数控机床的进给传动系统.ppt

典型机电产品构造典型机电产品构造第第三三章章 数数控控机机床床的的进进给给传传动动系系统统 第一章第一章 数控机床概述数控机床概述第一节第一节 概述概述第二节第二节 齿轮传动副齿轮传动副第三节第三节 数控机床用丝杠传动副数控机床用丝杠传动副第四节第四节 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动第五节第五节 静压蜗杆静压蜗杆蜗轮条与直线电机蜗轮条与直线电机第六节第六节 机床导轨机床导轨 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。作。伺服进给系统的作用伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。动控制。数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度定位精度之外，还应具有良好的之外，还应具有良好的动态响应特性动态响应特性，系统，系统跟踪指令信号的跟踪指令信号的响应要快响应要快，稳定性要好稳定性要好。一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成 ：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。检测反馈元件等几部分。机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。等中间传动机构。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第一节第一节 概概 述述一、数控机床对进给传动系统的要求一、数控机床对进给传动系统的要求1 1减少摩擦阻力减少摩擦阻力为了提高数控机床进给系统的快速响应性能和运动精为了提高数控机床进给系统的快速响应性能和运动精度，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦力之差。度，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦力之差。在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 2 2减少运动惯量减少运动惯量 运动部件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有运动部件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有影响，尤其是处于高速运转的零、部件，其惯量的影影响，尤其是处于高速运转的零、部件，其惯量的影响更大。响更大。因此，在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减因此，在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小运动部件的质量、减小旋转零件的直径和质量，以小运动部件的质量、减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的惯量。减小运动部件的惯量。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 3 3高的传动精度与定位精度高的传动精度与定位精度 数控机床的进给传动装置的传动精度和定位精度对零件数控机床的进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用。的加工精度起着关键性的作用。传动精度和定位精度是数控机床最重要，也是最具有该传动精度和定位精度是数控机床最重要，也是最具有该类机床特征的指标，无论对点位、直线控制系统，还是轮廓类机床特征的指标，无论对点位、直线控制系统，还是轮廓控制，该项精度都很重要。控制，该项精度都很重要。设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4 4宽的进给调速范围宽的进给调速范围 伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达要，工作进给速度范围可达3 36000mm6000mmmin(min(调速范围调速范围1 1：2000)2000)。为了完成精密定位，伺服系统的低速趋近速度达。为了完成精密定位，伺服系统的低速趋近速度达0.1mm0.1mmminmin；为了缩短辅助时间，提高加工效率，快速移动；为了缩短辅助时间，提高加工效率，快速移动速度应高达速度应高达15m15mminmin。在多坐标联动的数控机床上，合成速度维持常数，是保在多坐标联动的数控机床上，合成速度维持常数，是保证表面粗糙度要求的重要条件；为保证较高的轮廓精度，各证表面粗糙度要求的重要条件；为保证较高的轮廓精度，各坐标方向的运动速度也要配合适当，这是对数控系统和伺服坐标方向的运动速度也要配合适当，这是对数控系统和伺服进给系统提出的共同要求。进给系统提出的共同要求。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 5 5响应速度要快响应速度要快 所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系统响应速度的大小不仅影响机床的加工效率，而且影响加统响应速度的大小不仅影响机床的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间工精度。设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高伺服进隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高伺服进给系统的快速响应性。给系统的快速响应性。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 6 6无间隙传动无间隙传动进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。传动副等方法。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 7 7稳定性好、寿命长稳定性好、寿命长 稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适当选择各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服系适当选择各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服系统设计的目标。统设计的目标。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。度的能力。组成进给机构的各传动部件应选择合适的材料及合理的组成进给机构的各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理方法，对于滚珠丝杠及传动齿轮，必须加工工艺与热处理方法，对于滚珠丝杠及传动齿轮，必须具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式，以延长其寿命。具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式，以延长其寿命。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 8 8使用维护方便使用维护方便 数控机床属高精度自动控制机床，主要用于单件、数控机床属高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、高精度及复杂的生产加工，机床的开机率中小批量、高精度及复杂的生产加工，机床的开机率相应就高，因而进给系统的结构设计应便于维护和保相应就高，因而进给系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用率。率。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 二、联轴器二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，联轴器是用来连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，被连接以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。才能脱开。联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械联轴器的类型：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，互间的机械作用力来传递转矩，第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 1 1套筒联轴器套筒联轴器第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 2 2凸缘联轴器凸缘联轴器第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 凸缘式联轴器的材料可用凸缘式联轴器的材料可用HT250HT250或碳钢，重载时或或碳钢，重载时或圆周速度大于圆周速度大于30m30ms s时应用铸钢或锻钢。时应用铸钢或锻钢。凸缘联轴器对于所联接的两轴的对中性要求很高，凸缘联轴器对于所联接的两轴的对中性要求很高，当两轴间有位移与倾斜存在时，就在机件内引起附加当两轴间有位移与倾斜存在时，就在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于其构造简单、成本低以及可传递较大转矩，但由于其构造简单、成本低以及可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴的刚性大以及对中性较好时故当转速低、无冲击、轴的刚性大以及对中性较好时亦常采用。亦常采用。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 3 3挠性联轴器挠性联轴器 在大转矩宽调速直流电转机及传递转矩较大的步进在大转矩宽调速直流电转机及传递转矩较大的步进电动机的传动机构中，与丝杠之间可采用直接连接的电动机的传动机构中，与丝杠之间可采用直接连接的方式，这不仅可简化结构、减少噪声，而且对减少间方式，这不仅可简化结构、减少噪声，而且对减少间隙、提高传动刚度也大有好处。隙、提高传动刚度也大有好处。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4 4夹紧环联轴器的拆卸与装配夹紧环联轴器的拆卸与装配 图图4-44-4是夹紧环联轴器结构图。这种联轴能实现无间隙是夹紧环联轴器结构图。这种联轴能实现无间隙联接，且能传递较大转矩。它的拆卸与装配方法如下：联接，且能传递较大转矩。它的拆卸与装配方法如下：(1)(1)拆卸拆卸 1)1)以如图以如图4-44-4所示的次序逐渐松开螺栓所示的次序逐渐松开螺栓3 3，开始时不要，开始时不要超过四分之一圈，以免圆盘超过四分之一圈，以免圆盘1 1偏歪、卡住。松开后的螺偏歪、卡住。松开后的螺栓栓3 3仍留在圆盘上，不要卸下。仍留在圆盘上，不要卸下。2)2)把轴套把轴套5 5与圆盘组件千起从轴与圆盘组件千起从轴6 6上卸下。上卸下。3)3)从轴套从轴套5 5上取下圆盘组件。上取下圆盘组件。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (2)(2)装配装配 装配前，锥环装配前，锥环4 4与圆盘与圆盘1 1之间一般不需要清洗，之间一般不需要清洗，如发现脏，应清洗并加润滑脂和更换如发现脏，应清洗并加润滑脂和更换O O型圈。装配顺序型圈。装配顺序如下：如下：1)1)轻轻拧紧三个相隔轻轻拧紧三个相隔120120的螺栓的螺栓3 3，保持两盘平行；，保持两盘平行；在三处检查两盘间距离。拧紧力的大小以锥环在三处检查两盘间距离。拧紧力的大小以锥环4 4在两盘在两盘上不转动即可，力过大会使锥环上不转动即可，力过大会使锥环4 4变形。变形。2)2)在轴套在轴套5 5外表面涂上润滑脂，把圆盘组件装配到外表面涂上润滑脂，把圆盘组件装配到轴套轴套5 5上，此时仍不要拧紧螺栓。上，此时仍不要拧紧螺栓。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 3)3)去除轴去除轴6 6与轴套与轴套5 5内孔的油污和杂质，把装好的轴内孔的油污和杂质，把装好的轴套组件装配到轴套组件装配到轴6 6上。上。4)4)按如图按如图4444所示的次序逐个地、逐渐地拧紧螺栓所示的次序逐个地、逐渐地拧紧螺栓3 3，最后用限力扳手拧，保持两圆盘，最后用限力扳手拧，保持两圆盘1 1平行。如此反复多平行。如此反复多次拧紧，直到全部螺栓达到规定的转矩。转矩值标记次拧紧，直到全部螺栓达到规定的转矩。转矩值标记在圆盘在圆盘1 1的端面上。的端面上。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 5 5安全联轴器的应用安全联轴器的应用 图图4-54-5所示为所示为TND360TND360数控车床的纵向滑板的传动系数控车床的纵向滑板的传动系统图。统图。是由纵向直流伺服电动机，经安全联轴器直接驱动是由纵向直流伺服电动机，经安全联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，传动纵向滑板，使其沿床身上的纵滚珠丝杠螺母副，传动纵向滑板，使其沿床身上的纵向导轨运动。直流伺服电动机由尾部的旋转变压器和向导轨运动。直流伺服电动机由尾部的旋转变压器和测速发电机进行位置反馈和速度反馈，纵向进给的最测速发电机进行位置反馈和速度反馈，纵向进给的最小脉冲当量是小脉冲当量是0.001mm0.001mm。这样构成的伺服系统为半闭环。这样构成的伺服系统为半闭环伺服系统。伺服系统。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 安全联轴器的作用是在进给过程中当进给力过大或滑安全联轴器的作用是在进给过程中当进给力过大或滑板移动过载时，为了避免整个运动传动机构的零件损坏，板移动过载时，为了避免整个运动传动机构的零件损坏，安全联轴器动作，终止运动的传递。安全联轴器动作，终止运动的传递。在正常情况下，运动由联轴器传递到滚珠丝杠上，当在正常情况下，运动由联轴器传递到滚珠丝杠上，当出现过载时，滚珠丝杠上的转矩增大，这时通过安全联轴出现过载时，滚珠丝杠上的转矩增大，这时通过安全联轴器端面上的三角齿传递的转矩也随之增加，以致使端面三器端面上的三角齿传递的转矩也随之增加，以致使端面三角齿处的轴向力超过弹簧的压力，于是便将联轴器的右半角齿处的轴向力超过弹簧的压力，于是便将联轴器的右半部分推开，这时联接的左半部分和中间环节继续旋转，而部分推开，这时联接的左半部分和中间环节继续旋转，而右半部分却不能被带动，所以在两者之间产生打滑现象。右半部分却不能被带动，所以在两者之间产生打滑现象。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 机床许用的最大进给力取决于弹簧的弹力。拧动弹机床许用的最大进给力取决于弹簧的弹力。拧动弹簧的调整螺母可以调整弹簧的弹力。簧的调整螺母可以调整弹簧的弹力。在机床上采用了无触点磁传感器监测安全联轴器在机床上采用了无触点磁传感器监测安全联轴器的右半部分的工作状况。的右半部分的工作状况。当右半部分产生滑移时，传感器产生过载报警信当右半部分产生滑移时，传感器产生过载报警信号，通过机床可编程序控制器使进给系统制动，并将号，通过机床可编程序控制器使进给系统制动，并将此状态信号送到数控装置，由数控装置发出报警指标。此状态信号送到数控装置，由数控装置发出报警指标。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第二节第二节 齿轮传动副齿轮传动副一、齿轮传动副的任务、要求及设计内容一、齿轮传动副的任务、要求及设计内容 齿轮传动装置主要由齿轮传动副组成，其任务是传齿轮传动装置主要由齿轮传动副组成，其任务是传递伺服电动机输出的转矩和转速，并使伺服电动机与递伺服电动机输出的转矩和转速，并使伺服电动机与负载负载(工作台工作台)之间的转矩和转速负载惯量相匹配，使之间的转矩和转速负载惯量相匹配，使伺服电动机的高速低转矩输出变为负载所要求的低速伺服电动机的高速低转矩输出变为负载所要求的低速转矩。在开环系统中还可计算所需的脉冲当量。转矩。在开环系统中还可计算所需的脉冲当量。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 对传动装置总的要求是传动精度高、稳定性好和灵对传动装置总的要求是传动精度高、稳定性好和灵敏度高敏度高(或响应速度快或响应速度快)，在设计齿轮传动装置时，也，在设计齿轮传动装置时，也应从有利于提高这三个指标来提出设计要求。应从有利于提高这三个指标来提出设计要求。对于开环控制而言，传动误差直接影响数控设备的对于开环控制而言，传动误差直接影响数控设备的工作精度，因而应尽可能的缩短传动链、消除传动间工作精度，因而应尽可能的缩短传动链、消除传动间隙，以提高传动精度和刚度。隙，以提高传动精度和刚度。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 对于闭环控制系统，齿轮传动装置完全在伺服回路对于闭环控制系统，齿轮传动装置完全在伺服回路中，给系统增加了惯性环节，其性能参数将直接影响中，给系统增加了惯性环节，其性能参数将直接影响整个系统的稳定性。整个系统的稳定性。无论是开环还是闭环控制，齿轮传动装置都将影响无论是开环还是闭环控制，齿轮传动装置都将影响整个系统的灵敏度整个系统的灵敏度(响应速度响应速度)，从这个角度考虑应注，从这个角度考虑应注意减少摩擦、减少转动惯量，以提高传动装置的加速意减少摩擦、减少转动惯量，以提高传动装置的加速度。度。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 在设计齿轮传动装置时，还应考虑其传动比分配及在设计齿轮传动装置时，还应考虑其传动比分配及传动级数对传动件的转动惯量和执行件的失动影响。传动级数对传动件的转动惯量和执行件的失动影响。增加传动级数，可以减少转动惯量，但级数增加，使增加传动级数，可以减少转动惯量，但级数增加，使传动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪声，传动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪声，同时也加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。同时也加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。因此，不能单纯根据转动惯量来选取传动级数，而应因此，不能单纯根据转动惯量来选取传动级数，而应综合考虑来选取最佳的传动级数和各级的传动比。齿综合考虑来选取最佳的传动级数和各级的传动比。齿轮传动装置的设计内容包括传动设计、动力计算轮传动装置的设计内容包括传动设计、动力计算(强度强度设计设计)和结构设计，和结构设计，第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 二、消除间隙的齿轮传动结构二、消除间隙的齿轮传动结构 在数控设备的进给驱动系统中，考虑到惯量、转矩在数控设备的进给驱动系统中，考虑到惯量、转矩或脉冲当量的要求，有时要在电动机到丝杠之间加入或脉冲当量的要求，有时要在电动机到丝杠之间加入齿轮传动副，而齿轮等传动副存在的间隙，会使进给齿轮传动副，而齿轮等传动副存在的间隙，会使进给运动反向滞后于指令信号，造成反向死区而影响其传运动反向滞后于指令信号，造成反向死区而影响其传动精度和系统的稳定性。动精度和系统的稳定性。因此，为了提高进给系统的传动精度，必须消除齿因此，为了提高进给系统的传动精度，必须消除齿轮副的间隙。轮副的间隙。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 1 1直齿圆柱齿轮传动副直齿圆柱齿轮传动副 (1)(1)偏心套调整法偏心套调整法 如图如图4-74-7所示为偏心套消隙结构。所示为偏心套消隙结构。电动机电动机1 1通过偏心套通过偏心套2 2安装到机床壳体上，通过转动偏安装到机床壳体上，通过转动偏心套心套2 2，就可以调整两齿轮的中心距，从而消除齿侧的，就可以调整两齿轮的中心距，从而消除齿侧的间隙。间隙。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (2)(2)锥度齿轮调整法锥度齿轮调整法 如图如图4848所示为以带有锥度的齿所示为以带有锥度的齿轮来消除间隙的结构。在加工齿轮来消除间隙的结构。在加工齿轮轮1 1和和2 2时，将假想的分度圆柱面时，将假想的分度圆柱面改变成带有小锥度的圆锥面，使改变成带有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍有变化。其齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时，只要改变垫片调整时，只要改变垫片3 3的厚度就的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。从而消除齿侧间隙。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (3)(3)双片齿轮错齿调整法双片齿轮错齿调整法 图图4-9a4-9a是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。两个是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮相同齿数的薄片齿轮1 1和和2 2与另一个宽齿轮啮合，两薄片齿与另一个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮轮可相对回转。在两个薄片齿轮1 1和和2 2的端面均匀分布着四的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳个螺孔，分别装上凸耳3 3和和8 8。齿轮。齿轮1 1的端面还有另外四个通的端面还有另外四个通孔，凸耳孔，凸耳8 8可以在其中穿过，弹簧可以在其中穿过，弹簧4 4的两端分别钩在凸耳的两端分别钩在凸耳3 3和和调节螺钉调节螺钉7 7上。通过螺母上。通过螺母5 5调节弹簧调节弹簧4 4的拉力，调节完后用螺的拉力，调节完后用螺母母6 6锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄片齿轮的锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄片齿轮的左右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了左右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。齿侧间隙。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 这种结构装配好后，齿侧间隙自动消除这种结构装配好后，齿侧间隙自动消除(补偿补偿)，可始，可始终保持无间隙啮合，是一种常用的无间隙齿轮传动结终保持无间隙啮合，是一种常用的无间隙齿轮传动结构。构。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 2 2斜齿圆柱齿轮传动副斜齿圆柱齿轮传动副(1)(1)轴向垫片调整法轴向垫片调整法 图图410410为斜齿轮垫片调整为斜齿轮垫片调整法，其原理与错齿调整法，其原理与错齿调整法相同法相同;垫片厚度一般由垫片厚度一般由测试法确定，往往要经测试法确定，往往要经几次修磨才能调整好。几次修磨才能调整好。这种结构的齿轮承载能这种结构的齿轮承载能力较小，且不能自动补力较小，且不能自动补偿消除间隙。偿消除间隙。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (2)(2)轴向压簧调整法轴向压簧调整法 图图411411是斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构。是斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构。该结构消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同该结构消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用齿轮的是利用齿轮2 2右面的弹簧压力使两个薄片齿轮的左右右面的弹簧压力使两个薄片齿轮的左右齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。图图4lOa4lOa采用的是压簧，图采用的是压簧，图4-10b4-10b的是碟形弹簧。的是碟形弹簧。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 3 3锥齿轮传动副锥齿轮传动副 锥齿轮同圆柱齿轮一样可用上述类似的方法来消除锥齿轮同圆柱齿轮一样可用上述类似的方法来消除齿侧间隙。齿侧间隙。(1)(1)轴向压簧调整法轴向压簧调整法 图图412412为轴向压簧调整法。该为轴向压簧调整法。该结构主要由两个啮合着的锥齿轮结构主要由两个啮合着的锥齿轮1 1和和2 2组成，其中在锥组成，其中在锥齿轮齿轮1 1的传动轴的传动轴5 5上装有压簧上装有压簧3 3，锥齿轮，锥齿轮1 1在弹簧力的作在弹簧力的作用下可稍作轴向移动，从而消除间隙。弹簧力的大小用下可稍作轴向移动，从而消除间隙。弹簧力的大小由螺母由螺母4 4调节。调节。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (2)(2)周向弹簧调整法周向弹簧调整法 图图4-134-13为周向弹簧调整法。将一对啮合锥齿轮中为周向弹簧调整法。将一对啮合锥齿轮中的一个齿轮做成大小两片的一个齿轮做成大小两片1 1和和2 2，在大片上制有三个圆，在大片上制有三个圆弧槽，而在小片的端面上制有三个凸爪弧槽，而在小片的端面上制有三个凸爪6 6，凸爪，凸爪6 6伸人伸人大片的圆弧槽中。弹簧大片的圆弧槽中。弹簧4 4一端顶在凸爪一端顶在凸爪6 6上，而另一端上，而另一端顶在镶块顶在镶块3 3上，为了安装的方便，用螺钉上，为了安装的方便，用螺钉5 5将大小片齿将大小片齿圈相对固定，安装完毕之后将螺钉卸去，利用弹簧力圈相对固定，安装完毕之后将螺钉卸去，利用弹簧力使大小片锥齿轮稍微错开，从而达到消除间隙的目的。使大小片锥齿轮稍微错开，从而达到消除间隙的目的。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第三节第三节 数控机床用丝杠传动副数控机床用丝杠传动副数控机床的进给运动链中，将旋转运动转换为直线运数控机床的进给运动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，采用丝杠螺母副是常用的方法之一。动的方法很多，采用丝杠螺母副是常用的方法之一。本节只介绍滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。本节只介绍滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。一、滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置。新型传动装置。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 1 1工作原理与特点工作原理与特点 滚珠丝杠螺母副的结构原理示意图如图滚珠丝杠螺母副的结构原理示意图如图4-144-14所示。所示。在丝杠在丝杠3 3和螺母和螺母1 1上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道螺母上有滚珠回路管道a a，将几圈螺旋滚道的两端，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内将装满连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内将装满滚珠滚珠2 2。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母循环转动，因而迫使螺母(或丝杠或丝杠)轴向移动。轴向移动。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 滚珠丝杠副的特点是：滚珠丝杠副的特点是：1)1)传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率，传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率，=0.92=0.920 09696，比常规的丝杠螺母副提高，比常规的丝杠螺母副提高3 34 4倍。因倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的此，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1 14 41 13 3。2)2)给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。3)3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高。运动平稳，无爬行现象，传动精度高。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4)4)有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。作为主动件。5)5)磨损小，使用寿命长。磨损小，使用寿命长。6)6)制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7)7)不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故作用，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故常需添加制动装置。常需添加制动装置。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 2 2滚珠丝杠螺母副的循环方式滚珠丝杠螺母副的循环方式常用的循环方式有外循环与内循环两种。滚珠在循环常用的循环方式有外循环与内循环两种。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。杠保持接触的称内循环。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (1)(1)外循环外循环 如图如图415415所示为常用的一种外循环方式，这所示为常用的一种外循环方式，这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再在螺母的外表面上旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外，在螺母内进出口处各装一铣出回珠槽并沟通两孔。另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。其缺点是滚道。外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。发生卡珠现象，噪声也较大。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (2)(2)内循环内循环 内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种形式。如图有两种形式。如图416a416a所示为圆柱凸键反向器，反向器所示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2 2。反向槽靠圆。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键柱外圆面及其上端的凸键1 1定位，以保证对准螺纹滚道方定位，以保证对准螺纹滚道方向。图向。图4-16b4-16b为扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键为扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3 3，用镶块的外廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从用镶块的外廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 3.3.螺旋滚道型面螺旋滚道型面螺旋滚道型面螺旋滚道型面(即滚道法向截形即滚道法向截形)的形状有多种，常见的形状有多种，常见的截形有单圆弧型面和双圆弧型面两种。图的截形有单圆弧型面和双圆弧型面两种。图417417为螺为螺旋滚道型面的简图，图中钢球与滚道表面在接触点处旋滚道型面的简图，图中钢球与滚道表面在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂线间的夹角称为接触角。理的公法线与螺纹轴线的垂线间的夹角称为接触角。理想接触角想接触角=45=45。(1)(1)单圆弧型面单圆弧型面 (2)(2)双圆弧型面双圆弧型面 (3)(3)矩形滚道型面矩形滚道型面 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 4 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为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺滚珠丝杠螺母副轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两上滚珠螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两上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，母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，用这种方发预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过用这种方发预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大。大。预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩 短使用寿命。短使用寿命。第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 (1)(1)双螺母消隙双螺母消隙 常用的双螺母丝杠消除间隙方法有：常用的双螺母丝杠消除间隙方法有：1)1)垫片调隙式。垫片调隙式。如图如图4-184-18所示，调整垫片厚度使左右所示，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。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。损时不能随时消除间隙和进行预紧。2)2)螺纹调隙式。螺纹调隙式。如图如图419419所示，螺母所示，螺母1 1的外端有凸缘，的外端有凸缘，螺母螺母7 7外端有螺纹，调整时只要旋动圆螺母外端有螺纹，调整时只要旋动圆螺母6 6，即可消，即可消除轴向间隙，并可达到产生预紧力的目的除轴向间隙，并可达到产生预紧力的目的 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 第四章第四章 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 3)3)齿差调隙式。齿差调隙式。如图如图4-204-20所示，在两个螺母的凸缘上各制所示，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，有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为其齿数分别为Z1Z1和和Z2,Z2,并相差一个齿。调整时，先取下内并相差一个齿。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