定梁数控龙门镗铣床溜板进给系统设计

制通常由上位机实现。数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统

。其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口，改变工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。

交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。

步进伺服电机伺服进给系统---经济型数控机床 直流伺服电机伺服进给系统---中档数控机床 交流伺服电机伺服进给系统---中高档数控机床 直线电动机伺服进给系统---高速机床

1.4传动部件的选择和分析

1.4.1齿轮传动装置

齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。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。一是将高转速的转矩的伺服电机（如步进电机、直流和交流伺服电机等）的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。此外，对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。

为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。 与采用同步齿形带相比，在数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置，更易产生低频振荡，因此减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。 1.4.2带传动

带传动时一种应用很广泛的机械传动。带传动又主动轮，从动轮和适度张紧在两轮上的封闭环传动带组成，它时利用传动带作为中间的扰性件，依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动的。

1.4.3链传动 链传动是由闭合的挠性环形两条和主，从动轮说组成，链轮时特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿的链节的啮合来传递运动和动力，链传动时属于带有中间挠性的啮合传动。

1.4.4蜗杆传动 蜗杆传动是用来传递空间年交错轴之间的运动与动力，一般两轴交角为90°。

所选传动方式为齿轮传动（根据总体方案选定）。

1.4.5滚珠丝杠螺母副

为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。

滚珠丝杠副的传动效率高达85%-98%，是普通滑动丝杠副的2-4倍。滚珠丝杠副的摩擦角小于1°，因此不自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动（如主轴箱或升降台的升降），则必须有制动装置。 滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。滚珠丝杠由专门工厂制造。

数控加工时，需将旋转运动转变成直线运动，故采用丝杠螺母传动机构。数控机床上一般采用滚珠丝杠，它可将滑动摩擦变为滚动摩擦，满足进给系统减少摩擦的基本要求。该传动副传动效率高，摩擦力小，并可消除间隙，无反向空行程；但制造成本高，不能自锁，尺寸亦不能太大，一般用于中小型数控机床的直线进给。

滑动丝杠螺母副用于旧机床的数控改造、经济型数控机床等；滚珠丝杠螺母副用于中、高档数控机床；静压丝杠螺母副用于高精度数控机床、重型机床。 滚珠丝杠螺母副滚珠循环方式常用有两种：外循环与内循环。 所以选择滚珠丝杠传动部件。

1.5导轨的选择与设计

导轨的主要功能是导向和承载。导轨使运动部件沿一定的轨迹运动，从而保证各部件之间的相对位置精度。导轨主要由机床上两个相对运动部件的配合而组成一对导轨副，其中，不动的配合面称为支承导轨，运动的配合面称为运动导轨。 1.5.1导轨的基本类型

导轨按运动轨迹可以分为直线运动导轨和圆周运动导轨；按摩擦性质可以分 为滑动导轨和滚动导轨。其中滚动导轨又有普通滑动导轨、液体动压导轨、液体静压导轨之分。滚动导轨按滚动体的形状又可以分为滚珠导轨和滚柱导轨。滚动导轨在进给运动导轨中使用较多。 1.5.2导轨的基本要求

（1）导向精度。导向精度主要是指运动部件沿导轨运动轨迹的直线度（对直线运动导轨）或圆度（对圆周运动导轨）导轨的几何精度直接影响导向精度，因此在导轨检验标准中对纵向直线度及两导轨面平行度都有规定。影响导向精度的主要因素除制造误差外，还与导轨的结构形式、装配质量、导轨及其支承件的刚度和热变形等有关。

（2）耐磨性。耐磨性直接影响机床的精度寿命，是导轨设计、制造的关键，也是衡量机床质量好坏的重要标志。提高导轨的耐磨性是提高导轨使用寿命的重要途径。影响导轨耐磨性的主要因素有导轨的摩擦性质、材料、热处理及其加工方法、受力情况、润滑和保护等。

（3）刚度。导轨受力后变形会影响部件之间的相对位置和导向精度，因此要求导轨有足够高的刚度。导轨变形包括导轨受力后的接触变形、扭转变形、弯曲变形，以及由于导轨支承件的变形而引起的导轨变形。导轨变形主要取决于导轨的形式、尺寸及与支承件的连接方式与受力情况等。

（4）低速运动平稳性。运动部件低速移动时易产生爬行现象。进给运动时出现

爬行，会使工艺系统产生振动，增大被加工表面的粗糙度；定位运动时出现爬行，会降低定位精度，故要求导轨低速运动平稳。影响导轨低速运动平稳性的因素有：静、动摩擦系数的差值，传动系统的刚度，运动部件的质量及导轨的结构和润滑情况。

1.5.3常用的导轨及其特点 1．滑动导轨

（1)滑动导轨的结构

滑动导轨常见的截面形状如图1－1所示。其各个平面所起的作用各不相同。在矩形和三角形导轨中，M面主要起支撑作用，N面是保证直线移动精度的导向面，J面是防止运动部件抬起的压板面；而在燕尾形导轨中，M面起导向和压板作用，J面起支撑作用。

图1－1 滑动导轨常见的截面形状(a)矩形导轨； (b)三角形导轨；

(c)燕尾槽导轨； (d)圆柱形导轨

① 矩形导轨。图1－1所示的矩形导轨制造简单，刚度和承载力大，水平方向和竖直方向上的位移互不影响，因此安装、调整都较方便。M面既是保证垂直面内直线移动精度的导向面，又是承受载荷的主要支承面；N面是保证水平面内直线移动精度的导向面。因N面磨损后不能自动补偿间隙，所以需要有间隙调整装置。

② 三角形导轨。图1－1所示的山形导轨及V形导轨均称为三角形导轨，当其水平布置时，在竖直载荷的作用下，导轨磨损后能自动补偿，不会产生间隙，因此导向性好。但压板面仍需要有间隙调整装置。导向性能与顶角有关，顶角越小，导向性越好；顶角加大，承载能力增加。支承导轨为凸三角形时，不易积存较大切削，也不易积存润滑油。

③ 燕尾槽导轨。图1－1所示的燕尾导轨可视为三角形导轨的变形，磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整。两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可以调整水平、竖直方向的间隙。这种导轨制造、检验和修理均较复杂，摩擦阻力大。当承受竖直作用力时，它以支承面为主要工作面，其刚度与矩形导轨的相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为主要工作面，其刚度较低。燕尾形导轨一般用于高度小的多层移动部件。两个导轨面间的夹角为55°。

④ 圆柱形导轨。图1－1所示的圆柱形导轨制造简单，内孔可珩磨，外圆经过磨削可达到精密配合，但磨损后调整间隙困难。为防止转动，可在圆柱表面上开键槽或加工出平面，但不能承受大的转矩。圆柱形导轨主要用于承受轴向载荷的场合，适用于同时作直线运动和转动的场合，如拉床、珩磨机及机械手等。

（2）滑动导轨的组合形式与应用 滑动导轨一般由两条导轨组成，不同的组合形式是为了满足不同机床的工作要求。在数控机床上，滑动导轨的组合形式主要是三角形配矩形式和矩形配矩形式。只有少部分结构采用燕尾式。

① 双三角形组合。这种导轨同时起支承、导向作用，磨损后相对位置不变，能自行补偿竖直方向及其水平方向的磨损，导向精度高，但要求四个表面刮削或磨削后接触，工艺性较差。床身与运动部件热变形不一样时，不易保证四个表面同时接触。这种导轨常用于龙门刨床与高精度车床。

② V形-平导轨组合。V形-平导轨组合，不需要用镶条调整间隙，导向精度高，加工装配也较方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移，常用于磨床、精密镗床上。

③ 双矩形导轨是用侧边导向，当采用一条导轨的两侧边导向时称为窄式导向（图1－2（a）），若分别采用两条导轨的两个侧面边导向则称为宽式导向（图1－2（b））。窄式导向制造容易，受热变形影响小。

图1－2 窄式导向与宽式导向

(a)窄式导向； (b)宽式导向

④ 三角形-矩形组合。三角形-矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便等优点，应用最为广泛，常用于车床、磨床、精密镗床、滚齿机等机床上。三角形导轨作主要导向面，其导向性比双矩形组合导轨要好。三角形导轨磨损后不能调整，对位置精度有影响。

⑤ 平-平-三角形组合。当龙门铣床工作台宽度大于3000mm、龙门刨床工作台宽度大于5000mm时，为了不使工作台中间挠度过大，可用三根导轨的组合导轨。该导轨是重型龙门刨床工作台导轨的一种形式，三角形导轨主要起导向作用，平导轨主要起承载作用，不需要镶条调整间隙。

（3）圆周运动导轨。这种导轨主要用于圆形工作台、转台和转塔等旋转运动部件，常用的圆周运动导轨有平面圆环导轨、锥形圆环导轨、V形圆环导轨。 ① 平面圆环导轨。这种导轨容易制造，热变形后仍能接触，适用于大直径的工作台和转盘，便于镶装耐磨材料及采用动压、静压导轨，减少摩擦。当它只能承受轴向力，不能单独承受径向力，需与带径向滚动轴承的主轴相配合来承受径向力。此种导轨摩擦损失小，精度高，目前使用较多，如用于滚齿机、立式车床等。

② 锥形圆环导轨。这种导轨能承受轴向力与较大的径向力，但不能承受较大的颠覆力，热变形也不影响导轨接触，其导向性比平面圆环导轨的好，但要保持锥面和主轴的同轴度较困难，母线倾斜角一般为30°，常用于径向力较大

的机床。

③ V形圆环导轨。这种导轨能承受较大的轴向力、径向力和颠覆力矩，能保持很好的润滑，当制造较复杂，需保证两个V形锥面和主轴同心。V形一般用非对称形状。当床身热变形量和工作台的热变形量不同时，两导轨面将不同时接触。

（4）塑料滑动导轨。

传统的铸铁—铸铁和铸铁—淬火钢的导轨副，静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度变化而变化，摩擦损失大，低速时易出现“爬行”现象，影响运动平稳性和定位精度，因此在数控机床上已很少采用，取而代之的是铸铁—塑料滑动导轨或镶钢—塑料滑动导轨。目前，塑料导轨的材料可分为两种：贴塑材料和涂塑材料。

目前在国内生产使用的贴塑材料主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种，它们是由聚四氟乙烯和多种金属材料制成的复合材料。例如，ＦＱ－１塑料导轨板采用的是在渡铜钢板上烧结一层多孔青铜，在青铜层间隙中扎入聚四氟乙烯及其他填料，再经适当处理形成金属-氟塑料的复合体导轨板。这种材料的导轨板的摩擦系数小（约为0.04～0.08），并具有良好的自润滑作用，特别适用于垂直导轨。

塑料导轨软带是以聚四氟乙烯PTFE为基体，添加青铜粉二硫化钼和石墨等多种填料所构成的复合材料。在油润滑状态下，其摩擦系数约为0.06，使用寿命为普通铸铁导轨的8～10倍。塑料导轨软带有各种厚度规格，长与宽由用户自行裁剪，采用粘贴的方法固定。由于塑料导轨软带较软，容易被硬物刮伤，因此要有良好的密封防护措施。概括起来，塑料导轨软带与其他导轨相比，有以下特点：

（1）摩擦系数低而稳定，比铸铁导轨副低一个数量级。

（2）动、静摩擦系数相近，运动平稳性和爬行性能较铸铁导轨副好。 （3）吸收振动，具有良好的阻尼特性，优于接触刚度较低的滚动导轨和易漂浮的静压导轨。

（4）耐磨性好，有自身润滑作用，无润滑剂也能工作，灰尘磨粒的嵌入性好。

（5）化学稳定性好，耐低温，耐强酸、强碱、强氧化剂及各种有机溶剂。

（6）维护修理方便，软带耐磨，损坏后更换容易。

（7）经济性好，结构简单，成本低，约为滚动导轨成本的1／20。