磨床电磁铁两面有磁，中间没磁。是什么原因？
磨床电磁铁两面有磁，中间没磁。是什么原因？
09-04-03 &匿名提问 发布
第七章  数控机床的机械结构第一节  概  述数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。在主传动系统方面，具有下列特点：(1)目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。    (2)转速高，功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。    (3)变速范围大。数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn＞100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。(4)主轴速度的变换迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。在进给传动系统方面，具有下列特点：（1）尽量采用低摩擦的传动副。如采用静压导轨、滚动导滚和滚珠丝杠等，以减小摩擦力。（2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能大地加速以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。（3）缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度。如采用大扭矩宽调速的直流电机与丝杠直接相连应用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副，丝杠支承设计成两端轴向固定的、并可预拉伸的结构等办法来提高传动系统的刚度。（4）尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。如采用消除间隙的联轴节（如用加锥销固定的联轴套、用键加顶丝紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等），采用有消除间隙措施的传动副等。第二节 数控机床的主传动系统一、对主传动系统的要求1．具有更大的调速范围，并能实现无级调速。数控机床为了保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床，为了适应各种工序和各种加工材料的需要，主运动的调速范围还应进一步扩大。2．有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。数控机床加工精度的提高，与主传动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，齿轮齿面应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承跨距等，以提高主轴组件的刚性。3．良好的抗振性和热稳定性。数控机床在加工时，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或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时可能破坏刀具或主传动系统中的零件，使其无法工作。主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，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，保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。二、主传动的变速方式1．具有变速齿轮的主传动这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮降速，增大输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，见图7-1所示。一部分小型数控机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。图7-1  XK5040型数控立式铣床主传动系统图在带有齿轮变速的主传动系统中，液压拨叉和电磁离合器是两种常用的变速操纵方法。(1) 图7-2是三位液压拨叉的作用原理图。通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮获得三个不同的变速位置。这套机构除了液压缸和活塞杆之外，还增加了套筒4。当液压缸1通压力油而液压缸5排油卸压时（图7-2a），活塞杆2带动拨叉3使三联齿轮移到左端。当液压缸5通压力油而液压缸1排油卸压时（图7-2b），活塞杆2和套筒4一起向右移动，在套筒4碰到液压缸5的端部之后，活塞杆2继续右移到极限位置，此时三联齿轮被拨叉3移到右端。当压力油同时进入左右两缸时（图7-2c），由于活塞杆2的两端直径不同，使活塞杆向左移动。在设计活塞杆2和套筒4的截面面积时，应使油压作用在套筒4的圆环上向右的推力大于活塞杆2向左的推力，因而套筒4仍然压在液压缸5的右端，使活塞杆2紧靠在套筒4的右端，此时，拨叉和三联齿轮被限制在中间位置。图7-2  三位液压拨叉作用原理图1、5-液压缸  2-活塞杆  3-拨叉  4-套筒液压拨叉变速必须在主轴停车之后才能进行，但停车时拨动滑移齿轮啮合又可能出现“顶齿”现象。在XK5040型数控立铣中需按“点动”按钮使主电动机瞬时冲动接通，在其它自动变速的数控机床主运动系统中，通常增设一台微电机，它在拨叉移动滑移齿轮的同时带动各传动齿轮作低速回转，这样，滑移齿轮便能顺利啮合。液压拨叉变速是一种有效的方法，但它增加了数控机床液压系统的复杂性，而且必须将数控装置送来的信号先转换成电磁阀的机械动作，然后再将压力油分配到相应的液压缸，因而增加了变速的中间环节，带来了更多的不可靠因素。(2) 电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。电磁离合器用于数控机床的主传动，能简化变速机构，通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。图7-3所示为THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图，该机床采用双速电机和六个电磁离合器完成18级变速。图7-3  THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图2．通过带传动的主传动通常选用同步齿形带或多楔带传动，这种传动方式多见于数控车床，它可避免齿轮传动时引起的振动和噪声。图7-4是TND360型数控机床的主传动系统，主电动机一端经同步齿形带（m＝3.183mm）拖动主轴箱内的轴Ⅰ，另一端带动测速发电机实现速度反馈。主轴Ⅰ上有一双联滑移齿轮，经84/60使主轴得到800～3150r/min的高速段，经29/86使主轴得到7～760r/min的低速段。主电动机为德国西门子公司的产品，额定转速为2000r/min，最高转速为4000r/min，最低转速为35r/min。额定转速至最高转速之间为调磁调速，恒功率；最低转速至额定转速之间为调压调速，恒扭矩。滑移齿轮变速采用液压缸操纵。图7-4  TND360型数控机床的主传动系统3．由调速电机直接驱动的主传动这种主传动是由电动机直接驱动主轴，即电动机的转子直接装在主轴上，因而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，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。如图7-5所示。图7-5  用磁力轴承的高速主轴部件1-刀具系统  2、9-捕捉轴承  3、8-传感器  4、7-径向轴承  5-轴向推力轴承6-高频电机  10-冷却水管路  11-气-液压力放大器近年来，出现了一种新式的内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。其优点是主轴组件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声。缺点是电动机运转产生的热量亦使主轴产生热变形。因此，温度控制和冷却是使用内装电动机主轴的关键问题。日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电动机最高转速可达20000r/min。三、主轴箱与主轴组件1．主轴箱对于一般数控机床和自动换刀数控机床（加工中心）来说，由于采用了电动机无级变速，减少了机械变速装置，因此，主轴箱的结构较普通机床简化，但主轴箱材料要求较高，一般用HT250或HT300，制造与装配精度也较普通机床要高。对于数控落地铣镗床来说，主轴箱结构比较复杂，主轴箱可沿立柱上的垂直导轨作上下移动，主轴可在主轴箱内作轴向进给运动，除此以外，大型落地铣镗床的主轴箱结构还有携带主轴的部件作前后进给运动的功能，它的进给方向与主轴的轴向进给方向相同。此类机床的主轴箱结构通常有两种方案，即滑枕式和主轴箱移动式。（1）滑枕式数控落地铣镗床有圆形滑枕、方形或矩形滑枕以及棱形或八角形滑枕。滑枕内装有铣轴和镗轴，除镗轴可实现轴向进给外，滑枕自身也可作沿镗轴轴线方向的进给，且两者可以叠加。滑枕进给传动的齿轮和电动机是与滑枕分离的，通过花键轴或其它系统将运动传给滑枕以实现进给运动。1）圆形滑枕  圆形滑枕又称套筒式滑枕，这种圆形断面的滑枕和主轴箱孔的制造工艺简便，使用中便于接近工件加工部位。但其断面面积小，抗扭惯性矩较小，且很难安装附件，磨损后修复调整困难，因而现已很少采用。2）矩形或方形滑枕  滑枕断面形状为矩形，其移动的导轨面是其外表面的四个直角面，如图7-6所示。这种形式的滑枕，有比较好的接近工件性能，其滑枕行程可做得较长，端面有附件安装部位，工艺适应性较强，磨损后易于调整。抗扭断面惯性矩比同样规格的圆形滑枕大。这种滑枕国内外均有采用，尤以长方形滑枕采用较多。图7-6  数控落地铣镗床的矩形滑枕3） 棱形、八角形滑枕  棱形、八角形滑枕的断面工艺性较差。与矩形或方形滑枕比较，在同等断面面积的情况下，虽然高度较大，但宽度较窄，如图7-7，这对安装附件不利，而且在滑枕表面使用静压导轨时，静压面小，主轴在工作过程中抗振能力较差，受力后主轴中心位移大。图7-7  棱形滑枕a）滑枕外形   b）滑枕截面（2） 主轴箱移动式这种结构又有两种型式，一种是主轴箱移动式，另一种是滑枕主轴箱移动式。1）主轴箱移动式  主轴箱内装有铣轴和镗轴，镗轴实现轴向进给，主轴箱箱体在滑板上可作沿镗轴轴线方向的进给。箱体作为移动体，其断面尺寸远比同规格滑枕式铣镗床大得多。这种主轴箱端面可以安装各种大型附件，使其工艺适应性增加，扩大了功能。缺点是接近工件性能差，箱体移动时对平衡补偿系统的要求高，主轴箱热变形后产生的主轴中心偏移大。2）滑枕主轴箱移动式  这种形式的铣镗床，其本质仍属于主轴箱移动式，只不过是把大断面的主轴箱移动体尺寸做成同等主轴直径的滑枕式而已。这种主轴箱结构，铣轴和镗轴及其传动和进给驱动机构都装在滑枕内，镗轴实现轴向进给，滑枕在主轴箱内作沿镗轴轴线方向的进给。滑枕断面尺寸比同规格的主轴箱移动式的主轴箱小，但比滑枕移动式的大。其断面尺寸足可以安装各种附件。这种结构型式不仅具有主轴箱移动式的传动链短、输出功率大及制造方便等优点，同时还具有滑枕式的接近工件方便灵活的优点。克服了主轴箱体移动式的具有危险断面和主轴中心受热变形后位移大等缺点。2．主轴组件数控机床主轴组件的精度、刚度和热变形对加工质量有着直接的影响，由于数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。（1）主轴轴承的配置形式目前主轴轴承的配置形式主要有三种，如图7-8所示。图7-8  数控机床主轴轴承配置形式1）前支承采用双列圆柱滚子轴承和双列60o角接触球轴承组合，后支承采用成对角接触球轴承（图7-8a）。此种配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切削的要求，因此普遍应用于各类数控机床的主轴中。2）采用高精度双列角接触球轴承（图7-8b）。角接触球轴承具有良好的高速性能，主轴最高转速可达4000r/min，但它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。在加工中心的主轴中，为了提高承载能力，有时应用3个或4个角接触球轴承组合的前支承，并用隔套实现预紧。3）采用双列和单列圆锥轴承（图7-8c）。这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能好。但这种轴承配置限制了主轴的最高转速和精度，因此适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。随着材料工业的发展，在数控机床主轴中有使用陶瓷滚珠轴承的趋势。这种轴承的特点是：滚珠重量轻，离心力小，动摩擦力矩小；因温升引起的热膨胀小，使主轴的预紧力稳定；弹性变形量小，刚度高，寿命长。缺点是成本较高。在主轴的结构上，要处理好卡盘或刀具的装夹、主轴的卸荷、主轴轴承的定位和间隙的调整、主轴组件的润滑和密封以及工艺上的一系列问题。为了尽可能减少主轴组件温升引起的热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油的循环系统把主轴组件的热量带走，使主轴组件和箱体保持恒定的温度。在某些数控铣镗床上采用专用的制冷装置，比较理想地实现了温度控制。近年来，某些数控机床的主轴轴承采用高级油脂润滑，每加一次油脂可以使用7~10年，简化了结构，降低了成本且维护保养简单。但需防止润滑油和油脂混合，通常采用迷宫式密封方式。对于数控车床主轴，因为在它的两端安装着动力卡盘和夹紧液压缸，主轴刚度必须进一步提高，并应设计合理的联结端，以改善动力卡盘与主轴端部的联接刚度。（2）主轴内刀具的自动夹紧和切屑清除装置在带有刀库的自动换刀数控机床中，为实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。自动换刀立式铣镗床主轴的刀具夹紧机构如图7-9所示。刀夹1以锥度为7:24的锥柄在主轴3前端的锥孔中定位，并通过拧紧在锥柄尾部的拉钉2拉紧在锥孔中。夹紧刀夹时，液压缸上腔接通回油，弹簧11推活塞6上移，处于图示位置，拉杆4在碟形弹簧5作用下向上移动；由于此时装在拉杆前端径向孔中的钢球12，进入主轴孔中直径较小的 处，见图7-9b，被迫径向收拢而卡进拉钉2的环形凹槽内，因而刀杆被拉杆拉紧，依靠摩擦力紧固在主轴上。切削扭矩则由端面键13传递。换刀前需将刀夹松开时，压力油进入液压缸上腔，活塞6推动拉杆4向下移动，碟形弹簧被压缩；当钢球12 随拉杆一起下移至进入主轴孔直径较大的 处时，它就不再能约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的台肩端面a碰到拉钉，把刀夹顶松。此时行程开关10发出信号，换刀机械手随即将刀夹取下。与此同时，压缩空气由管接头9经活塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔内，把切屑或脏物清除干净，以保证刀具的安装精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸7接通回油，碟形弹簧又拉紧刀夹。刀夹拉紧后，行程开关8发出信号。图7-9  自动换刀数控立式铣镗床主轴部件（JCS-018）1-刀夹  2-拉钉  3-主轴  4-拉杆  5-碟形弹簧  6-活塞  7-液压缸8、10-行程开关  9-压缩空气管接头  11-弹簧  12 钢球  13-端面键自动清除主轴孔中切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其它污物，在拉紧刀杆时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆发生偏斜，破坏了刀具的正确定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图7-9的活塞6的中心钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经拉杆4吹出，将主轴锥孔清理干净。喷气头中的喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高其吹屑效果。3．主轴准停装置在自动换刀数控铣镗床上，切削扭矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，因此在每一次自动装卸刀杆时，都必须使刀柄上的键槽对准主轴上的端面键，这就要求主轴具有准确周向定位的功能。在加工精密坐标孔时，由于每次都能在主轴固定的圆周位置上装刀，就能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而提高孔径的正确性，这是主轴准停装置带来的另一个好处。图7-9采用的是电气控制的主轴准停装置，这种装置利用装在主轴上的磁性传感器作为位置反馈部件，由它输出信号，使主轴准确停止在规定位置上，它不需要机械部件，可靠性好，准停时间短，只需要简单的强电顺序控制，且有高的精度和刚性。这种主轴准停装置的工作原理如图7-10所示。在传动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上又装有一个体积很小的永久磁铁3。在主轴箱箱体的对应于主轴准停的位置上，装有磁传感器2。当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转指令，主轴电动机立即降速，在主轴5以最低转速慢转很少几转后，永久磁铁3对准磁传感器2时，后者发出准停信号。此信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机准确地停止在规定的周向位置上。图7-10 电气控制的主轴准停装置1-多楔带轮  2-磁传感器  3-永久磁铁  4-垫片  5-主轴第三节 数控机床的进给传动系统一、数控机床对进给传动系统的要求为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械传动装置时，提出如下要求。1． 高的传动精度与定位精度数控机床进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用，对采用步进电动机驱动的开环控制系统尤其如此。无论对点位、直线控制系统，还是轮廓控制系统，传动精度和定位精度都是表征数控机床性能的主要指标。设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。由此可见，机床本身的精度，尤其是伺服传动链和伺服传动机构的精度，是影响工作精度的主要因素。2．宽的进给调速范围   伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各种工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3~6000mm/min。为了完成精密定位，伺服系统的低速趋近速度达0.1mm/min；为了缩短辅助时间，提高加工效率，快速移动速度应高达15m/min。在多坐标联动的数控机床上，合成速度维持常数，是保证表面粗糙度要求的重要条件；为保证较高的轮廓精度，各坐标方向的运动速度也要配合适当；这是对数控系统和伺服进给系统提出的共同要求。3． 响应速度要快所谓快速响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系统响应速度的大小不仅影响机床的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高进给系统的快速响应特性。4． 无间隙传动进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度；因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。5． 稳定性好、寿命长稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适当选择各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服系统设计的目标。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，及各传动部件保持其原来制造精度的能力。设计中各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理方法，对于滚珠丝杠和传动齿轮，必须具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式，以延长其寿命。6．使用维护方便数控机床属高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、高精度及复杂件的生产加工，机床的开机率相应就高，因此，进给系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用率。二、进给传动机构数控机床中，无论是开环还是闭环伺服进给系统，为了达到前述提出的要求，机械传动装置的设计中应尽量采用低摩擦的传动副，如滚珠丝杠等，以减小摩擦力；通过选用最佳降速比来降低惯量；采用预紧的办法来提高传动刚度；采用消隙的办法来减小反向死区误差等。 下面从机械传动的角度对数控机床伺服系统的主要传动装置进行扼要介绍。1．减速机构（1）齿轮传动装置齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床中传动装置几乎都离不开齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个，一是将高转速低转矩的伺服电机（如步进电机、直流或交流伺服电机等）的输出，改变为低转速大转矩的执行件的输出；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。此外，对开环系统还可以保证所要求的精度。1）速比的确定①开环系统  在步进电机驱动的开环系统中（如图7-11），步进电机至丝杠间设有齿轮传动装置，其速比决定于系统的脉冲当量、步进电机步矩角及滚珠丝杠导程，其运动平衡方程式为： 所以其速比可计算如下：
                式中  m——步进电机每转所需脉冲数 ( )；α——步进电机步距角（?/脉冲）；δ——脉冲当量（mm/脉冲）；      L——滚珠丝杠的导程（mm）。因为开环系统执行件的运动位移决定于脉冲数目，故算出的速比不能随意更改。图7-11 开环系统丝杠传动② 闭环系统  对于闭环系统，执行件的位置决定于反馈检测装置，与运动速度无直接关系，其速比主要是由驱动电动机的额定转速或转矩与机床要求的进给速度或负载转矩决定的，所以可对它进行适当的调整。电动机至丝杠间的速比运动平衡方程式如下：                                 式中   ——伺服电机的转速， ；       ——脉冲频率（次/s）； ——工作台在电动机转速为 时的移动速度  (mm/min)。其余符号同前。当负载和丝杠转动惯量在总转动惯量中所占比重不大时，齿轮速比可取上面算出的数值，即降速不必过多，这样不仅可以简化伺服传动链，且可降低伺服放大器的增益。当主要考虑静态精度或低平滑跟踪时，可选降速多一些，这样，可以减小电机轴上的负载转动惯量，并且减少负载惯量对稳态差异的影响。2）啮合对数及各级速比的确定在驱动电动机至丝杠的总降速比一定的情况下，若啮合对数及各级速比选择不当，将会增加折算到电机轴上的总惯量，从而增大电机的时间常数，并增大要求的驱动扭矩。因此应按最小惯量的要求来选择齿轮啮合对数及各级降速比，使其具有良好的动态性能。图7-12 两对齿轮降速传动图7-12所示为机械传动装置中的两对齿轮降速后，将运动传到丝杠的示意图。第一对齿轮的降速比为 ，第二对齿轮的降速比为 ，其中 及 均大于1。假定小齿轮A、C直径相同，大齿轮B、D为实心齿轮。这两对齿轮折算到电动机轴的总惯量为：                                      
式中  ——总降速比， =  。令 ，可得最小惯量的条件： 将   代入，得两对齿轮间满足最小惯量要求的降速比关系式：                          ( )    不同啮合对数时，亦可相应的得到各级满足最小惯量要求的降速比关系式，如若为三级传动，则可按上述方法求得三级传动比为：                        
                       
                        计算出各级齿轮降速比后，还应进行机械进给装置的惯量验算。对开环系统，机械传动装置折算到电动机轴上的负载转动惯量应小于电动机加速要求的允许值。对闭环系统，除满足加速要求外，机械传动装置折算到电动机轴上的负载转动惯量应与伺服电机转子惯量合理匹配，如果电机转子惯量远小于机械进给装置的转动惯量（折算到电动机转子轴上），则机床进给系统的动态特性主要决定于负载特性，此时运动部件（包括工件）不同质量的各坐标的动态特性将有所不同，使系统不易调整。根据实践经验推荐伺服电机转子转动惯量JM与机械进给装置折算到电动机轴上的转动惯量JL相匹配的合理关系为：                      设电动机经一对齿轮传动丝杠时，若J1为小齿轮的转动惯量，J2为大齿轮的转动惯量，JS为丝杠的转动惯量，W为工作台重力，齿轮副降速比i（ ），L为丝杠螺距，则                      即                   机械伺服进给系统选用的伺服电机，当工作台为最大进给速度时，其最大转矩Tmax应满足机床工作台的加速度要求。若αmax为伺服电机能达到的最大加速度，常取：                      一般要求α＝2～5m/s2,则αmax≥4～10 m/s2。当伺服电机主要用于惯量加速，忽略切削力及摩擦力作用（其值一般仅占10％），则：                     式中J——伺服进给系统折算到丝杠上的总转动惯量，当一对降速齿轮传动时，则有：                     （2）同步齿形带传动同步齿形带传动，是一种新型的带传动，如图7-13所示，它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传动运动和动力，因而兼有带传动，齿轮传动及链传动的优点，即无相对滑动，平均传动比准确，传动精度高，而且齿形带的强度高，厚度小，重量轻，故可用于高速传动；齿型带无需特别张紧，故作用在轴和轴承等上的载荷小，传动效率高，在数控机床上亦有应用。             图7-13  同步齿形带传动2．滚珠丝杠螺母副机构（1）滚珠丝杠副的工作原理及特点滚珠丝杠副是一种新型的传动机构，它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件，以减少摩擦，如图7-14所示。图中丝杠和螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线滚道，在滚道内装有滚珠。当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本上为滚动摩擦。为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能循环流动。图7-14 滚珠丝杠螺母滚珠丝杠副的特点是：1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率η＝0.92～0.96，比常规的丝杠螺母副提高3～4倍。因此，功率消耗只相当于常规的丝杠螺母副的1/4～1/3。2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好。3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。5）磨损小，使用寿命长。6）制造工艺复杂。滚珠丝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）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。（2） 滚珠丝杠副的参数滚珠丝杠副的参数有（见图7-15）：图7-15 滚珠丝杠螺母副基本参数a）滚珠丝杠副轴向剖面图   b）滚珠丝杠副法向剖面图名义直径d0：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。导程L：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。基本导程L0：丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。接触角β：在螺纹滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接触点的连线和螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想接触角β等于450。此外还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e以及滚道圆弧半径R等参数。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。精度要求高时，应将导程取小些，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。为了使滚珠丝杠副具有一定的承载能力，滚珠直径db不能太小。导程取小了，就势必将滚珠直径db取小，滚珠丝杠副的承载能力亦随之减小。若丝杠副的名义直径d0不变，导程小，则螺旋升角λ也小，传动效率η也变小。因此导程的数值在满足机床加工精度的条件下，应尽可能取大些。名义直径d0与承载能力直接有关，有的资料推荐滚珠丝杠副的名义直径d0应大于丝杠工作长度的1/30。数控机床常用的进给丝杠，名义直径d0=φ30~φ80mm。滚珠直径db应根据轴承厂提供的尺寸选用。滚珠直径db大，则承载能力也大，但在导程已确定的情况下，滚珠直径db受到丝杠相邻两螺纹间的凸起部分宽度所限制。在一般情况下，滚珠直径db≈0.6L0。设滚珠的工作圈数为j和滚珠总数为N，由试验结果可知，在每一个循环回路中，各圈滚珠所受的轴向负载不均匀。第一圈滚珠承受总负载的50%左右，第二圈约承受30%；第三圈约为20%。因此，滚珠丝杠副中的每个循环回路的滚珠工作圈数取为j=2.5~3.5圈，工作圈数大于3.5无实际意义。滚珠的总数N，有关资料介绍不要超过150个。若设计计算时超过规定的最大值，则因流通不畅容易产生堵塞现象。若出现此种情况，可从单回路式改为双回路式或加大滚珠丝杠的名义直径d0或加大滚珠直径db来解决。反之，若工作滚珠的总数N太少，将使得每个滚珠的负载加大，引起过大的弹性变形。（3）滚珠丝杠副的结构和轴向间隙的调整方法各种不同结构的滚珠丝杠副，其主要区别是在螺纹滚道型面的形状、滚珠循环方式及轴向间隙的调整和预加负载的方法等三个方面。1）螺纹滚道型面的形状及其主要尺寸螺纹滚道型面的形状有多种，国内投产的仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种。在图7-16中，滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂直线间之夹角称为接触角β。图7-16 滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截形a）单圆弧   b）双圆弧① 单圆弧型面。如图7-16a，通常滚道半径R稍大于滚珠半径rb，可取R=（1.04~1.11）rb。对于单圆弧型面的圆弧滚道，接触角β是随轴向负荷F的大小而变化。当F=0时，β=0。承载后，随F的增大β也增大，β的大小由接触变形的大小决定。当接触角β增大后，传动效率η、轴向刚度J以及承载能力随之增大。② 双圆弧型面。如图7-16b，当偏心e决定后，只在滚珠直径db滚道内相切的两点接触，接触角β不变。两圆弧交接处有一小空隙，可容纳一些脏物，这对滚珠的流动有利。从有利于提高传动效率η和承载能力及流动畅通等要求出发，接触角β应选大些，但β过大，将使得制造较难（磨滚道型面），建议取β = 450，螺纹滚道的圆弧半径R =1.04rb或R =1.11rb。偏心距e =（R-rb）sin450 = 0.707（R-rb）。2）滚珠循环方式目前国内外生产的滚珠丝杠副，可分为内循环及外循环两类。图7-17所示为外循环螺旋槽式滚珠丝杠副，在螺母的外圆上铣有螺旋槽，并在螺母内部装上挡珠器，挡珠器的舌部切断螺纹滚道，迫使滚珠流入通向螺旋槽的孔中而完成循环。图7-18所示为内循环滚珠丝杠副，在螺母外侧孔中装有接通相邻滚道的反向器，以迫使滚珠翻越丝杠的齿顶而进入相邻滚道。通常在一个螺母上装有三个反向器（即采用三列的结构），这三个反向器彼此沿螺母圆周相互错开120o，轴向间隔为4/3~7/3p（p为螺距）；有的装两个反向器（即采用双列结构），反向器错开180o，轴向间隔为3/2p。图7-17 外循环滚珠丝杠图7-18 内循环滚珠丝杠由于滚珠在进入和离开循环反向装置时容易产生较大的阻力，而且滚珠在反向通道中的运动多属前珠推后珠的滑移运动，很少有“滚动”，因此滚珠在反向装置中的摩擦力矩M反在整个滚珠丝杠的摩擦力矩Mt中所占比重较大，而不同的循环反向装置由于回珠通道的运动轨迹不同，以及曲率半径的差异，因而M反/Mt的比值不同，表7-1列出了国产滚珠丝杠副的几种不同循环反向方式的比较。表7-1  国产滚珠丝杠副不同循环方式的比较循环方式 内循环 外循环 浮动式 固定式 插管式 螺旋槽式JB-部标代号 F G C L含义 在整个循环过程中，滚珠始终与丝杠螺纹的各滚切表面滚切和接触 滚珠循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外循环运动结构特点 循环滚珠链最短，螺母外径比外循环小，结构紧凑，反向装置刚性好，寿命长，扁圆型反向器的轴向尺寸短，制造工艺复杂 循环滚珠链较长，轴向排列紧凑，承载能力较高，径向尺寸较大 M反/Mt最小 M反/Mt不大 M反/Mt较小 M反/Mt较大 具有较好的摩擦特性，预紧力矩为固定反向器的1/3~1/4。在预紧时，预紧力矩Mt上升平缓 制造装配工艺性不佳，摩擦特性次于F型，优于L型 结构简单，工艺性优良，适合成批生产。回珠管可设计、制造成较理想的运动通道 在螺母体上的回珠螺旋槽与回珠孔不易准确平滑连接，拐弯处曲率变化较大，滚珠运动不平稳。挡珠机构刚性差，易磨损适用场合 各种高灵敏、高刚度的精密进给定位系统。重载荷、多头螺纹、大导程不宜采用 各种高灵敏、高刚度的精密进给定位系统。重载荷、多头螺纹、大导程不宜采用 重载荷传动，高速驱动及精密定位系统。在大导程、小导程、多头螺纹中显示出独特优点 一般工程机械、机床。在高刚度传动和高速运转的场合不宜采用备注 是内循环产品中有发展前途的结构 正逐渐被F型取代 是目前应用最广泛的结构 3）滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法滚珠丝杠副除了对本身单一方向的进给运动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格的要求，以保证反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙，是负载在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。因此要把轴向间隙完全消除相当困难。通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形量控制在最小限度内。目前制造的外循环单螺母的轴向间隙达0.05mm，而双螺母经加预紧力后基本上能消除轴向间隙。应用这一方法来消除轴向间隙时需注意以下两点：① 通过预紧力产生预拉变形以减少弹性变形所引起的位移时，该预紧力不能过大，否则会引起驱动力矩增大、传动效率降低和使用寿命缩短。② 要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。常用的双螺母消除轴向间隙的结构型式有以下三种。(a)垫片调隙式（图7-19） 通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的。这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。图7-19 双螺母垫片调隙式结构1、2-单螺母  3-螺母座  4-调整垫片图7-20 双螺母螺纹调隙式结构1、2-单螺母  3-平键  4-调整螺母(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一个螺母的外端有凸缘而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，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。 (c)齿差调隙式（图7-21）在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿，并装入内齿圈中，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道相对移动，达到消除间隙并施加预紧力的目的。图7-21双螺母齿差调隙式结构1、2-单螺母  3、4-内齿圈除了上述三种双螺母加预紧力的方式外，还有单螺母变导程自预紧及单螺母钢球过盈预紧方式。各种预紧方式的特点及适用场合见表7-2表7-2国产滚珠丝杠副预加负荷方式及其特点预加负荷方式 双螺母齿差预紧 双螺母垫片预紧 双螺母螺纹预紧 单螺母变导程自预紧 单螺母钢珠过盈预紧JB部标代号 C D L B __螺母受力方式 拉伸式 拉伸式压缩式 拉伸式（外）压缩式（内） 拉伸式（ ）压缩式（ ）?—结构特点 可实现0.002mm以下精密微调，预紧可靠不会松弛，调整预紧力较方便 结构简单，刚性高，预紧可靠及不易松弛。使用中不便随时调整预紧力 预紧力调整方便，使用中可随时调整。不能定量微调螺母，轴向尺寸长 结构最简单，尺寸最紧凑，避免了双螺母形位误差的影响，使用中不能随时调整 结构简单，尺寸紧凑，不需任何附加预紧机构。预紧力大时，装配困难，使用中不能随时调整调整方法 当需重新调整预紧力时，脱开差齿圈，相对于螺母上的齿在圆周上错位，然后复位 改变垫片的厚度尺寸，可使双螺母重新获得所需预紧力 旋转预紧螺母使双螺母产生相对轴向位移，预紧后需锁紧螺母 拆下滚珠螺母，精确测量原装钢珠直径，然后根据预紧力需要，重新更换装入大若干微米的钢球 拆下滚珠螺母，精确测量原装钢珠直径，然后根据预紧力需要，重新更换装入大若干微米的钢球适用场合 要求获得准确预紧力的精密定位系统 高刚度、重载荷的传动定位系统，目前用得较普遍 不要求得到准确地预紧力，但希望随时可调节预紧力大小的场合 中等载荷对预紧力要求不大，又不经常调节预紧力的场合 备注
我国目前刚开始发展的结构 双圆弧齿形钢球四点接触，摩擦力矩较大(4) 滚珠丝杠副的精度滚珠丝杠副的精度等级为1、2、3、4、5、7、10级精度，代号分别为1、2、3、4、5、7、10。其中1级为最高，依次逐级降低。滚珠丝杠副的精度包括各元件的精度和装配后的综合精度，其中包括导程误差、丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动、丝杠和螺母表面粗糙度、有预加载荷时螺母安装端面对丝杠螺纹轴线的圆跳动、有预加载荷时螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动以及滚珠丝杠名义直径尺寸变动量等。在开环数控机床和其他精密机床中，滚珠丝杠的精度直接影响定位精度和随动精度。对于闭环系统的数控机床，丝杠的制造误差使得它在工作时负载分布不均匀，从而降低承载能力和接触刚度，并使预紧力和驱动力矩不稳定。因此，传动精度始终是滚珠丝杠最重要的质量指标。图7-22 当方向目标值T不等于零时的导程误差值a）任意300mm螺纹长度内，螺纹全长内导程误差曲线的带宽    b）2π弧度内导程误差滚珠丝杠导程误差曲线如图7-22所示。考虑到滚珠丝杠测量时是在标准温度下进行的，而实际工作温度下会产生一定的温升热变形，因而在衡量导程误差时需引入一个目标导程值。例如，设滚珠丝杠在工作温度下比测量温度下在测量长度内共伸长为T(mm)，则以此值定为方向目标值，以图7-22a的虚线（目标导程Lt）作为误差比较的标准，即若实际导程曲线是虚线时表示没有导程误差。实际导程La是指制造的实测导程曲线。用最小二乘法可求得在导程误差图上代表实际导程总倾向的直线——实际导程代表线，它允许近似地用在测量长度内实际导程首尾两点的连线来代替。导程差异ΔL是实际导程相对于理论导程（目标导程）的差值，它包括2π弧度内的导程误差ΔL2π。任意300mm螺纹长度内的导程误差ΔL300，螺纹全长内的导程误差ΔLl。导程误差曲线带宽Lb是在导程误差图上，实际导程相对于实际导程代表线的最大正值与最大负值绝对值之和。 (5) 滚珠丝杠副的标注方法滚珠丝杠副的型号根据其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征按下列格式编写。                        ×       —        —  循环方式   预紧方式  公称直径    基本导程  负荷滚珠总圈数  精度等级  螺纹旋向循环方式代号见表7-1，预紧方式代号见表7-2。负荷滚珠总圈数为1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5圈，代号分别为1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5。螺旋旋向为左、右旋，只标左旋代号为LH，右旋不标。滚珠螺纹的代号用GQ表示，标注在公称直径前，如GQ50×8—3例  CTC63×10—3.5—3.5/表示为插管突出式外循环（CT），双螺母齿差预紧（C）的滚珠丝杠副，公称直径63mm，基本导程10mm，负荷滚珠总圈数3.5圈，精度等级3.5级，螺纹旋向为右旋，丝杠全长为2000mm，螺纹长度为1600mm。图7-23  滚珠丝杠副尺寸的标注a）滚珠螺母尺寸的标注   b）滚珠丝杠尺寸的标注滚珠丝杠及螺母零件图上螺纹尺寸的标注方法见图7-23。“GQ”为滚珠丝杠螺纹的代号，50为公称直径（φ50mm），8表示基本导程为8mm，2为精度等级，左旋螺纹应在最后标“LH”字，右旋不标。(6) 滚珠丝杠副在机床上的安装方式1）支承方式螺母座、丝杠的轴承及其支架等刚性不足，将严重地影响滚珠丝杠副的传动刚度。因此，螺母座应有加强肋，以减少受力后的变形，螺母座与床身的接触面积宜大，其连接螺钉的刚度也应高，定位销要紧密配合，不能松动。图7-24   滚珠丝杠在机床上的支承方式a）一端装推力轴承      b）一端装推力轴承，一端装深沟球轴承c）两端装推力轴承       d）两端装推力轴承及深沟球轴承滚珠丝杠常用推力轴承支承，以提高轴向刚度（当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用深沟球轴承支承），滚珠丝杠的支承方式有以下几种：① 一端装推力轴承，见图7-24a。这种安装方式只适用于短丝杠，它的承载能力小、轴向刚度低，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控机床的立向（垂直）坐标中。②一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承，见图7-24b。当滚珠丝杠较长时，一端装推力轴承固定外，另一自由端装深沟球轴承。应将推力轴承远离液压马达热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。③两端装推力轴承，见图7-24c。把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感。④ 两端装推力轴承及深沟球轴承，见图7-24d。为使丝杠具有较大刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杠的温度变形转化为推力轴承的预紧力，但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。2）制动装置由于滚珠丝杠的副的传动效率高，无自锁作用（特别是滚珠丝杠处于垂直传动时），故必须装有制动装置。图7-25 数控卧式铣镗主轴箱进给丝杠的制动装置示意图图7-25所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。当机床工作时，电磁铁线圈通常吸住压簧，打开摩擦离合器。此时步进电机接受控制机的指令脉冲后，将旋转运动通过液压扭矩放大器及减速齿轮传动，带动滚珠丝杠副转换为主轴箱的立向（垂直）移动。当步进电机停止转动时，电磁铁线圈亦同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠不能自由转动，主轴箱就不会因自重而下沉了。超越离合器有时也用作滚珠丝杠的制动装置。(7) 滚珠丝杠副的润滑与密封滚珠丝杠副也可用润滑剂来提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油及润滑脂两大类。润滑油为一般机油或90~180号透平油或140号主轴油。润滑脂可采用锂基油脂。润滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。滚珠丝杠副常用防尘密封圈和防护罩。1）密封圈密封圈装在滚珠螺母的两端。接触式的弹性密封圈系用耐油橡皮或尼龙等材料制成，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，使摩擦力矩略有增加。非接触式的密封圈系用聚氯乙烯等塑料制成，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迷宫式密封圈。2）防护罩防护罩能防止尘土及硬性杂质等进入滚珠丝杠。防护罩的形式有锥形套管、伸缩套管、也有折迭式（手风琴式）的塑料或人造革防护罩，也有用螺旋式弹簧钢带制成的防护罩连接在滚珠丝杠的支承座及滚珠螺母的端部，防护罩的材料必须具有防腐蚀及耐油的性能。三、齿轮传动间隙的消除措施由于数控机床进给系统经常处于自动变向状态，反向时如果驱动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会使进给运动的反向滞后于指令信号，从而影响其驱动精度。因此必须采取措施消除齿轮传动中的间隙，以提高数控机床进给系统的驱动精度。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面的要求，总是存在着一定的误差，因此两个啮合着的齿轮，总应有微量的齿侧隙才能使齿轮正常地工作。以下介绍的几种消除齿轮传动中侧隙的措施，都是在实践中行之有效的。1. 圆柱齿轮传动(1) 偏心轴套调整法图7-26所示为简单的偏心轴套式消隙结构。电机1是通过偏心轴套2装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。图7-26 偏心轴套式消除间隙结构1-电动机   2-偏心轴套(2) 锥度齿轮调整法图7-27是用带有锥度的齿轮来消除间隙的机构。在加工齿轮1和2时，将假想的分度圆柱面改变成带有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍有变化（其外形类似于插齿刀）。装配时只要改变垫片3的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。但如增大圆锥面的角度，则将使啮合条件恶化。图7-27 带锥度齿轮的消除间隙结构1、2-齿轮    3-垫片以上两种方法的特点是结构简单，但齿侧隙调整后不能自动补偿。(3) 双向薄齿轮错齿调整法采用这种消除齿侧隙的一对啮合齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一个由两相同齿数的薄片齿轮套装而成，两薄片齿轮可相对回转。装配后，应使一个薄片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时不会出现死区。图7-28为圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整结构。图7-28 圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整法1、2-齿轮    3、8-凸耳   4-弹簧   5、6-螺母   7-螺钉在两个薄片齿轮1和2的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳3和8。齿轮1的端面还有另外四个通孔，凸耳8可以在其中穿过。弹簧4的两端分别钩在凸耳3和调整螺钉7上，通过螺母5调节弹簧4的拉力，调节完毕用螺母6锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄片齿轮的左右齿面分别紧贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。2. 斜齿轮传动斜齿轮传动齿侧隙的消除方法基本上与上述错齿调整法相同，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。图7-29是垫片错齿调整法，薄片齿轮由平键和轴连接，互相不能相对回转。斜齿轮1和2的齿形拼装在一起加工。装配时，将垫片厚度增加或减少Δt，然后再用螺母拧紧。这时两齿轮的螺旋线就产生了错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿面贴紧，从而消除了间隙。垫片厚度的增减量Δt可以用下式计算：    Δt＝Δcosβ式中  Δ——齿侧间隙；      β——斜齿轮的螺旋角。垫片的厚度通常由试测法确定，一般要经过几次修磨才能调整好，因而调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。图7-30是轴向压簧错齿调整法，其特点是齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。图7-29  斜齿薄片齿轮垫片错齿调整法图7-30  斜齿薄片齿轮轴向压簧错齿调整法第四节 数控机床的自动换刀系统一、自动换刀装置的形式1. 回转刀架换刀数控车床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，根据不同加工对象，可以设计成四方刀架和六角刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架在结构上应具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀尖位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001~0.005）。数控车床回转刀架动作的要求是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来实现，下面就以WZD4型刀架（图7-31）为例说明其具体结构。图7-31  数控车床方刀架结构1-电机  2-联轴器  3-蜗杆轴  4-蜗轮丝杠  5-刀架底座  6-粗定位盘  7-刀架体8-球头销  9-转位套  10-电刷座  11-发信体  12-螺母  13、14-电刷  15-粗定位销该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。当换刀指令发出后，小型电机1起动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮4转动。刀架体7内孔加工有螺纹，与丝杠连接，蜗轮与丝杠为整体结构。当蜗轮开始转动时，由于加工在刀架底座5 和刀架体7 上的端面齿处在啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，这时刀架体7 抬起。当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开。转位套9用销钉与蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过160°（如图Ａ－Ａ剖示所示），球头销8 在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电机1反转，由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。电机继续反转，此时蜗轮停止转动，蜗杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电机1停止转动。译码装置由发信体11、电刷13、14组成，电刷13负责发信，电刷14负责位置判断。当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12调好发信体11与电刷14的相对位置。这种刀架在经济型数控车床及卧式车床的数控化改造中得到广泛的应用。回转刀架一般采用液压缸驱动转位和定位销定位，也有采用电动机-马氏机构转位和鼠盘定位，以及其它转位和定位机构。2. 转塔头式换刀装置一般数控机床常采用转塔头式换刀装置。如数控车床的转塔刀架，数控钻镗床的多轴转塔头等。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需要的旋转刀具，当发出换刀指令时，各种主轴头依次地转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其它处于不同加工位置的主轴都与主运动脱开。转塔头式换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性，它适用于工序较少，精度要求不高的数控机床。图7-32为卧式八轴转塔头。转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴1，主轴的回转运动由齿轮15输入。当数控装置发出换刀指令时，通过液压拨叉（图中未示出）将移动齿轮6与齿轮15脱离啮合，同时在中心液压缸13的上腔通压力油。由于活塞杆和活塞口固定在底座上，因此中心液压缸13带着有两个止推轴承9和11支承的转塔刀架10抬起，鼠齿盘7和8脱离啮合。然后压力油进入转位液压缸，推动活塞齿条，再经过中间齿轮使大齿轮5与转塔刀架体10一起回转45o，将下一工序的主轴转到工作位置。转位结束后，压力油进入中心液压缸13的下腔使转塔头下降，鼠齿盘7和8重新啮合，实现了精确的定位。在压力油的作用下，转塔头被压紧，转位液压缸退回原位。最后通过液压拨叉拨动移动齿轮6，使它与新换上的主轴齿轮15啮合。为了改善主轴结构的装配工艺性，整个主轴部件装在套筒4内，只要卸去螺钉17，就可以将整个部件抽出。主轴前轴承18采用锥孔双列圆柱滚子轴承，调整时先卸下端盖2，然后拧动螺母3，使内环作轴向移动，以便消除轴承的径向间隙。为了便于卸出主轴锥孔内的刀具，每根主轴都有操纵杆14，只要按压操纵杆，就能通过斜面推动顶出刀具。图7-32  卧式八轴转塔头1-主轴  2-端盖  3-螺母  4-套筒  5、6、15-齿轮  7、8-鼠齿盘  9、11-推力轴承10-转塔刀架体  12-活塞  13-中心液压缸  14-操纵杆  16-顶杆  17-螺钉  18-轴承转塔主轴头的转位，定位和压紧方式与鼠齿盘式分度工作台极为相似。但因为在转塔上分布着许多回转主轴部件，使结构更为复杂。由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计得十分坚固，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的刚度，主轴的数目必须加以限制，否则将会使尺寸大为增加。3. 车削中心用动力刀架图7-33a为意大利Baruffaldi公司生产的适用于全功能数控车及车削中心的动力转塔刀架。刀盘上既可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧夹头、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。图7-33b为该转塔刀架的传动示意图。刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。图7-33  动力刀架二、带刀库的自动换刀系统由于回转刀架、转塔头式换刀装置容纳的刀具数量不能太多，满足不了复杂零件的加工需要。自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。整个换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放入刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外。常见的刀库形式有三种：①盘形刀库，②链式刀库，③格子箱刀库。带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件时就有可能充分增强它的刚度。因而能够满足精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很大的刀具（可以多达100把以上），因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显地提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控镗铣床和加工中心，其换刀形式很多，以下介绍几种典型换刀方式。1. 直接在刀库与主轴（或刀架）之间换刀的自动换刀装置这种换刀装置只具备一个刀库，刀库中储存着加工过程中需使用的各种刀具，利用机床本身与刀库的运动实现换刀过程。例如，图7-34为自动换刀数控立式车床的示意图，刀库7固定在横梁4的右端，它可作回转以及上下方向的插刀和拔刀运动。机床自动换刀的过程如下：图7-34  自动换刀数控立式车床示意图1-工作台  2-工件  3-立柱  4-横梁  5-刀架滑座  6-刀架滑枕  7-刀库(1) 刀架快速右移，使其上的装刀孔轴线与刀库上空刀座的轴线重合，然后刀架滑枕向下移动，把用过的刀具插入空刀座；(2)刀库下降，将用过的刀具从刀架中拔出；(3)刀库回转，将下一工步所需使用的新刀具轴线对准刀架上装刀孔轴线；(4)刀库上升，将新刀具插入刀架装刀孔，接着由刀架中自动夹紧装置将其夹紧在刀架上；(5)刀架带着换上的新刀具离开刀库，快速移向加工位置。2. 用机械手在刀库与主轴之间换刀的自动换刀装置这是目前用的最普遍的一种自动换刀装置，其布局结构多种多样，JCS-013型自动换刀数控卧式镗铣床所用换刀装置即为一例。四排链式刀库分置机床的左侧，由装在刀库于主轴之间的单臂往复交叉双机械手进行换刀。换刀过程可用图7-35中a~i的分图所示实例加以说明。下面就图7-35a~i作说明。图7-35  JCS-013型自动换刀机床的自动换刀过程(1) 开始换刀前状态：主轴正在用T05号刀具进行加工，装刀机械手已抓住下一工步需用的T09号刀具，机械手架处于最高位置，为换刀做好了准备；(2) 上一工步结束，机床立柱后退，主轴箱上升，使主轴处于换刀位置。接着下一工步开始，其第一个指令是换刀，机械手架回转180o，转向主轴；(3) 卸刀机械手前伸，抓住主轴上已用过的T05号刀具；(4) 机械手架由滑座带动，沿刀具轴线前移，将T05号刀具从主轴上拔出；(5) 卸刀机械手缩回原位；(6) 装刀机械手前伸；使T09号刀具对准主轴；(7) 机械手架后移，将T09号刀具插入主轴；(8) 装刀机械手缩回原位；(9) 机械手架回转180o，使装刀、卸刀机械手转向刀库；(10) 机械手架由横梁带动下降，找第二排刀套链，卸刀机械手将T05号刀具插回P05号刀套中；(11) 刀套链转动，把在下一个工步需用的T46号刀具送到换刀位置；机械手架下降，找第三排刀链，由装刀机械手将T46号刀具取出；(l2) 刀套链反转，把P09号刀套送到换刀位置，同时机械手架上升至最高位置，为再下面一个工步的换刀做好准备。3. 用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置这种自动换刀装置实际是转塔头式换刀装置和刀库换刀装置的结合，其工作原理如图7-36所示。转塔头5上有两个刀具主轴3和4。当用一个刀具主轴上的刀具进行加工时，可由机械手2将下一工步需用的刀具换至不工作的主轴上，待上一工步加工完毕后，转塔头回转180o，即完成了换刀工作。因此，所需换刀时间很短。图7-36  机械手和转塔头配合刀库换刀的自动换刀过程1-刀库  2-换刀机械手  3、4-刀具主轴  5-转塔头  6-工件  7-工作台三、刀具交换装置数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分为由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床生产率和工作可靠性有着直接的影响。1. 利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置此装置在换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间较长。图7-37所示的数控立式镗铣床就是采用这类刀具交换方式的实例。由图可见，该机床的格子式刀库的结构极为简单，然而换刀过程却较为复杂。它的选刀和换刀由三个坐标轴的数控定位系统来完成，因而每交换一次刀具，工作台和主轴箱就必须沿着三个坐标轴作两次来回的运动，因而增加了换刀时间。另外由于刀库置于工作台上，减少了工作台的有效使用面积。图7-37  利用刀库及机床本身运动进行自动换刀的数控机床1-工件  2-刀具  3-主轴  4-主轴箱  5-刀库2. 刀库-机械手的刀具交换装置采用机械手进行刀具交换的方式应用的最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。在各种类型的机械手中，双臂机械手集中地体现了以上的优点。在刀库远离机床主轴的换刀装置中，除了机械手以外，还带有中间搬运装置。双臂机械手中最常用的几种结构如图7-38所示，它们分别是钩手（图7-38a）、抱手（图7-38b）、伸缩手（图7-38c）和叉手（图7-38d）。这几种机械手能够完成抓刀、拔刀、回转、插刀以及返回等全部动作。为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都必须带有自锁机构。由于双臂回转机械手（图7-38a、b、c）的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间可以进一步缩短。图7-38  双臂机械手常用机构图7-39  双刀库机械手换刀装置图7-39是双刀库机械手换刀装置，其特点是用两个刀库和两个单臂机械手进行工作， 因而机械手的工作行程大为缩短，有效地节省了换刀时间。还由于刀库分设两处使布局较为合理。根据各类机床的需要，自动换刀数控机床所使用的刀具的刀柄有圆柱形和圆锥形两种。为了使机械手能可靠地抓取刀具，刀柄必须有合理的夹持部分，而且应当尽可能使刀柄标准化。图7-40所示是常用的两种刀柄结构。V形槽夹持结构（图7-40a）适用于图7-38的各种机械手，这是由于机械手爪的形状和V形槽能很好的吻合。使刀具能保持准确的轴向和径向位置，从而提高了装刀的重复精度。法兰盘夹持结构（7-40b）适用于钳式机械手装夹，这是由于法兰盘的两边可以同时伸出钳口，因此在使用中间辅助机械手时能够方便的将刀具从一个机械手传递给另一个机械手。图7-40  刀柄结构a）V型槽式    b）法兰盘式四、机械手在自动换刀数控机床中，机械手的形式也是多种多样的，常见的有图7-41中的几种形式：1. 单臂单爪回转式机械手这种机械手的手臂可以回转不同的角度，进行自动换刀，手臂上只有一个卡爪，不论在刀库上或是在主轴上，均靠这一个卡爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长，见图7-41a。2. 单臂双爪回转式机械手这种机械手的手臂上有两个卡爪，两个卡爪有所分工，一个卡爪只执行从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务。另一个卡爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手要少，见图7-41b。3. 双臂回转式机械手这种机械手的两臂各有一个卡爪，两个卡爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180o后又同时将刀具放回刀库及装入主轴。换刀时间较以上两种单臂机械手均短，是最常用的一种形式。图7-41c右边的一种机械手在抓取或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。图7-41  各种形式的机械手a） 单臂单爪回转式  b）单臂双爪回转式  c）双臂回转式  d）双机械手e）双臂往复交叉式  f）双臂端面夹紧式4. 双机械手这种机械手相当于两个单臂单爪机械手，互相配合起来进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个机械手由刀库取出“新刀”装入机床主轴，见图7-41d。5. 双臂往复交叉式机械手这种机械手的两手臂可以往复运动，并交叉成一定角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库取出“新刀”装入机床主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的运刀工作，见图7-41e。6. 双臂端面夹紧式机械手这种机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面以抓取刀具，这种机械手则夹紧刀柄的两个端面，见图7-41f。第五节 数控机床的辅助装置一、数控回转工作台数控回转工作台的功用有两个：一是使工作台进行圆周进给运动，二是工作台进行分度运动。它按照控制系统的指令，在需要时分别完成上述运动。数控回转工作台，从外形看来和通用机床的分度工作台没有多大差别，但在结构上则具有一系列的特点。用于开环系统中的数控回转工作台是由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成。当接到控制系统的回转指令后，首先要把蜗轮松开，然后开动电液脉冲马达，按照指令脉冲来确定工作台回转的方向、速度、角度大小以及回转过程中速度的变化等参数。当工作台回转完毕后，再把蜗轮夹紧。数控回转工作台的定位精度完全由控制系统决定。因此，对于开环系统的数控回转工作台，要求它的传动系统中没有间隙，否则在反向回转时会产生传动误差，影响定位精度。现以JCS-013型自动换刀数控卧式镗铣床的数控回转工作台为例介绍如下，见图7-42。图7-42  数控回转工作台1-电液脉冲马达  2-偏心环  3-主动齿轮  4-从动齿轮  5-销钉  6-锁紧瓦  7-套筒8-螺钉  9-丝杠  10-蜗杆  11-蜗轮  12、13-夹紧瓦  14-液压缸  15-活塞  16-弹簧17-钢球  18-底座  19-光栅  20、21-轴承数控回转工作台由电液脉冲马达1驱动，在它的轴上装有主动齿轮3（z1=22）,它与从动齿轮4（z2=66）相啮合，齿的侧隙靠调整偏心环2来消除。从动齿轮4与蜗杆10用楔形的拉紧销钉5来连接，这种连接方式能消除轴与套的配合间隙。蜗杆10系双螺距式，即相邻齿的厚度是不同。因此，可用轴向移动蜗杆的方法来消除蜗杆10和蜗轮11的齿侧间隙。调整时，先松开壳体螺母套筒7上的锁紧螺钉8，使锁紧瓦6把丝杠9放松，然后转动丝杠9，它便和蜗杆10同时在壳体螺母套筒7中作轴向移动，消除齿向间隙。调整完毕后，再拧紧锁紧螺钉8，把锁紧瓦6压紧在丝杠9上，使其不能再作转动。蜗杆10的两端装有双列滚针轴承作径向支承，右端装有两只止推轴承承受轴向力，左端可以自由伸缩，保证运转平稳。蜗轮11下部的内、外两面均装有加紧瓦12和13。当蜗轮11不回转时，回转工作台的底座18内均布有八个液压缸14，其上腔进压力油时，活塞15下行，通过钢球17，撑开加紧瓦12和13，把蜗轮11夹紧。当回转工作台需要回转时，控制系统发出指令，使液压缸上腔油液流回油箱。由于弹簧16恢复力的作用，把钢球17抬起，加紧瓦12和13就不夹紧蜗轮11，然后由电液脉冲马达1通过传动装置，使蜗轮11和回转工作台一起按照控制指令作回转运动。回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承，并由圆锥滚子轴承21和双列圆柱滚子轴承20保持准确的回转中心。数控回转工作台设有零点，当它作返零控制时，先用挡块碰撞限位开关（图中未示出），使工作台由快速变为慢速回转，然后在无触点开关的作用下，使工作台准确的停在零位。数控回转工作台可作任意角度的回转或分度，由光栅19进行读数控制。光栅19沿其圆周上有21600条刻线，通过6倍频线路，刻度的分辨能力为10s。这种数控回转工作台的驱动系统采用开环系统，其定位精度主要取决于蜗杆蜗轮副的运动精度，虽然采用高精度的五级蜗杆蜗轮副，并用双螺距蜗杆实现无间隙传动，但还不能满足机床的定位精度（±10s）。因此，需要在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿的角度位置和补偿脉冲的符号（正向或反向），记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。二、分度工作台    数控机床（主要是钻床、镗床和铣镗床）的分度工作台与数控回转工作台不同，它只能完成分度运动而不能实现圆周进给。由于结构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度（如90o、60o或45o等）。机床上的分度传动机构，它本身很难保证工作台分度的高精度要求，因此常需要定位机构和分度机构结合在一起，并由夹紧装置保证机床工作时的安全可靠。1. 定位销式分度工作台这种工作台的定位分度主要靠定位销和定位孔来实现。定位销之间的分布角度为45o，因此工作台只能作二、四、八等分的分度运动。这种分度方式的分度精度主要由定位销和定位孔的尺寸精度及位置精度决定，最高可达±5“。定位销和定位孔衬套的制造精度和装配精度都要求很高，且均需具有很高的硬度，以提高耐磨性，保证足够的使用寿命。图7-43为THK6380型自动换刀数控卧式铣镗床的分度工作台结构。图7-43  定位销式分度工作台2. 齿盘式分度工作台齿盘式分度工作台是数控机床和其他加工设备中应用很广的一种分度装置。它既可以作为机床的标准附件，用T形螺钉紧固在机床工作台上使用，也可以和数控机床的工作台设计成一个整体。齿盘分度机构的向心多齿啮合，应用了误差平均原理，因而能够获得较高的分度精度和定心精度（分度精度为±0.5～±3s）。图7-44  分度工作台的液压系统现介绍Z6525o8型转塔式坐标卧式钻床的齿盘分度工作台，图7-44为分度工作台的液压系统图，图7-45为分度工作台的结构图。图7-45  齿盘式分度工作台1-分度工作台  2、4、15、18-管道  3、17-活塞  5、10-轴承  6、7-齿盘  8、9、22、23-推杆
11-内齿轮  12-外齿轮  13-下腔  14-上腔  16-左腔  19-右腔  20-挡铁  21-挡块齿盘式分度工作台主要由工作台、底座、压紧液压缸、分度液压缸和一对齿盘等零件组成。齿盘是保证分度精度的关键零件，每个齿盘的端面均加工有数目相同的三角形齿（z=120或180），两个齿盘啮合时，能自动确定周向和径向的相对位置。齿盘式分度工作台分度运动时，其工作过程分为四个步骤：（1）分度工作台上升，齿盘脱离啮合。当需要分度时，数控装置发出分度指令（也可用手压按钮进行手动分度）。这时，二位三通电磁换向阀A的电磁铁通电，分度工作台1中央的差动式压紧液压缸下腔13从管道4进压力油，于是活塞3向上移动，液压缸上腔14的油液经管道2、电磁阀A再进入液压缸下腔13，形成差动。活塞3上移时，通过推力轴承5使分度工作台1也向上抬起，齿盘6和7脱离啮合（上齿盘6固定在工作台1上，下齿盘7固定在底座上）。同时，固定在工作台回转轴下端的推力轴承10和内齿轮11也向上与外齿轮12啮合，完成了分度前的准备。（2）工作台回转分度。当分度工作台1向上抬起时，推杆8在弹簧作用下也同时抬起，推杆9向右移动，于是微动开关D的触头松开，使二位四通电磁换向阀的电磁铁通电，压力油从管道15进入分度液压缸左腔16，于是齿条活塞17向右移动，右腔19中油液经管道18、节流阀流回油箱。当齿条活塞17向右移动时，与它啮合的外齿轮12便作逆时针方向回转，由于外齿轮12与内齿轮11已经啮合，分度工作台也随着一起回转相应的角度。分度运动的速度，可由回油管道18中的节流阀控制。当外齿轮12开始回转时，其上的挡块21就离开推杆22，微动开关C的触头松开，通过互锁电路，使电磁阀的电磁铁不准通电，始终保持工作台处于抬升状态。按设计要求，当齿条活塞17移动113mm时，工作台回转90o，回转角度的近似值由微动开关和挡铁20控制。（3）分度工作台下降，并定位压紧。当工作台回转90o位置附近，其上的挡铁20压推杆23，微动开关E的触头被压紧，使电磁阀A的电磁铁断电，压紧液压缸上腔14从管道2进压力油，下腔13中的油从管道4经节流阀回油箱，活塞3带动分度工作台下降，上、下齿盘在新的位置重新啮合，并定位夹紧。管道4中的节流阀用来限制工作台的下降速度，保护齿面不受冲击。（4）分度齿条活塞退回。当分度工作台下降时，推杆8受压，使推杆9左移，于是微动开关D的触头被压紧，使电磁换向阀B的电磁铁断电，压力油从管道18进入分度液压缸右腔19，齿条活塞17左移，左腔16的油液从管道15流回油箱。齿条活塞17左移时，带动外齿轮12作顺时针回转，但因工作台下降时，内齿轮11也同时下降与外齿轮12脱开，故工作台保持静止状态。外齿轮12作顺时针回转90o时，其上挡块21又压推杆22，微动开关C的触头又被压紧，外齿轮12就停止转动而回到原始位置。而挡铁20离开推杆23，微动开关E的触头又被松开，通过自保电路保证电磁换向阀A的电磁铁断电，工作台始终处于压紧状态。齿盘式分度工作台和其他分度工作台相比，具有重复定位精度高、定位刚性好和结构简单等优点。齿盘接触面大、磨损小和寿命长，而且随着使用时间的延续，定位精度还有进一步提高的趋势。因此，目前除广泛用于数控机床外，还用在各种加工和测量装置中。它的缺点是齿盘的制造精度要求很高，需要某些专用加工设备，尤其是最后一道两齿盘的齿面对研工序，通常要花费数十小时。此外，它不能进行任意角度的分度运动。三、排屑装置1．排屑装置在数控机床上的作用数控机床的出现和发展，使机械加工的效率大大提高，在单位时间内数控机床的金属切削量大大高于普通机床，而工件上的多余金属在变成切屑后所占的空间将成倍加大。这些切屑堆占加工区域，如果不及时排除，必将会覆盖或缠绕在工件和刀具上，使自动加工无法继续进行。此外，灼热的切屑向机床或工件散发的热量，会使机床或工件产生变形，影响加工精度。因此，迅速而有效地排除切屑，对数控机床加工而言是十分重要的，而排屑装置正是完成这项工作的一种数控机床的必备附属装置。排屑装置的主要工作是将切屑从加工区域排出数控机床之外。在数控车床和磨床上的切屑中往往混合着切削液，排屑装置从其中分离出切屑，并将它们送入切屑收集箱（车）内，而切削液则被回收到冷却液箱。数控铣床、加工中心和数控镗铣床的工件安装在工作台上，切屑不能直接落入排屑装置，故往往需要采用大流量冷却液冲刷，或压缩空气吹扫等方法使切屑进入排屑槽，然后再回收切削液并排出切屑。排屑装置是一种具有独立功能的部件，它的工作可靠性和自动化程度，随着数控机床技术的发展而不断提高，并逐步趋向标准化和系列化，由专业工厂生产。数控机床排屑装置的结构和工作形式应根据机床的种类、规格、加工工艺特点、工件的材质和使用的冷却液种类等来选择。2．典型排屑装置排屑装置的种类繁多，图7-46所示为其中的几种。排屑装置的安装位置一般都尽可能靠近刀具切削区域。如车床的排屑装置装在旋转工件下方，铣床和加工中心的排屑装置装在床身的回水槽上或工作台边侧位置，以利于简化机床和排屑装置结构，减小机床占地面积，提高排屑效率。排出的切屑一般都落入切屑收集箱或小车中，有的则直接排入车间排屑系统。下面对几种常见排屑装置作一简要介绍：（1）平板链式排屑装置（图7-46a）。该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，加工中的切屑落到链带上被带出机床。这种装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用。在车床上使用时多与机床冷却液箱合为一体，以简化机床结构。（2）刮板式排屑装置（图7-46b）。该装置的传动原理与平板链式基本相同，只是链板不同，它带有刮板链板。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。因负载大，故需采用较大功率的驱动电机。（3）螺旋式排屑装置（图7-46c）。该装置是利用电机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根长螺旋杆进行工作的。螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即由螺旋杆推动连续向前运动，最终排入切屑收集箱。螺旋杆有两种结构型式，一种是用扁型钢条卷成螺旋弹簧状；另一种是在轴上焊有螺旋形钢板。这种装置占据空间小，适于安装在机床与立柱间空隙狭小的位置上。螺旋式排屑结构简单，排屑性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜的直线方向排运切屑，不能大角度倾斜、提升或转向排屑。图7-46  排屑装置a）平板链条=式   b）刮板式   c）螺旋式习题与思考题七7-1 数控机床对主传动系统有哪些要求？7-2 主传动变速有几种方式？各有何特点？各应用于何种场合？7-3 对主轴箱有何要求？7-4 主轴箱有几种结构型式？各应用于何种场合？7-5 主轴轴承的配置型式有几种？各有何优缺点？7-6 主轴为何需要“准停”？如何实现“准停”？7-7 数控机床对进给传动系统有哪些要求？7-8 滚珠丝杠螺母副的特点是什么？7-9 滚珠丝杠螺母副的滚珠有哪两类循环方式？常用的结构型式是什么？7-10 试述滚珠丝杠螺母副轴向间隙调整和预紧的基本原理，常用哪几种结构型式？7-11 滚珠丝杠螺母副在机床上的支承方式有几种？各有何优缺点？7-12 齿轮传动间隙的消除有哪些措施？各有何优缺点？7-13 螺旋升降式四方刀架有何特点？简述其换刀过程？7-14 转塔头式换刀装置有何特点？简述其换刀过程？7-15 JCS-013型机床的换刀有何特点？并简述其换刀过程。7-16 常用的刀具交换装置有哪几种？各有何特点？7-17 常见的机械手有几种型式？各有何特点？7-18 数控回转工作台的功用如何？试述其工作原理。7-19 分度工作台的功用如何？试述其工作原理？7-20 数控机床为何需专设排屑装置？目的何在？7-21 常见排屑装置有几种？各应用于何种场合？7-22 工件自动交换工作台的作用如何？用于何种场合？
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