数控机床进给驱动系统

项目二：数控机床机械部件的维护保养技术基础授课人：彭红梅任务三：数控机床进给驱动系统的维护技术基础本节主要内容※一、概述※二、数控机床对进给系统的要求※三、进给传动系统典型结构的维护技术基础（一）滚珠丝杠副（二）导轨副※一、概述☆进给系统：是根据数控装置发出控制指令来驱动执行机构实现机床的精确进给运动。☆特点：位置随动、精确定位。☆作用：1.放大CNC装置发出的控制信号，具有功率输出能力；2.根据CNC装置发出的控制信号对机床移动部件的位置和速度进行控制。※进给驱动系统的组成与作用驱动装置---信号转换、传递、放大；执行元件---将电信号转换为机械能，完成机械动作(位移、速度、运动方向)；传动机构---机械部件；检测元件---将位移、速度、运动方向转换为电信号，并反馈至CNC。※二、数控机床进给传动系统机械部分的基本要求1.转动惯量要小；2.传动刚度要高；3.传动间隙要小；4.谐振频率要高；5.摩擦阻力要小。※（一）滚珠丝杠副1、滚珠丝杠副的结构滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。※（一）滚珠丝杠副2、滚珠丝杠副的工作原理当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图所示：※（一）滚珠丝杠副※（一）滚珠丝杠副※（一）滚珠丝杠副滚珠丝杠副1—返向器2—螺母3—丝杠4—滚珠※（一）滚珠丝杠副螺母滚珠丝杠螺旋槽螺旋槽回路管道※（一）滚珠丝杠副（a）单圆弧（b）双圆弧螺纹滚道型面※（一）滚珠丝杠副3、滚珠丝杠副的种类按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。※（一）滚珠丝杠副内循环。靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。反向器的数目与滚珠圈数相等。丝杠螺母滚珠反向器滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。※内循环滚珠丝杠螺母副的特点滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；※内循环滚珠丝杠螺母副的特点螺母的径向尺寸小，加工困难，装配调整不易；适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。※（一）滚珠丝杠副外循环。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。※滚珠在循环过程中脱离过丝杠螺母滚珠丝杠螺旋槽螺旋槽回路管道※外循环滚珠丝杠螺母副的特点滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；※外循环滚珠丝杠螺母副的特点工艺简单，螺母的径向尺寸大，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损。※（一）滚珠丝杠副4、滚珠丝杠副的维护定期检查、调整滚珠丝杠副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；定期检查丝杠防护装置是否有损坏，有要及时更换，以防灰尘或切屑进入。※1)、轴向间隙的调整滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧轴向间隙调整的目的：保证反向传动精度预紧目的：提高刚度※1)、轴向间隙的调整（1）双螺母垫片预紧调整法特点：结构简单，刚性高，预紧可靠，但使用中调整不方便。1-垫片；2-螺母※1)、轴向间隙的调整（2）双螺母螺纹预紧调整法锁紧螺母调整螺母左螺母右螺母特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量调整。※1)、轴向间隙的调整（3）双螺母齿差预紧调整法套筒丝杠内齿轮外齿轮※1)、轴向间隙的调整特点：可实现定量调整，使用中调整方便；Z1，Z2分别为两齿轮齿数，S为轴向位移量，P为丝杠螺距。PzzzzS2121||两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：21zz※1)、轴向间隙的调整（4）弹簧式自动调整预紧式特点：能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生的间隙，但结构复杂，轴向刚度低；适用于轻载场合※2)、支撑轴承的定期检查定期检查丝杠轴承与床身的连接是否有松动，以及支撑轴承是否损坏。※2)、支撑轴承的定期检查※2)、支撑轴承的定期检查※3)、滚珠丝杠副的密封与润滑（1）密封◆丝杠的密封折叠套管伸缩套管刚带套管※3)、滚珠丝杠副的密封与润滑伸缩套筒※3)、滚珠丝杠副的密封与润滑螺母的密封非接触式：迷宫式接触式：毛粘※3)、滚珠丝杠副的密封与润滑（2）润滑一般采用润滑脂或滴油润滑，丝杠高速运转时采用喷雾润滑。※4、滚珠丝杠副的常见故障及诊断排除方法序号故障现象故障原因排除方法1加工件粗糙度值高导轨的润滑油不足够，致使溜板爬行加润滑油，排除润滑故障滚珠丝杆有局部拉毛或研损更换或修理丝杆丝杆轴承损坏，运动不平稳更换损坏轴承伺服电动机未调整好，增益过大调整伺服电动机控制系统※4、滚珠丝杠副的常见故障及诊断排除方法序号故障现象故障原因排除方法2反向误差大，加工精度不稳定丝杆轴联轴器锥套松动重新紧固并用百分表反复测试丝杆轴滑板配合压板过紧或过松重新调整或修研，用0.03mm赛尺不入为合格滚珠丝杆预紧力过紧或过松重新调整或修研，使接触率达70％以上，用0.03mm赛尺不入为合格滚珠丝杆螺母端面与结合面不垂直，结合过松调整预紧力，检查轴向窜动值，使其误差不大于0.015mm※4、滚珠丝杠副的常见故障及诊断排除方法序号故障现象故障原因排除方法2反向误差大，加工精度不稳定其他机械干涉排除干涉部位滚珠丝杆螺母端面与结合面不垂直，结合过松修理、调整或加垫处理丝杆支座轴承预紧力过紧或过松修理调整滚珠丝杆制造误差大或轴向窜动用控制系统自动补偿能消除间隙，用仪器测量并调整丝杆窜动润滑油不足或没有调节至各导轨面均有润滑油序号故障现象故障原因排除方法3滚珠丝杆在运转中转矩过大二滑板配合压板过紧或研损重新调整或修研压板，使0.04mm赛尺塞不入为合格滚珠丝杆螺母反向器损坏，滚珠丝杆卡死或轴端螺母预紧力过大修复或更换丝杆并精心调整丝杆研损更换伺服电动机与滚珠丝杆联接不同轴调整同轴度并紧固连接座滚珠丝杆螺母反向器损坏，滚珠丝杆卡死或轴端螺母预紧力过大修复或更换丝杆并精心调整无润滑油调整润滑油路序号故障现象故障原因排除方法3滚珠丝杆在运转中转矩过大超程开关失灵造成机械故障检查故障并排除伺服电动机过热报警检查故障并排除4丝杆螺母润滑不良分油器是否分油检查定量分油器油管是否堵塞清除污物使油管畅通5滚珠丝杆副噪声滚珠丝杆轴承压盖压合不良调整压盖，使其压紧轴承滚珠丝杆润滑不良检查分油器和油路，使润滑油充足※4、滚珠丝杠副的常见故障及诊断排除方法序号故障现象故障原因排除方法6滚珠丝杠不灵活轴向预加载荷太大调整轴向间隙和预加载荷丝杠与导轨不平行调整丝杠支座位置，使丝杠与导轨平行螺母轴线与导轨不平行调整螺母座的位置丝杠弯曲变形校直丝杠※（一）导轨副导轨副导轨副是数控机床的重要部件之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。导轨保护装置※（一）导轨副数控机床对导轨副的要求：数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高灵敏度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给时不爬行等特性。机床导轨防护罩※（一）导轨副滚动导轨：钢珠在滑块与滑轨之间无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作线性运动，其摩擦系数可降至传统滑动导引的1／50。※（一）导轨副导轨副：机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副。动导轨相对于支承导轨只有一个自由度。动导轨：在导轨副中，运动的一方。支承导轨：在导轨副中，不动的一方。※（一）导轨副导轨的导向原理（保留一个移动自由度）导轨的导向面2019/8/162011/2.※（一）导轨副一、导轨的作用作用：导向和承载。导轨主要用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。※（一）导轨副二、导轨的基本要求导向精度直线度平行度运动轻便、平稳、低速时无爬行现象耐磨性好－精度保持性对温度变化的不敏感性足够的刚度结构工艺好※（二）导轨副三、导轨的分类：1、按运动轨迹分：直线运动导轨和圆运动导轨2)、按工作性质分：主运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较高。进给运动导轨:动导轨与支承导轨之间,相对运动的速度较低。※（二）导轨副3)、按受力状况分：开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在全长上可以始终贴合的导轨。闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能使导轨面贴合，必须用压板作为辅助导轨面保证主导轨面贴合的导轨。※（二）导轨副※（二）导轨副4、按摩擦性质分：★1）滑动导轨：◆静压导轨◆动压导轨◆混合摩擦导轨★2）滚动导轨※滑动导轨----分类（1）静压导轨：导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，保证液体或气体摩擦。油膜压强靠液压泵建立，两导轨面间有一层静压油膜，多用于进给运动导轨。优点：静压油膜使导轨面分开，精度保持性好。油膜较厚，有均化误差的作用，可以提高精度。※滑动导轨----分类优点：磨擦系数很小，大大降低功率损耗，减少磨擦发热。低速移动准确、均匀，运动平稳性好。抗振性好。缺点：结构比较复杂。增加了一套液压设备。调整比较麻烦。对导轨的平面度要求比较高。※滑动导轨----静压导轨※滑动导轨----分类（2）动压导轨：动导轨的速度越高，越容易形成液体润滑，油楔的承载能力也越大。因此，适用于主运动导轨。2019/8/162011/2.※滑动导轨----分类（3）混合摩擦导轨这种导轨在导轨面间有一定的动压效应，但相对滑动速度还不足以形成完全的压力油膜，导轨面大部分仍处于直接接触，介于液体摩擦和干摩擦之间的状态，大部分进给运动属于此类型。运动件与承导件直线接触。※滑动导轨----优缺点优点：结构简单、接触刚度大。缺点：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。※滑动导轨※滑动导轨-----导轨截面的常用形式凸形导轨–不易存屑、脏物、润滑油，低速使用。凹形导轨–与上相反，高速导轨，需保护装置。※滑动导轨--单根导轨截面的常用形式※滑动导轨--单根导轨截面的常用形式※滑动导轨◆1）圆柱面导轨优点：加工和检验比较简单，易于达到较高精度。缺点：对温度变化比较敏感，间隙不能调整。※滑动导轨2）棱柱面导轨三角形导轨–导向精度高，无间隙，可自动补偿磨损。矩形导轨–制造简单，承载能力大，需调整间隙，不能补偿磨损，导向精度低。燕尾形导轨–制造较复杂，磨损不能补偿，尺寸紧凑，调整（间隙）方便。※滑动导轨-----2）棱柱面导轨三角形导轨（1）双三角形导轨※滑动导轨----棱柱面导轨双三角形导轨※滑动导轨----棱柱面导轨双三角形导轨优点：两条导轨同时起支承和导向作用，导轨的导向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。缺点：导轨的制造、检验和维修比较困难，因为它要求四个导轨面都均匀接触；对温度变化比较敏感。※滑动导轨----棱柱面导轨三角形一矩形导轨优点：导向精度高、承载能力大；应用广泛。缺点：两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整间隙。※滑动导轨----棱柱面导轨（2）矩形导轨※滑动导轨----棱柱面导轨（2）矩形导轨—A导向面BC承载面※滑动导轨----棱柱面导轨（2）矩形导轨优点：矩形导轨可以做得较宽，因而承载能力和刚度较大；结构简单；制造、检验、修理较易。缺点：是磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。※滑动导轨----棱柱面导轨（3）燕尾导轨※滑动导轨----棱柱面导轨（3）燕尾导轨优点：结构紧凑、调整间隙方便。缺点：几何形状比较复杂，难于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差。※滚动导轨滚动导轨的形式：在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具有滚动摩擦的性质，广泛地应用于进给运动导轨和旋转主运动导轨。※滚动导轨◆优点◆摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象；◆定位精度高；◆磨损较小，寿命长，润滑方便；◆缺点◆结构较为复杂，加工较困难，成本较高；◆对脏物及导轨面的误差比较敏感，需要良好的防护条件。※滚动导轨典型结构型式一※滚动导轨典型结构型式一※滚动导轨典型结构型式二※滚动导轨典型结构型式二※滚动导轨典型结构型式三※滚动导轨其它结构型式2019/8/162011/2.※滚动导轨其它结构