一、對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是以保證刀具與工件相對(duì)位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對(duì)象。對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的末端加上位置檢測(cè)系統(tǒng)，并將測(cè)量的實(shí)際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運(yùn)動(dòng)更準(zhǔn)確。因此，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須具備以下幾個(gè)特點(diǎn)。
1. 運(yùn)動(dòng)件間的摩擦阻力小
2. 消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的間隙
3. 傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和剛度高
4. 減小運(yùn)動(dòng)慣量，具有適當(dāng)?shù)淖枘?
二、傳動(dòng)齒輪副
1. 設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪副應(yīng)考慮的問題
使絲杠、工作臺(tái)的慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重。
使高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的輸出變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩。
在開環(huán)系統(tǒng)中可歸算所需的脈沖當(dāng)量。
速比分配及傳動(dòng)級(jí)數(shù)對(duì)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和執(zhí)行件的失動(dòng)的影響。
2. 消除傳動(dòng)齒輪間隙
由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪副存在間隙，在開環(huán)系統(tǒng)中會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位移值滯后于指令值；反向時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度；在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋?zhàn)饔?，滯后量雖然可得到補(bǔ)償，但反向時(shí)會(huì)造成伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。為了提高數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的性能，減少或消除齒輪間隙方法有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。
三、絲杠螺母副
數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鏈中，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的方法很多，本節(jié)只介紹滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。
（一）滾珠絲杠螺母副
1.工作原理和特點(diǎn)
1) 原理 絲杠和螺母上都有圓弧形面的螺旋槽, 在工作過程中 ，滾珠既自轉(zhuǎn)又循環(huán)滾動(dòng), 絲杠和螺母間為滾動(dòng)摩擦。
2) 特點(diǎn):
摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.90～0.96；
預(yù)緊后，可完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度和精度；
摩擦阻力??；
平穩(wěn)、無爬行；
磨損小、精度保持好、壽命長(zhǎng)；
發(fā)熱量小，因此適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)；
具有運(yùn)動(dòng)的可逆性: 螺母、絲杠均可作主動(dòng)件或從動(dòng)件。故不能自鎖、絲杠立式使用需增加制動(dòng)裝置。
2. 結(jié)構(gòu)類型
按滾珠循環(huán)方式可分為以下兩種：
1) 外循環(huán)（滾珠通過螺母外表面返回）
外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如圖7-7所示插管式外循環(huán)，彎管兩端插入與螺紋滾道相切的兩個(gè)孔內(nèi)，彎管兩端部引導(dǎo)滾珠進(jìn)入彎管，形成一個(gè)循環(huán)回路，再用壓板2和螺釘將彎管固定。插管式外循環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但徑向尺寸大，且因?yàn)闈L道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動(dòng)平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪聲較大。
2) 內(nèi)循環(huán)（滾珠通過螺母內(nèi)表面返回）
內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。如圖7-8所示，在螺母2的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器4，利用反向器引導(dǎo)滾珠3越過絲杠1的螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路，稱為一列。一般在同一螺母上裝有2～4個(gè)反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、 效率高、螺母的徑向尺寸也較小，但制造精度要求高。
3. 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊
滾珠絲杠螺母副預(yù)緊的基本原理是使兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向位移，以消除它們之間的間隙和施加預(yù)緊力。圖7-9所示結(jié)構(gòu)是通過修磨墊片的厚度來調(diào)整軸向間隙。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、剛性好和裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)整較費(fèi)時(shí)間，很難在一次修磨中完成調(diào)整。
圖7-10所示是利用兩個(gè)鎖緊螺母來調(diào)整螺母的軸向位移來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)螺母靠平鍵與外套相連，其中右邊的一個(gè)螺母外伸部分有螺紋。用兩個(gè)鎖緊螺母1、2可使螺母相對(duì)絲杠作軸向移動(dòng)，在消除了間隙之后將其鎖緊。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用較廣。但調(diào)整位移量不易精確控制，因此，預(yù)緊力也不能準(zhǔn)確控制。
圖7-11所示為雙螺母齒差式調(diào)整間隙結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)差為1的兩個(gè)齒輪，這兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒輪相嚙合，內(nèi)齒輪緊固在螺母座上。預(yù)緊時(shí)脫開內(nèi)齒圈，使兩個(gè)螺母同向轉(zhuǎn)過相同的齒數(shù)，然后再合上內(nèi)齒圈。兩螺母的軸向相對(duì)位移發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整方便，并可以獲得精確的調(diào)整量，可實(shí)現(xiàn)定量精密微調(diào)，是目前應(yīng)用較廣的一種結(jié)構(gòu)。
四、機(jī)床導(dǎo)軌
1．對(duì)導(dǎo)軌的要求
1) 導(dǎo)向精度高
無論空載或切削加工時(shí)，導(dǎo)軌均應(yīng)有足夠的精度 。
2) 耐磨性能好
導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過程中保持較高的導(dǎo)向精度。
3) 足夠的剛度
導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對(duì)位置，要求導(dǎo)軌有足夠的剛度。
為減輕或平衡外力的影響，數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法來提高剛度。
4) 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性
要使導(dǎo)軌的摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)無爬行現(xiàn)象。
5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好
導(dǎo)軌的制造和維修要方便，在使用時(shí)便于調(diào)整和維護(hù)。
2．導(dǎo)軌的種類和特點(diǎn)
(1) 滑動(dòng)導(dǎo)軌
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用的導(dǎo)軌主要有帶有塑料層的滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。
滑動(dòng)導(dǎo)軌有金屬—金屬型式，目前數(shù)控機(jī)床很少采用。多數(shù)采用金屬——塑料型式，稱貼塑導(dǎo)軌。
貼塑導(dǎo)軌一面貼有塑料板，采用特殊粘結(jié)劑加壓固化，另一滑動(dòng)面為淬火磨削面，快速運(yùn)動(dòng)可達(dá)30m /min。
滑動(dòng)貼塑導(dǎo)軌的塑料化學(xué)穩(wěn)定性高、摩擦系數(shù)低、靜動(dòng)系數(shù)差值小、耐磨損、耐腐蝕、吸振性好、比重小、強(qiáng)度大、加工成型簡(jiǎn)單，能在任何液體或無潤(rùn)滑條件下工作。
其主要缺點(diǎn)是耐熱性差、導(dǎo)熱率低，必須注意散熱；熱膨脹系數(shù)比金屬大，應(yīng)采用較薄的塑料板；在外力作用下易產(chǎn)生塑性流動(dòng)；慣性差，應(yīng)注意貼塑導(dǎo)軌的裝配質(zhì)量；吸濕性大，影響尺寸穩(wěn)定性。
滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，摩擦系數(shù)一般在0.0025～0.005的范圍內(nèi)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本相同，啟動(dòng)阻力小，不易產(chǎn)生沖擊，低速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好；定位精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，微量移動(dòng)準(zhǔn)確；磨損小，精度保持性好，壽命長(zhǎng)；但是抗振性差，防護(hù)要求較高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。
1）滾動(dòng)導(dǎo)軌塊
滾動(dòng)導(dǎo)軌塊是一種以滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)如圖7-14所示。在使用時(shí)，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝在運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面上，每一導(dǎo)軌至少用兩塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目與導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和負(fù)載的大小有關(guān)，與之相配的導(dǎo)軌多用嵌鋼淬火導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱3在支承部件的導(dǎo)軌面與本體6之間滾動(dòng)，同時(shí)又繞本體6循環(huán)滾動(dòng)，滾柱3與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不接觸，所以運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不需淬硬磨光。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的特點(diǎn)是剛度高，承載能力大，便于拆裝。
1—防護(hù)板；2—端蓋；3—滾柱；4—導(dǎo)向片；5—保持器；6—本體
2）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)如圖7-15所示，主要由導(dǎo)軌體1、滑塊7、滾珠4、保持器3、端蓋6等組成。由于它將支承導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌組合在一起，作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌副部件由專門的生產(chǎn)廠家制造，故又稱單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。在使用時(shí)，導(dǎo)軌體固定在不運(yùn)動(dòng)的部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過端蓋內(nèi)的暗道從工作負(fù)載區(qū)到非工作負(fù)載區(qū)，然后再滾回到工作負(fù)載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的滑動(dòng)，變成了滾珠的滾動(dòng)。
1—導(dǎo)軌體；2—側(cè)面密封墊；3—保持器；4—滾珠；5—端部密封墊；6—端蓋；7—滑塊；8—潤(rùn)滑油杯
（3）靜壓導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)，不產(chǎn)生磨損，精度保持性好；摩擦系數(shù)低（一般為0.005～0.001），低速時(shí)不易產(chǎn)生爬行；承載能力大；剛性好，承載油膜有良好的吸振作用，抗振性好；但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需配置一套專門的供油系統(tǒng)，制造成本較高。靜壓導(dǎo)軌可分為開式靜壓導(dǎo)軌和閉式靜壓導(dǎo)軌兩種。這里僅介紹較為簡(jiǎn)單的開式靜壓導(dǎo)軌。
開式靜壓導(dǎo)軌的工作原理如圖7-14所示。油泵2啟動(dòng)后，油經(jīng)濾油器l吸入，用溢流閥3調(diào)節(jié)供油壓力，再經(jīng)過濾油器4，通過節(jié)流器5降壓至pr（油腔壓力）進(jìn)入導(dǎo)軌的油腔，并通過導(dǎo)軌間隙向外流出，回到油箱8。油腔壓力形成浮力將運(yùn)動(dòng)部件6浮起，形成一定的導(dǎo)軌間隙。當(dāng)載荷增大時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件下沉，導(dǎo)軌間隙減小，液阻增加，流量減小，從而使油經(jīng)過節(jié)流器時(shí)的壓力損失減小，油腔壓力pr增大，直至與載荷w平衡。
五、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
為了提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大工藝范圍，數(shù)控機(jī)床除了沿x、y和z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，往往還帶有饒x、y和z軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。一般數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。數(shù)控銑床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)除了用來進(jìn)行各種圓弧加工或與直線進(jìn)給聯(lián)動(dòng)進(jìn)行曲面加工外，還可以實(shí)現(xiàn)精確分度，這給箱體零件的加工帶來了便利。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床來說，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已成為一個(gè)不可缺少的部件。數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控分度工作臺(tái)兩種。