课时3   数控机床的进给传动机械机构

(CNC Machine Tool Feed Drive System)

7.3.1数控机床对进给传动系统机械结构的要求

数控机床进给系统的机械传动机构是指将电动机的旋转运动传递给工作台或刀架以实现进给运动的整个机械传动链，包括齿轮传动副、丝杠螺母副(或蜗杆蜗轮副)及其支承部件等。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。设计中，通过在进给传动链中增加减速齿轮、减小脉冲当量、预紧传动滚珠丝杠、消除齿轮及蜗轮等传动件的间隙等措施来提高传动刚度，从而可达到提高传动精度和定位精度的目的。

（2）宽的进给调速范围。

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24m／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）运动惯量要小，响应速度要快。

 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。所谓快速响应特性是指进给系统对指令输人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。进给系统需要经常进行启动、停止、变速和反向，同时数控机床切削速度高，高速运行的零部件对其惯性影响更大。大的运动惯量会使系统的动态性能变差。所以，在满足部件强度和刚度的前提下，设计时应尽量减少运动部件的质量和各传动元件的直径，减少运动件的摩擦阻力，以提高进给系统的快速响应特性。

 （4）消除传动间隙。

  传动间隙的存在是造成进给系统反向死区的另一个主要原因，所以必须对传动链的各个环节均采用消除间隙的结构措施。设计中可采用消除间隙的联轴器及有消除间隙措施的传动副等方法。

 （5）稳定性好、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。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，使数控机床能够保持较高的传动精度和定位精度。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。

7.3.2数控机床的进给传动机械机构的组成

数控机床的进给传动系统主要由传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件组成，它是实现成形加工运动所需的运动及动力的执行机构。数控机床进给驱动对位置精度、快速响应特性、调速范围等有较高的要求。图7.17所示为数控机床进给传动系统的典型结构图，典型部件有进给电动机(图中元件1)、进给电动机与丝杠之间的连接装置(图中元件2)、滚动导轨副(图中元件3)、润滑系统(图中元件4)和滚珠丝杠螺母副(图中元件丝杠5、螺母6以及滚珠)。

            图7.17 数控机床进给传动系统的典型结构图

 1．进给电动机与丝杠之间的联接

实现进给驱动的电动机主要有三种：步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。目前，步进电动机只适应用于经济型数控机床，直流伺服电动机有逐步被淘汰的趋势，交流伺服电动机作为比较理想的驱动元件已成为发展趋势。数控机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。进给电动机与丝杠之间的联接主要有以下三种形式。

  (1) 电机通过联轴器直接与丝杠联接。

    图7.18所示为电动机通过联轴器直接与丝杠联接示意图。此结构通常是电动机轴与丝杠之间采用锥环无键联接或高精度十字联轴器联接，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。在加工中心和精度较高的数控机床的进给运动中，普遍采用这种联接形式。

              图7.18 电动机通过联轴器直接与丝杠连接

  （2）带有齿轮传动的进给传动

数控机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图7.19所示。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对闭环系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用措施来尽量减小齿轮侧隙。这种联接形式的机械结构比较复杂。

             

                 图7.19 带有齿轮传动的进给传动

    (3) 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7.20所示。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，无相对滑动，平均传动比准确，传动精度高，且齿形带的强度高、厚度小、质量小，故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承等部件上的载荷小，传动效率高。

         图7.20同步齿形带

2．滚珠丝杠螺母副

滚珠丝杠螺母副是将回转运动转换为直线运动的传动装置，在数控机床的直线进给系统中得到广泛的应用。图7.21为滚珠丝杠螺母副实物图。

            图7.21 滚珠丝杠螺母副的实物图

   1）滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点

   滚珠丝杠螺母副是一种螺旋传动机构，其结构如图7.22所示，滚珠丝杠螺母副的工作原理为：在丝杠和螺母上加工出弧形螺旋槽，两者套装在一起时之间形成螺旋滚道，并且滚道内填满滚珠。丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，滚珠既可以自转还可以沿着滚道循环流动。滚珠丝杠螺母副的这种结构把传统丝杠与螺母之间的滑动摩擦转变为了滚动摩擦。

             

               图7.22 滚珠丝杠螺母副的结构图

  滚珠丝杠螺母副具有以下特点：

 (1) 传动效率高。滚珠丝杠螺母副摩擦损失小，传动效率高达9 2％～98％，是普通丝杠螺母副的3～4倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠的螺母机构的2 5％。

 (2) 运动平稳无爬行。由于滚珠丝杠螺母副摩擦主要是滚动摩擦，动、静摩擦因数小且数值接近，因而启动转矩小动作灵敏，运动平稳，即使在低速下也不会出现爬行现象。

 (3) 使用寿命长。由于是滚动摩擦，之间摩擦力小，磨损就小，精度保持性好，寿命长，其使用寿命是普通丝杠的4～10倍。

 (4) 滚珠丝杠螺母副预紧后可以有效地消除轴向间隙，故无反向死区，同时也提高了传动刚度。

 (5 )传动具有可逆性、不能自锁。摩擦因数小使之不能自锁，所以将旋转运动转换为直线运动的同时，也可以将直线运动转换为旋转运动。当它采用垂直布置时，自重和惯性会造成下滑，必须增加制动装置。

 2 ) 滚珠循环方式

 滚珠丝杠螺母副的循环方式有外循环和内循环两种。

 (1) 外循环。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的循环为外循环。外循环滚珠丝杠螺母副又可以按滚珠循环时的返回方式分为插管式、端盖式和螺旋槽式。

插管式滚珠丝杠螺母副结构用一弯管代替螺旋槽作为返回管道，弯管的两端插在与螺纹滚道相切的两个孔内，用弯管的端部引导滚珠进入弯管，以完成循环，其结构如图7.23(a)所示。插管式结构简单、工艺性好，适合批量生产，是目前应用最广泛的一类滚珠丝杠螺母副。端盖式结构是在螺母上加工一纵向孔作为滚珠的回程通道，在螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由回程口进入回程管，形成循环，其结构如图7.23(b)所示。

螺旋槽式结构是在螺母的外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔与螺纹滚道相切，并在螺母内装上挡珠器，挡珠器的舌部切断螺旋滚道，使得滚珠流向螺旋槽的孔中以完成循环，其结构如图7.23(c)所示。这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造复杂。

 

                       图7.23外循环滚珠丝杠

（2）   内循环。滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的循环为内循环。

图7.24所示为一种内循环滚珠丝杠螺母副结构。在螺母的返向器上铣有S形的回珠槽，从而将相邻两螺纹滚道联结起来。滚珠从螺纹滚道进入返向器，借助返向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻的螺纹滚道，实现循环。内循环结构的优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因其返回滚道短，所以摩擦损失小；缺点是返向器加工困难。

                 图7.24 内循环滚珠丝杠

3）滚珠丝杠副的参数、精度等级及标注方法

如图7.25所示，滚珠丝杠副的主要参数有：

(1) 公称直径d_o。螺纹滚道与滚珠在理论接触角状态时所包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。公称直径d。与承载能力直接有关，有关资料认为滚珠丝杠副的公称直径d。应大于丝杠工作长度的1／30。数控机床常用的进给丝杠的公称直径d。＝20~80mm。

                    图7.25 滚珠丝杠的基本参数

(2) 基本导程L₀。当丝杠相对于螺母旋转2rad时，螺母上的基准点的轴向位移。

(3) 接触角。指滚道与滚珠在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想接触角

其他参数还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径，螺纹全长L、滚珠直径螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D₁、滚道圆弧半径R等，如图7.25 b)所示。

导程的大小可以根据机床的加工精度的要求确定。当精度要求高时，导程的取值小些，可以减小丝杠的摩擦阻力，但导程小，势必会导致滚珠直径d_b取小值，则使滚珠丝杠副的承载能力降低；若滚珠丝杠的公称直径d_o不变，导程小，则螺旋升角也变小，传动效率也降低。所以在满足机床加工精度的条件下，导程的数值应该尽可能取得大些。    ．

    小知识：实验验证得出，滚珠丝杠各工作圈的滚珠所承受的轴向负载是不相等的，第一圈滚珠所承受的负载约为总负载的5 O％，第二圈约承受3 O％，第三圈约承受20％。所以，外循环滚珠丝杠副中的滚珠工作圈数应取2．5～3．5圈，工作圈数大于3。5圈是无实际意义的。为了提高滚珠的流畅性，滚珠的数目应小于1 5 O个，且工作圈数不得超过3.5圈。

  4) 滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法

  滚珠丝杠螺母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。滚珠丝杠副的传动间隙是轴向间隙，它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。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法通常采用施加预紧力，可以采用单螺母预紧和双螺母预紧。单螺母预紧有增大滚珠直径和变位导程两种方法。双螺母预紧的方法有垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式。用双螺母预紧消除轴向间隙时，预紧力不能过大，因为预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。

 5) 滚珠丝杠螺母副的安装支承与制动方式

(1) 滚珠丝杠安装支承方式。数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支承结构的刚度也是不可忽视的因素。如为了减少受力后的变形，螺母座应有加强肋筋，以增大螺母座与机床的接触面积，并且还要连接可靠；采用高刚度的推力轴承以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。

滚珠丝木T的专承方式有以下几种，如图7.26所示。

             图7.26 滚珠丝杠在机床上的支承方式

①一端装推力轴承方式。如图7.26(a)所示，这种支撑方式一端固定，一端自由。特点是结构简单，丝杠的轴向刚度低，因此设计时尽量使丝杠受拉，仅适用于行程小的短丝杠。一般用在数控机床的调节环节或升降台式铣床的垂直坐标进给传动结构上。

②两端装推力轴承方式。如图7.26(b)所示，这种支撑方式将推力轴承安装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，这样可以提高轴向刚度，但这种方式对热变形较为敏感。

③一端装推力轴承，另一端装向心球轴承方式。如图7.26 (c) 所示，这种安装方式一端固定，一端游动。这种支撑形式的特点是安装时要保证螺母与两端支撑同轴，工艺较为复杂。适用于丝杠较长的情况，当热变形造成丝杠伸长时，其一端固定，另一端能做微量的轴向浮动。

④两端装推力轴承及向心球轴承方式。如图7.26(d)所示，在这种安装方式中两端均采用双重支承并施加预紧力，使丝杠具有较大的刚度，还可以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。安装时要保证螺母于两端支撑同轴，结构复杂，工艺较困难。这种支撑方式适用于对位移精度和刚度要求比较高的场合。

(2) 滚珠丝杠螺母副的制动方式。由于滚珠丝杠螺母副传动效率高，无自锁作用(尤其是滚珠丝杠处于垂直传动时)，所以必须安装制动装置。图7.27所示为数控铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。当数控机床工作时，电磁铁线圈通电吸住压簧，打开摩擦离合器。此时进给电动机经减速齿轮传动，带动滚珠丝

图7.27 滚珠丝杠制动示意图

杠螺母副转换主轴箱的垂直移动。当电动机停止转动时，电磁铁线圈也同时断电，在弹簧的作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠不能自由转动，因此主轴箱就不会因为自重的作用而自由下行，从而实现了制动作用。

    6) 滚珠丝杠螺母副的密封与润滑

    为了防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠螺母副，滚珠丝杠副须用防尘密封圈和防护罩密封。密封圈装在滚珠螺母的两端。使用的密封圈有接触式和非接触式两

种：非接触式密封圈由聚氯乙烯等塑料材料制成，其内孔螺纹表面与丝杠螺母之间略有间隙，故又称为迷宫式密封圈；接触式密封圈用具有弹性的耐油橡胶和尼龙等材料制成，因为有接触压力，会使摩擦力矩略有增加，但防尘效果好。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、也有折叠式(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。

为了维持滚珠丝杠副的传动精度，延长使用寿命，使用润滑剂来提高耐磨性。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。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。

    7) 滚珠丝杠螺母副的选择

    (1) 滚珠丝杠螺母副结构的选择。可根据防尘防护条件以及对调隙和预紧的要求来选择适当的结构形式。例如，当允许有间隙存在(如垂直运动)可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必须要预紧且在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应选用双螺母螺纹预紧和齿差预紧式结构；当具备良好的防尘防护条件，并且只需在装配时调整间隙和预紧力时，可选用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。

(2)  滚珠丝杠螺母副结构尺寸的选择。选用滚珠丝杠螺母副主要是选择丝杠的公称直径和基本导程。公称直径必须根据轴向的最大载荷按照滚珠丝杠副尺寸系列进行选用，螺纹长度在允许的情况下尽可能的短；基本导程(或螺距)应根据承载能力、传动精度及传动速度选取，基本导程大则承载能力大，基本导程小则传动精度高，在传动速度要求快时，可选用大导程的滚珠丝杠副。

(3) 滚珠丝杠螺母副的选择步骤。选用滚珠丝杠副，必须根据实际的工作条件进行。实际工作条件包括：最大的工作载荷(或平均工作载荷)、最大载荷作用下的使用寿命、丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)、丝杠的转速(或平均转速)、丝杠的工况以及滚道的硬度等。在确定这些实际工作条件后，可按照下述步骤进行选择：首先是承载能力的选择；

然后核算压杆的稳定性；接着计算最大动载荷值(对于低速运转的滚珠丝杠，只需要考虑其最大静载荷是否充分大于最大工作载荷即可)；再进行刚度验算；最后验算满载荷时的预紧量(因为滚珠丝杠在轴向力的作用下，将产生伸长或缩短，在转矩的作用下，将产生扭转，这些都会导致丝杠的导程变化，从而影响传动精度以及定位精度)。以上步骤中的计算公式可以参阅有关资料。

小提示：数控机床进给系统中除了使用滚珠丝杠螺母副以外，在有些场合还使用静压丝杠螺母副和蜗杆蜗轮副。静压丝杠螺母副和蜗杆蜗轮副结构和原理可参阅有关资料。

 3. 传动齿轮的间隙消除机构

 数控机床进给系统中的减速机构主要采用齿轮，而进给系统经常处于自动变向状态，反向时若驱动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会造成进给运动的反向运动滞后于指令信号，从而影响其驱动精度。齿轮在制造时不可能完全达到理想的齿面要求，总会存在着一定的误差，故两个相啮合的齿轮，总有微量的齿侧隙。所以，必须采取措施来调整齿轮传动中的间隙，以提高进给系统的驱动精度。

1) 直齿圆柱齿轮传动

 (1) 偏心轴套式调整法。这是最简单的调整方式，常用于电动机与丝杠之间的齿轮传动，如图7.28所示。电动机通过偏心套安装在壳体上，转动偏心套可使电动机中心轴线的位置向上，而从动齿轮轴线位置固定不变，所以两啮合齿轮的中心距减小，从而消除齿侧间隙。      图7.28 偏心套调整法

(2) 轴向垫片调整法。轴向垫片调整法是用带有锥度的齿轮来消除间隙的机构，如图7.29所示。在加工两齿轮时，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，两齿轮按齿厚相反变化走向啮合，通过修磨垫片的厚度使两齿轮在轴向上相对移动，从而消除齿侧间隙。偏心套式和轴向垫片调整方法结构简单，能传递较大的动力，但齿轮磨损后不能自动消除齿侧间隙。

  图7.29 轴向垫片调整法

 (3) 双片薄齿轮错齿调整法。如图7.30（a）所示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮3和4与另一个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮3和4的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳1和2。齿轮3的端面还有另外四个通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧8的两端分别钩在凸耳2和调节螺钉5上。通过螺母6调节弹簧8的拉力，调节完后用螺母7锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。图7.30(b)是一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮11和1 2套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱9，用来安装弹簧10。装配时使弹簧10具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧问隙。这种消隙结构的特点是输出转矩小，适用于读数装置而不适用于驱动装置。

                        图7.30 双片薄齿轮错齿调整法

2 ) 斜齿圆柱齿轮传动

斜齿轮垫片调整法其原理与错齿调整法相同，如图7.31(a)所示。两个斜齿轮的齿形是拼装在一起进行加工的，装配时在两薄片斜齿轮间装入厚度为t的垫片，然后修磨垫片，这样它们的螺旋线便错开，使得它们分别与宽齿轮的左、右齿面贴紧，从而消除齿轮副的侧隙。垫片厚度t与齿侧间隙△的关系：，其中p为螺旋角。斜齿轮轴向压簧错齿调整法如图7.31(b)所示，其特点是齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。

    图7.31   斜齿轮垫片调整法

    3）齿轮齿条传动

 大型数控机床（如大型数控龙门铣床）上，由于工作台的行程长，不易采用滚珠丝杠螺母副传动作为它的进给传动机构，而通常采用齿轮齿条传动。

    当载荷小时，通常采用双齿轮错齿调整法，分别与齿条齿槽左右侧贴紧，以消除齿侧间隙，如图7.32所示。

当载荷大时，再用径向加载法消除齿侧间隙，其结构原理如图7.33所示，工作时，两个小齿轮分别与齿条啮合，当加载装置在加载齿轮上预加负载，加载齿轮就会使与之相啮合的两个大齿轮向外撑开，这样与两个大齿轮的同轴上的两个小齿轮也同时向外撑开，这样它们就能分别与齿条上的齿槽左、右侧贴紧，达到消除齿侧间隙的目的。

 

   图7.32 双齿轮错齿调整法                图7.33 径向加载法

7.3.3数控机床的导轨

1. 数控机床对导轨的要求

数控机床运行时，用导轨来支撑和引导运动部件沿直线或圆周方向准确运动。导轨的制造精度及精度保持性对零件的加工精度有着重要的影响，数控机床对导轨的主要要求有：

(1) 向精度高。导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线度与圆度。它保证部件运动的准确。影响导向精度的因素有导轨的结构形状、几何精度、刚度、制造精度和导轨间隙的调整等。数控机床对于导轨本身的精度都有具体的规定或标准，以保证导轨高的导向精度。

(2) 磨性好。耐磨性好的导轨能使导轨在长期的使用中保持较高的导向精度，以满足加工精度的要求。耐磨性受到导轨副的材料、硬度、润滑和载荷等的影响。数控机床导轨的摩擦因数要小，力求小的磨损量，且磨损后要易于调整或能自动补偿。

(3) 精度保持性。精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度。影响精度保持性的因素主要是导轨的磨损，另外，还与导轨的结构形式以及支承件的材料有关。数控机床的精度保持性比普通机床要求高，所以，数控机床应采用摩擦因数小的滚动导轨、塑料导轨或静压导轨。

(4) 的结构工艺性。数控机床的导轨要便于制造和装配，便于检验、调整和维修，而且要有合理的导轨防护和润滑措施等。

(5) 够的刚度。导轨受力变形会导致刀具与工件之间相对位置的变化。如若导轨受力变形过大，就破坏了导向精度，同时恶化了导轨的工作条件。因此要求导轨要有足够的刚度。影响导轨刚度的因素主要有导轨的类型、结构形式和尺寸大小、导轨的材料和表面加工质量等。

 (6) 运动的平稳性。要保证运动部件在导轨上低速移动时，不发生爬行现象。数控机床的导轨的摩擦因数要小，而且动、静摩擦因数应尽量接近，要保证良好的润滑和传动系统的刚度，使运动平稳轻便，低速且无爬行。

2．数控机床导轨的分类和特点

1) 运动部件的运动轨迹分

按运动部件的运动轨迹可分为直线运动导轨和圆周运动导轨。前者如车床和龙门刨床床身导轨等，后者如立式车床和滚齿机的工作台导轨等。

2) 按导轨接合面的摩擦性质分按导轨接合面的摩擦性质可以分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三类。 

（1)  滑动导轨。两导轨面间的摩擦性质是滑动摩擦，大多处于边界摩擦或混合摩擦的状态。滑动导轨结构简单，接触刚度高，阻尼大和抗振性好，但启动摩擦力大，低速运动时易爬行，摩擦表面易磨损。为提高导轨的耐磨性，可采用耐磨铸铁，或把铸铁导轨表层淬硬，或采用镶装的淬硬钢导轨。塑料贴面导轨基本上能克服铸铁滑动导轨的上述缺点，使滑动导轨的应用得到了新的发展。

(2) 滚动导轨。相配的两导轨面间有滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块的导轨。这种导轨摩擦因数小，不易出现爬行，而且耐磨性好，缺点是结构较复杂和抗振性差。滚动导轨常用于高精度机床、数字控制机床和要求实现微量进给的机床中。

 (3) 静压导轨。静压导轨是在两个相对滑动面之间开有油腔，将有一定压力的油通过节流输人油腔，形成压力油膜，使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，以平衡外加负载，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。所以静压导轨的摩擦因数极小(约为0.0005)、功率消耗小、导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。此外，油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性好，油膜还有吸振作用。静压导轨平稳性好，无爬行、也不会产生振动，缺点是结构复杂，并要求有一套良好的过滤效果和液压装置，制造成本高，静压导轨多用在大型和重型的数控机床上。静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种，数控机床用的是闭式静压导轨。按供油方式又可分为恒压（及定压）供油和恒流（及定量）供油两种。静压导轨横截面的几何形状有矩形和V形两种。采用矩形便于制成闭式静压导轨；采用V形便于导向和回油。此外，油腔的结构对静压导轨性能也有很大影响。

在基本导轨的基础上进行改进和复合又形成了卸荷导轨和复合导轨。卸荷导轨是利用机械或液压的方式减小导轨面间的压力，但不使运动部件浮起，因而能保持滑动导轨的优点，又能减小摩擦力和磨损，复合导轨是导轨的主要支承面采用滚动导轨，而主要导向面采用滑动导轨。

3）按照导轨的截面形状分

按照导轨的截面形状可分为三角形、矩形、燕尾形和圆形，如图7.34所示。

                 图7.34  按照导轨的截面形状分类

三角形导轨的导向性好，矩形导轨刚度高，燕尾形导轨结构紧凑，圆形导轨制造方便，但磨损后不易调整。当导轨的防护条件较好，切屑不易堆积其上时，下导轨面常设计成凹形，以便于储油，改善润滑条件；反之则宜设计成凸形。

  4 ) 按受力情况分

  按受力情况分为开式导轨和闭式导轨，在部件自重和外载的条件下如图7.35(a)所示，导轨面a和b在导轨全长上可始终贴合的称为开式导轨。当部件上所受的颠覆力矩M较大时，必须增加压板1以形成辅助导轨面e，如图7.35(b)，才能使主导轨面c和d良好接触。这种靠增加压板将导轨2用主、辅导轨面封闭起来的称为闭式导轨。

          图7.35 开式导轨和闭式导轨

7.3.4数控机床的工作台

数控机床的进给运动一般为X、y、Z三个坐标轴的直线进给运动，此时工作台只需做直线进给运动。为了扩大数控机床加工性能，以适应于不同零件的加工需要，有时还需要绕X、y、Z三个基本坐标轴做回转圆周运动，这三个轴向通常称为A、B、C轴。为了实现数控机床的圆周运动，需采用数控回转工作台。数控机床的圆周运动包括分度运动与连续圆周进给运动两种。为了能够区别，通常将只能实现分度运动的回转工作台称为分度工作台，而将能够实现连续圆周进给运动的回转工作台称为数控回转工作台。分度工作台和数控回转工作台在外形上差别不大，但在结构上则具有各自的特点。

1.直线进给运动工作台

直线进给运动工作台是数控机床的重要部件，是数控机床伺服进给系统的执行部件。机床的直线进给运动工作台通常是长方形的，如图7.36所示。

    2.分度工作台

    数控机床上的分度工作台只能实现分度运动。需要分度时，分度工作台根据数控系统发出的指令，将工作台连同工件一起回转一定的角度并定位。当分度工作台采用伺服电动机驱动时又称为数控分度工作台。数控分度工作台能够分度的最小角度一般都较小，如0.5°、1°等，通常采用鼠牙盘式定位。有的数控机床还采用液压或手动分度工作台，这类的分度工作台一般只能回转规定的角度，如可以每隔45°、6 0°或90°进行分度，可以采用鼠牙盘式定位或定位销式定位。

鼠牙盘式分度工作台也称为齿盘式分度工作台，它是用得较广泛的一种高精度的分度定位机构。在卧式数控机床上，它通常作为数控机床的基本部件被提供；在立式数控机床上则作为附件被选用。

               图7.36 长方形直线进给运动工作台

    3．数控回转工作台

数控回转工作台不仅能完成分度运动，而且还能进行连续圆周进给运动。数控回转工作台可按照数控系统的指令进行连续回转，且回转的速度是无级、连续可调的；同时，它也能实现任意角度的分度定位。所以，它同直线运动轴在控制上是相同的，也需要采用伺服电动机驱动。图7.37所示为数控回转工作台实物图。

            图7.37所示为数控回转工作台实物图

回转工作台从安装形式上分为立式和卧式两类。立式回转工作台用在卧式数控机床上。台面为水平安装，它的回转直径一般都比较大，通常有5 00×5 00、6 3 0×6 30、800 ×800、1 000 X 1 000等常用规格。卧式回转工作台用在立式数控机床上，台面是垂直安装，

由于受到机床结构的限制，它的回转直径一般都比较小，通常不超过Φ5 00。

立式数控回转工作台主要用在卧式机床上，以实现圆周运动。它通常由传动系统、消除间隙机构、蜗轮蜗杆副、夹紧机构等部分组成。图7.38所示为一种比较典型的立式数控回转工作台结构。

             图7.38立式数控回转工作台结构

 卧式数控回转工作台主要用在立式数控机床上，以实现圆周运动，它通常由传动系统、夹紧机构和蜗轮蜗杆副等部件组成。图7.39所示为一种常用在数控机床上的立式数控回转工作台，这种回转工作台可以采用气动或液压夹紧

                           图7.39 卧式数控回转工作台