数控机床与编程 第三章数控机床的进给传动系统

第三章数控机床的进给传动系统第一节、对进给系统的基本要求（1）提高传动部件的刚度（2）减小传动部件的惯量（3）减小传动部件的间隙（4）减小系统的摩擦阻力第三章数控机床的进给传动系统21.进给系统的功用协助完成加工表面的成形运动，传递所需的运动及动力。2.进给系统机械部分的组成传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件（工作台）传动机构:齿轮传动、同步带传动运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等导向机构：导轨（滑动导轨、滚动导轨、静压导轨）第三章数控机床的进给传动系统3第二节数控机床进给传动系统的基本形式丝杠副、齿轮齿条副和直线电动机一、滚珠丝杠副工作原理：丝杆（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杆）轴向移动第三章数控机床的进给传动系统41-丝杠2-滚道3-螺母4-滚珠第三章数控机床的进给传动系统51.滚珠丝杠的工作原理及特点（1）原理（2）特点•传动效率高，摩擦损失小滚珠丝杆螺母副的传动效率η＝0.92～0.96，可实现高速运动。•运动平稳无爬行由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。•传动精度高，反向时无空程滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向间隙。•磨损小精度保持性好，使用寿命长。•不能自锁具有运动的可逆性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，即丝杆和螺母均可作主动件或从动件。•制造成本高由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，故制造成本高。第三章数控机床的进给传动系统6滚珠循环方式–外循环»滚珠在循环过程中回珠时与丝杠脱离接触的结构；»采用弧形铜管形成滚珠返回通道，由弯管的端部引导滚珠；»其工作圈数是2.5圈或3.5圈，1～2列。丝杆第三章数控机床的进给传动系统7第三章数控机床的进给传动系统8–内循环滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的结构。采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器嵌入螺母内工作圈数是3第三章数控机床的进给传动系统9靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环，如图所示。反向器２的数目与滚珠圈数相等。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，不宜用于重载传动中。第三章数控机床的进给传动系统10第三章数控机床的进给传动系统11第三章数控机床的进给传动系统12滚珠丝杠副轴向间隙的调整•为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙。•消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使每个螺母中的滚珠分别接触丝杆滚道的左右两侧。用这种方法预紧消除轴向间隙时，预紧力一般应为最大轴向负载的l/3。当要求不太高时，预紧力可小于此值。第三章数控机床的进给传动系统13双螺母垫片式消隙如图所示，此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛，在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调整好预紧力，使用时装卸非常方便。结构简单、刚性好，调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧。第三章数控机床的进给传动系统14第三章数控机床的进给传动系统15图示是双螺母垫片调隙式结构，其螺母本身与单螺母相同，它通过修磨垫片的厚度来调整轴向间隙。这种调整方法具有结构简单，刚性好，拆装方便等优点，但它很难在一次修磨中调整完毕，调整的精度也不如齿差调隙式好。第三章数控机床的进给传动系统16双螺母垫片调整法（端部加垫片）图例第三章数控机床的进给传动系统17•双螺母螺纹式消隙如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且可在使用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。调整精度较差。第三章数控机床的进给传动系统18双螺母螺纹消隙图例第三章数控机床的进给传动系统19•齿差式消隙如图所示，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、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同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：•式中Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。hPZZS2111第三章数控机床的进给传动系统20齿差式消隙图例第三章数控机床的进给传动系统214．滚珠丝杆副的支承方式（1）•一端装止推轴承(固定－自由式)如图a所示。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杆。第三章数控机床的进给传动系统224．滚珠丝杆副的支承方式（2）•一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承(固定－支承式)如图b所示。滚珠丝杆较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减少丝杆热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离热源。第三章数控机床的进给传动系统234．滚珠丝杆副的支承方式（3）•两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）如图c所示。这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；在推力轴承预紧力大于丝杠最大轴向载荷1/3的条件下，丝杠拉压刚度可提高四倍；丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠精度。第三章数控机床的进给传动系统244．滚珠丝杆副的支承方式（4）两端装双重止推轴承及深沟球轴承(固定－固定式)如图d所示。为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杆的热变形转化为止推轴承的预紧力。第三章数控机床的进给传动系统25滚珠丝杠副支承方式图例第三章数控机床的进给传动系统26•滚珠丝杠常见故障及处理如下。•①滚珠丝杠副有噪声；•滚珠丝杠副产生噪声的可能原因是电动机与丝杠联轴器松动，丝杠支承轴承的压盖压合情况不好。•②滚珠丝杠运动不灵活；•主要原因是丝杠与导轨不平行，丝杠润滑不良，滚珠丝杠副滚珠有破损，轴向预加载荷太大，丝杠弯曲变形，或螺母轴线与导轨不平行。•③滚珠丝杠副润滑状况不良；•检查各滚珠丝杠副润滑情况，取下罩套，涂上润滑脂。第三章数控机床的进给传动系统27滚珠丝杠副的密封与润滑防尘密封圈和防护套密封。润滑；润滑剂（润滑油和油脂润滑）滚珠丝杠的参数、标记方法及选择第三章数控机床的进给传动系统28静压丝杠副1、工作原理2、特点摩擦系数小；启动力矩很小，传动灵活，避免了爬行油膜层可以吸振，提高了运动的平稳性有利于散热和减小热变形，提高了机床的加工精度和光洁度油膜层有一定的刚度，减小了反向间隙对丝杠的误差有“均化”作用，即可以使丝杠的传动误差小于丝杠本身的制造误差。承载能力与供油压力成正比，与转速无关。供油系统，油清洁度要求高。第三章数控机床的进给传动系统29静压蜗轮-蜗杆副工作原理特点：摩擦阻力小，传动效率高，很低的速度下运动也很平稳使用寿命长。抗振性好有足够的轴向刚度蜗轮条能无限接长第三章数控机床的进给传动系统30直线异步电动机可看作是将笼型三相感应电动机沿径向展开成平面而成的，如图所示。由定子演变来的一侧称为一次侧或初级，由转子演变而来的一侧叫二次侧或次级。第三章数控机床的进给传动系统31直线电动机直接驱动1、工作原理2、特点（1）高速响应性，机械传动件比电气元器件的动态响应时间要大几个数量级（2）高精度性，通过直线位置检测反馈控制，可大大提高机床（3）传动刚度高、推力平稳“直接驱动”提高了其传动刚度。（4）速度快、加减速过程短直线电动机最早主要用于磁浮列车（5）行程长度不受限制（6）运行时噪声低（7）效率高由于无中间传动环节，也就取消了其机械摩擦时的能量损耗。问题（1）发热问题（2）隔磁及防护问题（3）负载干扰问题（4）垂直进给中的自重问题性第三章数控机床的进给传动系统32第三节进给传动系统齿轮传动间隙消除方法1、刚性调整法偏心套垫片调整斜齿轮调隙2、柔性调整法直齿轮的调隙斜齿轮的调隙锥齿轮的调隙第三章数控机床的进给传动系统331．圆柱齿轮传动消除间隙（1）•偏心轴套调整法如图所示，齿轮１装在电动机轴上，调整偏心轴套２可以改变齿轮１和３之间的中心距，从而消除齿侧间隙。•只能补偿齿厚误差和中心距误差不能补偿偏心误差第三章数控机床的进给传动系统34偏心套消隙图例1-齿轮2-偏心套3-齿轮第三章数控机床的进给传动系统351．圆柱齿轮传动消除间隙（2）•锥度齿轮调整法如图所示将一对齿轮１和２的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片３的厚度就能改变齿轮１和２的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。第三章数控机床的进给传动系统36锥度齿轮消隙法图例第三章数控机床的进给传动系统371．圆柱齿轮传动消除间隙（3）•双片齿轮错齿调整法图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1和2与另—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的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳3和8。齿轮1的端面还有另外四个通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧4的两端分别钩在凸耳3和调节螺钉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。第三章数控机床的进给传动系统38双齿错齿可调弹簧式消隙法图例12薄片齿轮38凸耳4弹簧5螺母6锁紧螺母7调节螺钉第三章数控机床的进给传动系统391．圆柱齿轮传动消除间隙（4）•双片齿轮错齿调整法图示为另一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮1和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。第三章数控机床的进给传动系统40双齿错齿周向弹簧式消隙法图例12薄片齿轮3短柱4弹簧第三章数控机床的进给传动系统41圆柱齿轮传动消除间隙的方法（1）偏心轴套调整法（2）锥度齿轮调整法（3）双片齿轮错齿调整法第三章数控机床的进给传动系统422．斜齿轮传动消除间隙（1）•基本思想斜齿轮传动消除侧隙的方法与直齿圆柱齿轮传动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），起到消除侧隙的作用。第三章数控机床的进给传动系统432．斜齿轮传动消除间隙（2）•轴向垫片调整法如图所示是斜齿轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮4同时与两个相同薄片齿轮1和2啮合，薄片齿轮由平键和轴联接，互相不能相对回转。斜齿轮1和2的齿形拼装后一起加工，并与键槽保持确定的相对位置。装配时在两薄齿轮之间装入厚度为δ的垫片3，使薄片齿轮1、2的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮4的齿贴紧，消除齿侧间隙。第三章数控机床的进给传动系统44斜齿轮轴向垫片消隙图例12薄片齿轮3垫片4宽齿轮第三章数控机床的进给传动系统452．斜齿轮传动消除间隙（3）•轴向压簧调整法如图所示是斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构。该结构消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用齿轮2右面的弹簧压力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，从而它们的左、右齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。图a采用的是压簧，图b采用的是碟形弹簧。第三章数控机床的进给传动系统46斜齿轮轴向压簧消隙法图例a轴向压簧法b蝶形弹簧法第三章数控机床的进给传动系统47第四节典型数控机床的进给传动系统一、MJ-50型数控车床的进给传动系统1、特点X轴最小移动量0.0005mm；Z轴最小移动量0.001mm2、X轴的进给系统3、Z轴的进给系统第三章数控机床的进给传动系统48第三章数控机床的进给传动系统49第三章数控机床的进给传动系统50JCS-018A型立式加工中心的进给系统第三章数控机床的进给传动系统51第三章数控机床的进给传动系统52第三章数控机床的进给传动系统53第三章数控机床的进给传动系统54第三章数控机床的进给传动系统55第三章数控机床的进给传动系统56