数控机床原理、结构与维修第4章 数控机床的进给传动系统.

《数控机床原理、结构与维修第4章 数控机床的进给传动系统.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床原理、结构与维修第4章 数控机床的进给传动系统.（110页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数控机床原理、结构与维修 主编张平亮 第4章 数控机床的进给传动系统 4.1 概述 4.2 齿轮传动副 4.3 数控机床用丝杠传动副 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动 第4章 数控机床的进给传动系统 图4-1 数控工作台传动系统的机械结构图 1直流伺服电动机 2滑块联轴器 3滚珠丝杠 4左螺母 5键 6半圆垫片 7右螺母 8螺母座 4.1 概述 4.1.1 对进给传动系统的要求 为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械 传动装置时，应符合如下要求： 1)减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦力之差，以提高数控机床进 给系统的快速响应性能和运动精度。 2)减少高速运转零部件的转动

2、惯量对伺服机构的起动和制动特性的 影响；减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的蜗杆副的啮 合侧隙对传动、定位精度的影响，如采用双导程蜗杆蜗轮。 3)使进给传动装置有高的传动精度与定位精度，对采用步进电动机 驱动的开环控制系统尤其如此。 4.1 概述 4)工作进给调速范围宽，可达36000mm/min(调速范围12000)；精 密定位，伺服系统的低速趋近速度达0.1mm/min；快速移动速度应 高达15m/min。 5)响应速度要快。 6)消除传动间隙，减小反向死区误差。 7)稳定性好、寿命长。 8)便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利 用率。 4.1.2 联轴器 4.1

3、 概述 联轴器是用来联接进给机构的两根轴，使之一起回转，以传递转矩 和运动的一种装置。机器运转时，被联接的两轴不能分离，只有停 机后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。目前联轴器的类型繁多，有 液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种， 它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，大致可作如下 划分： 1.套筒联轴器 图4-2 套筒联轴器 a)键联接 b)锥销联接 c)十字滑块联轴节 4.1 概述 2.凸缘联轴器 图4-3 凸缘式联轴器 3.弹性联轴器 4.1 概述 图4-4 直接联接电动机轴 和丝杠的弹性联轴器 4.1 概述 4.安全联轴器 图4-5 安全联轴器工作原理 【实例4

4、-1】 TND360型数控车床的安全联轴器 4.1 概述 图4-6 TND360型数控车床的纵向滑板的传动系统图 1旋转变压器和测速发电机 2直流伺服电动机 3锥环 4、6半联轴器 5滑环 7 钢片 8碟形弹簧 9套 10滚珠丝杠 11垫圈 12、13、14滚针轴承 15堵头 16压紧螺钉 17压紧外环 18压紧内环 19压紧套 4.2 齿轮传动副 图4-7 偏心轴套式 调整间隙机构 1、3齿轮 2偏心轴套 4.2 齿轮传动副 1.直齿圆柱齿轮副消除间隙的方法 (1)偏心轴调整法 如图4-7所示为偏心轴套式调整间隙结构，齿轮1 装在偏心轴套2上，可以通过偏心轴套2调整齿轮1和齿轮3之间的中 心

5、距来消除齿轮传动副的齿侧间隙。 (2)锥度调整法 如图4-8所示为用一个带有锥度的齿轮来消除间隙的 结构。 (3)双片薄齿轮错齿调整法 图4-9所示为双片薄齿轮错齿调整法。 图4-8 锥度齿轮调整法 4.2 齿轮传动副 图4-9 双片薄齿轮错齿消隙结构 4.2 齿轮传动副 图4-10 斜齿轮 垫片调整法 1、2薄片斜齿轮 3垫片 4宽齿轮 4.2 齿轮传动副 2.斜齿圆柱齿轮副消除间隙的方法 (1)轴向垫片调整法 如图4-10所示为斜齿轮垫片调整法，其原理与 错齿调整法相同。 (2)轴向压簧调整法 图4-11是斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构。 图4-11 斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构 1、2薄片斜齿

6、轮 3弹簧 4宽齿轮 5螺母 4.2 齿轮传动副 3.锥齿轮传动副消隙间隙的方法 (1)轴向压簧调整法 如图4-12为锥齿轮轴向压簧调整法。 图4-12 锥齿轮轴向压簧调整法 4.2 齿轮传动副 图4-13 锥齿轮周向弹簧调整法 (2)周向弹簧调整法 图4-13为锥齿轮周向弹簧调整法。 4.3 数控机床用丝杠传动副 4.3.1 滚珠丝杠副 1.滚珠丝杠副原理及特点 图4-14 滚珠丝杠副的结构原理 4.3 数控机床用丝杠传动副 1)摩擦损失小，传动效率高，可达90%96%，功率消耗只相当于常 规丝杠螺母副的1/41/3。 2)采用双螺母预紧后，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，提高了传动 刚度。 3

7、)摩擦阻力小，动、静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产 生低速爬行现象。 4)不能自锁，有可逆性，既能将旋转运动转换为直线运动，又能将 直线运动转换为旋转运动。 5)运动速度受到一定限制，传动速度过高时，滚珠在其回路管道内 易产生卡珠现象。 6)制造工艺复杂。 2.滚珠的循环方式 4.3 数控机床用丝杠传动副 (1)外循环 外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋 槽或插管返回丝杠螺母中重新进入循环。 图4-15 常用的外循环滚珠丝杠 a)端盖式 b)插管式 c)螺旋槽式 4.3 数控机床用丝杠传动副 (2)内循环 如图4-16所示为内循环滚珠丝杠。 图4-16 内循环滚珠丝杠 1

8、凸键 2、3反向槽 4丝杠 5钢珠 6螺母 7反向器 4.3 数控机床用丝杠传动副 3.滚珠丝杠副的参数 (1)公称直径d0 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，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。 图4-17 基本参数 a)滚珠丝杠副轴向剖面图 b)滚珠丝杠副法向剖面图 4.3 数控机床用丝杠传动副 (2)导程L 丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位 移。 (3)基本导程L0 丝杠相对于螺母旋转2时，螺母上的基准点轴向位 移。 (4)接触角 在螺纹滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接触点的连 线和螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想接触角等于45。 (5)滚珠直径db、滚珠直径

9、db应根据轴承厂提供的尺寸选用。 (6)滚珠的工作圈数i 在每一个循环回路中，由于各圈滚珠所受的轴 向负载是不均匀的，第一圈滚珠承受总负载的50%左右，第二圈约 承受30%，第三圈约为20%。 (7)滚珠的总数N 若设计计算时超过规定的最大值，则因流通不畅 容易产生堵塞现象。 4.3 数控机床用丝杠传动副 (8)其他参数 除了上述参数外，滚珠丝杠副还有丝杠螺纹大径d、 丝杠螺纹小径d1，螺纹全长L、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、 滚道圆弧偏心距P、滚道圆弧半径R等参数。 4.滚珠丝杠副的标注与精度 (1)滚珠丝杠副的标注方法 (2)滚珠丝杠副的精度 精度等级标号及选择见表4-2。 4.3

10、数控机床用丝杠传动副 表4-1 预紧方式 预紧方式标记代号预紧方式标记代号 单螺母变位导程预 紧 B双螺母螺纹预紧W 双螺母垫片预紧D单螺母无预紧L 双螺母齿差预紧C 4.3 数控机床用丝杠传动副 表4-2 精度等级标号及选择 精度等级分1、2、3、4、5、7和10级。1级精度最高， 依次递减 精度等级标号应用范围 5普通机床 4，3数控钻床、数控车床、数控铣床、机床改造 2，1数控磨床、数控线切割机床、数控镗床、坐 标镗床、MC、仪表机床 4.3 数控机床用丝杠传动副 (3)尺寸系列 国际标准化ISO中规定，公称直径系列为：6mm、 8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm、

11、32mm、40mm、 50mm、63mm、80mm、100mm、120mm、125mm、160mm及 200mm。 【实例4-2】 滚珠丝杠副的标注示例 5.滚珠丝杠副的选择方法 (1)精度等级的选择 应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠副的 精度。 (2)结构尺寸的选择 滚珠丝杠的结构尺寸主要有：丝杠的名义直径 d0，基本导程L0、导程L、滚珠直径db等，尤其是名义直径与刚度直 接相关，直径大、承载能力和刚度越大，但直径大转动惯量也随之 增加，使系统的灵敏度降低。 4.3 数控机床用丝杠传动副 (3)滚珠丝杠副选择和验算 在选用滚珠丝杠副时，必须知道实际的 工作条件，应知道最大的工作载荷(或

12、平均工作载荷)、最大载荷作 用下的使用寿命、丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)、丝杠的转 速(或平均转速)、滚道的硬度及丝杠的工况。 1)机床定位精度要求与丝杠精度。 2)滚珠丝杠的刚性。 3)滚珠丝杠副的临界转速 4)滚珠丝杠副的寿命计算 【实例4-3】 滚珠丝杠的安装示例 4.3 数控机床用丝杠传动副 图4-18 滚珠丝杠安装 4.3 数控机床用丝杠传动副 图4-18 滚珠丝杠安装(续) 4.3 数控机床用丝杠传动副 6.滚珠丝杠副的维护 (1)支承轴承的定期检查 应定期检查丝杠支承与床身的联接是否有 松动以及支承轴承是否损坏等。 (2)滚珠丝杠副的润滑和密封 滚珠丝杠副也可用润滑剂来提高

13、耐磨 性及传动效率。 (3)滚珠丝杠副常用防尘密封圈和防护罩 1)密封圈。 2)防护罩。 图4-19 钢带缠卷式丝杠 防护装置原理图 1支承滚子 2张紧轮 3钢带 4.3 数控机床用丝杠传动副 4.3.2 静压丝杠副 1.静压丝杠副应用与结构 图4-20 静压丝杠副的结构 1螺母 2接压力表油孔 3、5进油孔 4螺母座 6油塞 7节流器 8丝杠 9螺钉 10回油槽 11油腔 12油槽 13进油槽 4.3 数控机床用丝杠传动副 2.工作特点和原理 1)静压丝杠的工作特点 摩擦因数很小，仅为0.0005，比滚珠丝杠(摩擦因数为0.002 0.005)的摩擦损失还小。起动力矩很小，传动灵敏，避免了爬

14、行。 油膜层可以吸振，提高了运动的平稳性，由于油液不断流动，有 利于静热和减少热变形，提高了机床的加工精度和表面质量。 图4-21 静压丝杠副的工作原理 4.3 数控机床用丝杠传动副 油膜层具有一定的刚度，大大减小了反向间隙，同时油膜层介于 螺母与丝杠之间，对丝杠的误差有“均化”作用，即丝杠的传动误差 比丝杠本身的制造误差还小。 承载能力与供油压力成正比，与转速无关，提高供油压力即可提 高承载能力。 2)工作原理 由于静压丝杠副是在丝杠和螺母的螺旋面之间通入压 力油，使其间保持一定厚度、一定刚度的压力油膜，因而丝杠和螺 母之间为纯液体摩擦，如图4-21所示。 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传

15、动 4.4.1 齿轮齿条副传动 在大型数控机床(如大型数控龙门铣床)中，工作台的行程很大。因 此，它的进给运动不宜采用滚珠丝杠副实现，因太长的丝杠易于下 垂，将影响到它的螺距精度及工作性能；此外，其扭转刚度也相应 下降，故常用齿轮齿条传动。当驱动负载小时，可采用双片薄齿轮 错齿调整法，分别与齿条齿槽左、右侧贴紧，而消除齿侧隙。图 422是这种消除间隙方法的原理图。进给运动由轴2输入，通过两对 斜齿轮将运动传给轴1和轴3，然后由两个直齿轮4和5去传动齿条， 带动工作台移动，轴2上两个斜齿轮的螺旋线方向相反。如果通过弹 簧在轴2上作用一个轴向力F，则使斜齿轮产生微量的轴向移动，这 时轴1和3便以相

16、反的方向转过微小的角度，使齿轮4和5分别与齿条 的两齿面贴紧，消除了间隙。当驱动负载大时，采用径向加载法消 除间隙。 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动 如图423所示，两个小齿轮1和6分别与齿条7啮合，并用加载装置4 在齿轮3上预加负载，于是齿轮3使啮合的大齿轮2和5向外伸开，与 其同轴上的齿轮1、6也同时向外伸开，与齿条7上齿槽的左、右两侧 相应贴紧面无间隙，齿轮3由液压马达直接驱动。 图4-22 双齿轮消除间隙原理 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动 图4-23 齿轮齿条传动的齿侧隙消除 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动 【实例4-4】 XKB-2320型数控龙门铣床齿轮齿条传动 (1)传动原理 如图4-24所示，以液压电动机直接驱动蜗杆6，蜗杆6 同时带动蜗轮2和7。 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动 图4-24 齿轮齿条机构传动原理图 1、14轴齿轮 2、7蜗轮 3双面齿离合器 4单面齿离合器 5紧固螺母 6蜗杆 8