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1、数控机床结构与维护数控机床结构与维护主讲：韩鸿鸾主讲：韩鸿鸾第四章第四章 数控机床进给传动系统的结构与维护数控机床进给传动系统的结构与维护进给传动系统其床身、工作台、床鞍、主轴箱均采用高性能、最优化整体铸铁结构，内部均布置适当的网状肋板、肋条，具有足够的刚性、抗振性，能保证良好的切削性能。第一节第一节 概述概述【学习目标学习目标】了解数控机床进给传动的特点了解数控机床进给传动的特点掌握数控机床进给传动的种类与组成掌握数控机床进给传动的种类与组成【学习内容学习内容】一、数控机床进给传动的特点一、数控机床进给传动的特点 1.减少摩擦阻力2.减少运动惯量 3.高的传动精度与定位精度4.宽的进给调速范
2、围 5.响应速度要快6.无间隙传动7.稳定性好、寿命长8.使用维护方便二、进给传动的组成二、进给传动的组成滚珠丝杠齿形带及带轮丝杠螺母润滑油管伺服电机图53 同步齿形带传动名称图示作用或要求导轨机床导轨的作用是支承和引导运动部件沿一定的轨道进行运动。导轨是机床基本结构要素之一。在数控机床上，对导轨的要求则更高。如高速进给时不振动;低速进给时不爬行;有高的灵敏度;能在重负载下，长期连续工作;耐磨性高;精度保持性好等要求都是数控机床的导轨所必须满足的。丝杠丝杠螺母副作用是直线运动与回转运动运动相互转换。数控机床上对丝杠的要求：传动效率高；传动灵敏，摩擦力小，动静摩擦力之差小，能保证运动平稳，不易产
3、生低速爬行现象；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程。表51 进给传动元件的作用或要求名称图示作用或要求轴承 主要用于安装、支撑丝杠，使其能够转动，在丝杠的两端均要安装丝杠支架 该支架内安装了轴承，在基座的两端均安装了一个，主要用于安装滚珠丝杠，传动工作台。名称图示作用或要求联轴器 联轴器是伺服电动机与丝杠之间的连接元件，电动机的转动通过连轴器传给丝杠，使丝杠转动，移动工作台。伺服电动机 伺服电动机是工作台移动的动力元件，传动系统中传动元件的动力均由伺服电动机产生，每根丝杠都装有一个伺服电动机。润滑系统 润滑系统可视为传动系统的“血液”。可减少阻力和摩擦磨损，避免低速爬
4、行，降低高速时的温升，并且可防止导轨面、滚珠丝杠副锈蚀。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，导轨主要用润滑油，丝杠主要用润滑脂。三、进给传动系统的种类三、进给传动系统的种类（1）步进伺服系统a) b)图54 步进伺服系统a)步进电机 b)驱动器1、进给驱动的种类、进给驱动的种类（2）直流伺服系统直流伺服系统直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小正比于电机中的气隙磁场，直流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机可分为：他激式、并激式、串激式、复激式、永磁式。（3）交流伺服系统 图55 交流伺服系统a)伺服驱动系统 b)伺服电动机(1)丝杠螺母
5、副 1)滚珠丝杠螺母副图56滚珠丝杠螺母副的结构原理1螺母2滚珠3丝杠 4滚珠回路管道2、进给传动的种类、进给传动的种类2)静压丝杠螺母副图57 静压丝杠螺母副工作原理a)原理图b)结构图 2.齿轮齿条传动图58预加负载双齿轮齿条无间隙传动机构1双齿轮；2齿条；3调整轴；4进给电机轴；5右旋齿轮；6加载弹簧；7左旋齿轮3.双导程蜗杆蜗轮副 数控机床上当要实现回转进给运动或大降速比的传动要求时，常采用蜗杆蜗轮副。蜗杆蜗轮副的啮合侧隙对传动、定位精度影响很大，因此，消除其侧隙就成为设计中的关键问题。为了消除传动侧隙，可采用双导程蜗杆蜗轮。图510 双导程蜗杆蜗轮副4.静压蜗杆蜗轮条传动图511蜗杆
6、蜗轮条传动机构1蜗轮条2蜗杆 蜗杆蜗轮条机构是丝杠螺母机构的一种特殊形式。如图511所示，蜗杆可看作长度很短的丝杠，其长径比很小。蜗轮条则可以看作一个很长的螺母沿轴向剖开后的一部分，其包容角常在9001200之间。5.直线电动机系统图513直线电动机进给系统外观1导轨2次线3初级4检测系统第二节第二节 数控机床进给传动装置的结构与维护数控机床进给传动装置的结构与维护【学习目标学习目标】掌握滚珠丝杠的循环方式掌握滚珠丝杠的循环方式会对滚珠丝杠螺母副间隙进行调整会对滚珠丝杠螺母副间隙进行调整能对滚珠丝杠螺母副间隙进行维护能对滚珠丝杠螺母副间隙进行维护掌握数控机床用导轨的种类与维护方法掌握数控机床用
7、导轨的种类与维护方法能对进给传动副进行维护能对进给传动副进行维护【学习内容学习内容】一、滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副图514 滚珠丝杠的结构1、滚珠丝杠螺母副的循环方式、滚珠丝杠螺母副的循环方式 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。图515 外循环滚珠丝杠a)切向孔结构 b)回珠槽结构 c)滚珠的运动轨迹 2、外循环的结构、外循环的结构图516内循环滚珠丝杠a)凸键反向器b)扁圆镶块反向器c)滚珠的运动轨迹d)凸键反向器结构1凸键 2、3反向槽 4丝杠 5钢珠 6螺母 7反向器3、内循环的结构、内循环的结构(1)双螺母消隙1)垫片调隙式图517 垫
8、片调隙式调整垫片厚度使左右两螺母产生轴向位移，即可消除间隙和产生预紧力。这种方法结构简单，刚性好，但调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧。4、滚珠丝杠螺母副间隙的调整、滚珠丝杠螺母副间隙的调整 2)螺纹调整式图518螺纹调整式的滚珠丝杠螺母副1、7螺母2返向器 3钢球 4螺杆 5垫圈 6圆螺母3)齿差调隙式图519 齿差调隙式 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1和Z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量S=(1/ Z11/ Z2)
9、 Pn。(2)单螺母消隙图520 单螺母变螺距预加负荷 它是在滚珠螺母体内的两列循环珠链之问，使内螺母滚道在轴向产生一个L0的螺距突变量，从而使两列滚珠在轴向错位实现预紧。这种调隙方法结构简单，但负荷量须预先设定且不能改变。1)单螺母变位螺距预加负荷 2)单螺母螺钉预紧图521 单螺母螺钉预紧 螺母的专业生产工作完成精磨之后，沿径向开一薄槽，通过内六角调整螺钉实现间隙的调整和预紧。3)单螺母增大滚珠直径预紧方式是单螺母加大滚珠直径产生预紧，磨损后不可恢复。图522 单螺母增大滚珠直径预紧5、滚珠丝杠的支承、滚珠丝杠的支承1)一端装推力轴承 这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。只适用于短丝杠，
10、一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向(垂直)坐标中。a)一端装止推轴承 此种方式可用于丝杠较长的情况。应将止推轴承远离液压马达等热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。2)一端装推力轴承，另一端装向心球轴承b)一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方式低。 3)两端装推力轴承c)两端装止推轴承 为使丝杠具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加向心球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力的大小是由丝杠
11、的温度变形转化而产生的。4)两端装推力轴承及向心球轴承d) 两端装止推轴承及向心球轴承6、滚珠丝杠的制动、滚珠丝杠的制动l旋转变压器2测速发电机转子3测速发电机定子4电刷5永久磁铁6伺服电动机转子7电磁线圈8外齿轮9内齿轮图525滚珠丝杠的制动7、滚珠丝杠螺母副的维护、滚珠丝杠螺母副的维护(1)防护罩防护 整个装置由支承滚子1，张紧轮2和钢带3等零件组成。钢带的两端分别固定在丝杠的外圆表面。(2)密封圈防护图527 密封圈防护 用密封圈对螺母进行密封，密封圈厚度为螺距的23倍，装在滚珠螺母的两端。(3)滚珠丝杠副的润滑 滚珠丝杠副也可用润滑剂来提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两
12、大类。润滑油为一般机油或90180透平油、140或N15主轴油，而润滑脂一般采用锂基润滑脂。润滑脂通常加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则是经过壳体上的油孔注入螺母的内部。 二、数控机床用导轨二、数控机床用导轨1、塑料导轨、塑料导轨(1)贴塑导轨 贴塑导轨是在动导轨的摩擦表面上贴上一层塑料软带，以降低摩擦因数，提高导轨的耐磨性。(2)注塑导轨注塑导轨又称为涂塑导轨。其抗磨涂层是环氧型耐磨导轨涂层，其材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固化剂为一组分的双组分塑料涂层。这种导轨有良好的可加工性，有良好的摩擦特性和耐磨性，其抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，特
13、别是可在调整好固定导轨和运动导轨间的相对位置精度后注入塑料，可节省很多工时，适用于大型和重型机床。2、滚动导轨、滚动导轨(1)滚动导轨的特点图529滚动导轨-伺服电机-联轴器-滚动导轨-润滑油管-滚珠丝杠(2)滚动导轨的特点 滚动导轨分为开式和闭式两种，开式用于加工过程中载荷变化较小，颠覆力矩较小的场合。滚动导轨分为直线滚动导轨、圆弧滚动导轨、圆形滚动导轨。直线滚动导轨品种很多，有整体型和分离型。图531直线滚动导轨a)滚动体为滚珠 b)滚动体为滚柱图534 圆弧滚动导轨a)圆弧滚动导轨 b)直曲滚动导轨图536 整体型圆形滚动导轨 图537 分离型圆形滚动导轨3、导轨副的维护、导轨副的维护(
14、1)间隙调整1)压板图538压板1-动导轨 2-支承导轨 3-压板 4-垫片 5-平镶条 6-螺钉2)镶条 为了保证平导轨具有较高的导向精度，常采用平镶条或斜镶条进行间隙调整。图539 镶条调整间隙图540平镶条 1-螺钉2-平镶条3-支承导轨 平镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的间隙。图542斜镶条1-螺钉2-镶条3-开口垫圈 4、5、6、7-螺母 斜镶条的斜度在1:1001:40之间选取，镶条长，可选较小斜度；镶条短，则选较大斜度。3)压板镶条调整间隙T形压板用螺钉固定在运动部件上，运动部件内侧和T形压板之间放置斜镶条，镶条不是在纵向有斜度，而是在高度方面做成倾斜。调整时，借助压板上几个推
15、拉螺钉，使镶条上下移动，从而调整间隙。图543 压板镶条调整间隙4)调整实例图544导轨间隙调整l楔铁 2标准导轨 3支承导轨 4楔铁 5、7调整螺钉6刮板 8楔铁调整板 9润滑油路(2)滚动导轨的预紧1)采用过盈配合。2)调整法。(a) 过盈配合预紧 (b)调整预紧图545 滚动导轨的预紧(3)导轨副的润滑 导轨副表面进行润滑后，可降低其摩擦因数，减少磨损，并且可防止导轨面锈蚀油管油箱过滤器 图546 滚动导轨副的润滑(4)导轨副的防护 常用的导轨防护罩有刮板式、卷帘式和叠层式，这些防护罩大多用于长导轨上。(5)滚动导轨的密封 导轨经过安装和调节后，需要对螺栓的安装孔进行密封，这样可以确保导
16、轨面的光滑和平整。安装孔的密封有两种办法：防护条和防护塞。图547 安装孔的密封图548 刮屑板的应用 三、进给传动系统的维护三、进给传动系统的维护1)每次操作机床前都要先检查润滑油箱里的油是否在使用范围内。2)操作结束时，要及时清扫工作台、导轨防护罩上的铁屑。3)如果机床停放时间过长没有动行，应先打开导轨、丝杠防护罩，对导轨、滚珠丝杠等零件擦干净，然后上油再开机运行。第三节第三节 数控机床进给驱动的结构与维护数控机床进给驱动的结构与维护【学习目标学习目标】了解进给驱动的种类了解进给驱动的种类会对数字伺服参数进行初始设定会对数字伺服参数进行初始设定能对伺服系统进行调整能对伺服系统进行调整掌握掌
17、握FSSB FSSB 数据的显示和设定方法数据的显示和设定方法【学习内容学习内容】一、进给驱动的分类一、进给驱动的分类 直流可控硅伺服单元、直流PWM伺服单元、交流模拟伺服单元、交流S系列l伺服单元、交流S系列2伺服单元、交流C系列伺服单元、交流系列伺服单元SVU，SVUC、交流系列伺服单元SVM、交流i系列伺服单元SVM、交流系列伺服单元、交流i系列伺服单元。交流模拟伺服单元 二、数字伺服参数的初始设定二、数字伺服参数的初始设定1、调出方法、调出方法2、设定方法、设定方法三、三、 FSSB FSSB 数据的显示和设定画面数据的显示和设定画面1、显示步骤、显示步骤2、设定、设定四、伺服调整画面
18、四、伺服调整画面1、参数的设定、参数的设定2、显示伺服调整画面、显示伺服调整画面五、五、i i 伺服信息画面伺服信息画面1、参数设置、参数设置2、显示伺服信息画面、显示伺服信息画面3、编辑伺服信息画面、编辑伺服信息画面第四节第四节 数控机床有关参考点的调整数控机床有关参考点的调整【学习目标学习目标】掌握各种方式返回参考点参数设置掌握各种方式返回参考点参数设置会对参考点进行设置会对参考点进行设置【学习内容学习内容】一、增量方式回参考点一、增量方式回参考点1、 FANUC系统实现回参考点的条件系统实现回参考点的条件2、参数设置、参数设置二、绝对方式回参考点二、绝对方式回参考点所谓绝对回零（参考点）
19、，就是采用绝对位置编码器建立机床零点，并且一旦零点建立，无需每次开电回零，即便系统关断电源，断电后的机床位置偏移（绝对位置编码器转角）被保存在电机编码器S-RAM中，并通过伺服放大器上的电池支持电机编码器S-RAM中的数据。1、绝对零点建立的过程、绝对零点建立的过程图566 绝对零点建立的过程2、操作、操作3、参数设置、参数设置4、参考点重新设置、参考点重新设置1)1005号参数，见表5162)1006号参数，见表520 在使用绝对型位置编码器中，当更换伺服模块、伺服电动机、丝杠、位置编码器等出现位置数据丢失时，在报警显示屏幕上会显示要求重新返回原点的报警，这时就必须重新进行设定绝对型位置编码
20、器原点的操作。三、距离编码回零三、距离编码回零传统的光栅尺有A相、B相以及栅格信号，A相、B相作为基本脉冲根据光栅尺分辨精度产生步距脉冲，而栅格信号是相隔一固定距离产生一个脉冲，所谓固定距离是根据产品规格或订货要求而确定的，如10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 50mm等。该栅格信号的作用相当于编码器的一转信号，用于返回零点时的基准零位信号。图572 比例光栅1、距离编码零点建立过程、距离编码零点建立过程2、参数设置、参数设置1815 DCLx OPTx【习题练习习题练习】一、填空题一、填空题1.轮廓控制系统必须对进给运动的 和运动的 两方面同时实现自动控制。2.丝杠螺
21、母副作用是 与 相互转换。3.常用的双螺母丝杠消除间隙方法有垫片调隙式、 、 三种。4.滚珠丝杠副常采用的防护套有 、锥形套筒和 三种。5.直线电动机可以将其视为旋转电动机沿圆周方向拉开展平的产物，对应于旋转电动机的定子部分，称为直线电动机的 ；对应于旋转电动机的转子部分，称为直线电动机的 。6.滚动导轨的结构形式，可按滚动体的种类分为： 、滚柱导轨和 。7.滚动导轨也可以按照滚动体的滚动是否沿封闭的轨道返回作连续运动分为：滚动体循环式和 两类。8. FANUC 0i系列数控系统可以通过三种方式实现回参考点： 回参考点、绝对方式回参考点、 回参考点。9所谓增量方式回参考点，就是采用 ，工作台快
22、速接近，经减速档块减速后低速寻找 作为机床参考点。10使用绝对位置检测器时，在进行第1 次调节时或更换绝对位置检测器时，务须将其设定为 ，再次通电后，通过执行手动返回参考点等操作进行绝对位置检测器的原点设定。由此，完成机械位置与绝对位置检测器之间的位置对应，此参数即被自动设定为 。11当更换电机或伺服放大器后，由于将反馈线与电机航空插头脱开，或电机反馈线与伺服放大器脱开，必将导致编码器电路与电池脱开了， 中的位置信息即刻丢失。再开机后会出现300#报警，需要重新建立 。12. FANUC公司使用电气栅格“GRID”的目的，就是可以通过 参数的调整，在一定量的范围内（小于参考计数器容量设置范围）
23、灵活的微调参考点的精确位置。二、选择题二、选择题1.数控机床中将伺服电动机的旋转运动转换为溜板或工作台的直线运动的装置一般是（ ）。A.滚珠丝杠螺母副 B.差动螺母副 C.连杆机构 D.齿轮副 2.数控机床的进给机构采用的丝杠螺母副是（ ）。A 双螺母丝杠螺母副 B 梯形螺母丝杠副 C 滚珠丝杠螺母副3.滚珠丝杠螺母副由丝杠、螺母、滚珠和（ ）组成。A.消隙器 B.补偿器 C.反向器 D.插补器3.一端固定，一端自由的丝杠支承方式适用于（ ）。 A.丝杠较短或丝杠垂直安装的场合 B.位移精度要求较高的场合C.刚度要求较高的场合 D.以上三种场合4.滚珠丝杠预紧的目的是（ ）。A.增加阻尼比，提
24、高抗振性 B.提高运动平稳性C.消除轴向间隙和提高传动刚度 D.加大摩擦力，使系统能自锁5.滚珠丝杠副消除轴向间隙的目的是（ ）。A.减小摩擦力矩 B.提高使用寿命 C.提高反向传动精度 D.增大驱动力矩6.一般（ ）对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次。A.每月 B.每半年 C. 每年 D.每两年7.滚珠丝杠副在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须安装制动装置，这是为了（ ）。A.提高定位精度 B.防止逆向传动 C.减小电机驱动力矩8.塑料导轨两导轨面间的摩擦力为（ ）。A.滑动摩擦 B.滚动摩擦 C.液体摩擦9.数控机床导轨按接合面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和（ ）导轨三种。A.贴塑
25、 B.静压 C.动摩擦 D.静摩擦10.（ ）不是滚动导轨的缺点。A.动、静摩擦因数很接近 B.结构复杂 C.防护要求高11.滚动导轨预紧的目的是（ ）。A.提高导轨的强度 B.提高导轨的接触刚度 C.减少牵引力 12.目前机床导轨中应用最普遍的导轨型式是（ ）。 A静压导轨 B.滚动导轨 C.滑动导轨13.参数3111#0位SVS表示（ ）。A.是否显示伺服设定画面、伺服调整画面 B.是否显示主轴画面14.参数3112#0=1能显示（ ）。A.程序仿真轨迹 B.程序仿真图形 C.伺服调整画面 D.伺服波形诊断画面15.参数3112#0=1应用结束后，应使参数No.3112#0设定为（ ）。A
26、.1 B.2 C.3 D.016.若参数DFS(No.14476#0)=0，则自动设定参数是（ ）。A.No.2023 B.No.1023 C.No.1024 D.No.122317.若参数DFS(N0.14476#0)=1，则自动设定参数是（ ）。A.No.1920 B.No.1930 C.No.1910 D.No.194018.若参数IDW(No.13112#0)=1，则说明对伺服或主轴的信息画面进行编辑进行（ ）。A.禁止 B.不禁止 C.无关 D.与其他参数配合三、判断题三、判断题1.（ ）数控机床的导轨主要用润滑脂。2.（ ）滚珠丝杆副实现无间隙传动，定位精度高，刚度好。3.（ ）滚
27、珠丝杆副有高的自锁性，不需要增加制动装置。4.（ ）滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为内循环。5.（ ）直线电动机次级部件与机床固定部件之间有一层隔热材料和空气层，连接的螺栓及次级冷却回路所用的冷却管材料均采用导热性较差的铝。6.（ ）贴塑导轨摩擦因数低，摩擦因数在0.030.05范围内，且耐磨性、减振性、工艺性均好，广泛应用于大型数控机床。7.（ ）注塑导轨在调整好固定导轨和运动导轨间的相对位置精度后注入塑料，可节省很多工时，适用于大型和重型机床。8.（ ）在数控机床中常用滚珠丝杠，用滚动摩擦代替滑动摩擦。9.（ ）在滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法中，常用双螺母结构形式，其中以齿差调隙式调整最为精确方便。10.（ ）在开环和半闭环数控机床上，定位精度主要取决于进给丝杠的精度。11.（ ）伺服系统的执行机构常采用直流或交流伺服电动机。12.（ ）“GRID”信号可以理解为是在所找到的物理栅格基础上再加上 “栅格偏移量”后生成的点。13.（ ）所谓绝对回零（参考点），就是采用增量位置编码器建立机床零点，并且一旦零点建立，无需每次开电回零。14.（ ）传统的增量式编码器，在机床断电后不能够将零点保存，所以每遇断电再开点后，均需要操作者进行返回零点操作。15.（ ）外置脉冲编码器与光栅尺的设置，通常，将电机每转动一圈的反馈脉冲数作为参考计数器容量予以设定。
