數(shù)控機床與編程-03

1數(shù)控機床與編程第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)2本講主要內(nèi)容數(shù)控機床進給系統(tǒng)基本形式特點齒輪傳動副間隙調(diào)整方法第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)進給運動（直線）進給運動（旋轉(zhuǎn)）

一、進給傳動系統(tǒng)作用接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進給脈沖，經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動執(zhí)行元件實現(xiàn)預期的運動第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

二、對進給傳動系統(tǒng)的要求（用戶）1.有較高的工作精度

2.響應速度快3.調(diào)速范圍寬

4.穩(wěn)定性好5.可靠性高

6.使用維修方便

7.設備壽命長第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)56第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)對機床設計者而言必須注意：提高傳動部件的剛度減小傳動部件的慣量減小傳動部件的間隙減小系統(tǒng)的摩擦阻力，但適度阻尼可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性三、數(shù)控機床進給系統(tǒng)的基本形式直線運動、圓周運動直線進給運動主要有三種形式：絲杠副（滾珠絲杠、靜壓絲杠、渦輪蝸桿副）齒輪齒條副直線電動機3.2.1滾珠絲杠副第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)作用：將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動滾珠絲杠螺母副第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

滾珠絲杠螺母副+滾動導軌副第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)11第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)滾珠絲杠副的特點優(yōu)點

傳動效率高，摩擦損失小

靈敏度高，傳動平穩(wěn)定位精度高，傳動剛度高具有運動的可逆性。12第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)缺點：制造成本高必須增加制動裝置結(jié)論：

由于其優(yōu)點顯著，雖成本較高，仍被廣泛應用于中、高檔數(shù)控機床。13滾珠絲杠副的循環(huán)方式外循環(huán)式

螺旋槽式插管式第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)14內(nèi)循環(huán)式第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)15第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)２.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整作用：保證反向傳動精度和軸向剛度方法：雙螺母結(jié)構(gòu)16墊片調(diào)隙式

結(jié)構(gòu)簡單可靠剛度好應用最為廣泛雙螺母墊片調(diào)隙第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)17螺紋調(diào)隙式調(diào)整方便預緊力不好控制第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)18第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)齒差式調(diào)隙結(jié)構(gòu)復雜調(diào)整方便定量精密微調(diào)應用較廣19間隙消除量Δ可以用以下簡單公式計算：

式中，n——螺母在同一方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)；

Ph——滾珠絲杠的導程；

z1、z2——齒輪的齒數(shù)?；虻谌聰?shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)20第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)雙螺母調(diào)整法注意事項：用這種方法預緊消除軸向間隙時，預緊力不宜過大，一般應為最大軸向負載的l/3。當要求不太高時，預緊力可小于此值3.滾珠絲杠的支承滾珠絲杠主要承受軸向載荷，因此對其軸向精度和剛度要求較高。滾珠絲杠常用推力軸承支承，以提高軸向剛度（當滾珠絲杠的軸向負載很小時，也可用深溝球軸承支承）。一端固定一端自由支承形式承載能力小軸向剛度低適應于短絲杠及垂直絲杠一般用于數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控機床的立向（垂直）坐標中

一端固定一端浮動的支承形式止推軸承＋深溝球軸承止推軸承的安裝位置應遠離熱源結(jié)構(gòu)較復雜工藝較困難適用于長絲杠或臥式絲杠兩端固定的支承形式兩端裝推力軸承絲杠預拉伸安裝減少絲杠因自重引起的彎曲變形在推力軸承預緊力大于絲杠最大軸向載荷1/3的條件下，絲杠軸向剛度可提高四倍絲杠不會因溫升而伸長，從而保持絲杠的精度結(jié)構(gòu)工藝較復雜25為了提高支承的軸向剛度，選擇適當?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式：把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)雖簡單，但軸向剛度不足把推力軸承或角接觸球軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱，而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)2660°雙推力角接觸球軸承第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)27這是一種能夠承受很大軸向力的特殊角接觸滾珠軸承，與一般角接觸滾珠軸承相比，接觸角增大到60°

，增加了滾珠的數(shù)目并相應減小了滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上，而且使用極為方便。產(chǎn)品成對出售，而且在出廠時已經(jīng)選配好內(nèi)、外環(huán)的厚度，裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預緊力。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)28４.滾珠絲杠副的密封與潤滑對于制造誤差和預緊變形量以微米計的滾珠絲杠傳動副來說，避免磨料微粒及化學活性物質(zhì)進入非常重要。有效地防護、密封和保持潤滑油的清潔就顯得十分必要。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)29密封：滾珠絲杠副常用防塵密封圈和防護罩密封圈：密封圈裝在滾珠螺母的兩端接觸式的彈性密封圈耐油橡皮或尼龍其內(nèi)孔制成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀防塵效果好摩擦力矩略有增加非接觸式的密封圈聚氯乙烯其內(nèi)孔形狀與絲杠螺紋滾道相反，并略有間隙，非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)防護罩

作用：防止塵土及硬性雜質(zhì)等進入滾珠絲杠形式：錐形套管伸縮套管折迭式（手風琴式）人造革螺旋式彈簧鋼帶防護罩的材料必須具有防腐蝕及耐油的性能潤滑滾珠絲杠副也可用潤滑劑來提高耐磨性及傳動效率潤滑油潤滑油為一般機油或90~180號透平油或140號主軸油。經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)潤滑脂潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)32滾珠絲杠的參數(shù)、標記方法及選擇第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)電機支承絲杠螺母伺服進給系統(tǒng)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)34公稱直徑ｄ０

滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡滾珠球心的圓柱直徑。是滾珠絲杠副的特性尺寸?；緦С蹋校?/p>

是指絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)２π時，螺母上的基準點的軸向位移。接觸角β

是指滾珠與滾道在接觸點處的公法線與螺紋軸線的垂直線間的夾角。理想接觸角β＝45°。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)35此外，還有絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、螺紋全長l、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、滾道圓弧半徑R等參數(shù)。導程取小時，機床加工精度高，但滾珠絲杠承載能力下降。在滿足機床加工精度條件下導程盡量取大些。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)36根據(jù)國家標準GB/T17587.1－1998規(guī)定，滾珠絲杠型號根據(jù)其公稱直徑、公稱導程、螺紋長度、類型、標準公差等級、螺紋旋向等特征，采用漢語拼音字母，數(shù)字及漢字結(jié)合的方式來編寫。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)37

滾珠絲杠副

GB/T×××××－×××

×

××

×

×××××－××××名稱國家標準號公稱直徑ｄ０(mm)公稱導程Ｐb0(mm)螺紋長度l1(mm)類型（P或T）標準公差等級右旋或左旋（R或L）第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)38P型滾珠絲杠副的功用是定位；T型的功用是傳動。滾珠絲杠副采用七個共差等級，即1、2、3、4、5、7和10。其中1、2、3、4、5等級的滾珠絲杠采用預緊式，而7和10采用非預緊式。1級精度最高，依次遞減。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)393.2.2靜壓絲杠副靜壓絲杠螺母副是在絲杠和螺母的螺紋之間供給壓力油使之保持一定厚度、一定剛度的靜壓油膜，使絲杠和螺母之間有邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦。當絲杠轉(zhuǎn)動時通過油膜推動螺母直線移動，反之，螺母轉(zhuǎn)動也可以使絲杠直線移動。主要用于高精度數(shù)控機床、重型機床。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)40工作原理靜壓絲杠副原理螺紋面展開絲杠中心線第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)41當絲杠或螺母受到軸向壓力F

作用后，受壓一側(cè)的間隙小，油腔壓力p2增大。相反的一側(cè)間隙增大，而壓力p1下降。因而形成油膜壓力差Δp

=p2-p1,以平衡條件近似地表示為：

式中，A——單個油腔在絲杠軸線垂直內(nèi)的有效承載面積；

n——每扣螺紋單側(cè)油腔數(shù)；

Z——螺母的有效扣數(shù)。油膜壓力差Δp

力圖平衡軸向力，使間隙差減小到一定程度后保持不變，這種調(diào)節(jié)是自動的。

42靜壓絲杠副結(jié)構(gòu)圖１——螺母；2、3、5、11——油孔；4——螺母座；6——活塞；7——節(jié)流器；8——絲杠；9、12——油槽；10——油腔進油孔安裝油壓表節(jié)流器回油槽第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)43螺紋面上油腔的連接形式與節(jié)流器控制方式分散阻尼節(jié)流集中阻尼節(jié)流第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)442.靜壓絲杠副的特點：摩擦系數(shù)很小，僅為0.0005，比滾珠絲杠的摩擦損失更小，因此其啟動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行。油膜層可以吸振，提高了運動的平穩(wěn)性。由于油液的不斷流動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機床的加工精度和光潔度。油膜層具有一定的剛度，減小了反向間隙。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)45油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動誤差小于絲杠本身的制造誤差。承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。但靜壓絲杠副應有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要求較高，如果在運動中供油因故中斷，將造成不良后果。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)463.2.3靜壓蝸桿－蝸輪條副大型數(shù)控機床不宜采用絲杠傳動，因長絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動精度；同時軸向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度也難提高。如加大絲杠直徑，因轉(zhuǎn)動慣量增大，伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性不易保證，故常用靜壓蝸桿－蝸輪條副和齒輪－齒條副傳動。蝸桿－蝸輪條機構(gòu)是絲杠螺母機構(gòu)的一種特殊形式。蝸輪條實質(zhì)上相當于長螺母的一部分，蝸桿相當于一根短絲杠。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)47這種傳動機構(gòu)，壓力油必須從蝸桿進入靜壓油腔，而蝸桿是旋轉(zhuǎn)的且與蝸條的接觸區(qū)只有120°左右，但壓力油只能進入接觸區(qū)，所以必須解決蝸桿的配油問題。靜壓蝸桿－蝸輪條副傳動機構(gòu)蝸輪條蝸桿第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)48１.

靜壓蝸桿－蝸輪條副工作原理液體靜壓蝸桿－蝸輪條機構(gòu)是在蝸桿和蝸輪條的嚙合面間注入壓力油，以形成一定厚度的油膜，使嚙合面間成為液體摩擦。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)49靜壓蝸桿－蝸輪條副傳動的特點：摩擦阻力小，啟動摩擦系數(shù)小于0.0005，功率消耗少，傳動效率高，可達0.94~0.98，在很低速度下運動也很平穩(wěn)。使用壽命長。齒面不直接接觸，不易磨損，能長期保證精度。抗振性能好。油腔內(nèi)的壓力油層有良好的吸振能力。有足夠的軸向精度。蝸輪條能無限接長，因此運動部件的行程可以很長，不像滾珠絲杠受結(jié)構(gòu)的限制。503.2.4雙齒輪－齒條副數(shù)控機床的機械進給裝置中常采用齒輪傳動副來達到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達到理想齒面的要求，因此一對嚙合的齒輪，總應有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。齒側(cè)間隙會造成進給系統(tǒng)的反向動作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)51對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用各種消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對不同類型的齒輪傳動副有不同的方法。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)負載小時，可采用雙片薄齒輪錯齒法。大型機床重載時，采用預加負載雙齒輪－齒條無間隙傳動機構(gòu)。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)533.2.5直線電動機直接驅(qū)動直線電動機是高速、高精度數(shù)控機床最新發(fā)展起來的先進技術(shù)。直線電動機驅(qū)動可以獲得比傳統(tǒng)進給驅(qū)動系統(tǒng)更高的定位精度、快進速度和加速度。其可以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的環(huán)節(jié)，大大簡化了機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從根本上消除傳動環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)54直線電動機進給系統(tǒng)外觀圖一次側(cè)對應于旋轉(zhuǎn)電動機的定子部分。二次側(cè)對應于旋轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)子部分。二次側(cè)一次側(cè)檢測系統(tǒng)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)55工作原理直線電動機原理與旋轉(zhuǎn)電動機相同，可以視其為旋轉(zhuǎn)電動機沿圓周方向拉開展平。當多相交變電流通如多項對稱繞組時，就會在直線電動機一次側(cè)和二次側(cè)之間的氣隙中產(chǎn)生一個行波磁場，從而使一次側(cè)和二次側(cè)之間相對移動。二次側(cè)一次側(cè)旋轉(zhuǎn)電動機示意圖直線電動機示意圖第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

工作臺床身直線電機第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)57直線電動機可分為三大類：直流直線電動機、步進直線電動機和交流直線電動機。直線電動機結(jié)構(gòu)上有兩種形式：短二次側(cè)和短一次側(cè)。為了減小發(fā)熱量和降低成本，高速機床一般采用短一次側(cè)結(jié)構(gòu)。二次側(cè)一次側(cè)二次側(cè)一次側(cè)短二次側(cè)短一次側(cè)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)58交流直線電動機在勵磁方式上分為：永磁（同步）式和感應（異步）式兩種。永磁式直線電動機：二次側(cè)是一塊一塊鋪設的永久磁鋼，一次側(cè)是含鐵心的三相繞組。在單位面積推力、效率、可控性方面占優(yōu)。但成本高，工藝復雜，安裝使用維護不便。感應式直線電動機：二次側(cè)是自行短路的不饋電柵條，一次側(cè)也是含鐵心的三相繞組。不通電時無磁，方便機床的安裝使用維護。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)59２.直線電動機驅(qū)動的特點無機械連接，所以無機械滯后和齒節(jié)周期誤差，精度完全取決于反饋系統(tǒng)的檢測精度。直線電動機上裝有全數(shù)字伺服系統(tǒng)，可以達到極好的私服性能。反應速度快，且在任何情況下都可以平穩(wěn)運動。傳動效率高，動態(tài)剛度好。無機械磨損，不需要定期維護。使用多段拼接技術(shù)可以使行程無限制。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)60采用全閉環(huán)控系統(tǒng)制。必須采取措施防止磁力和熱變形對工作臺導軌的影響。與同容量的旋轉(zhuǎn)電動機相比，其效率和功率因數(shù)較低，特別是在低速時，功率因數(shù)下降更明顯。感應式直線電動機啟動推力受電源電壓影響較大，故對驅(qū)動器要求較高。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)61§3.３進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法常用的調(diào)隙方法有：剛性調(diào)隙法柔性調(diào)隙法第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)62剛性調(diào)隙法

是指在調(diào)整后，暫時消除了齒輪間隙，但之后產(chǎn)生的齒側(cè)間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整方法。

第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)63偏心套調(diào)隙

偏心套齒輪齒輪第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)64墊片調(diào)隙齒輪齒輪墊片第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)65斜齒輪調(diào)隙

寬齒輪薄齒輪薄齒輪墊片第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)66柔性調(diào)整法是指調(diào)整后，消除了齒輪間隙，而且隨后產(chǎn)生的齒側(cè)間隙仍可自動補償?shù)恼{(diào)整方法。第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)67直齒輪的調(diào)隙薄齒輪薄齒輪第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)68斜齒輪的調(diào)隙用碟形彈簧調(diào)隙

第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)69錐齒輪調(diào)隙周向壓簧調(diào)隙第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)70軸向壓簧調(diào)隙第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)71§3.４典型數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)3.4.1MJ－50型車床的進給傳動系統(tǒng)MJ－50型車床X軸進給傳動系統(tǒng)刀架位置圖15交流伺服電機12同步帶9后支承3前支承6滾珠絲杠21刀架16脈沖編碼器第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)72MJ－50型數(shù)控車床Z軸進給傳動系統(tǒng)7圓柱滾子軸承11同步帶1脈沖編碼器5滾珠絲杠13床身14交流伺服電機第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)73MJ－50型數(shù)控車床Z軸進給傳動系統(tǒng)19內(nèi)錐環(huán)15角接觸球軸承20外錐環(huán)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)74特點：X、Ｚ軸均采用同步帶傳動。同步帶傳動是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶與輪間齒的嵌合，作無滑動的嚙合傳動。X、Ｚ軸均采用滾珠絲杠副。有效地提高了進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度并防止爬行。Ｘ軸的最小移動量為0.000