之對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)直線位移，那么該測(cè)量方式為間接測(cè)量，其測(cè)量精度取決于測(cè)量裝置和機(jī)床傳動(dòng)鏈兩者的精度。典型的間接測(cè)量裝置為編碼盤(pán)及旋轉(zhuǎn)變壓器。（2）增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量按測(cè)量裝置編碼的方式可以分為增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量。增量式測(cè)量的特點(diǎn)是只測(cè)量位移增量，即工作臺(tái)每移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位，測(cè)量裝置便發(fā)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)，此信號(hào)通常是脈沖形式。典型的增量式測(cè)量裝置為光柵和增量式光電碼盤(pán)。絕對(duì)式測(cè)量的特點(diǎn)是被測(cè)的任一點(diǎn)的位置都有一個(gè)固定的零點(diǎn)算起，每一測(cè)量點(diǎn)都有一對(duì)應(yīng)的測(cè)量值。典型的絕對(duì)式測(cè)量裝置為接觸式碼盤(pán)及絕對(duì)式光電碼盤(pán)。（3）數(shù)字式測(cè)量和模擬測(cè)量數(shù)字式測(cè)量以量化后的數(shù)字形式表示被測(cè)的量。數(shù)字式測(cè)量的特點(diǎn)是測(cè)量裝置簡(jiǎn)單，信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，且便于顯示出理，典型的數(shù)字式測(cè)量裝置有光電碼盤(pán)、接觸式碼盤(pán)、光柵等。模擬式測(cè)量是將被測(cè)的量用連續(xù)的變量表示。如用電壓變化，相位變化來(lái)表示。典型的模擬式測(cè)量裝置有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁柵等。數(shù)控機(jī)床常用的各種位置檢測(cè)裝置如表所示：數(shù)字式 模擬式增量式 絕對(duì)式 增量式 絕對(duì)式回轉(zhuǎn)型 圓光柵 編碼盤(pán) 旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同 步器、圓形磁柵 多極旋轉(zhuǎn)變 壓器直線性 長(zhǎng)光柵激光 干涉儀 編碼尺 直線感應(yīng)同步器、磁柵 絕對(duì)式磁尺此次設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床主軸和進(jìn)給裝置的位置檢測(cè)裝置采用脈沖編碼器，它是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。下面對(duì)脈沖編碼器進(jìn)行介紹：（二）脈沖編碼器第 頁(yè)201、脈沖編碼器的分類脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，把機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為脈沖。是數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛的位置檢測(cè)裝置，同時(shí)也作為速度檢測(cè)裝置用于速度檢測(cè)。根據(jù)脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)，脈沖編碼器分為光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種。從精度和可靠性方面來(lái)看，光電式編碼器優(yōu)于其它兩種。數(shù)控機(jī)床上常用的是光電式脈沖編碼器。脈沖編碼器是一種增量檢測(cè)裝置，它的型號(hào)是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來(lái)區(qū)分的。數(shù)控機(jī)床上常用的脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)有：2000p/r、2500 p/r 和 3000 p/r 等。在高速、高精度的數(shù)字伺服系統(tǒng)中，應(yīng)用高分辨率的脈沖編碼器，如：20000 p/r、25000 p/r 和 30000 p/r 等。2、光電脈沖編碼器的工作原理當(dāng)圓光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線透過(guò)兩個(gè)光柵的線紋部分，形成明暗條紋。光電元件接受這些明暗相間的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為交替變化的電信號(hào)，該信號(hào)為兩組近似于正弦波的電流信號(hào) A 和 B，A 和 B 信號(hào)的相位相差 90°。經(jīng)放大整形后變成方波形成兩個(gè)光柵的信號(hào)。光電編碼器還有一個(gè)“一轉(zhuǎn)脈沖” ，稱為 Z 相脈沖，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)，用來(lái)產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)。脈沖編碼器輸出信號(hào)有 A、A、B、B 、Z、Z 等信號(hào)，這些信號(hào)作為位移測(cè)量脈沖以及經(jīng)過(guò)頻率/電壓變換作為速度反饋信號(hào)，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。脈沖編碼器的輸出波形第 頁(yè)21四 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括減速機(jī)構(gòu)、絲杠螺母副以及引導(dǎo)和支承執(zhí)行部件的導(dǎo)軌等。（一）減速機(jī)構(gòu)此次設(shè)計(jì)中 Z 軸和 X 軸進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)構(gòu)都使用同步帶傳動(dòng)，它是一種新型的帶傳動(dòng)，它利用齒形帶的同步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)和鏈傳動(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，而且同步帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動(dòng)；同步帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)床上亦有應(yīng)用。（二）滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)1、工作原理與特點(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。絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來(lái)，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)回程裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。滾珠絲杠副的特點(diǎn)是：（1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 η=0.92~0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高 3~4 倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的 1/4~1/3。（2）給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空行死區(qū)，定位精度高，剛度好。（3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。（4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可作為主動(dòng)件。（5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。（6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。（7）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于自重慣性力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。2、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)和軸向間隙的調(diào)整各種不同結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠副，其主要區(qū)別是在螺紋滾道型面的形狀、滾珠循環(huán)方式及軸向間隙的調(diào)整和預(yù)加負(fù)載的方法等三方面。（1）螺紋滾道型面的形狀1）單圓弧型面。 接觸角 β 是隨軸向負(fù)載 F 的大小而變化。F=0 時(shí)，β=0，第 頁(yè)22承載后隨 F 的增大 β 也增大，β 的大小由接觸變形的大小決定。當(dāng)接觸角 β 增大后，傳動(dòng)效率 η、軸向剛度 J 以及承載能力隨之增大。2）雙圓弧型面。偏心 e 確定后，滾珠與滾道內(nèi)相切的兩點(diǎn)接觸，接觸角 β 不變一般去 β=45 °。（2）滾珠循環(huán)方式目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的滾珠絲杠副，可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。外循環(huán)是在螺母的外圓上銑有螺旋槽，在螺母內(nèi)部裝上擋珠器，擋珠器的舌部切斷螺紋滾道，迫使?jié)L珠流入通向螺旋槽的孔中而完成循環(huán)。內(nèi)循環(huán)是在螺母外側(cè)孔中裝有接通相鄰滾道的反向器，以迫使?jié)L珠翻越絲杠的齒頂而進(jìn)入相鄰滾道。該設(shè)計(jì)采用外循環(huán)插管式。（3）間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠副的軸向間隙，是負(fù)載在滾珠與滾道接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用雙螺母預(yù)緊的方法，把彈性變形量控制在最小限度內(nèi)，應(yīng)用這一方法來(lái)消除軸向間隙是需要注意一下兩點(diǎn)：1）通過(guò)預(yù)緊力產(chǎn)生預(yù)拉變形以減少?gòu)椥宰冃嗡鸬奈灰茣r(shí)，該預(yù)緊力不能過(guò)大，否則會(huì)引起驅(qū)動(dòng)力