数控机床的进给传动系统培训课程12814.pptx
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1、数控机床结构及维修数控机床结构及维修12.03.20231第四章数控机床的进给传动系统 天津工程师范学院天津工程师范学院数控机床结构及维修数控机床结构及维修12.03.20232第四章数控机床的进给传动系统4.1 概述4.2 滚珠丝杠螺母副4.3 导轨滑块副4.4 静压蜗杆蜗轮条传动4.5 直线电动机传动4.6 进给传动系统常见故障诊断及维修12.03.20233 为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等,对机械传动装置提出如下要求稳性等,对机械传动装置提出如下要求:(1)减少摩擦阻力;减少摩擦阻力;(2)减少运动惯量;减少运动惯量;(3)高的传动
2、精度与定位精度;高的传动精度与定位精度;(4)宽的进给调速范围;宽的进给调速范围;(5)无间隙传动;无间隙传动;(6)响应速度要快响应速度要快;(7)稳定性好、寿命长稳定性好、寿命长;(8)使用维护方便。使用维护方便。4.1 概述概述12.03.202344.2 4.2 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副概述一、滚珠丝杠螺母副概述 滚滚珠珠丝丝杠杠螺螺母母副副(简简称称滚滚珠珠丝丝杠杠副副)是是一一种种在在丝丝杠杠与与螺螺母母间间装装有有滚滚珠珠作作为为中中间间传传动动元元件件的的丝丝杠杠副副,是是直直线线运运动动与与回回转转运运动动能能相相互互转转换换的的传传动动装装置置。当当丝
3、丝杠杠旋旋转转时时,滚滚珠珠在在滚滚道道内内既既自自转转又又沿沿滚滚道道循循环环转转动动,因因而而迫迫使使螺螺母母(或或丝丝杠杠)轴向移动。轴向移动。与与传传统统丝丝杠杠相相比比,滚滚珠珠丝丝杠杠螺螺母母副副具具有有高高传传动动精精度度、高高效效率率、高高刚刚度度、可可预预紧紧、运运动动平平稳、寿命长、低噪音等优点。稳、寿命长、低噪音等优点。12.03.20235二、滚珠丝杠副的循环方式二、滚珠丝杠副的循环方式 常用的循环方式有外循环与内循环两种。常用的循环方式有外循环与内循环两种。(1 1)外循环)外循环 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环。称
4、为外循环。(2 2)内循环)内循环 滚珠在循环过程中,始终与丝杠保持接触滚珠在循环过程中,始终与丝杠保持接触的称为内循环的称为内循环 12.03.20236三、滚珠丝杠副的预紧三、滚珠丝杠副的预紧 滚珠丝杠副预紧的目的是为了消除丝杠与滚珠丝杠副预紧的目的是为了消除丝杠与螺母之间的间隙和施加预紧力,以保证滚珠丝螺母之间的间隙和施加预紧力,以保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度。杠反向传动精度和轴向刚度。在数控机床进给系统中使用的滚珠丝杠螺在数控机床进给系统中使用的滚珠丝杠螺母副的预紧方法有修磨垫片厚度、锁紧双螺母母副的预紧方法有修磨垫片厚度、锁紧双螺母消隙、齿差式调整方法等。广泛采用的是双螺消隙、
5、齿差式调整方法等。广泛采用的是双螺母结构消隙。母结构消隙。12.03.20237(1 1)修磨垫片消隙式)修磨垫片消隙式 通过调整垫片厚度使左右两螺母产生轴通过调整垫片厚度使左右两螺母产生轴向位移,即可消除丝杠螺母间的间隙并产生预向位移,即可消除丝杠螺母间的间隙并产生预紧力。紧力。(2 2)锁紧双螺母消隙式)锁紧双螺母消隙式 用两个锁紧螺母调整丝杠螺母的预紧量。用两个锁紧螺母调整丝杠螺母的预紧量。12.03.20238(3 3)齿差消隙式)齿差消隙式 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮,在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮,分别与紧固在螺母座两端的内齿圈相啮合,其分别与紧固在螺母座两端的内齿圈相
6、啮合,其齿数分别为和,并相差一个齿。调整时,先取齿数分别为和,并相差一个齿。调整时,先取下内齿圈,让两个螺母相对于螺母座同方向转下内齿圈,让两个螺母相对于螺母座同方向转动一个齿(则螺母动一个齿(则螺母1 1沿轴向移动,螺母沿轴向移动,螺母2 2移动),移动),然后插上内齿轮,再将内齿轮紧固,则两个螺然后插上内齿轮,再将内齿轮紧固,则两个螺母便产生相对轴向位移,位移量为(为丝杠导母便产生相对轴向位移,位移量为(为丝杠导程)。程)。12.03.20239四、滚珠丝杠副的应用四、滚珠丝杠副的应用(一)滚珠丝杠副的支承(一)滚珠丝杠副的支承 常见安装方式有以下四种情况常见安装方式有以下四种情况:(1)
7、(1)固定固定自由自由 适用于低转速,中精度,短轴向适用于低转速,中精度,短轴向丝杠。丝杠。(2)(2)支承支承支承支承 适用于中等转速,中精度。适用于中等转速,中精度。(3)(3)固定固定支承支承 适用于中等转速、高精度。适用于中等转速、高精度。(4)(4)固定固定固定固定 适用于高转速、高精度。适用于高转速、高精度。12.03.202310(二)滚珠丝杠副的选择方法(二)滚珠丝杠副的选择方法 选用要点:选用要点:应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠副的精度,根据机床的载荷来选定丝杠的直径,副的精度,根据机床的载荷来选定丝杠的直径,并且要验算丝杠扭转刚度、
8、压曲刚度、临界转并且要验算丝杠扭转刚度、压曲刚度、临界转速与工作寿命等。速与工作寿命等。精度等级的选择:精度等级的选择:滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床,一坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床,一般可选用般可选用D D级,精密级数控机床选用级,精密级数控机床选用C C级精度的级精度的滚珠丝杠副。滚珠丝杠副。12.03.202311(三)滚珠丝杠副的验算(三)滚珠丝杠副的验算 (1 1)刚度验算)刚度验算 刚度验算就是校验丝杠在额定轴向刚度验算就是校验丝杠在额定轴向(扭转扭转)载荷作用下,执行件的失动量。载荷作用下,执行
9、件的失动量。(2 2)临界转速验算)临界转速验算 应校核丝杠轴的转速与丝杠自身的自振频应校核丝杠轴的转速与丝杠自身的自振频率是否接近,如果很接近,会导致强迫共振,率是否接近,如果很接近,会导致强迫共振,影响机床正常工作。应根据有关计算公式进行影响机床正常工作。应根据有关计算公式进行的校核。的校核。(3 3)寿命验算)寿命验算 滚珠丝杠副的寿命,主要是指疲劳寿命。滚珠丝杠副的寿命,主要是指疲劳寿命。12.03.202312(四)制动装置(四)制动装置 目前常见的有机械式和电气式两种。电气目前常见的有机械式和电气式两种。电气方式制动是采用电磁制动器,而且这种制动器方式制动是采用电磁制动器,而且这种
10、制动器就做在电机内部。就做在电机内部。FANUCFANUC公司伺服电机带制动器的示意图。公司伺服电机带制动器的示意图。机床工作时,在制动器线圈机床工作时,在制动器线圈7 7电磁力的作用下,电磁力的作用下,使齿轮使齿轮8 8与内齿轮与内齿轮9 9脱开,弹簧受压缩,当停机脱开,弹簧受压缩,当停机或停电时,电磁铁失电,在弹簧恢复力作用下,或停电时,电磁铁失电,在弹簧恢复力作用下,齿轮齿轮8 8、9 9啮合,齿轮啮合,齿轮9 9与电机端盖为一体,故与电机端盖为一体,故与电机轴联接的丝杠得到制动,这种电磁制动与电机轴联接的丝杠得到制动,这种电磁制动器装在电机壳内,与电机形成一体化的结构。器装在电机壳内,
11、与电机形成一体化的结构。12.03.202313(五)滚珠丝杠副的润滑及防护装置(五)滚珠丝杠副的润滑及防护装置 润滑方式主要有以下两种:润滑脂、润滑润滑方式主要有以下两种:润滑脂、润滑油。润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积油。润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的的1/31/3,某些生产厂家在装配时螺母内部已加,某些生产厂家在装配时螺母内部已加注润滑脂。而润滑油的给油量随行程、润滑油注润滑脂。而润滑油的给油量随行程、润滑油的种类、使用条件等的不同而不同。的种类、使用条件等的不同而不同。12.03.202314五、滚珠丝杠副的发展趋势五、滚珠丝杠副的发展趋势 高速加工用的进给滚珠丝杠要采取改
12、进措高速加工用的进给滚珠丝杠要采取改进措施,如加大丝杠的导程和增加螺纹的头数,前施,如加大丝杠的导程和增加螺纹的头数,前者为提高丝杠每转的进给量者为提高丝杠每转的进给量(即进给速度即进给速度),后,后者则为弥补丝杠导程增大后所带来的轴向刚度者则为弥补丝杠导程增大后所带来的轴向刚度和承载能力的下降和承载能力的下降;将实心丝杠改为空心的将实心丝杠改为空心的;改改进回珠器和滚道的设计制造质量,使滚珠的循进回珠器和滚道的设计制造质量,使滚珠的循环更流畅,摩擦损耗更少环更流畅,摩擦损耗更少 ;采用滚珠丝杠固定采用滚珠丝杠固定 等等.12.03.202315一、数控机床对导轨滑块副的要求一、数控机床对导轨
13、滑块副的要求 (1)(1)导向精度高导向精度高 (2)(2)耐磨性好耐磨性好 (3)(3)刚度大刚度大 (4)(4)良好的磨擦特性良好的磨擦特性 4.3 4.3 导轨滑块副导轨滑块副12.03.202316二、导轨副的分类二、导轨副的分类 导轨副按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨副按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨、静压导轨和滚动导轨。导轨、静压导轨和滚动导轨。(1)(1)滑动导轨滑动导轨 特点特点:摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、速度较低工艺性好、速度较低.滑动导轨分为金属对金属的一般类型的导滑动导轨分为金属对金属的一般类型的导轨和金属对塑料的塑料导
14、轨两类。轨和金属对塑料的塑料导轨两类。12.03.2023172 2、静压导轨、静压导轨 液体静压导轨指压力油通过节流器进入两液体静压导轨指压力油通过节流器进入两相对运动的导轨面,所形成的油膜使两导轨面相对运动的导轨面,所形成的油膜使两导轨面分开,保证导轨面在液体摩擦状态下工作。分开,保证导轨面在液体摩擦状态下工作。3 3、滚动导轨、滚动导轨 摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高。防护要求较高。12.03.202318三、滚动导轨的结构三、滚动导轨的结构 (1)(1)
15、滚动导轨的结构滚动导轨的结构 滚动直线导轨副为四方向等载荷带球保持滚动直线导轨副为四方向等载荷带球保持器型滚动直线导轨,是较常见的一种导轨副。器型滚动直线导轨,是较常见的一种导轨副。图中图中1 1是支承导轨,上面装有滑块是支承导轨,上面装有滑块8 8,在滑块,在滑块8 8中装有中装有4 4组滚珠,在支承导轨和滑块间的直线组滚珠,在支承导轨和滑块间的直线滚道内滚动。当滚珠滚道内滚动。当滚珠3 3滚动到滑块的端面时,滚动到滑块的端面时,经挡板经挡板6 6由回珠孔返回另一端,从而循环工作。由回珠孔返回另一端,从而循环工作。其中其中4 4为保持架,为保持架,2 2为侧面密封垫。密封垫为侧面密封垫。密封
16、垫5 5是是用来防止灰尘进入导轨。用来防止灰尘进入导轨。9 9为润滑油嘴,可从为润滑油嘴,可从此注入润滑油。滚珠此注入润滑油。滚珠3 3之间用保持器之间用保持器7 7分开,滚分开,滚珠之间不发生碰撞,降低了导轨副中在运动中珠之间不发生碰撞,降低了导轨副中在运动中产生的噪音,称之为低噪音型滚动直线导轨。产生的噪音,称之为低噪音型滚动直线导轨。12.03.202319四、滚动导轨的载荷、寿命计算四、滚动导轨的载荷、寿命计算 (一)载荷计算(一)载荷计算 滚动导轨所承受的载荷,受到很多因素的滚动导轨所承受的载荷,受到很多因素的影响,如配置形式(水平、垂直或斜置等)、影响,如配置形式(水平、垂直或斜置
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