數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸的組成與裝配方法

摘 要： 數(shù)控機(jī)床的普遍使用，迫使使用者掌握更多的數(shù)控知識(shí)，了解數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸的組成與裝配方法是重量的一部分。穩(wěn)定的控制方法（伺服控制）和精密的機(jī)械傳動(dòng)部件（滾珠絲杠）是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床精密加工的手段，而對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部件的精確安裝是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確位移的保障。如何將這一機(jī)械傳動(dòng)的關(guān)鍵部件滾珠絲杠準(zhǔn)確安裝是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配的關(guān)鍵步驟。Z向進(jìn)給軸精確組裝需要一套精良的檢測(cè)工具，并且檢測(cè)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞： 滾珠絲杠 摩擦阻力 檢棒 平行度 預(yù)緊力

現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)數(shù)控人才的要求越來(lái)越高，其中一項(xiàng)就是對(duì)數(shù)控機(jī)床的日常維護(hù)和維修，為此很多學(xué)校都開(kāi)設(shè)了《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程，旨在使學(xué)生基本掌握數(shù)控機(jī)床的故障診斷方法。并且每年各省的“數(shù)控機(jī)床維修與調(diào)試”對(duì)參賽學(xué)生的技能要求非常高，所以數(shù)控機(jī)床維修這項(xiàng)技術(shù)得到了廣大師生的重視。為此，我結(jié)合一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)控車床Z進(jìn)給軸的拆裝和檢測(cè)過(guò)程做詳細(xì)的論述，希望對(duì)從事數(shù)控機(jī)床這一行業(yè)工作者有所幫助。

一、數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)概述

數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)控制過(guò)程是伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母帶動(dòng)溜板直線移動(dòng)（Z軸位移）和刀架進(jìn)行直線移動(dòng)（X軸位移）。數(shù)控車床定位精度要求很高，直線位移達(dá)“微米”級(jí)，而且要求有很高的快速響應(yīng)特性（靈敏度）和穩(wěn)定性。因此，數(shù)控車床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分有如下基本要求：

1.減小摩擦阻力。為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速反應(yīng)性能和精度，必須減小運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦力之差。為達(dá)到上述要求，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲桿螺母副、靜壓絲桿螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。在減小摩擦阻力的同時(shí)，還必須考慮傳動(dòng)部件要有適度的阻力，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.保證傳動(dòng)零件的制造精度和剛度，并且對(duì)滾珠絲杠和軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除傳動(dòng)件的間隙以提高進(jìn)給精度和剛度。

3.減小運(yùn)動(dòng)慣量。運(yùn)動(dòng)部件的慣量對(duì)私服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響，尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件，慣量的影響更大。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下要盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運(yùn)動(dòng)部件的慣量。

4.高諧振。為了提高進(jìn)給的抗震性，應(yīng)使機(jī)械構(gòu)件具有較高的固有頻率和合適的阻力，一般要求進(jìn)給系統(tǒng)的固有頻率高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率兩三倍。

二、數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的組成

數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)組成。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成，檢測(cè)系統(tǒng)由檢測(cè)元件與反饋電路組成。主要部件及功能如下：

1.機(jī)械傳動(dòng)部件——滾珠絲杠螺母副

傳動(dòng)精度的提高是數(shù)控機(jī)床的一大優(yōu)點(diǎn)，而決定傳動(dòng)精度的機(jī)械傳動(dòng)副就是滾珠絲杠螺母副。傳動(dòng)阻力為滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力減小，傳動(dòng)力矩減小；定位精度和重復(fù)定位精度比較高；使用壽命長(zhǎng)。

2.動(dòng)力部件——交流伺服電機(jī)

交流伺服電機(jī)區(qū)別于三相異步交流電機(jī)的最大區(qū)別是控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確。它是利用電壓信號(hào)控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。

3.驅(qū)動(dòng)控制單元——伺服驅(qū)動(dòng)器

伺服驅(qū)動(dòng)器在變頻技術(shù)基礎(chǔ)上，不僅控制電流和速度，而且控制位置，控制精確。

4.檢測(cè)元件——編碼器和光柵

編碼器與伺服電機(jī)相連，通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位置，經(jīng)過(guò)編碼器將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換直線位移。

光柵是利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置。光柵尺一般由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床活動(dòng)部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床移動(dòng)部件上。光讀頭通過(guò)檢測(cè)莫爾條紋個(gè)數(shù)，“讀取”光柵刻度，然后根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的作用，計(jì)算出光柵尺的位移和速度。

三、數(shù)控車床Z進(jìn)給軸組裝

如圖一所示，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的安裝形式主要有如下幾種。

（a） （b）

（c） （d）

圖一 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的安裝形式

1-電動(dòng)機(jī) 2-彈性聯(lián)軸器 3-軸承 4-滾珠絲杠 5-滾珠絲杠螺母 6-同步帶輪 7-彈性脹緊套 8-鎖緊螺釘

本文主要以CK6140e數(shù)控車床為例說(shuō)明數(shù)控車床Z進(jìn)給軸的安裝步驟，CK6140e數(shù)控車床滾珠絲杠的安裝形式主要是C）這種形式。CK6140e數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖二所示，安裝過(guò)程主要以圖二為基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明。

圖二 CK6140e數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸結(jié)構(gòu)圖

數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸的安裝主要按以下步驟進(jìn)行。

1.將零件進(jìn)行清洗。用柴油清洗軸承座、絲桿螺母座、電機(jī)座及相關(guān)部件，滾動(dòng)軸承用汽油進(jìn)行清洗。將清洗后的滾珠絲杠副、軸承等吊掛在立架上，將清洗后的其他零件放置在橡膠板上。

2.將機(jī)床尾座、主軸卡盤(pán)拆卸并放置在橡膠板上。

3.檢測(cè)準(zhǔn)備。Z向進(jìn)給軸安裝檢測(cè)的主要內(nèi)容是溜板箱、前后支承軸承座與導(dǎo)軌的平行度，前后支承軸承座孔、滾珠絲杠螺母副支座孔的同軸度。首先給前后支承軸承座、滾珠絲杠螺母副支座孔選擇合適的檢驗(yàn)套和檢驗(yàn)棒，然后將橋尺輕輕的放置在軌面上，并沿導(dǎo)軌做水平移動(dòng)，檢驗(yàn)其移動(dòng)的平衡性，最后將杠桿千分表固定在橋尺上。檢測(cè)時(shí)檢測(cè)儀器的安裝參考圖三。

圖三 檢測(cè)儀器安裝示意圖

3—電機(jī)座 8—絲杠螺母座 9—軸承座 21、22、23—檢棒

25—檢驗(yàn)表及表座 24—橋尺組件

4.Z軸溜板箱和電機(jī)座（前支承）的安裝：（1）在溜板箱的絲桿螺母座8中裝入檢套和檢棒，檢查其與床身導(dǎo)軌平行度，其上、側(cè)母線全長(zhǎng)允差均為≤0.01/200mm。檢測(cè)時(shí)，往復(fù)移動(dòng)橋尺，邊找正邊預(yù)緊溜板箱上的緊固螺釘，找正后檢驗(yàn)棒旋轉(zhuǎn)180°按上述方法測(cè)量。（2）在電機(jī)座3軸承孔上裝檢套和檢棒，溜板箱的絲桿螺母座8上裝檢套和檢棒。打表找正檢棒上、側(cè)母線的同軸度，允差均為≤0.01/全長(zhǎng)。保證表移動(dòng)時(shí)能同時(shí)經(jīng)過(guò)兩個(gè)檢棒，邊找正邊緊固電機(jī)座3。（3）緊固溜板箱，裝入定位銷。

5. Z軸后軸承座（后支承）安裝：（1）將軸承座9預(yù)緊在床身上，裝檢套、檢棒。檢測(cè)檢棒與床身導(dǎo)軌平行度上、側(cè)母線均≤0.01/200。測(cè)量方法同上。（2）在電機(jī)座3軸承孔裝檢套和檢棒，后軸承座9裝檢套和檢棒，打表檢測(cè)9與3檢棒同軸度，在上、側(cè)母線均≤0.01/全長(zhǎng)。測(cè)量時(shí)以電機(jī)座3為基準(zhǔn)，將橋尺和表放在床身的前端，調(diào)好表后，將橋尺和表搬到床身后端，檢測(cè)兩軸的同軸度。若有誤差，松開(kāi)后軸承座邊找正邊預(yù)緊。找正后旋轉(zhuǎn)180°再次測(cè)量，合格后上緊后軸承座。

6.裝配電機(jī)座三組件：（1）從床身上拆下軸承座9，并用標(biāo)記畫(huà)出正確的安裝位置。（2）將滾珠絲杠副裝在溜板箱上，把件14、15及密封圈套在滾珠絲桿上。（3）在絲杠上面如圖依次裝入5、16、墊圈、17。（4）用50×50×300木方抵住溜板箱與電機(jī)座3，旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠副，將已安裝在絲杠副上的組件拉入電機(jī)座。

7. 裝配軸承座9組件：將滾珠絲杠套在軸承座9上，依次裝入11、13、12和10，將9上緊在相應(yīng)的位置上。

8. Z軸滾珠絲杠螺母副的安裝：（1）將溜板箱移至電機(jī)座端，松開(kāi)滾珠絲桿螺母螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿后，擰緊其與溜板箱連接螺釘。（2）左右移動(dòng)溜板箱，要求溜板箱在滾珠絲杠全行程上移動(dòng)松緊勁一致。

9.滾珠絲杠副軸向竄動(dòng)及徑向跳動(dòng)調(diào)整：（1）完成上述工作后在床身上架千分杠桿表，在絲桿副中心孔內(nèi)用黃油粘一φ6鋼球，用千分表表頭接觸其軸向頂面進(jìn)行檢測(cè)（絲杠副與電機(jī)連接端），通過(guò)調(diào)整鎖緊螺釘?shù)念A(yù)緊力達(dá)到要求，軸竄不大于0.008mm。（2）在相應(yīng)位置檢測(cè)絲杠徑向跳動(dòng)，徑跳不大于0.012mm。

10.伺服電機(jī)的安裝，裝軸承18、同步輪19，上緊螺母，最后將電機(jī)組件及同步帶安裝上。

11.裝入滾珠絲杠副防護(hù)板等其他零件：數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸的裝配是數(shù)控機(jī)床組裝和維修人員必須具備的技能之一，通過(guò)以上對(duì)CK6140e數(shù)控車床Z向進(jìn)給軸裝配過(guò)程的介紹，希望對(duì)需要的人有所啟示。

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