精品课数控机床机械装配与调试电子教案Word格式.docx
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数控装置的平均无故障时间值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上。
2．复合化、多轴化：
一次装夹，整体加工。
在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而提高加工效率。
3．智能化、网络化
追求加工效率的智能化，如自适应控制；
提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如电机参数的自适应运算等；
简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程、智能诊断等。
数控装备的网络化实现了新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业等。
（三）我国的现状
2000年以来，我国机床行业快速发展，机床行业的整体素质提高很多。
从2002年起，中国连续5年成为世界机床消费第一大市场。
2005、2006年我国机床产值处于全球第三，我国成为世界机床大国，但由于技术水平低下，“大而不强”。
在国家高度重视和支持下，到2010年国产数控机床占国内市场比重将达50%。
当前，我国新产品开发成果显著，五轴联动数控机床、多功能复合机床等高性能数控机床产品初具规模，产品的数控化率逐年提高。
总之国内数控机床制造商正在拼搏奋起，坚持自主创新精神，实行市场化运行机制，潜心研究、持续改进，我们深信，中国企业完全有能力制造出满足市场需求的高质量标准的数控机床及柔性制造系统。
随着我国工业的快速发展，数控机床数量和种类急剧增长，随之而来的是数控维修人才的短缺。
数控机床故障诊断与维修人才的培养是一个系统工程。
第4节数控机床的机械结构
（1）认识数控机床的机械结构
（2）了解数控机床机械结构的特点
（3）掌握数控机床的主传动系统
（4）掌握数控机床进给传动系统
（1）数控机床的机械结构
（2）数控机床机械结构的特点
（3）数控机床的主传动系统
（4）数控机床进给传动系统
3课时
（一）认识数控机床的机械结构
主轴单元、回转刀架、滚珠丝杆、滚动导轨灯
（2）数控机床机械结构的特点
1）静刚度和动刚度高
合理选择构件的结构形式，如基础件采用封闭的完整箱体结构；
合理选择及布局隔板和筋条，尽量减小接合面，提高部件间接触刚度等；
合理进行结构布局；
采取补偿构件变形的结构措施。
2）抗振性高
3）灵敏度高
4）热变形小
在数控机床结构布局设计中可考虑尽量采用对称结构（如对称立柱等），进行强制冷却（如采用空冷机），使排屑通道对称布置等措施。
5）自动化程度高，操作方便
（三）数控机床的主传动系统
（1）数控机床主传动的特点
1）具有更大的调速范围并实现无级调速。
一般要求主轴具备1∶（100～1000）的恒转矩调速范围和1∶10的恒功率调速范围。
2）具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低
3）良好的抗振性和热稳定性。
4）在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能。
5）在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。
6）具有恒线速度切削控制功能。
（二）数控机床主轴的变速方式
1、带有变速齿轮的主轴传动
大中型数控机床较常采用的配置方式，确保低速时有较大的扭矩，滑移齿轮的移位大多采用液压拨叉或直接由液压缸驱动齿轮来实现。
2、通过带传动的主轴传动
主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。
可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。
适用于高速低转矩特性的主轴，常用有多楔带和同步齿形带。
（3）数控机床的主传动系统
1、主轴轴承的支撑形式
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。
可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求。
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。
向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r／min，但承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴。
3）前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承。
径向和轴向刚度高，能承受重载荷，其安装、调整性能好，但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。
2、刀具自动装卸切屑清除装置
加工中心主轴前端有7∶24号锥孔，内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。
（4）数控机床进给传动系统
1、对数控机床进给系统的要求
1）摩擦阻力要小：
广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨。
2）传动刚度要高
3）转动惯量要小
4）谐振频率要高
5）传动间隙要小
2、滚珠丝杠螺母副优点：
1）传动效率高，摩擦损失小。
2）运动平稳无爬行。
3）传动精度高，反向时无空程。
4）磨损小，精度保持性好，使用寿命长。
5）具有运动的可逆性。
3、对导轨的要求
1）高的导向精度。
2）良好的耐磨性。
3）足够的刚度。
4）具有低速运动的平稳性。
第五节数控机床机械装调安全注意事项
一、教学目的与要求
（1）了解机械零部件的安装调试注意事项
（2）了解液压系统的安装调试注意事项
（3）了解安装环境注意事项
（1）机械零部件的安装调试注意事项
（2）液压系统的安装调试注意事项
（3）安装环境注意事项
（一）数控机床机械零部件的安装调试注意事项
1、主轴轴承的安装调试注意事项
（1）单个轴承的安装调试
装配时尽可能使主轴定位内孔与主轴轴径的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量接近，并使其方向相反，这样可使装配后的偏心量减小。
（2）两个轴承的安装调试
两支撑的主轴轴承安装时，应使前、后两支撑轴承的偏心量方向相同，并适当选择偏心距的大小。
2、滚珠丝杠螺母副的安装调试注意事项
滚珠丝杠螺母副仅用于承受轴向负荷。
径向力、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等不良负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。
因此，滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意：
（1）滚珠螺母应在有效行程内运动，必须在行程两端配置限位，避免螺母越程脱离丝杠轴，而使滚珠脱落。
（2）由于滚珠丝杠螺母副传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后，因部件自重而产生的逆传动，防止逆传动方法可用：
蜗轮蜗杆传动、电动制动器等。
（3）丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床两端轴承座的中心与螺母座的中心必须三点成一线。
（4）滚珠丝杠螺母副安装到机床时，不要将螺母从丝杠轴上卸下来。
如必须卸下来时，要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。
（5）螺母装入螺母座安装孔时，要避免撞击和偏心。
（6）为防止切屑进入，磨损滚珠丝杠螺母副，可加装防护装置如折皱保护罩、螺旋钢带保护套等，将丝杠轴完全保护起来。
另外，浮尘多时可在丝杠螺母两端增加防尘圈。
3、直线滚动导轨安装调试注意事项
（1）安装时轻拿轻放，避免磕碰影响导轨的直线精度。
（2）不允许将滑块拆离导轨或超过行程又推回去。
若因安装困难，需要拆下滑块时，需使用引导轨。
（3）直线滚动导轨成对使用时，分主、副导轨副，首先安装主导轨副，设置导轨的基准侧面与安装台阶的基准侧面紧密相贴，紧固安装螺栓，然后再以主导轨副为基准，找正安装副导轨副。
找正是指两根导轨副的平行度、平面度。
最后，依次拧紧滑块的紧固螺栓。
（二）数控机床液压系统的安装调试注意事项
液压系统安装调试时应注意：
1、在液压元件安装前，需对全部元件进行清洗。
2、在液压元件安装全过程中要特别注意洁净，防止异物进入液压系统，造成液压系统故障。
3、油泵进出油口管路切勿接错，泵、缸、阀等元件的密封件要正确安装。
4、液压系统管路连接完毕后，要做好各管路的就位固定，管路中不允许有死弯。
5、加油前，整个系统必须清洗干净，液压油需过滤后才能加入油箱。
注意新旧油不可混用，因为旧油中含有大量的固体颗粒、水分、胶质等杂质。
6、调试过程中要观察系统中泵、缸、阀等元件工作是否正常，有无泄漏，油压、油温、油位是否在允许值范围内。
（三）数控机床安装环境注意事项
为了保持稳定的数控机床加工精度，工作环境必须满足以下几个条件：
（1）稳定的机床基础，做机床基础时一定要将基础表面找平抹平。
若基础表面不平整，机床调整时会增加不必要的麻烦。
做机床基础同时预埋好各种管道。
（2）适宜的环境温度，一般为10~30℃。
（3）空气流通、无尘、无油雾和金属粉末。
（4）适宜的湿度，不潮湿。
第2章进给传动装置的装调
第一节滚珠丝杠副的装调
（1）了解滚珠丝杆螺母副的含义、特点
（2）掌握滚珠丝杠副的装调
（1）滚珠丝杆螺母副的含义、特点
（2）滚珠丝杠副的装调
2课时
（一）滚珠丝杆螺母副
两构件直接接触组成的可动连接，它限制了两构件之间的某些相对运动。
比如：
铰链副、齿轮副、涡轮蜗杆副、齿轮齿条副等。
滚珠丝杆螺母副是数控机床的核心部件之一。
其作用是将电动机的旋转运动转化为直线运动（运动可逆）。
（二）滚珠丝杆螺母副的传动特点
（1）传动效率高为90％～98％是滑动丝杠的2～4倍。
原因是：
滑动摩擦变为滚动摩擦。
（2）运动平稳摩擦阻力小灵敏度高启动时无颤动低速时无爬行因此可精密控制微量进给。
（3）高精度运动中升温小，热膨胀也小。
并且采取预紧方式消除螺母的轴向间隙，还可以对丝杠进行预拉伸消除热膨胀带来的影响。
（4）耐用性高钢球滚动接触处的硬度为58～63HRC，运动过程为纯滚动—磨损小，故而使用寿命长精度保持性好。
（5）同步性好由于运动平稳、反应快、无阻滞、无滑动，用几套相同的滚珠丝杆传动系统同时传动几个相同的部件和装置，可以获得很好的同步效果。
（6）可靠性好与液压传动系统比，故障低，维修保养简单，只需进行一般的润滑和防尘。
（三）滚珠丝杠副的装调
1.滚珠丝杠装配的技术要求
a.滚珠丝杠副相对于运功部件不能有轴向串动；
b.螺母座中心孔与丝杠同心；
c.滚珠丝杠副中心线在两个方向上与导轨平行；
d.能方便地进行间隙调整和丝杠的预拉伸。
2.滚珠丝杠装配的实施
a.领出待装的零件：
滚珠丝杆副、联轴器、电动机、电动机座、轴承座、轴承座压盖、螺母座、补正垫片、固定用的螺钉、锁紧螺母。
b.清洗、修平基准面。
清洗滚珠丝杆副上的防锈油，注意：
不得使防锈油流入螺母内。
清洗其他零件的安装面，确保无油污、賍物、铁屑。
试配螺钉---装上螺钉不拧紧。
c.用水平仪找平电动机座、轴承座基准平面。
d.安装滚动丝杠副，事先要调好两个导轨的精度。
保证丝杠在两个方向上与导轨平行。
3.滚珠丝杠轴向间隙的调整：
为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。
除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。
双螺母预紧消隙主要有：
a.双螺母垫片调隙式结构
b.双螺母螺纹调隙式结构
c.双螺母齿差调隙式结构
第二节机床导轨副的装调
（1）了解机床导轨的功用
（2）了解导轨应满足的基本要求
（3）掌握导轨基本类型及特点
（4）掌握导轨的装调
（1）机床导轨的功用
（2）导轨应满足的基本要求
（3）导轨的装调
（一）机床导轨的功用
机床导轨的功用是起导向及支承作用，即保证运动部件在外力的作用下（运动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等）能准确地沿着一定方向的运动。
在导轨副中，与运动部件联成一体的运动一方叫做动导轨，与文承件联成一体固定不动的一方为支承导轨，动导轨对于支承导轨通常是只有一个自由度的直线运动或回转运动。
（二）、导轨应满足的基本要求
1．导向精度
导向精度是指运动导轨沿支承导轨运动时直线运动导轨的直线性及圆周运动导轨的真圆性，以及导轨同其它运动件之间相互位置的准确性，影响导向精度的主要因素有：
导轨的几何精度，导轨的接触精度及导轨的结构形式，导轨和基础件结构刚度和热变形，动压导软和静压导轨之间油膜的刚度，以及导轨的装配质量等等。
2．刚度
导轨的刚度是机床工作质量的重要指标，它表示导轨在承受动静载荷下抵抗变形的能力，若刚度不足，则直接影响部件之间的相对位置精度和导向精度，另外还使得导轨面上的比压分布不均，加重导轨的磨损，因此导轨必须具有足够的刚度。
3．耐磨性
导轨的不均匀磨损，破坏导轨的导向精度从而影响机床的加工精度的材料、导轨面的摩掠性质，导轨受力情况及两导轨相对运动精度有关。
4．低速平稳性
当运动导轨作低速运动或微量移动时，应保证导轨运动平稳，不产生爬行现象，机床的爬行现象将影响被加工零件粗糙度和加工精度，特别是对高精度机床来说，必须引起足够的重视。
5．结构工艺性
在可能的情况下，设计时应尽量使导轨结构简单，便于制造、调整和维护。
应尽量减少刮研量，对于镣装导轨，应做到更换容易，力求工艺性及经济性好。
（三）导轨基本类型及特点
1）导轨按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨。
2）校运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨。
3）按受力情况可分为开式导轨和闭式导轨。
4）按摩掠性质可分为滑动导轨和滚动导轨。
（四）数控机床常用的滑动导轨
数控机床常用直线运动滑动导轨的截面形状的组合形式主要有：
三角形一矩形矩形一矩形（图7—39）。
这两种导轨的刚度高，承载能力强，加工、检验和维修方便。
为提高低速性能，减少爬行，提高导轨寿命，在动导轨上都贴有塑料带。
数控机床少用不贴塑的摩擦滑动导轨。
图7—38a为开式，没有压板，不能承受较大的翻转力矩，图7—38b是闭式，有压板可以承受翻转力矩，图7—39a为窄式导向，工作台由一条导轨的两侧导向；
图7—39b为宽式导向，由两条导轨的内侧导向，两个导向面的距离较大，热膨胀时变形量大，须留较大的侧向间隙，因而导向性不如窄式好。
五、滚动导软
（一）滚动导轨块
1．滚动导执块结构特点
标准导轨块，在导轨块内有许多滚栓，作为滚动部件安装在移动部件上，当部件运动时导轨块小的滚柱在导轨内部作循环运动。
它可以用螺钉固定在移动工作台或立栓上，装卸容易，运动乎稳，承载能力大且润滑、维修、调整简便，因此已广泛应用于各类数控机床和加工中心机床上、世界亡有许多专门的生产厂家生产。
2．滚动导执块的安装
该动导轨块常常在固定在床身上的镶钢导轨条上滚动。
数控机床及加工中心的导轨一般采用镶钢导执，由于钢导轨热处理后硬度很高，可大幅度提高耐磨性，且有较大的承载能力镶钢导轨一般采用正方形或长方形两种，为便于热处理和减少变形，把钢导轨分段装在床身上。
3．滚动导轨块的调整
为保证导轨的导向精度和有足够的刚度，滚动导轨块和支承导轨间不能有间隙，还要有适当的预压力，因此滚动导轨块安装时应能调整，调整的方法主要有：
用调整垫调整，用调整螺钉调整，用楔铁调整，也可用弹簧垫压紧。
（二）直线导滚动轨
1．直线波动导轨的特点
直线滚动导轨摩擦系数小，精度高，安装和维修都很方便，由于它是一个独立部件，对机床支承导轨的部分要求不高，即不需要淬硬也不需磨削或副研，只要精铣或精刨。
由于这种导轨可以预紧，因而比滚动体不循环的滚动导轨刚度高，承载能力大．但不如滑动导轨。
抗振性也不如滑动导轨，为提高抗振性，有时装有抗振阻尼滑座。
有过大的振动和冲击载荷的机床不宜应用直线导轨付。
直线运动导轨副的移动速度可以达到印60m/min，在数控机床和加工中心上得到广泛应用。
2．直线波动导轨的安装特点
直线波动导轨通常是两条成对使用，可以水平安装，也可以竖宣或倾斜安装。
有时也可以多个导轨平行安装，当长度不够对可以多根接长安装。
为保证两条（或多条）导轨平行，通常把一条导轨作为基准导轨，安装在床身的基准面上，底面和懊面部有定位面，另一条导轨为非基准导轨，床身上没有侧向定位面，固定时以基准导轨为定位面固定。
这种安装形式称单导轨定位。
单导轨定位易于安装，容易保证乎行，对床身没有侧向定位面平行的要求。
当振动和冲击较大，精度要求较高时，两条导轨的懊面都要定位，称双导轨定位。
双导轨定位要求定位面平行度高。
当用调整垫调整对调整垫的加工精度要求较高，调整难度较大。
第三章主传动装置的机械装调
第一节主传动装置的装调
一、数控机床主传动的特点
教学目标：
了解主传动的结构、特点、变速方式
教学难点：
主轴的变速方式
围和1∶10的恒功率调速范围。
一般要求主轴具备1∶（100～1000）的恒转矩调速范
二、数控机床主轴的变速方式
大中型数控机床较常采用的配置方式，确保低速时有较大的扭矩，滑移齿轮的移位大多采用液压拨叉或直接由液压缸驱动齿轮来实现。
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
2、通过带传动的主轴传动
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，带型有梯形齿和圆弧齿。
3、用两个电机分别驱动主轴传动
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，使恒功率区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够且电机功率不能充分利用的问题。
4、调速电机直接驱动主轴传动
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。
三、主轴部件的支承
掌握主轴轴承的支撑形式
主轴轴承的支承形式的理解
1、主轴轴承的支撑形式
1）前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60°
主轴轴承常见的支撑形式
（a）形式一；
（b）形式二；
（c）形式三
四、主轴刀具夹紧装置
掌握主轴刀具的夹紧装置和自动装卸切屑清除装置
夹紧装置的理解和掌握
加工中心主轴前端有7∶24号锥孔，内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。
机床执行换刀指令，机械手从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。
这时，液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉被松开，机械手拔刀。
压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。
当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧的恢复力作用下，拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，使刀具被夹紧。
刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压放松，以保证在工作中突然停电时，刀杆不会自行松脱。
机床采用的是7∶24号锥柄刀具，锥柄的尾端安装有拉钉，拉杆通过4个钢球拉住拉钉的凹槽，使刀具在主轴锥孔内定位及夹紧。
五、主轴准停装置
掌握主轴准停装置的方式
各种方式的理解和掌握
又称为主轴定位功能，这是自动换刀所必需的功能。
在自动换刀的镗铣加工中心上，切削的转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能。
3、主轴的准停
当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，再退刀，因此，刀具就必须具有定位功能。
主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图
1）机械准停控制
采用机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位，然后有一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出，主轴才开始旋转。
典型的V形槽轮定位盘机械准停原理示意图
2）电气准停控制
磁传感器主轴准停控制
在主轴上安装一个永久磁铁与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹1~2mm处固定一个磁传感器，它经过放大器并与主轴控制单元相连接，当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。
永久磁铁与磁传感器在主轴上的位置
3）编码器主轴准停控制
通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴1：
1同步旋转的位置编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。
编码器主轴准停控制原理图
4、
升级会员 