数控机床与编程_03解读

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1、1 数控机床与编程数控机床与编程 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 1 2 本讲主要内容 p数控机床进给系统 p基本形式 p特点 p齿轮传动副间隙调整方法 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 2 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 进给运动（直线） 进给运动（旋转） 3 一、进给传动系统作用 接受数控系统发出的进给脉冲， 经放大和转换后驱动执行元件实 现预期的运动 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 4 二、对进给传动系统的要求（用户） 1.有较高的工作精度 2.响应速度快 3.调速范围宽

2、 4.稳定性好 5.可靠性高 6.使用维修方便 7.设备寿命长 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 5 6 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 对机床设计者而言必须注意： 提高传动部件的刚度 减小传动部件的惯量 减小传动部件的间隙 减小系统的摩擦阻力，但适度阻尼可增 加系统的稳定性 6 三、数控机床进给系统的基本形式 p 直线运动、圆周运动 p 直线进给运动主要有三种形式： 1. 丝杠副 （滚珠丝杠、静压丝杠、涡轮蜗杆副） 2. 齿轮齿条副 3. 直线电动机 7 3.2.1 滚珠丝杠副 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

3、系统 作用：将回转运动转 换为直线运动 8 滚珠丝杠螺母副 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 9 滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副 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 10 11 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 滚珠丝杠副的特点 l 优点 传动效率高，摩擦损失小 灵敏度高，传动平稳 定位精度高，传动刚度高 具有运动的可逆性。 11 12 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 l 缺点： 制造成本高 必须增加制动装置 1. 结论 ： 1. 由于其优点显著，虽成本较高，仍被广泛应用于中 、高档数控

4、机床。 12 13 (3)滚珠丝杠副的循环方式 a) 外循环式 螺旋槽式 插管式 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 13 14 b) 内循环式 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 14 15 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 .滚珠丝杠副轴向间隙的调整 作用： 保证反向传动精度和轴向刚 度 方法： 双螺母结构 15 16 垫片调隙式 结构简单可靠 刚度好 应用最为广泛 双螺母垫片调隙 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 16 17 螺纹调隙式 调整方便 预紧力不好控制 第三章 数控机床的

5、进给传动系统第三章 数控机床的进给传动系统 17 18 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 齿差式调隙 结构复杂 调整方便 定量精密微调 应用较广 18 19 间隙消除量 可以用以下简单公式计算： 式中，n螺母在同一方向转过的齿数 ； Ph滚珠丝杠的导程； z1、z2齿轮的齿数。 或 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 19 20 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 双螺母调整法注意事项： 用这种方法预紧消除轴向间隙时，预紧力不宜过 大，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 20 3.滚珠

6、丝杠的支承 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，因此对其轴向精 度和刚度要求较高。 滚珠丝杠常用推力轴承支承，以提高轴向刚度 （当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用深沟 球轴承支承） 。 21 a) 一端固定一端自由支承形式 承载能力小 轴向刚度低 适应于短丝杠及垂直丝杠 一般用于数控机床的调节环节或升降台式 数控机床的立向（垂直）坐标中 22 b) 一端固定一端浮动的支承形式 止推轴承 深沟球轴承 止推轴承的安装位置应远离热源 结构较复杂 工艺较困难 适用于长丝杠或卧式丝杠 23 c) 两端固定的支承形式 两端装推力轴承 丝杠预拉伸安装 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

7、1/3的 条件下，丝杠轴向刚度可提高四倍 丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度 结构工艺较复杂 24 25 为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴 承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组 合方式： 把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单， 但轴向刚度不足 把推力轴承或角接触球轴承和向心轴承组合使用， 其轴向刚度有了提高，但增大了轴承的摩擦阻力和 发热，而且增加了轴承支架的结构尺寸 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 25 26 60双推力角接触球轴承 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 26 27 这是一种能够承受很大轴向力的特殊

8、角接触滚 珠轴承，与一般角接触滚珠轴承相比，接触角 增大到 60 ，增加了滚珠的数目并相应减小 了滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承 的轴向刚度提高两倍以上，而且使用极为方便 。产品成对出售，而且在出厂时已经选配好内 、外环的厚度，装配时只要用螺母和端盖将内 环和外环压紧，就能获得出厂时已经调整好的 预紧力。 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 27 28 .滚珠丝杠副的密封与润滑 对于制造误差和预紧变形量以微米计的滚珠丝杠 传动副来说 ，避免磨料微粒及化学活性物质进 入 非常重要。有效地防护、密封和保持润滑油 的 清洁就 显得十分必要。 第三章 数控机床的进给传

9、动系统第三章 数控机床的进给传动系统 28 29 1. 密封：滚珠丝杠副常用防尘密封圈和防护罩 a) 密封圈：密封圈装在滚珠螺母的两端 n 接触式的弹性密封圈 p 耐油橡皮或尼龙 p 其内孔制成与丝杠螺纹滚道相配合的形状 p 防尘效果好 p 摩擦力矩略有增加 n 非接触式的密封圈 p 聚氯乙烯 p 其内孔形状与丝杠螺纹滚道相反，并略有间隙 ，非接触式密封圈又称迷宫式密封圈。 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 29 b)防护罩 p 作用：防止尘土及硬性杂质等进入滚珠丝杠 p 形式： 锥形套管 伸缩套管 折迭式（手风琴式） 人造革 螺旋式弹簧钢带 p 防护罩的材料必须具

10、有防腐蚀及耐油的性能 30 2. 润滑 滚珠丝杠副也可用润滑剂来提高耐磨性及传 动效率 润滑油 1. 润滑油为一般机油或90180号透平油或140号主 轴油。经过壳体上的油孔注入螺母的空间内 润滑脂 1. 润滑脂可采用锂基油脂。润滑脂加在螺纹滚道和 安装螺母的壳体空间内 31 32 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第三章 数控机床的进给传动系统 32 电机 支承 丝杠 螺母 伺服进给系统 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 33 34 公称直径 滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时 包络滚珠球心的圆柱直径。是滚珠丝杠副的特性尺 寸。 基本导程

11、 是指丝杠相对于螺母旋转时，螺 母上的基准点的轴向位移。 接触角 是指滚珠与滚道在接触点处的公法线与螺 纹轴线的垂直线间的夹角。理想接触角45。 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 34 35 此外，还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径 d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大 径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧半径R等 参数。 导程取小时，机床加工精度高，但滚珠丝杠 承载能力下降。在满足机床加工精度条件下 导程尽量取大些。 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 35 36 根据国家标准GB/T 17587.11998规定 ，滚珠丝杠型号根据其公称

12、直径、公称导程 、螺纹长度、类型、标准公差等级、螺纹旋 向等特征，采用汉语拼音字母，数字及汉字 结合的方式来编写。 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 36 37 滚珠丝杠副 GB/T 名称 国家标准号 公称直径(mm) 公称导程b0(mm) 螺纹长度l1(mm) 类型（P或T） 标准公差等级 右旋或左旋（R或L） 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 37 38 P型滚珠丝杠副的功用是定位；T型的功用是 传动。 滚珠丝杠副采用七个共差等级，即1、2、3 、4、5、7和10。其中1、2、3、4、5等级 的滚珠丝杠采用预紧式，而7和10采用非预

13、紧式。 1级精度最高，依次递减。 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 38 39 3.2.2 静压丝杠副 p静压丝杠螺母副 是在丝杠和螺母的螺纹之 间供给压力油使之保持一定厚度、一定刚度 的静压油膜，使丝杠和螺母之间有边界摩擦 变为液体摩擦。 p当丝杠转动时通过油膜推动螺母直线移动， 反之，螺母转动也可以使丝杠直线移动。主 要用于高精度数控机床、重型机床。 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 39 40 1. 工作原理 静压丝杠副原理 螺纹面展开 丝杠中心线 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 40 41 当丝杠或螺

14、母受到轴向压力 F 作用后，受压一侧的 间隙小，油腔压力 p2 增大。相反的一侧间隙增大， 而压力 p1 下降。因而形成油膜压力差 p = p2- p1, 以平衡条件近似地表示为 ： 式中，A单个油腔在丝杠轴线垂直内的有效承 载面积； n每扣螺纹单侧油腔数； Z螺母的有效扣数。 油膜压力差p 力图平衡轴向力，使间隙差减小到 一定程度后保持不变，这种调节是自动的。 41 42 静压丝杠副结构图 螺母；2、3、5、11油孔；4螺母座； 6活塞；7节流器；8丝杠；9、12油槽；10油腔 进油孔 安装油压表 节流器 回油槽 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 42 43 螺纹

15、面上油腔的连接形式与节流器控制方式 分散阻尼节流集中阻尼节流 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 43 44 2.静压丝杠副的特点： 摩擦系数很小，仅为0.0005，比滚珠丝杠 的摩擦损失更小，因此其启动力矩很小， 传动灵敏，避免了爬行。 油膜层可以吸振，提高了运动的平稳性。 由于油液的不断流动，有利于散热和减少 热变形，提高了机床的加工精度和光洁度 。 油膜层具有一定的刚度，减小了反向间隙 。 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 44 45 油膜层介于螺母与丝杠之间，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。但静压丝杠副应有一套供油系统， 而且对油的清洁度要求较高，如果在运 动中供油因故中断，将造成不良后果。 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 45 46 3.2.3 静压蜗杆蜗轮条副 大型数控机床不宜采用丝杠传动，因长丝杠制 造困难，且容易弯曲下垂，影响传动精度；同 时轴向刚度与扭转刚度也难提高。如加大丝杠 直径，因转动惯量增大，伺服系统的动态特性 不易保证，故常用静压蜗杆蜗轮条副和齿轮 齿条副 传动。 蜗杆