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1、数控机床原理及应用,第八讲,数控机床进给伺服系统的 机械传动结构(二),本讲内容提要,滚珠丝杠螺母副（2）,滚珠丝杠螺母副（2）,滚珠丝杠副轴向间隙的调整 滚珠丝杠副的支承型式 滚珠丝杠副的制动装置,滚珠丝杠副轴向间隙的调整,滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。轴向间隙是指丝杠和螺母间无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。 除了结构本身具有的游隙之外，施加轴向载荷所产生的弹性变形也会引起轴向窜动。,消除间隙的目的,如果存在轴向间隙，当丝杠反向转动时将产生空回误差，从而影响传动精度和轴向刚度。 为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。,消除间隙的方法,采用双螺母结构，利用两个螺母的相
2、对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力过大会增加摩擦力，降低传动效率，缩短使用寿命。 一般需要经过多次调整，以保证既能消除间隙，又能灵活运转。调整时除螺母预紧外还要特别注意消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。,消除间隙的结构,双螺母消除间隙的结构形式 垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 单螺母变位螺距调隙式,垫片调隙式,调整垫片3的厚度使螺母2相对于螺母1产生轴向位移，使两个螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，即可消除间隙和产生预紧力。这种方法能较精确地调整预紧量，结构简单，刚性好，工作可靠
3、，但调整不便，滚道有磨损时不能随时进行调整。,双螺母垫片式结构,螺纹调隙式,左螺母1外端有凸缘，而右螺母2外端右侧是螺纹结构，用两个圆螺母3、4把垫片压在螺母座上，左右螺母和螺母座上加工有键槽，采用平键连接，使螺母在螺母座内可以轴向滑移而不能相对转动。调整时，只要拧紧圆螺母3使右螺母2向右移动，就可以改变两螺母的间距，即可消除间隙并产生预紧力。螺母4是锁紧螺母，调整完毕后，将螺母4和螺母3并紧，以防止在工作中螺母松动。这种调整方法具有结构简单、工作可靠、调整方便的优点，滚道磨损可随时调整，但调整位移量不易精确控制。,双螺母螺纹式结构,齿差调隙式,在左右两个螺母1、2的凸缘上分别加工有圆柱外齿轮
4、，分别与左右两端内齿圈3、4相啮合，内齿圈用螺钉紧固在螺母座的左右端面上，使左右螺母不能转动。两外齿轮的齿数不相等，相差一个齿。调整间隙时，先取下两内齿圈，让两个螺母相对于螺母座同方向都转动一个齿，然后插回内齿圈并紧固在螺母座上，此时两个螺母产生相对角位移，使两螺母轴向间距改变，实现消除间隙和预紧。设两外齿轮的齿数分别为z1、z2，滚珠丝杠的螺距为P，两个螺母相对于螺母座同方向转动一个齿后，其轴向位移量为sP（1/ z11/ z2）。设：z1=100，z2=99，滚珠丝杠的螺距为P10mm时，则间隙的调整量为0.001mm。由此知，该调整方法能精确调整预紧量，调整方便、预紧可靠，但结构尺寸较大
5、，多用于高精度的传动。,双螺母齿差式结构,单螺母变位螺距调隙式,在滚珠丝杠螺母副螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个L0的导程变量，从而使两列滚珠在轴向错位，以此来实现预紧。这种调隙方法结构简单，工作可靠，不需使用双螺母，无需附加预紧装置，尺寸紧凑，但导程变量须预先设定且不能改变。通常应用于中等载荷的场合。,单螺母变位螺距式,滚珠丝杠副的支承型式,数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支承结构的刚度也是不可忽视的因素。 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重，因此提高滚珠丝杠的轴向精度和刚度及其重要。
6、,支承方式,为了提高支承的轴向刚度，必需合理地选择滚动轴承。目前国内主要采用的支承方式有两种， 一种是把推力轴承和角接触轴承组合使用，其轴向刚度高，但增大了轴承摩擦阻力和发热，轴承支架的结构尺寸也较大； 另一种是把角接触球轴承组合使用，结构简单，但轴向刚度不足。,一端固定一端自由的支承形式,特点,结构简单，承载能力小，轴向刚度低，压杆稳定性较差和临界转速低，适用于短丝杠及垂直布置丝杠。一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的垂直坐标进给传动结构。,一端固定一端浮动的支承形式,特点,该支承丝杠的轴向刚度与图a形式相同，压杆稳定性和临界转速比图a形式高，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，但需保证螺
7、母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。,两端固定的支承形式,特点,丝杠的轴向刚度约为一端固定形式的4倍，可预拉伸，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺较复杂，适用于长丝杠。它的两端均采用双重支承并施加预紧，使丝杠具有较大的刚度，这种方式还可使丝杠的温度变形转化为推力轴承的预紧力，但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。,滚珠丝杠专用轴承,结构特点,轴承的接触角增大到60，能承受很大轴向力，与一般角接触滚动轴承相比，增加了滚珠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
8、上，而且使用极为方便，已在中、小数控机床上得到较多应用。 装配时只要用螺母和端盖将内圈和外圈压紧，就能获得出厂时已经调整好的预紧力。,滚珠丝杠副的制动装置,珠丝杠螺母副传动效率很高，摩擦角小，因而不能自锁。尤其是在垂直传动和水平放置的高速大惯量传动时，必须设置制动装置。常用的制动方法有使用超越离合器、电磁摩擦离合器，或者使用具有制动装置的伺服驱动电机。,制动装置,制动装置的工作原理,机床工作时，电磁铁线圈通电吸住压簧，摩擦离合器打开。此时步进电机接受控制系统的指令脉冲后，将回转运动通过液压转矩放大器及减速齿轮，带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠将转动转换为主轴箱的主轴移动。当步进电机停止转动时，电磁铁线圈亦同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠也停止转动，主轴箱就不会因自重而下沉了。超越离合器也可作滚珠丝杠的制动装置。,本讲小结,滚珠丝杠副轴向间隙调整的目的、方法和结构形式 滚珠丝杠副的支承型式和特点 滚珠丝杠副制动装置的工作原理,作 业,滚珠丝杆支承有哪几种？特点是什么，各适用于什么情况？ 试述滚珠丝杆螺母副消除间隙的方法 试述滚珠丝杠副的支承型式和特点,
