数控编程第七讲

数控技术主讲教师：仇晓黎东南大学远程教育第七讲第二节数控机床主传动系统及主轴部件第三节数控机床的进给系统第四节数控机床回转工作台第五节数控加工使用的刀具及自动换刀系统第六节数控加工用辅助装置第二章数控机床的结构第一节数控机床的结构要求一、对进给运动的要求二、滚珠丝杠螺母副三、传动齿轮间隙消除机构四、导轨第二章第三节数控机床进给系统数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工件的最后轮廓精度和加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，对进给系统中的传动装置和元件要求具有高的寿命，高的刚度，无传动间隙，高的灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须具有较小的摩擦力，耐磨性要高，所以一般采用滚动导轨、静压导轨和减磨滑动导轨等。一、对进给运动的要求为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙，所以在进给传动系统中广泛采用各种间隙消除措施，但是采用预紧等各种措施后仍然可能留有微量间隙。此外由于受力的作用后产生弹性变形，也会产生间隙，所以在进给系统反向运动时仍需由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。当旋转运动被转化为直线运动时，为了提高转换效率，保证运动精度，滚珠丝杠螺母副被广泛使用。1、减少运动件之间的摩擦阻力：摩擦阻力主要来自丝杠螺母和导轨；对其进行滚动化是重要措施。2、提高传动精度和刚度：（1）保证进给系统中滚珠丝杠螺母、蜗轮蜗杆和支承结构的加工精度，提高传动精度和刚度。（2）在进给链中加入减速齿轮或同步带传动，减小脉冲当量，从设计角度提高传动精度。（3）采用预紧消除传动件间隙，提高传动精度。3、减少惯量：高速运转零件的惯量影响伺服系统的启动和制动特性。综合而言，在设计进给系统时，应充分注意减少摩擦阻力、提高传动精度和刚度、消除传动间隙、减少运动部件惯量。二、滚珠丝杠螺纹副1、滚珠丝杠螺母副的特点2、滚珠丝杠螺母副间隙的调整3、滚珠丝杠的安装4、滚珠丝杠的防护5、滚珠丝杠螺母副的代号、精度等级和标注1、滚珠丝杠螺母副的特点滚珠丝杠工作原理：如图是滚珠丝杠结构图，其工作原理是：在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。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，按照滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种方式。外循环式（如图）螺母旋转槽的两端由回珠管4连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，用以避免滚珠沿滚道滑出。内循环方式（如图）带有反向器5，返回的滚珠经过反向器和丝杠外圆之间返回。滚珠丝杠螺母副的优点：在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有很多优点：1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率很高可达92％-98％，是普通丝杠传动的2-4倍。2）摩擦力小。因为动、静摩擦系数相差小，因而传动灵敏，运动平稳、低速不易产生爬行，随动精度和定位精度高。3）使用寿命长。滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度高达60-62HRC，表面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损很小。4）经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统的刚度。5）反向运动时无空行程，可以提高轴向运动精度。滚珠丝杠螺纹副的缺点：因为滚珠丝杠副具有这些优点，所以现在各类中、小型数控机床的直线进给系统普遍采用滚珠丝杠。但是滚珠丝杠也有如下缺点；l）制造成本高。2）不能实现自锁。由于其摩擦系数小不能自锁，当用于垂直位置时，为防止因突然停断电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。2、滚珠丝杠螺母副间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。用预紧方法消除间隙时应注意，预加载荷能够有效地减少弹性变形所带来的轴向位移，但预紧力不宜过大。过大的预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩短丝杠的使用寿命。所以，一般需要经过多次调整才能保证机床在最大轴向载荷下既消除了间隙又能灵活运转。消除间隙的方法除了少数用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外，常用的方法是用双螺母消除丝杠、螺母间隙。如图是双螺母垫片调隙式结构，通过调整垫片的厚度使左右螺母产生轴向位移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用。这种方法结构简单、刚性好、装卸方便、可靠。但缺点是调整费时，很难在一次修磨中调整完成，调整精度不高，仅适用于一般精度的数控机床。如图是双螺母齿差调隙式结构，在两个螺母2和5的凸缘上各制有一个圆柱齿轮，两个齿轮的齿数只相差一个齿，即z2-z1=1。两个内齿圈1和4与外齿轮齿数分别相同，并用螺钉和销钉固定在螺母座3的两端。调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个螺母2、5分别向相同的方向转过一个或多个齿。使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙和预紧的目的。间隙消除量⊿可用下式简便地计算出：⊿=nt/z1/z2或n=⊿z1z2/t式中n--螺母在同一方向转过的齿数；t--滚珠丝杠的导程；z1，z2--齿轮的齿数。例如，当z1=99、z2=100、t=10mm时，如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴向位移量为s=t／(z1z2)=10／(100*99)≈0.00lmm，若间隙量为0.005mm，则相应的两螺母沿同方向转过5个齿即可消除。n=⊿(z1z2)/t=⊿/s=0.005/0.001=5。齿差调隙式的结构较为复杂，尺寸较大，但是调整方便，可获得精确的调整量，预紧可靠不会松动，适用于高精度传动。