数控机床的典型部件.ppt

9第九章　数控机床的典型部件 第九章 数控机床的典型部件9.1 数控机床的主轴系统数控机床的主轴系统 9.2 数控机床的进给系统数控机床的进给系统 9.3 床身与立柱床身与立柱 9.4 机床导轨机床导轨 9.5 自动换刀装置自动换刀装置 9.6 数控机床的位置检测装数控机床的位置检测装 9.7 自动排屑装置自动排屑装置 9第九章　数控机床的典型部件 9.1　数控机床的主轴系统　数控机床的主轴系统 9.1.19.1.1　对数控机床主轴系统的要求　对数控机床主轴系统的要求　　数控机床主轴系统是数控机床的主运动传动系统数控机床主轴运动是机床成型运动之一它的精度决定了零件的加工精度数控机床是具有高效率的机床，因此它的主轴系统必须满足如下要求：　　（1）具有更大的调速范围并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，从而获得更高的生产率、加工精度和表面质量，必须要求能在较大的调速范围内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 9第九章　数控机床的典型部件 　　(2)具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低数控机床加工精度的提高，与主轴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，就要对齿轮齿面高频感应加热淬火，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撑跨距等，以提高主轴组件的刚性 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）良好的抗振性和热稳定性数控机床加工时，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的干扰，会使主轴产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至可能破坏刀具和主轴系统中的零件，使其无法工作主轴系统发热使其中的零部件产生热变形，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 9第九章　数控机床的典型部件 　　（4）在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴与进给驱动实行同步控制，即主轴具有旋转进给轴(C轴)的控制功能　　（5）在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能在加工中心上自动换刀时，主轴须停止在一个固定不变的方位上，以保证换刀位置的准确以及某些加工工艺的需要，即要求主轴具有高精度的准停功能。

9第九章　数控机床的典型部件 　　(6)具有恒线速度切削控制功能利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求刀具切削的线速度为恒定值，随着刀具的径向进给，切削直径的逐渐减小，应不断提高主轴转速，并维持线速度为常数　　此外，为了获得更高的运动精度，要求主运动传动链尽可能短，同时，由于数控机床特别是加工中心通常配备有多把刀具，要求能够实现主轴上刀具的快速及自动更换 9第九章　数控机床的典型部件 9.1.29.1.2　数控机床主轴的传动方式　数控机床主轴的传动方式　　数控机床主运动调速范围很宽，其主轴的传动方式主要有以下几种　　　1 1．．带有变速齿轮的主轴传动带有变速齿轮的主轴传动　　如图9－1（a）所示，这是大中型数控机床较常采用的配置方式，通过少数几对齿轮传动，扩大变速范围，确保低速时有较大的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求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 9第九章　数控机床的典型部件 图9－1　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 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2 2．通过带传动的主轴传动．通过带传动的主轴传动　　如图9－1（b）所示，这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。

电机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声它适用于高速低转矩特性的主轴，常用的有多楔带和同步齿形带 　9第九章　数控机床的典型部件 　　数控机床上应用的多楔带又称为复合三角带，其横向断面呈多个楔形，楔角为40°，如图9－2（a）所示传递负载主要靠强力层强力层中有多根钢丝绳或涤纶绳，具有较小的伸长率、较大的抗拉强度和抗弯疲劳强度多楔带综合了V带和平带的优点，运转时振动小、发热少、运转平稳、重量小，因此可在40m／s的线速度下使用此外，多楔带与带轮的接触好、负载分布均匀，即使瞬时超载，也不会产生打滑，而传递功率比V带大20%～30%，因此能够满足主传动高速、大转矩和不打滑的要求多楔带在安装时需要较大的张紧力，使得主轴和电机承受较大的径向负载，这是多楔带的一大缺点　　多楔带按齿距可分为三种规格：J型齿距为2.4mm，L型齿距为4.8mm，M型齿距为9.5mm可依据功率转速选择图选出所需的多楔带的型号 9第九章　数控机床的典型部件 图9－2　带的结构形式 (a)多楔带;(b)同步齿形带 9第九章　数控机床的典型部件 　　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。

同步齿形带的带型有梯形齿和圆弧齿，如图9－2（b）所示同步齿形带的结构和传动如图9－3所示带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮与轮齿相嵌合，进行无滑动的啮合传动带内采用了加载后无弹性伸长的材料做强力层，以保持带的节距不变，可使主、从动带轮进行无相对滑动的同步传动与一般带传动相比，同步齿形带传动具有如下优点： 9第九章　数控机床的典型部件 　　(1)传动效率高，可达98%以上；　　(2)无滑动，传动比准确；　　(3)传动平稳，噪声小；　　(4)使用范围较广，速度可达50m／s，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦；　　(5)维修保养方便，不需要润滑；　　(6)安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高 9第九章　数控机床的典型部件 图9－3　同步齿形带的结构和传动 9第九章　数控机床的典型部件 　　　3 3．用两个电机分别驱动主轴传动．用两个电机分别驱动主轴传动　　用两个电机分别驱动主轴传动如图9－1（c）所示，它是上述两种方式的混合传动，具有上述两种方式的性能高速时，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，这样就使恒功率区增大，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。

但两个电机不能同时工作，也是一种浪费 9第九章　数控机床的典型部件 　　　4 4．调速电机直接驱动主轴传动．调速电机直接驱动主轴传动　　由调速电机直接驱动主轴传动如图9－1（d）所示这种主轴传动方式是由电机直接带动主轴旋转，即直接驱动式，如图9－4所示它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 9第九章　数控机床的典型部件 图9－4　直接驱动式 9第九章　数控机床的典型部件 　　近年来出现了一种新式的内装电机主轴，即主轴与电机转子合为一体其优点是主轴组件结构紧凑、重量和惯量小，可提高启动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声；缺点是电机运转产生的热量易使主轴产生热变形因此，温度控制和冷却是使用内装电机主轴的关键问题图9－5所示为日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电机主轴最高转速可达180000r／min见8.3.1小节） 9第九章　数控机床的典型部件 图9－5　日本研制的立式加工中心主轴组件 9第九章　数控机床的典型部件 9.1.39.1.3　主轴部件　主轴部件　　主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的支撑和安装在主轴上的传动零件等。

主轴部件质量的好坏直接影响到加工质量　　　　1 1．．主轴端部的结构形状主轴端部的结构形状　　主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、联结牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩主轴端部的结构形状都已标准化，图9－6所示为普通机床和数控机床所通用的几种主轴端部的结构形式 9第九章　数控机床的典型部件 图9－6　主轴端部的结构形式(a)车床主轴端部；(b)铣、镗类机床主轴端部；(c)外圆磨床砂轮主轴端部；(d)内圆磨床砂轮主轴端部；(e)普通镗杆装在钻床主轴上的端部；(f)组合机床主轴端部 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　2 2．主轴轴承的类型．主轴轴承的类型　　1）滚动轴承　　滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在一定的转速范围和载荷变动范围内稳定地工作滚动轴承由专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗振性略差并且对转速有很大的限制数控机床主轴组件在有可能的条件下，应尽量使用滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够作轴向移动的主轴，这时滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。

图9－7为主轴常用的滚动轴承类型 9第九章　数控机床的典型部件 图9－7　主轴常用的滚动轴承(a)锥孔双列圆柱滚子轴承；(b)双列推力向心球轴承；(c)双列圆锥滚子轴承； (d)带凸肩的双列空心圆柱滚子轴承；(e)带预紧弹簧的单列圆锥滚子轴承；(f)角接触滚子轴承 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）滑动轴承　　滑动轴承在数控机床上最常使用的是静压滑动轴承静压滑动轴承的油膜压强是由液压缸从外界供给的，它和主轴转与不转、转速的高低无关（忽略旋转时的动压效应）它的承载能力不随转速而变化，而且无磨损，启动和运转时摩擦阻力力矩相同，因此静压轴承的刚度大，回转精度高，但静压轴承需要一套液压装置，成本较高 9第九章　数控机床的典型部件 　　3 3．主轴轴承的支撑形式．主轴轴承的支撑形式　　主轴轴承的支撑形式主要取决于主轴转速特性的速度因素和对主轴刚度的要求主轴轴承常见的支撑形式有以下三种，如图9－8所示 　9第九章　数控机床的典型部件 图9－8　主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三 9第九章　数控机床的典型部件 　　（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(见图9－8（a）)。

此配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求它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(见图9－8（b）)向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r／min，但它的承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承(见图9－8（c）)这种轴承的径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷其安装、调整性能好，但这种支撑方式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 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　4 4．滚动轴承的间隙与预紧．滚动轴承的间隙与预紧　　滚动轴承存在较大间隙时，载荷将集中作用于受力方向上的少数滚动体上，使得轴承刚度下降，承载能力下降，旋转精度变差将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接触处产生一定量的预变形，就可使受载后承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高轴承承载能力和刚度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高旋转精度但过盈量不宜太大，否则会使轴承的摩擦磨损加剧，承载能力显著下降公差等级、轴承类型和工作条件不同的主轴组件，其轴承所需的预紧量各有所不同。

因此，主轴组件必须具备轴承间隙的调整机构 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　5 5．滚动轴承的精度．滚动轴承的精度　　主轴部件所用滚动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级C和超精级B前支撑的精度一般比后支撑的精度高一级，也可以用相同的精度等级普通精度的机床通常前支撑取C，D级，后支撑用D，E级特高精度的机床前后支撑均用B级 9第九章　数控机床的典型部件 9.1.49.1.4　主轴的准停　主轴的准停　　主轴准停功能又称为主轴定位功能，即当主轴停止时，控制其停于固定位置，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主轴准停换刀如图9－9所示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如图9－10所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－9　主轴准停换刀示意图 9第九章　数控机床的典型部件 图9－10　主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　1 1．机械准停控制．机械准停控制　　图9－11为典型的V形槽轮定位盘机械准停原理示意图。

带有V形槽的定位盘与主轴端面保持一定的关系，以确定定位位置当准停指令到来时，首先使主轴减速至某一可以设定的低速转动，当无触点开关有效信号被检测到后，立即使主轴电动机停转并断开主轴传动链，此时主轴电动机与主轴传动件依惯性继续空转，同时准停油缸定位销伸出并压向定位盘当定位盘V形槽与定位销正对时，由于油缸的压力，定位销插入V形槽中，准停到LS2信号有效，表明准停动作完成这里LS1为准停释放信号采用这种准停方式，必须有一定的逻辑互锁，即LS2有效时才能进行下面诸如换刀等动作而只有当LS1有效时才能启动主轴电动机正常运转上述准停功能通常可由数控系统所配的可编程控制器完成 9第九章　数控机床的典型部件 图9－11　典型的V形槽轮定位盘机械准停原理示意图 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　2 2．电气准停控制．电气准停控制　　目前国内外中高档数控系统均采用电气准停控制采用电气准停控制有如下优点：　　(1)简化机械结构与机械准停相比，电气准停只需在这种旋转部件和固定部件上安装传感器即可　　（2）缩短准停时间准停时间包括在换刀时间内，而换刀时间是加工中心的一项重要指标若采用电气准停，即使主轴在高速转动时，也能快速定位于准停位置。

　　（3）可靠性增加由于无需复杂的机械、开关和液压缸等装置，也没有机械准停所形成的机械冲击，因此准停控制的寿命与可靠性大大增加 9第九章　数控机床的典型部件 　　（4）性能价格比提高由于简化了机械结构和强电控制逻辑，因此这部分的成本大大降低但电气准停常作为选择功能，这是因为订购电气准停附件需另加费用但总体来看，其性价比比机械准停大大提高 9第九章　数控机床的典型部件 　　1）磁传感器主轴准停控制　　磁传感器主轴准停控制由主轴驱动自身完成主轴驱动完成准停后会向数控装置回答完成信号ORE，然后数控系统再进行下面的工作其基本结构如图6－8所示　　当主轴转动或停止时，一旦接收到数控装置发来的准停开关信号，主轴立即加速或减速至某一准停速度(可在主轴驱动装置中设定)主轴到达准停速度且准停位置到达时(即磁发体与磁传感器对准)，主轴立即减速至某一爬行速度(可在主轴驱动装置中设定)然后当磁传感器信号出现时，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制，目标位置为准停位置准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号给数控装置，从而可进行自动换刀(ATC)或其他动作磁发体与磁传感器在主轴上的位置如图9－12所示。

9第九章　数控机床的典型部件 图9－12　磁发体与磁传感器在主轴上的位置 9第九章　数控机床的典型部件 　　2)编码器主轴准停控制　　图9－13为编码器主轴准停控制原理图可采用主轴电动机内部安装的编码器信号(来自于主轴驱动装置)，也可以在主轴上直接安装另外一个编码器采用前一种方式要注意传动链对主轴准停精度的影响主轴驱动装置内部可自动转换，使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态准停角度可由外部开关量(12位)设定，这一点与磁准停不同，磁准停的角度无法随意设定，要想调整准停位置，只有调整磁发体与磁传感器的相对位置其步骤与传感器类似 9第九章　数控机床的典型部件 图9－13　编码器主轴准停控制原理图 9第九章　数控机床的典型部件 　　3）数控系统主轴准停控制　　这种准停控制方式是由数控系统完成的，采用这种控制方式时需注意以下问题：　　（1）数控系统须具有主轴闭环控制功能通常为避免冲击，主轴驱动都具有软启动功能，但这对主轴位置闭环控制会产生不良影响此时，若位置增益过低，则准停精度和刚度(克服外界扰动的能力)不能满足要求；若过高，则会产生严重的定位振荡现象因此必须使主轴进入伺服状态，此时其特性与进给伺服系统相近，才可进行位置控制。

9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）当采用电动机轴端编码器信号反馈给数控装置时，主轴传动链精度可能对主轴精度产生影响　　数控系统控制主轴准停的原理与进给位置控制的原理非常相似，如图9－14所示　　当采用数控系统控制主轴准停时，角度指定由数控系统内部设定，因此准停角度的设定更加方便其工作原理是： 9第九章　数控机床的典型部件 　　数控系统执行准停指令M19或M19S**时，首先将M19送至可编程控制器，可编程控制器经译码送出控制信号使主轴驱动进入伺服状态，同时数控系统控制主轴电动机降速并寻找零位脉冲C，然后进入位置闭环控制状态如执行：M19，无S指令，则主轴定位于相对于零位脉冲C的某一缺省位置(可由数控系统设定)如执行M19S**，则主轴定位于指令位置，也就是相对零位脉冲S**的角度位置 9第九章　数控机床的典型部件 图9－14　数控系统主轴准停控制原理图 9第九章　数控机床的典型部件 例　例　M03　　S1000　　　　//主轴以1000r／min正转　　M19　　//主轴准停于缺省位置　　M19　　S100　　//主轴准停转至100°处　　S1000　//主轴再次以1000r／min正转　　M19　　S200　　　　//主轴准停至200°处 9第九章　数控机床的典型部件 9.1.59.1.5　主轴的润滑与密封　主轴的润滑与密封　　　　1 1．．主轴轴承的润滑方式主轴轴承的润滑方式　　在数控机床上，主轴轴承润滑方式有：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑和油气润滑等。

　　（1）油脂润滑方式它是目前在数控机床的主轴轴承上最常用的润滑方式，特别是在前支撑轴承上更为常用当然，如果主轴箱中没有冷却润滑油系统，那么后支撑轴承和其他轴承一般也采用油脂润滑方式　　主轴轴承油脂封入量通常为轴承空间容量的10%，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热　　若用油脂润滑方式，则要采用有效的密封措施，以防止切削液或润滑油进入轴承中 9第九章　数控机床的典型部件 　　(2)油液循环润滑在数控机床主轴上，有采用油液循环润滑方式的，例如装有GAMET轴承的主轴，即可使用这种方式对一般主轴轴承来说，后支撑上采用这种润滑方式比较常见　　恒温油液循环润滑冷却方式如图9－15所示由油温自动控制箱控制的恒温油液，经油泵打到润轴箱，其中一路沿主轴前支撑套外圈上的螺旋槽流动，以带走主轴轴承所发出的热量；另一条路通过主轴箱内的分油器，把恒温油喷射到传动齿轮和传动轴支撑轴承上，以带走它们所产生的热量这种方式的润滑和降温效果都很好 　9第九章　数控机床的典型部件 图9－15　恒温油液循环润滑冷却方式 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）油雾润滑方式油雾润滑方式是将油液经高压气体雾化后，从喷嘴喷到需润滑的部位的润滑方式。

由于是雾状油液，其吸热性好，又无油液搅拌作用，因此常用于高速主轴轴承的润滑但是油雾容易吹出，污染环境，目前欧洲有些国家已经禁止使用这种润滑方式　　（4）油气润滑方式油气润滑方式是针对高速主轴而开发 的 新 型 润 滑 方 式 它 是 用 极 微 量 油 （ 8～ 16min约0.03cm3油）润滑轴承，以抑制轴承发热其润滑原理如图9－16所示油箱中的油位开关和管路中的压力开关确保在油箱中无油或压力不足时，能自动切断主电动机电源 9第九章　数控机床的典型部件 图9－16　油气润滑原理图 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　2.2.主轴的密封主轴的密封　　主轴的密封分接触式和非接触式两种　　图9－17是几种非接触式密封的形式　　图9－17（a）是利用轴承盖与轴的间隙密封的，轴承盖的孔内开槽则是为了提高密封效果这种密封形式用在工作环境比较清洁的油脂润滑处；图9－17（b）是在螺母的外圆上开锯齿形环槽，当油向外流时，靠主轴传动的离心力把油沿斜面甩到端盖1的空腔内，油液流回箱内；图9－17（c）是迷宫式密封结构，在切屑多、灰尘大的工作环境下可获得可靠的密封效果，这种结构适用油脂或油液润滑的密封。

非接触式的油液密封时，为了防漏，应保证回油能尽快排掉以及回油孔的畅通 9第九章　数控机床的典型部件 图9－17　非接触式密封(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三 9第九章　数控机床的典型部件 图9－18　接触式密封 (a)油毡圈密封；(b)耐油橡胶密封圈密封 9第九章　数控机床的典型部件 9.2　　数控机床的进给系统数控机床的进给系统 9.2.19.2.1　对数控机床进给系统的要求　对数控机床进给系统的要求　　进给系统即进给驱动装置，是指将伺服电动机的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，数控机床进给传动系统必须满足如下要求：　　（1）摩擦阻力要小在进给系统中要尽量减少传动件之间的摩擦阻力，尤其是减少丝杠传动和工作台运动导轨之间的摩擦，以消除低速进给爬行现象，从而提高整个伺服进给系统的稳定性数控机床广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）传动刚度要高进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杠螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运动)及其支撑部件的刚度传动刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。

缩短传动链，合理选择丝杠尺寸以及对丝杠螺母副及支撑部件等进行预紧是提高传动刚度的有效途径 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）转动惯量要小进给系统中每个部件的转动惯量对进给系统的启动、制动特性等都有直接的影响，尤其是高速运转零件的转动惯量在满足传动强度和刚度的前提下，应尽可能使各零件的结构、配置合理，减小旋转零件的直径和质量，以减少运动部件的转动惯量　　（4）谐振频率要高为了提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有高的固有频率和合适的阻尼，一般要求机械传动系统的固有频率应高于伺服驱动系统的2～3倍 9第九章　数控机床的典型部件 　　（5）传动间隙要小机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要原因，因此，对传动链的各个环节，包括括齿轮副、丝杠螺母副、联轴器及其支撑部件等均应采用消除间隙的结构措施 9第九章　数控机床的典型部件 9.2.29.2.2　齿轮传动副　齿轮传动副　　　　1 1．．直齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法直齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法　　直齿圆柱齿轮传动副有以下3种调整法　　（1）偏心套调整法图9－19所示为偏心套式消除间隙结构电机1通过偏心套2安装到机床壳体上，通过转动偏心套2，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，因此两啮合齿轮的中心距减小，从而消除齿侧间隙。

9第九章　数控机床的典型部件 图9－19　偏心套消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）锥度齿轮轴向垫片调整法锥度齿轮轴向垫片消除间隙结构如图9－20所示齿轮1和齿轮2相啮合，其分度圆齿厚沿轴向方向略有锥度，这样就可用垫片3使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙 9第九章　数控机床的典型部件 图9－20　锥度齿轮轴向垫片消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿消除间隙结构如图9－21所示图9－21（a）所示是一种双片薄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1和2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1和2的端面均匀分布着4个螺孔，分别装上凸耳3和8薄片齿轮1的端面还有另外4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和螺钉7上通过螺母5调节弹簧4的拉力，调节完后用螺母6锁紧弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个双片齿轮的左、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 9第九章　数控机床的典型部件 　　图9－21（b）是另一种双片薄齿轮周向弹簧错齿消隙结构薄片齿轮1和2套装在一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱3，用来安装弹簧4。

装配时使弹簧4具有足够的拉力，使两个薄片齿轮的左、右面分别与宽齿轮的左、右面贴紧，以消除齿侧间隙 9第九章　数控机床的典型部件 图9－21　双片薄齿轮错齿消除间隙结构(a)结构一；(b)结构二 9第九章　数控机床的典型部件 　　2 2．斜齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法．斜齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法　　斜齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法与直齿圆柱齿轮传动副中双片薄齿轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是通过不同的方法使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距离后，相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定的角度两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负责不同的方向(正向和反向)，从而起到消除间隙的作用 　　9第九章　数控机床的典型部件 　　斜齿圆柱齿轮传动副有以下两种调整方法　　（1）斜齿轮轴向垫片调整法图9－22所示为斜齿轮轴向垫片消除间隙结构，其原理与错齿调整法相同薄片斜齿轮1和2的齿形拼装在一起加工，装配时在两薄片齿轮间装入已知厚度为t的垫片3，这样它的螺旋线便错开了，使两薄片斜齿轮分别与宽齿轮4的左、右齿面贴紧，从而消除间隙垫片3的厚度t与齿侧间隙Δ的关系可用下式表示： t=Δcotβ（β为螺旋角）　　垫片厚度一般由测试法确定，往往要经几次修磨才能调整好。

这种结构的齿轮承载能力较小，且不能自动补偿消除间隙，属刚性消除间隙的范畴 9第九章　数控机床的典型部件 图9－22　斜齿轮轴向垫片消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）斜齿轮轴向压簧错齿调整法图9－23所示为斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构该结构的消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用薄片斜齿轮2右面的弹簧压力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，从而使它们的左、右齿轮面分别与宽齿轮的左、右齿面贴紧，以消除齿侧间隙图9－23（a）采用的是压簧，图9－23（b）采用的是碟形弹簧　　弹簧3的压力可利用螺母5来调整，压力的大小要调整合适，压力过大会加快齿轮磨损，压力过小达不到消隙作用这种结构能使齿轮间隙自动消除，并始终保持无间隙的啮合，但这种结构轴向尺寸较大，只适合于负载较小的场合 9第九章　数控机床的典型部件 图9－23　斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　　3 3．锥齿轮传动副消除间隙的方法．锥齿轮传动副消除间隙的方法　　锥齿轮同圆柱齿轮一样，可用上述类似的方法来消除齿侧间隙　　（1）锥齿轮轴向压簧调整法图9－24所示为锥齿轮轴向压簧消除间隙结构。

两个啮合着的锥齿轮1和2，其中在装有锥齿轮1的传动轴5上装有压簧3，锥齿轮1在弹簧力的作用下可稍作轴向移动，从而消除间隙弹簧力的大小由螺母4调节 　9第九章　数控机床的典型部件 图9－24　锥齿轮轴向压簧消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）锥齿轮周向弹簧调整法图9－25为周向弹簧消除间隙结构将一对啮合锥齿轮中的一个齿轮做成大小两片1和2，在大片上制有三个圆弧槽，而在小片的端面上制有三个凸爪6，凸爪6伸入大片的圆弧槽中弹簧4一端顶在凸爪6上，而另一端顶在镶块3上为了安全起见，用螺钉5将大小片齿圈相对固定，安装完毕之后将螺钉卸去，利用弹簧力使大小片锥齿轮稍微错开，从而达到消除间隙的目的 9第九章　数控机床的典型部件 图9－25　锥齿轮周向弹簧消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　　4.4.齿轮齿条传动副消除间隙的方法齿轮齿条传动副消除间隙的方法　　在大型数控机床中，工作台的行程很大，因此，它的进给运动不宜采用滚珠丝杠副来实现，而常采用齿轮齿条来实现　　当驱动时，可采用双片薄齿轮错齿调整法，分别与齿条齿槽左、右侧面贴紧，从而消除齿侧隙图9－26所示为齿轮齿条消除间隙结构。

进给运动由轴2输入，通过两对斜齿轮将运动传给轴1和3，然后由两个直齿轮4和5去传动齿条，带动工作台移动轴2上两个斜齿轮的螺旋线方向相反如果通过弹簧在轴2上作用一个轴向力F，则使斜齿轮产生微量的轴向移动，这时轴1和轴3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4和5分别与齿条的两齿面贴紧，从而消除间隙 9第九章　数控机床的典型部件 图9－26　齿轮齿条消除间隙结构 9第九章　数控机床的典型部件 9.2.39.2.3　联轴器　联轴器　　　　1.1.锥环无键联轴器锥环无键联轴器　　该机构利用锥环对之间的摩擦实现轴与毂之间的无间隙连接传递转矩，并可任意调节两连接件之间的角度位置通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩图9－27所示为锥环(锥形夹紧环)无键消隙联轴器，它可使动力传递没有反向间隙螺钉5通过压圈3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环分别产生径向弹性变形，消除配合间隙，同时产生接触压力以传递转矩为了能补偿同轴度及垂直度误差引起的干涉现象，可采用图9－28所示的挠性联轴器其柔性片4分别用螺钉和球面垫圈与两边的联轴套2相连，通过柔性片传递转矩柔性片每片厚0.25mm，材料为不锈钢。

联轴器两端的位置偏差由柔性片的变形抵消 9第九章　数控机床的典型部件 图9－27　锥环无键消隙联轴器9第九章　数控机床的典型部件 图9－28　挠性联轴器 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2.2.套筒式联轴器套筒式联轴器　　图9－29所示为套筒式联轴器的几种结构形式其结构简单，径向尺寸小，但拆装困难(要求两中心轴线严格对准，不允许存在径向及角度偏差)，使用受到一定限制其中，图9－29（a）结构虽简单实用，但不太可靠；图9－29（b）结构简单，加工和安装容易，但消除周向间隙不可靠，且易松动；图9－29（c）是用十字滑块联轴器相连，滑块的槽口配研，这种结构无法保证完全消除传动间隙 9第九章　数控机床的典型部件 图9－29　套筒式联轴器(a)结构一；(b)结构二；(c)结构三 9第九章　数控机床的典型部件 9.2.49.2.4　滚珠丝杠螺母机构　滚珠丝杠螺母机构　　　　1 1．．滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点　　滚珠丝杠螺母副（简称滚珠丝杠副）是一种在丝杠与螺母间装有滚珠作为中间元件的丝杠副，其结构原理如图9－30所示在丝杠1和螺母3上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。

螺母上有滚珠回路管道（在图中4所指的位置），将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠4当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动 9第九章　数控机床的典型部件 图9－30　滚珠丝杠副结构原理 9第九章　数控机床的典型部件 　　与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有以下优点：　　(1)传动效率高，摩擦损失小滚珠丝杠螺母副的传动效率h=0.92～0.96，是普通丝杠螺母副的3～4倍，因此功率消耗只相当于普通丝杠传动的1/4～1/3同时由于发热小，因此可实现高速运动　　(2)运动平稳无爬行由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，因此运动平稳，不易出现爬行现象　　(3)传动精度高，反向时无空程滚珠丝杠副经预紧后，可消除轴向间隙，因而无反向死区，同时也提高了传动刚度 9第九章　数控机床的典型部件 　　(4)磨损小，精度保持性好，使用寿命长　　(5)具有运动的可逆性由于摩擦系数小，不能自锁，因而可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杠和螺母均可作主动件或从动件 9第九章　数控机床的典型部件 　　滚珠丝杠副的缺点是：　　（1）由于结构复杂，丝杠和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，因此制造成本高。

　　（2）由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自重而自动下降，当部件向下运动且切断动力源时，由于部件的自重和惯性，滚珠丝杠不能立即停止运动，因此必须增加制动装置 9第九章　数控机床的典型部件 　　2 2．滚珠丝杠螺母副的结构类型．滚珠丝杠螺母副的结构类型　　滚珠丝杠螺母副按其中的滚珠循环方式可分为以下两种：　　(1)外循环滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环图9－31所示为常见的外循环式滚珠丝杠结构在螺母外圆上装有螺旋形的插管口，管子的两端插入滚珠螺母工作始末两端孔中，以引导滚珠通过插管形成滚珠的多圈循环链这种类型的结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大目前，这种类型滚珠丝杠螺母副的应用最为广泛，也可用于重载传动系统 9第九章　数控机床的典型部件 图9－31　外循环式滚珠丝杠结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　(2)内循环内循环式滚珠丝杠结构如图9－32所示，它靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环反向器2的数目与滚珠圈数相等这种类型的结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损失小，但制造较困难，适用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于重载传动。

　9第九章　数控机床的典型部件 图9－32　内循环式滚珠丝杠结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　　3 3．滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法．滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法　　滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，其数值是指丝杠和螺母无相对转动时，二者之间的最大轴向窜动量，除了结构本身的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生的弹性变形所造成的轴向窜动量　　由于存在轴向间隙，当丝杠反向转动时，将产生空回误差，从而影响传动精度和轴向刚度通常采用预加载荷（预紧）的方法来减小弹性变形所带来的轴向间隙，以保证反向传动精度和轴向刚度但过大的预加载荷会增大摩擦阻力，降低传动效率，缩短使用寿命因此，一般需要经过多次调整，以保证既消除间隙又能灵活运转调整时，除螺母预紧外还应特别注意使丝杠安装部分的间隙尽可能小，并且具有足够刚度，同时应注意预紧力不宜过大，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 9第九章　数控机床的典型部件 图9－33　垫片调隙式 9第九章　数控机床的典型部件 　　1）双螺母消隙　　常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：　　（1）垫片调隙式如图9－33所示，调整垫片厚度使左、右两螺母产生轴向位移，即可消除间隙和产生预紧力。

这种方法结构简单，刚性好，但调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）螺纹调隙式如图9－34所示，其中一个螺母的外端有凸缘；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，即可消除轴向间隙，并可达到产生预紧力的目的调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧这种方法调整方便，且可在使用过程中随时调整，但预紧力的大小不能准确控制 9第九章　数控机床的典型部件 图9－34　螺纹调隙式 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）齿差调隙式如图9－35所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为z1和z2，并相差一个齿调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量s=（1/z1-1/z2)Pn例如，z1 =80，z2=81，滚珠丝杠的导程Pn=6mm时，s=6/6480≈0.001mm这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动 9第九章　数控机床的典型部件 图9－35　齿差调隙式 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）单螺母消隙　　（1）单螺母变位螺距预紧。

如图9－36所示，将螺母的内螺纹滚道在中部的一圈上，产生一个轴向ΔL0的导程突变量，从而使左右端的滚珠在轴向错位实现预紧这种调隙方法结构简单紧凑，运动平稳，特别适用于小型丝杠螺母副，但负荷量须预先设定且不能随意改变 　9第九章　数控机床的典型部件 图9－36　单螺母变位螺距预紧 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）单螺母螺钉预紧如图9－37所示，螺母在专业生产工厂完成精磨之后，沿径向开一薄槽，通过内六角调整螺钉实现间隙的调整和预紧该专利技术已成功地解决了开槽后滚珠在螺母中有良好的通过性的问题单螺母螺钉结构不仅具有很好的性能价格比，而且间隙的调整和预紧极为方便 9第九章　数控机床的典型部件 图9－37　单螺母螺钉预紧 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）滚珠丝杠螺母副预紧对于滚珠丝杠螺母副，为了保证传动精度和刚度，除消除传动间隙外，还要求预紧预紧力计算公式为 式中，Fmax为轴向最大工作载荷　　前述各例消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙的方法，都能对螺母副进行预紧调整时只要使预紧力Fv=（1/3）Fmax即可 9第九章　数控机床的典型部件 　　　4.4.滚珠丝杠的支撑滚珠丝杠的支撑　　数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支撑结构的刚度也是不可忽视的因素。

如为减少受力后的变形，螺母座应有加强肋，增大螺母座与机床的接触面积，并且要连接可靠另外，采用高刚度的推力轴承可提高滚珠丝杠的轴向承载能力　　滚珠丝杠的支撑方式有以下几种，如图9－38所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－38　滚珠丝杠的支撑方式(a)仅一端装推力轴承;(b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；(c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承 9第九章　数控机床的典型部件 　　　5 5．滚珠丝杠螺母副的维护．滚珠丝杠螺母副的维护　　(1)支撑轴承的定期检查应定期检查丝杠与床身的连接是否有松动以及支撑轴承是否损坏等如有以上问题，要及时紧固松动部位并更换支撑轴承　　(2)滚珠丝杠副的润滑和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润滑油及润滑脂两大类润滑油为一般机油、90～180号透平油或140号主轴油润滑脂可采用锂基油脂润滑油经过壳体上的油孔注入螺母的空间内，而润滑脂则加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内 9第九章　数控机床的典型部件 　　(3)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是用耐油橡皮或尼龙等材料制成的，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，所以会使摩擦力矩略有增加　　非接触式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的，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为迷宫式密封圈 9第九章　数控机床的典型部件 　　②防护罩对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋钢带、伸缩套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面这几种防护罩与导轨的防护罩有相似之处，其一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚珠丝杠的支撑座上 9第九章　数控机床的典型部件 　　6.6.滚珠丝杠副的制动装置滚珠丝杠副的制动装置　　由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用（特别是滚珠丝杠处于垂直传动时），为防止因自重下降，故必须装有制动装置图9－39所示为数控铣镗床主轴箱进给丝杠制动示意图机床工作时，电磁铁通电，使摩擦离合器脱开，运动由电机经减速齿轮传给丝杠，使主轴箱上、下移动当加工完毕或中间停车时，电机和电磁铁同时断电，借压力弹簧作用合上摩擦离合器，使丝杠不能转动，主轴箱便不会下落 9第九章　数控机床的典型部件 图9－39　数控铣镗床主轴箱进给丝杠制动示意图 9第九章　数控机床的典型部件 9.3　床身与立柱　床身与立柱 　　　1 1．床身．床身　　床身是机床的基础件，必须具有足够的静、动刚度和精度能长久保持的特性。

　　1）移动立柱式卧式床身　　移动立柱式卧式床身通常都采用T型床身它是由横置的前床身(又叫横床身)和与它垂直的后床身(又叫纵床身)组成T型床身有整体式和分离式两种，图9－40所示为卧式加工中心分离式T型床身 9第九章　数控机床的典型部件 图9－40　卧式加工中心分离式T型床身 9第九章　数控机床的典型部件 图9－41　TH6350卧式加工中心前床身截面 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）固定立柱式卧式床身　　这种床身适用于小型卧式机床，它一般采用整体结构，如图9－42（a）所示 　9第九章　数控机床的典型部件 　　3）斜床身　　为提高床身的刚性，数控卧式车床一般采用斜床身，如图9－42（b）所示斜床身可以改善机床切削加工时的受力情况，截面可以做成封闭的腔形结构，以提高床身刚性内部可以填充泥芯和混泥土等阻尼材料，在振动时利用相对磨损来耗散振动能量 9第九章　数控机床的典型部件 图9－42　固定立柱式卧式床身与斜床身(a)固定立柱式卧式床身；(b)斜床身 9第九章　数控机床的典型部件 　　图9－43所示为德国DNE480L型数控车床底座和床身示意图其底座内所填充的混凝土的内摩擦阻力较高，再配上封泥芯的床身，使机床有较高的抗振性。

该机床为四面密封结构，中间导轨后有纵向肋条，纵向每隔250mm有一横隔板床身封闭截面可提高抗弯和抗扭刚度，纵向肋条可提高中间导轨的局部刚度，隔板可减少截面的变形 9第九章　数控机床的典型部件 图9－43　DEN480L型数控车床底座和床身示意图 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　2 2．立柱．立柱　　1)卧式机床的立柱　　卧式机床的立柱目前大部分采用的是如图9－44所示的双立柱框架结构形式 9第九章　数控机床的典型部件 图9－44　双立柱框架结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　大、中型卧式机床的移动立柱固定于滑座上，而小型卧式机床的立柱则直接固定于床身上主轴箱装在双立柱的中间，沿立柱导轨上下运动，如图9－45所示 图9－45　主轴箱与双立柱 9第九章　数控机床的典型部件 　　这类立柱结构的优点是：　　(1)刚性高机床切削时，主轴所受的力的作用点在立柱的中央，加之立柱为对称形状，则立柱受扭矩力的因素少，从而大大加强了刚度　　（2）热对称性强因为主轴箱处在立柱的中央，而主轴箱又是机床的主要热源，使立柱成为热对称结构，所以减少了热变形的影响　　（3）稳定性好由于立柱内部肋板采用框架结构箱式布置，因此使得立柱的抗弯、抗扭刚度，以及构件的固有频率都得到了提高。

图9－46所示为卧式加工中心双立柱的横向截面　　这类立柱结构的缺点是：制造工艺性差，装配、调试不方便 9第九章　数控机床的典型部件 图9－46　卧式加工中心双立柱的横向截面 9第九章　数控机床的典型部件 　　2)立式机床的立柱　　因为主轴箱悬挂在立柱一侧，所以一般采用封闭的箱型结构和米字形的内部肋板；又因为米字形肋板铸造时比较困难，所以有些立柱仍采用井字形的肋板由于采用平衡锤平衡主轴箱的重量，因此平衡锤一般设在立柱内腔里，并随主轴箱的升降而升降采用这种平衡方式的立式机床立柱，其内腔是中空的，为加强立柱的刚性也可以采用斜方双层壁和对角线交叉立柱，如图9－47所示斜方双层壁和对角线交叉肋板都有很高的抗扭刚度和抗弯刚度，而且单位重量的刚度比其他结构的高 9第九章　数控机床的典型部件 图9－47　斜方双层壁和对角线交叉立柱(a)XK－716型立式加工中心;(b)STAMAMCI18型立式加工中心 9第九章　数控机床的典型部件 9.4　机床导轨　机床导轨 9.4.19.4.1　对导轨的要求　对导轨的要求　　导轨用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动运动的一方称为动导轨，不动的一方称为支撑导轨。

为保证机床加工的精度和稳定性，导轨必须满足以下要求：　　（1）高的导向精度导向精度保证部件运动轨迹的准确性导向精度受到导轨的结构形状、组合方式、制造精度和导轨间隙调整等的影响　　(2）良好的耐磨性耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持耐磨性受到导轨副的材料、硬度、润滑和载荷的影响9第九章　数控机床的典型部件 　　(3）足够的刚度在载荷的作用下，导轨刚度高，其保持形状不变的能力就强刚度受到导轨结构和尺寸的影响　　(4）具有低速运动的平稳性低速运动的平稳性使其运动部件在导轨上低速移动时，不会发生“爬行”现象造成“爬行”的主要因素有摩擦性质、润滑条件和传动系统的刚度 9第九章　数控机床的典型部件 9.4.2　数控机床上常用的导轨及其特点　数控机床上常用的导轨及其特点　　　　1．．滑动导轨滑动导轨　　1)滑动导轨的结构　　滑动导轨常见的截面形状如图9－48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 9第九章　数控机床的典型部件 图9－48　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 9第九章　数控机床的典型部件 　　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　　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9－49（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9－49（b））窄式导向制造容易，受热变形影响小 　9第九章　数控机床的典型部件 图9－49　窄式导向与宽式导向 (a)窄式导向；(b)宽式导向 9第九章　数控机床的典型部件 　　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 9第九章　数控机床的典型部件 　　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。

9第九章　数控机床的典型部件 　　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 　　9第九章　数控机床的典型部件 　　（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 9第九章　数控机床的典型部件 图9－50　镶粘塑料—金属导轨结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2 2．滚动导轨．滚动导轨　　1）滚动导轨的结构形式　　（1）滚动导轨块。

这是一种以滚动体作循环的滚动体移动部件移动时，滚动体沿封闭轨道作循环运动滚动体为滚珠或滚柱数控机床上采用的滚柱式滚动导轨块如图9－51所示，它多用于中等负荷导轨滚动导轨块由专业厂家生产，有多种规格、形式供用户选用使用时，导轨块装在运动部件上，每一导轨应至少用两块或更多块，导轨块的数目取决于导轨的长度和负载的大小与之相对的导轨多用镶钢淬火导轨 9第九章　数控机床的典型部件 图9－51　滚柱式滚动导轨块 (a)单元滚动块;(b)在加工中心上的应用 9第九章　数控机床的典型部件 　　(2)直线滚动导轨直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨它除导向外还能承受颠覆力矩，其制造精度高，可高速运行，并能长时间保持精度，通过预加负载可提高刚性，具有自调的能力，安装基面允许误差大直线滚动导轨的外形和结构如图9－52所示导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷到非工作负荷区，然后再滚动回到工作负载区，不断循环，从而把滚动体和滑块之间的移动变成了滚珠的滚动为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均有塑料密封垫。

滑块上还有润滑油注油杯，只要定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑 9第九章　数控机床的典型部件 图9－52　直线滚动导轨的外形和结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　2)滚动导轨的预紧　　为了提高滚动导轨的刚度，应对滚动导轨进行预紧预紧可提高接触刚度，消除间隙；在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和歪斜常见的预紧方法有以下两种：　　（1）采用过盈配合预加载荷大于外载荷，预紧力产生过盈量2～3μm，过大会使牵引力增加若运动部件较重，其重力可起预加载荷作用，若刚度满足要求，可不施预加载荷　　（2）调整法调整螺钉、斜块或偏心轮来进行预紧　　图9－53为滚动导轨的预紧方法 9第九章　数控机床的典型部件 图9－53　滚动导轨的预紧方法(a)滚柱或滚针导轨自由支撑;(b)滚柱或滚针导轨预加载荷； (c)交叉式滚柱导轨;(d)循环式滚动导轨块 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　3.3.液压导轨液压导轨　　液压导轨在机床上的使用主要是静压导轨在静压导轨两个相对运动的导轨面间通入压力油，可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系数极小（约0.0005）、功率消耗小、导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好，导轨运行平稳，既无爬行，也不会产生振动但静压导轨结构复杂，并需要一套有良好过滤效果的液压装置，因此制造成本较高目前，静压导轨较多应用在大型、重型数控机床上 9第九章　数控机床的典型部件 　　静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种，数控机床用闭式的静压导轨闭式静压导轨按供油方式可分为恒压（即定压）供油和恒流（即定量）供油两种恒压供油方式中以毛细管节流和单面薄膜反馈节流用得较多，其原理如图9－54所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－54　闭式静压导轨恒压供油原理 9第九章　数控机床的典型部件 9.4.39.4.3　导轨的润滑与防护　导轨的润滑与防护　　　　1 1．．导轨的润滑导轨的润滑　　1)润滑方法　　导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油这种方法简单、成本低，但不可靠，一般用于调节辅助导轨及运动速度低、工作不频繁的滚动导轨对运动速度较高的导轨大都采用润滑泵，以压力油强制润滑这样不但可连续或间歇供油给导轨进行润滑，而且可利用油的流动冲洗和冷却导轨表面。

为实现强制润滑，机床必须备有专门的供油系统图9－55为某加工中心导轨的润滑系统 9第九章　数控机床的典型部件 图9－55　加工中心导轨的润滑系统 9第九章　数控机床的典型部件 　　2)对润滑油的要求　　在工作温度变化时，润滑油粘度变化要小，要有良好的润滑性能和足够的油膜刚度，油中杂质尽量少且不浸蚀机件常用的全损耗系统用油有L—AN10、15、32、42、68，精密机床导轨油L—HG68，汽轮机油L—TSA32、46等9第九章　数控机床的典型部件 　　2 2．．导轨的防护导轨的防护　　为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置常用的刮板式、卷帘式和叠层式防护罩，大多用于长导轨机床上，如龙门刨床、导轨磨床等另外，还有手风琴式的伸缩式防护罩等在机床使用过程中应防止损坏防护罩，对叠层式防护罩应经常用刷子蘸机油清理移动接缝，以避免发生碰壳现象 9第九章　数控机床的典型部件 9.5　自动换刀装置　自动换刀装置9.5.19.5.1　自动换刀装置的分类　自动换刀装置的分类　　加工中心自动换刀装置根据其组成结构可分为：转塔式自动换刀装置、无机械手式自动换刀装置和有机械手式自动换刀装置。

其中，转塔式不带刀库，而后两种带刀库　　　　1.1.不带刀库的自动换刀装置不带刀库的自动换刀装置　　转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式两种回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床，转塔头式多用于数控钻、镗、铣床 9第九章　数控机床的典型部件 　　1）回转刀架式换刀　　回转刀架式换刀是一种简单的自动换刀装置在回转刀架各刀座安装或夹持着各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀回转刀架可在回转轴的径向和轴向安装刀具在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有以下几种类型：　　（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置单回转刀架数控车床如图9－56所示 　　9第九章　数控机床的典型部件 图9－56　单回转刀架数控车床 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具双回转刀架数控车床如图9－57所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具 9第九章　数控机床的典型部件 图9－57　双回转刀架数控车床 9第九章　数控机床的典型部件 　　（3）双排回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面。

双排回转刀架外形如图9－58所示回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔 9第九章　数控机床的典型部件 图9－58　双排回转刀架外形图 9第九章　数控机床的典型部件 　　回转刀架的工位数最多可达20多个，但最常用的是8、10、12和16工位4种工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生干涉的可能性就越大，因此在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象　　回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力，减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度 9第九章　数控机床的典型部件 　　CK3263系列数控车床回转刀架结构如图9－59所示，回转刀架的升起、转位、夹紧等动作都是由液压驱动的当数控装置发出换刀指令以后，液压油进入液压缸1的右腔，通过活塞推动刀架中心轴2将刀盘3左移，使定位副端齿盘4和5脱离啮合状态，为转位作好准备齿盘处于完全脱开位置时，啮合状态行程开关ST2发出转位信号，液压马达带动转位凸轮6旋转，凸轮依次推动回转盘7上的分度柱销8使回转盘通过键带动中心轴及刀盘作分度转动。

凸轮每转过一周拨过一个柱销，使刀盘旋转一个工位(1／n周，n为刀架工位数，也等于柱销数)刀架中心轴的尾端固定着一个有n个齿的凸轮，每当中心轴转过一个工位时，凸轮压合计数行程开关ST1一次，开关将此信号送入控制系统当刀盘旋转到预定工位时，控制系统发出信号使液压马达刹车，转位凸轮停止运动，刀架处于预定位状态与此同时，液压缸1左腔进油，通过活塞将刀架中心轴和刀盘拉回，端齿盘啮合，刀盘完成精定位和夹紧动作刀盘夹紧后，刀架中心轴尾部将ST2压下，发出转位结束信号 9第九章　数控机床的典型部件 图9－59　CK3263系列数控车床回转刀架结构简图 9第九章　数控机床的典型部件 　　刀盘转位驱动采用圆柱凸轮步进传动机构，其工作原理如图9－60所示圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条两端有头的凸轮轮廓从动回转盘端面有多个柱销，柱销数量与工位数相等当凸轮按图中所示方向旋转时，B销先进入凸轮轮廓的曲线段，这时凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时，A销与凸轮轮廓脱开当凸轮转过180°时，B销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段，同时与B销相邻的C销开始与凸轮的直线轮廓的另一侧面接触，凸轮继续转动，回转盘不动，刀架处于预定位状态。

由于凸轮是一个两端开口的非闭合曲线轮廓，所以凸轮在正反转时均可带动回转盘作正反方向的旋转，因此，这种刀架可通过控制系统中的逻辑电路来自动选择刀盘回转方向，以缩短转位时间，提高换刀速度 9第九章　数控机床的典型部件 图9－60　圆柱凸轮步进传动机构工作原理 9第九章　数控机床的典型部件 　　2)转塔头式换刀　　在使用转塔头式换刀的数控机床的转塔刀架上装有主轴头，转塔转动时更换主轴头实现自动换刀在转塔各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具图9－61所示为数控钻镗铣床，其可绕水平轴转位的转塔自动换刀装置上装有8把刀具，但只有处于最下端 “工作位置”上的主轴与主传动链接通并转动待该工步加工完毕，转塔按照指令转过一个或几个位置，待完成自动换刀后，再进入下一步的加工 9第九章　数控机床的典型部件 图9－61　数控钻镗铣床 9第九章　数控机床的典型部件 　　图9－62为卧式八轴转塔头结构转塔头内均布八根刀具主轴，结构完全相同，前轴承座2连同主轴1作为一个组件整体装卸，便于调整主轴轴承的轴向和径向间隙按压操纵杆12，通过顶杆14卸下主轴孔内的刀具由电动机经变速机构、传动齿轮、滑移齿轮4到齿轮13传动主轴。

上齿盘5固定在转塔体8上，下齿盘6则固定在转塔底座上转塔体8由两个推力球轴承7、9支撑在中心液压缸11上，活塞和活塞杆10固定在转塔头底座上当压力油进入油缸下腔时，转塔头即被压紧在底座上 9第九章　数控机床的典型部件 图9－62　卧式八轴转塔头结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　转塔头的转位过程如图9－63所示首先由液压拨叉(图中未示出)移动滑移齿轮4（图9－62），使它脱开齿轮13（图9－62），然后压力油经固定活塞杆10（图9－62）中的孔进入中心液压缸11（图9－62）的上腔，使转塔体8（图9－62）抬起，齿盘5（图9－62）和齿盘6（图9－62）脱开当转塔头体1抬起时，与其连在一起的大齿轮2也上移，与轴4上的齿轮3啮合当推动转塔头转位液压缸活塞移动时，活塞杆齿条5经齿轮传动轴4，使转塔头转位 9第九章　数控机床的典型部件 　　同时，轴4下端的小齿轮通过齿轮8、棘爪15、棘轮14、小轴12使杠杆11转动当转塔头下一个刀具主轴转到工作位置时，杠杆11端部的金属电刷从两同心圆环上的某一组电触点转动，与下一组电触点相接，这样就可识别和记忆转塔头工作主轴的号码，并给机床控制系统发出信号。

活塞杆齿条5每次移动，只能使转塔头做一次固定角度的分度运动，因此只适于顺序换刀当活塞杆齿条5到达行程终点时，固定在齿轮8上并随之转动的挡杆7按压微动开关6，发出信号使转塔头体下降压紧，转塔头定位夹紧时，大齿轮2下降与齿轮3脱开，此时大齿轮2下端面使一微动开关发出信号，使通向齿条油缸的油路换向，齿条活塞杆复位，这时齿轮8上的挡杆7按压微动开关13，发出转塔头转位完毕的信号液压拨叉重新将滑移齿轮4移到与齿轮13啮合的位置，使在工作位置的刀具主轴接通主运动链 9第九章　数控机床的典型部件 图9－63　转塔头的转位过程 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2.带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置 　　1）　无机械手式自动换刀装置　　无机械手式自动换刀装置，一般是把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库、某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置同时刀库中刀具的存放方向一般与主轴箱的装刀方向一致换刀时，由主轴和刀库的相对运动进行换刀动作，利用主轴取走或放回刀具图9－64为几种无机械手式自动换刀装置的立柱不动式卧式加工中心 9第九章　数控机床的典型部件 图9－64　几种无机械手式自动换刀装置的立柱不动式卧式加工中心(a)种类一；(b)种类二；(c)种类三 9第九章　数控机床的典型部件 图9－65　立柱不动式卧式加工中心无机械手式自动换刀装置的换刀过程(a)步骤一；(b)步骤二；(c)步骤三；(d)步骤四；(e)步骤五；(f)步骤六 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）有机械手式自动换刀装置　　有机械手式自动换刀装置一般由机械手和刀库组成。

其刀库的配置，位置及数量的选用要比无机械手的换刀装置灵活得多它可以根据不同的要求，配置不同形式的机械手，可以是单臂的、双臂的，甚至可以配置一个主机械手和一个辅助机械手的形式它能够配备多至数百把刀具的刀库换刀时间可缩短到几秒甚至零点几秒因此，目前大多数加工中心都装配了有机械手式自动换刀装置由于刀库位置和机械手换刀动作的不同，其自动换刀装置的结构形式也多种多样 　9第九章　数控机床的典型部件 9.5.29.5.2　刀库　刀库　　　　1.1.刀刀库库的的类类型型　　刀库的形式和容量主要是为了满足机床的工艺范围图9－66所示为常见的几种刀库的结构形式 9第九章　数控机床的典型部件 图9－66　常见的几种刀库的结构形式(a)直线刀库；(b)刀具径向布置的圆盘刀库；(c)刀具轴向布置的圆盘刀库；(d)刀具伞状布置的圆盘刀库；(e)刀具多圈布置的圆盘刀库；(f)多层圆盘刀库；(g)多排圆盘刀库；(h)单排链式刀库；(i)加长链条的链式刀库；(j)单面格子箱式刀库；(k)多面格子箱式刀库 9第九章　数控机床的典型部件 　　1）直线刀库　　直线刀库如图9－66（a）所示，刀具在刀库中直线排列，结构简单，存放刀具数量有限(一般为8～12把)，多用于数控车床，数控钻床也有采用。

9第九章　数控机床的典型部件 　　2）圆盘刀库　　圆盘刀库如图9－66（b）～（g）所示，其存刀量少则6～8把，多则50～60把，并且有多种形式 　　图9－66（b）所示刀库，刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端　　图9－66（c）所示刀库，刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可水平放置，其使用较为广泛 　　图9－66（d）所示刀库，刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端 9第九章　数控机床的典型部件 　　　3 3）链式刀库）链式刀库　　链式刀库也是较常使用的一种形式(见图9－66（h）、（i）)，这种刀库的刀座固定在链节上，常用的有单排链式刀库(见图9－66（h）)，一般存刀量小于30把，个别能达到60把若要进一步增加存刀量，则可使用加长链条的链式刀库(见图9－66（i）)图9－67给出了各种链式刀库 9第九章　数控机床的典型部件 图9－67　各种链式刀库(a)单排链式刀库;(b)多排链式刀库;(c)加长链条的链式刀库 9第九章　数控机床的典型部件 　　4)其他刀库　　刀库的形式还有很多，值得一提的是格子箱式刀库，如图9－66（j）、（k）所示，其刀库容量较大，可使整箱刀库与机外交换。

为减少换刀时间，换刀机械手通常利用前一把刀具加工工件的时间，预先取出要更换的刀具，当然所配的数控系统应具备该项功能　　这种刀库的占地面积小，结构紧凑，在相同的空间内可容纳的刀具数量较多，但选刀和取刀动作复杂，已经很少用于单机加工中心，多用于FMS（柔性制造系统）的集中供刀系统图9－66（j）、（k）分别为单面式和多面式格子箱式刀库 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2 2．刀库的容量．刀库的容量　　刀库的容量并不是越大越好，太大反而会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀时间增长应根据广泛的工业统计，依照该机床大多数工件加工时需要的刀具数量来确定刀库容量据资料分析，对于钻削加工，用10把刀具就能完成80%的工件加工，用20把刀具就能完成90%的工件加工；对于铣削加工，只需4把铣刀就可以完成90%的铣削工艺；对于车削加工，只需10把刀具即可完成90%的工艺加工若是从完成被加工工件的全部工序考虑进行统计，得到的结果是大部分（超过80%）的工件完成其全部加工只需40把左右刀具就足够了因此从使用角度出发，刀库的容量一般为10～40把，盲目地加大刀库容量，会使刀库的利用率降低，结构过于复杂，而造成很大的浪费。

9第九章　数控机床的典型部件 　　　　3 3．刀库的选刀方式．刀库的选刀方式　　常用的刀具选择方法有顺序选刀和任意选刀两种顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能搞错，加工是按顺序调刀加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，不仅操作烦琐，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度不稳定其优点是刀库的驱动和控制都比较简单因此，这种方式适合于加工批量较大，工件品种数量较少的中、小型自动换刀机床 9第九章　数控机床的典型部件 9.5.39.5.3　机械手　机械手　　　　1.1.机械手的形式与种类机械手的形式与种类　　在自动换刀数控机床中，机械手的形式也是多种多样的，常见的有如图9－68所示的几种形式　　1）单臂单爪回转式机械手（图9－68（a））　　这种机械手的手臂可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长 　　9第九章　数控机床的典型部件 　　2）单臂双爪摆动式机械手（图9－68（b））　　这种机械手的手臂上有两个夹爪，两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务，另一个夹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短。

9第九章　数控机床的典型部件 　　3）单臂双爪回转式机械手（图9－68（c））　　这种机械手的手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180°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9－68(c)右边的一种机械手在爪取刀具或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩 9第九章　数控机床的典型部件 　　4）双机械手（图9－68（d））　　这种机械手相当于两个单臂单爪机械手，相互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中取出“新刀”装入机床主轴 9第九章　数控机床的典型部件 　　5）双臂往复交叉式机械手（图9－68（e））　　这种机械手的两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个机械手由刀库中取出“新刀”装入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换刀运动 9第九章　数控机床的典型部件 　　6）双臂端面夹紧式机械手（图9－68（f））　　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。

 9第九章　数控机床的典型部件 图9－68　常见的机械手形式(a)单臂单爪回转式机械手；(b)单臂双爪摆动式机械手；(c)单臂双爪回转式机械手； (d)双机械手；(e)双臂往复交叉式机械手；(f)双臂端面夹紧式机械手 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2.2.常用换刀机械手常用换刀机械手　　1）单臂双爪式机械手　　单臂双爪式机械手也叫扁担式机械手，它是目前加工中心上使用较多的一种这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由液压缸来完成根据结构要求，可以采取液压缸动、活塞固定或活塞动、液压缸固定的结构形式而手臂的回转动作则通过活塞的运动带动齿条齿轮传动来实现机械手臂的不同回转角度由活塞的可调行程来保证如SOLON3－1卧式加工中心机械手就是这样的，其结构如图9－69所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－69　SOLON3－1卧式加工中心机械手的结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　在刀库中存放刀具的轴线与主轴轴线相垂直机械手有三个自由度：沿主轴轴线方向移动M，实现从主轴拔刀动作；绕竖直轴90°摆动S1，实现刀库与主轴之间刀具的传送；绕水平轴180°摆动S2，实现刀库与主轴刀具的交换。

机械手的抓刀原理如图9－70所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－70　机械手的抓刀原理 9第九章　数控机床的典型部件 　　其换刀过程的分解动作如图9－71所示　　①抓爪伸出，抓住刀库上的刀具刀库刀座上的锁板拉开　　②机械手带着刀库上的刀具绕竖直轴逆时针方向摆动90°，另一个抓爪伸出抓住主轴上的刀具　　③机械手前移，将刀具从主轴上取下　　④机械手绕自身水平轴转动180°，将两把刀具交换位置　　⑤机械手后退，将新刀具装入主轴　　⑥抓爪回缩，松开主轴上的刀具机械手绕竖直轴回摆90°，将刀具放回刀库，刀库刀座上的锁板合上　　⑦抓爪缩回，松开刀库上的刀具，恢复到原始位置 9第九章　数控机床的典型部件 图9－71　换刀过程的分解动作9第九章　数控机床的典型部件 　　这种机械手采用了液压装置，既要保证不漏油，又要保证机械手动作灵活，而且每个动作结束之前均必须设置缓冲机构，以保证机械手的工作平稳、可靠由于液压驱动的机械手需要严格地密封，还需较复杂的缓冲机构，又由于控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因而换刀速度慢近年来，国内外先后研制出凸轮联动式单臂双爪机械手，其工作原理如图9－72所示。

9第九章　数控机床的典型部件 图9－72　凸轮联动式单臂双爪机械手的工作原理 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）双臂单爪交叉型机械手　　由北京机床所开发并生产的JCS013型卧式加工中心，所用的换刀机械手就是双臂单爪交叉型机械手，如图9－73所示9第九章　数控机床的典型部件 图9－73　JCS013型卧式加工中心的双臂单爪交叉型机械手 9第九章　数控机床的典型部件 　　3）单臂双爪且手臂回转轴与主轴成45°的机械手　　这种机械手的优点是换刀动作可靠，换刀时间短；缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近 9第九章　数控机床的典型部件 9.6　数控机床的位置检测装置　数控机床的位置检测装置 9.6.19.6.1　对数控机床位置检测装置的要求　对数控机床位置检测装置的要求　　伺服系统是机床的驱动部分，计算机输出的控制信息通过伺服系统和传动装置变成机床运动位置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分，其作用是检测位移和速度，发送反馈信号，并与数控装置发出的指令信号比较，若有偏差，则经过放大后控制执行部件向着消除偏差的方向运动，直至偏差为零。

为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度不同的数控机床对检测元件和检测系统的精度要求、允许的最高移动速度都不相同一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.1mm之间，测量精度为±（0.001～0.02）mm／m系统分辨率的提高，对机床加工精度有一定的影响，但不宜过小，分辨率的选取和脉冲当量的选择方法一样，按机床加工精度的1/10～1/3选取 9第九章　数控机床的典型部件 　　对数控机床位置检测装置的基本要求是：　　(1)高可靠性和高抗干扰性检测装置应能抗各种电磁干扰，基准尺对温、湿度敏感性低，温、湿度变化对测量精度影响小　　(2)使用维护方便，适合机床运行环境测量装置安装时要有一定的安装精度要求，安装精度要合理由于受使用环境的影响，整个测量装置应该有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施　　(3)能够满足精度和速度的要求　　（4)易于实现高速的动态测量、处理和自动化　　(5)成本低、寿命长 9第九章　数控机床的典型部件 9.6.29.6.2　位置检测装置的分类　位置检测装置的分类　　　　1 1．．数字式测量和模拟式测量数字式测量和模拟式测量　　数字式测量是将被测量单位量化以后用数字形式来表示的。

数字测量的输出信号一般是电脉冲，可以把它直接送到数控装置(计算机)进行比较、处理光栅位移测量装置就是典型的检测装置数字式测量的特点是：　　（1）被测量转化成脉冲个数，便于显示和处理；　　（2)测量精度取决于测量单位，与量程基本无关(当然也有积累误差)；　　（3)测量装置比较简单，抗干扰能力强 9第九章　数控机床的典型部件 　　模拟式测量是将被测量用连续的变量(如相位变化、电压幅值变化)来表示的在数控机床上，模拟式测量主要用于小量程的测量，例如感应同步器的一个线距内的信号相位变化等　　模拟式测量的特点是：　　（1)直接测量被测量，无须变换；　　（2)在小量程内可以实现高精度测量，如旋转变压器、感应同步器等 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2 2．增量式测量和绝对式测量．增量式测量和绝对式测量　　增量式测量只测量位移增量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号其优点是检测装置简单，任何一个对中点都可以作为测量起点，在轮廓控制数控机床上大都采用这种测量方式但在此系统中，移距是通过对测量信号计数后读出的，一旦计数有误，后面的测量结果将全错发生事故后不能找到事故前的位置，事故排除后，必须将工作台移到起点重新计数才能找到事故前的正确位置。

　　绝对式测量可以避免上述缺点，对于被测量的任意一点位置均由固定的零点作基准，每一被测点都有一个相应的测量值这种方式对分辨率要求越高，结构越复杂 9第九章　数控机床的典型部件 　　　3 3．直接测量和间接测量．直接测量和间接测量　　直接测量是将检测装置直接安装在执行部件上测量直线位移量常用光栅、感应同步器等检测装置其优点是直接反映工作台的直线位移量，测量精度高；缺点是检测装置要和行程等长，这对大型数控机床是一个很大的限制　　间接测量是通过测量与工作台直线运动相关联的回转运动，间接地测量工作台的直线位移，检测装置常用旋转变压器等间接测量使用可靠方便，无长度限制；其缺点是测量信号加入了直线运动转变为回转运动的传动链误差，从而影响测量精度9第九章　数控机床的典型部件 　　根据伺服系统位置检测的特点，把传感器分为回转型和直线型，回转型用于检测角位移，直线型用于检测直线位移数控机床中常用的位置检测元器件见表9－1 表表9－－1　数控机床中常用的位置检测元器件　数控机床中常用的位置检测元器件 9第九章　数控机床的典型部件 9.6.39.6.3　常用位置检测装置及工作原理　常用位置检测装置及工作原理　　　　1.1.光栅光栅　　光栅也称为光栅尺，它是一种高精度的直线位移传感器，在数控机床上用于测量工作台的位移，属直接测量，并组成位置闭环伺服系统。

图9－74为光栅外观示意图 9第九章　数控机床的典型部件 图9－74　光栅外观 9第九章　数控机床的典型部件 　　1）光栅的结构　　数控机床中的光栅可以按光线在光栅中是反射还是透射分为反射光栅和透射光栅，如图9－75所示，还可以按形状分为圆光栅和长光栅圆光栅用于测量角位移，长光栅用于测量直线位移目前，光栅的制作精度通过激光技术达到了微米级，通过细分电路可以做到0.1μm甚至更高的分辨率　　如图9－75所示，光栅检测装置主要由光源、透镜、标尺光栅G1(长光栅)、指示光栅G2(短光栅)和光敏元件等组成 9第九章　数控机床的典型部件 图9－75　光栅种类(a)透射光栅;(b)反射光栅 9第九章　数控机床的典型部件 　　光栅是在一块长方形的光学玻璃或金属镜面上均匀地刻有许多与运动方向垂直的线纹，常用的光栅每毫米刻有50、100或200线纹相邻线纹之间的距离称为栅距，栅距可以根据测量精度确定标尺光栅安装在机床的移动部件上，指示光栅安装在机床的固定部件上两块光栅的刻线密度必须相同，且相互平行并保持0.05～0.1mm的间隙　　在实际应用中，常常把光源、指示光栅和光敏元件等组合在一起，将其称为读数头。

读数头又称为位移—光电变换器，它是位置信息的检出装置，与标尺光栅配合产生莫尔条纹，光敏元件通过测量莫尔条纹的变化给出位移的大小和方向 9第九章　数控机床的典型部件 　　2)光栅的工作原理　　安装光源、指示光栅和光敏元件等组件时，指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一个很小的角度θ，两光栅尺上的线纹相互交叉，如图9－76所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－76　光栅的工作原理 9第九章　数控机床的典型部件 　　在光源的照射下，交叉点附近的区域内黑线重叠，透明区域变大，挡光效应最弱，透光的累积使该区域出现亮带；而距交叉点越远的区域，两光栅不透明黑线的重叠部分越少，黑线的挡光效应增强，该区域出现暗带　　这种明暗相间与光栅线纹几乎垂直的条纹称为莫尔条纹莫尔条纹具有以下特点：　　（1）放大作用当两光栅尺线纹之间的夹角θ很小时，莫尔条纹的节距W和栅距P之间的关系为 9第九章　数控机床的典型部件 　　由此可见，莫尔条纹的节距是光栅栅距的1/θ倍因为θ很小，所以W>>P，即莫尔条纹具有放大作用若设P=0.01mm，θ=0.01rad，可得W=1mm，从而把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。

9第九章　数控机床的典型部件 　　(2)平均效应莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如100条／mm的光栅，10mm宽的莫尔条纹就由1000条线纹组成，这样对个别线纹的间距误差就不敏感，这在很大程度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差 9第九章　数控机床的典型部件 　　(3)信息变换作用莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例当光栅向左或向右移动一个栅距P时，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个节距W根据光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，只要测量出莫尔条纹移过的距离，就可以得出光栅移动的微小距离　　（4）光强分布规律当用平行光束照射光栅时，就会形成明、暗相间的莫尔条纹由亮纹到暗纹，再由暗纹到亮纹的光强分布近似余弦函数 9第九章　数控机床的典型部件 　　3)信号处理　　光栅输出的信号有两种：一种是正弦波信号；另一种是方波信号　　（1）倍频处理正弦波输出有电流型和电压型，对正弦波输出信号需经过差动放大、整形及倍频处理后得到脉冲信号倍频可提高光栅的分辨精度，如5倍频、10倍频等如原光栅线纹为50条／mm，经5倍频处理后，相当于将线纹密度提高到250条／mm图9－77所示为HEIDENHAIN光栅电流型输出信号经5倍频处理后的信号波形。

9第九章　数控机床的典型部件 图9－77　HEIDENHAIN光栅电流型输出信号的波形(a)正弦信号;(b)整形后的信号;(c)5倍频处理后的信号9第九章　数控机床的典型部件 　　(2)方向判别光栅输出信号经差动放大和信号处理后，获得PA、PB脉冲信号，PA和PB的超前或滞后经方向判别电路处理后，得到以高、低电平表示的方向信号，如图9－78所示 9第九章　数控机床的典型部件 图9－78　方向判别 9第九章　数控机床的典型部件 　　　2.2.光电编码器光电编码器　　1）光电脉冲编码器的结构　　图9－79所示为增量式光电脉冲编码器的结构，它由电路板、圆光栅、指示光栅、轴、光敏元件、光源和连接法兰等组成圆光栅是在一个圆盘的圆周上刻有相等间距的线纹，分为透明的和不透明的部分，圆光栅与工作轴一起旋转与圆光栅相对平行地放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面刻有相差1／4节距的两个狭缝和一个零位狭缝(一转发出一个脉冲)光电脉冲编码器通过十字连接头或键与伺服电机相连它的法兰固定在电机端面上，罩上防尘罩，即可构成一个完整的检测装置 9第九章　数控机床的典型部件 图9－79　增量式光电脉冲编码器结构示意图 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）光电脉冲编码器的工作原理　　当圆光栅旋转时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗相间的条纹。

光敏元件接收这些明暗相间的光信号，并转换为交替变化的电信号该信号为两组近似于正弦波的电流信号A和B，A信号和B信号相位相差90°，经过放大和整形变成方波，如图9－80所示通过两个光栅的信号，还有一个“一转脉冲”(一转发出一个脉冲)，称为Z相脉冲，该脉冲也是通过上述处理得来的Z相脉冲用来产生机床的基准点，该脉冲以差动形式Z和 (Z的反相)输出　　从图9－80可看出，根据信号A和信号B的发生顺序，即可判断光电编码器轴的正反转若A相超前于B相，则为正转；若B相超前于A相，则为反转数控系统正是利用这一相位关系来判断方向的 9第九章　数控机床的典型部件 图9－80　光电脉冲编码器的输出波形 9第九章　数控机床的典型部件 　　3）光电脉冲编码器在数控机床上的应用　　(1)位置测量在数控机床上，光电脉冲编码器用在数字比较伺服系统中，作为位置检测装置，将检测信号反馈给数控装置　　图9－81(a)和(b)所示分别为光电脉冲编码器信号处理电路和输出波形 9第九章　数控机床的典型部件 图9－81　光电脉冲编码器信号处理电路和输出波形(a)输出电路；(b)输出波形 9第九章　数控机床的典型部件 　（2）转速测量。

　　转速可由光电编码器发出的脉冲频率或周期进行测量　　用脉冲频率法测转速，是在给定的时间内对光电编码器发出的脉冲计数，然后由下式求出其转速，即 式中,t为测速采样时间，单位为s；N1为t时间内测得的脉冲数；N为编码器每转脉冲数 9第九章　数控机床的典型部件 　　图9－82所示为用脉冲频率法测量转速原理，在给定t时间内，使门电路选通，编码器输出的脉冲允许进入计数器计数，这样可以看出t时间内光电编码器的平均转速 　　9第九章　数控机床的典型部件 图9－82　用脉冲频率法测量转速原理图 9第九章　数控机床的典型部件 　　图9－83所示为利用脉冲周期法测量转速原理，当编码器输出脉冲正半周期时导通门电路，标准时钟脉冲通过控制门进入计数器计数，由计数编码器可得出转速n，即 式中,N为编码器每转脉冲数；N2为编码器一个脉冲间隔内标准时钟脉冲输出个数；T为标准时钟脉冲周期，单位为s 9第九章　数控机床的典型部件 图9－83　用脉冲周期法测量转速原理图 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　3.3.感应同步器感应同步器　　感应同步器也是一种电磁式的位置检测传感器，用于直线位移的测量，主要部件包括定尺和滑尺，其结构如图9－84所示。

　　定尺和滑尺分别安装在机床床身和移动部件上，并随工作台一起移动，两者平行放置，并保持0.2～0.3mm的间隙标准的感应同步器定尺长250mm，尺上是单向、均匀、连续的感应绕组；滑尺长100mm，尺上有两组励磁绕组，一组为正弦励磁绕组us，一组为余弦励磁绕组uc滑尺绕组的节距与定尺绕组的节距相同，均为2mm，用τ表示当正弦励磁绕组与定尺绕组对齐时，余弦励磁绕组与定尺绕组相差1/4节距由于定尺绕组是均匀的，故滑尺上的两个绕组在空间位置上相差1/4节距，即π/2相位角 9第九章　数控机床的典型部件 图9－84 感应同步器结构示意图9第九章　数控机床的典型部件 　　定尺和滑尺的基板采用与机床床身热胀系数相近的材料，上面有用光学腐蚀方法制成的铜箔锯齿形的印制电路绕组，铜箔与基板之间有一层极薄的绝缘层在定尺的铜绕组上面涂一层耐腐蚀的绝缘层，以保护尺面在滑尺的绕组上面用绝缘粘接剂粘贴一层铝箔，以防静电感应　　感应同步器可以采用多块定尺接长，通过调整相邻定尺间隔，使总长度上的累积误差不大于单块定尺的最大偏差在行程为几米到几十米的中型或大型机床中，工作台位移的直线测量大多数采用感应同步器来实现。

当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，使感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器就是利用这个特点来进行测量的根据励磁绕组中励磁方式的不同，感应同步器有相位工作方式和幅值工作方式 9第九章　数控机床的典型部件 　　1)相位工作方式　　给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、幅值相同，但相位差90°的励磁电压，即 us=Umsinωtuc=Umsin(ωt+π/2)=Umcosωt当滑尺移动X距离时，定尺绕组中的感应电压为 ud=kUmsin(ωt-θ)=kUmsin(ωt-2πX/τ) 式中，Um为励磁电压幅值；k为电磁耦合系数；θ为电气相位角；X为滑尺移动距离；τ为节距 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）幅值工作方式　　给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以相位相同、频率相同，但幅值不同的励磁电压，即 式中，θ1为电气给定角 当滑尺移动时，定尺上的感应电压为 ud=kUmsin(θ1–θ)=kUmsinωtsinΔθ 9第九章　数控机床的典型部件 当Δθ很小时，定尺上的感应电压可近似表示为 ud=kUmsinωtΔθ 又因为 Δθ=2πΔX/τ 则 ud=kUm(2π/τ)ΔXsinωt 式中,ΔX为滑尺位移增量。

　　由此可以看出，当位移增量ΔX很小时，感应电压的幅值和ΔX成正比，因此，可以通过测量ud的幅值来测定位移量ΔX的大小 9第九章　数控机床的典型部件 　　　　4 4．旋转变压器．旋转变压器　　旋转变压器是一种控制用的微电动机，它能将机械转角变换成电信号输出旋转变压器在结构上与两相式异步电动机相似，由定子和转子组成定子绕组为变压器的初级，转子绕组为变压器的次级，励磁电压接到定子绕组上旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，抗干扰性强，工作可靠，因此在数控机床上广泛应用 9第九章　数控机床的典型部件 　　旋转变压器在结构上保证定子和转子之间空气隙内的磁通分布符合正弦规律，当励磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势，其工作原理如图9－85所示旋转变压器输出电压的大小取决于转子的角向位置，即随着转子偏转的角度呈正弦变化当转子绕组的磁轴与定子绕组的磁轴位置转动到一角度θ时，转子绕组中产生的感应电动势为 E1=nU1sinθ=nUmsinωt sinθ 式中，n为变压比；U1为定子的输出电压；Um为定子的最大瞬时电压 9第九章　数控机床的典型部件 　　当转子转到两磁轴平行，即θ=90°时，转子绕组中的感应电动势最大，应为 E1=nUmsinωt 旋转变压器和感应同步器一样，也有相位工作方式和幅值工作方式。

9第九章　数控机床的典型部件 图9－85　旋转变压器的工作原理 (a)工作原理；(b)输出曲线9第九章　数控机床的典型部件 　　1）相位工作方式　　给旋转变压器定子的两相正交绕组分别通以幅值相等、频率相同，相位相差90°的正弦交变电压，在转子绕组中会产生感应电动势转子绕组为两相正交绕组，其中一相作为补偿电枢反应根据线性叠加原理，在转子工作绕组中的感应电动势为 Es=nUmsin (ωt+a) 式中，a为定子正弦绕组轴线与转子工作绕组轴线间的夹角；ω为励磁角频率 9第九章　数控机床的典型部件 　　旋转变压器转子绕组中的感应电动势Es与定子绕组中的励磁电压同频率，但相位差值为a通过测量转子绕组输出电压的相位角a，就可测得转子相对于定子的空间转角位置在实际中，把定子正弦绕组励磁交流电压的相位作为基准相位，来确定转子转角的位置 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）幅值工作方式　　给定子两相绕组通以频率相同、相位相同，幅值分别按正弦、余弦变化的电压定子励磁电压在转子中产生的感应电动势不仅与转子和定子的相对位置a机有关，还与励磁的幅值有关，即 Es=nUmsin(a机-a电)sinωt 式中，a机为转子绕组轴线与垂直方向的夹角；a电为电气夹角。

　　若电气夹角a电已知，只要测出Es的幅值，就可间接地求出a机值，即可知被测角位移的大小特殊情况下，当幅值为0时，电气夹角a电的大小就是被测角位移的大小在鉴幅工作方式时，不断调整a电，使幅值等于0，就可用a电代替对a机的测量，而a电是可以通过电路测量得到的 9第九章　数控机床的典型部件 　　　5 5．磁栅．磁栅　　磁栅是一种录有等节距磁化信号的磁性标尺或磁盘，可用于数控系统的位置测量，其录磁和拾磁原理与普通磁带相似在检测过程中，磁头读取磁性标尺上的磁化信号并把它转换成电信号，然后通过检测电路把磁头相对于磁尺的位置送入计算机或数显装置磁栅与光栅、感应同步器相比，测量精度略低一些，但它有其独特的优点：首先，它制作简单，安装、调整方便，成本低，磁栅上的磁化信号录制完，若发现不符合要求，可抹去重录，也可安装在机床上再录磁，以避免安装误差；其次，磁尺的长度可任意选择，也可录制任意节距的磁信号；第三，它耐油污、灰尘等，对使用环境要求低 9第九章　数控机床的典型部件 　　1）磁栅结构　　磁栅按其结构可分为线型、尺型和旋转型三种磁栅测量装置由磁性标尺、拾磁磁头和测量电路组成　　（1）磁性标尺。

磁性标尺常采用不导磁材料作基体，在上面镀上一层10～30μm厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜；再用录磁磁头在尺上记录相等节距的周期性磁化信号，用以作为测量基准，信号可为正弦波、方波等，节距通常为0.05μm、0.1μm、0.2μm；最后在磁尺表面还要涂上一层1～2μm厚的保护层，以防磁头与磁尺频繁接触而形成的磁膜磨损 9第九章　数控机床的典型部件 　　（2）拾磁磁头拾磁磁头是一种磁电转换器，用来把从磁尺上检测出来的磁化信号变成电信号送给测量电路拾磁磁头可分为动态磁头和静态磁头动态磁头又称为速度响应型磁头，它只有一组输出绕组，所以只有当磁头和磁尺有一定相对速度时才能读取磁化信号，并有电压信号输出这种磁头用于录音机和磁带机，不能用来测量位移由于用于位置检测用的磁栅要求当磁尺与磁头相对运动速度很低或处于静止时也能测量位移或位置，所以应采用静态磁头静态磁头又称为磁通响应型磁头，它在普通动态磁头上加有带励磁线圈的可饱和铁芯，从而利用了可饱和铁芯的磁性调制的原理静态磁头可分为单磁头、双磁头和多磁头 9第九章　数控机床的典型部件 　　2）磁栅工作原理　　单磁头结构如图9－86所示，磁头有两组绕组，一组为拾磁绕组，一组为励磁绕组。

在励磁绕组中加一高频的交变励磁信号，则在铁芯上产生周期性正反向饱和磁化，使磁芯的可饱和部分在每周期内两次被电流产生的磁场饱和当磁头靠近磁尺时，磁尺上的磁通在磁头气隙处进入铁芯，并流过拾磁绕组的磁芯而产生感应电压输出： 9第九章　数控机床的典型部件 图9－86　磁通响应型单拾磁磁头结构(a)磁场分布；(b)磁头结构 9第九章　数控机床的典型部件 　　双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，其结构如图9－87所示两磁头按(m±1／4)λ配置（m为正整数），它们的输出电压分别是 　　由于单磁头读取磁性标尺上的磁化信号输出电压很小，而且对磁尺上磁化信号的节距和波形要求高，因此可将多个磁头以一定的方式串联起来形成多间隙磁头，如图9－88所示9第九章　数控机床的典型部件 图9－87　双磁头结构 9第九章　数控机床的典型部件 图9－88　多间隙磁头 9第九章　数控机床的典型部件 9.7　自动排屑装置　自动排屑装置 9.7.19.7.1　自动排屑装置在数控机床中的作用　自动排屑装置在数控机床中的作用　　数控机床加工效率高，单位时间内数控机床的金属切削量高于普通机床，这使工件上的多余金属变成切屑后所占的空间也成倍增大。

这些切屑占用加工区域，如果不及时清除，必然会覆盖或缠绕在工件上，使自动加工无法继续进行此外，带热的切屑还会向机床或工件散发热量，使机床或工件产生变形，影响加工精度因此，迅速、有效地排除切屑对数控机床加工来说十分重要，而排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到数控机床之外另外，排屑装置必须将切屑从其中分离出来，送入切屑收集箱或小车里，而将切屑液回收到冷却液箱 9第九章　数控机床的典型部件 9.7.29.7.2　典型自动排屑装置　典型自动排屑装置　　自动排屑装置的安装位置一般都尽可能靠近切削区域如车床的自动排屑装置装在旋转工件下方，铣床和加工中心的自动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　　自动排屑装置的种类繁多，下面是几种常见的自动排屑装置 9第九章　数控机床的典型部件 　　（1）平板链式自动排屑装置如图9－89（a）所示，这种排屑装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用　　（2）刮板式自动排屑装置如图9－89（b）所示，它的传动原理基本与平板链式相同，只是链板不同，它的链板带有刮板，常用于短小切屑的排屑。

　　（3）螺旋式自动排屑装置如图9－89（c）所示9第九章　数控机床的典型部件 图9－89　常见的自动排屑装置 9第九章　数控机床的典型部件 　　（4）倾斜式床身及切屑传送带自动排屑装置图9－90是倾斜式床身及切屑传送带自动排屑装置，为防止切屑滞留在滑动面上，床体上的床身倾斜布置，加工中的切屑落到传送带上就会被带出机床倾斜式床身及切屑传送带自动排屑装置广泛用于中、小型数控车床 9第九章　数控机床的典型部件 图9－90　倾斜式床身及切屑传送带自动排屑装置 9第九章　数控机床的典型部件 　　(5)旋转式交换工作台自动排屑系统图9－91是一种包含切屑清理、清扫工作台和工作台自动交换功能的旋转式交换工作台自动排屑系统的工作过程示意图 9第九章　数控机床的典型部件 图9－91　旋转式交换工作台自动排屑系统工作过程示意图(a)步骤一；(b)步骤二；(c)步骤三；(d)步骤四；(e)步骤五；(f)步骤六；(g)步骤七；(h)步骤八 。