数控机床与编程_第三章数控机床的进给传动系统

1、第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件 第一节、对进给系统的基本要求第一节、对进给系统的基本要求 （1）提高传动部件的刚度 （2）减小传动部件的惯量 （3）减小传动部件的间隙 （4）减小系统的摩擦阻力 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件2 ） 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件3 第二节 数控机床进给传动系统的基本形式 丝杠副、齿轮齿条副和直线电动机 一、滚珠丝杠副 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件4 1-丝杠丝杠 2-滚道滚道 3-螺母螺母 4-滚珠滚珠 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件5 1.滚珠丝杠的工作原理及特点 （1）原理 （2）特点 传动效率高，摩擦损

2、失小传动效率高，摩擦损失小 滚珠丝杆螺母副的传动效率滚珠丝杆螺母副的传动效率 0.920.920.960.96，可实现高速运动。，可实现高速运动。 运动平稳无爬行运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小， 故运动平稳，不易出现爬行现象。故运动平稳，不易出现爬行现象。 传动精度高，反向时无空程传动精度高，反向时无空程 滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向 间隙。间隙。 磨损小磨损小 精度保持性好，使用寿命长精度保持性好，使用寿命长。 不能自锁具有运动的可逆性不能自锁具有运动的可逆性可以将旋转运动转换成直线运动，可以将旋

3、转运动转换成直线运动， 也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杆和螺母均可作主动件或也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杆和螺母均可作主动件或 从动件。从动件。 制造成本高制造成本高 由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和 表面质量要求高，故制造成本高。表面质量要求高，故制造成本高。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件6 滚珠循环方式滚珠循环方式 外循环外循环 滚珠在循环过程中回 珠时与丝杠脱离接触 的结构； 采用弧形铜管形成滚 珠返回通道，由弯管 的端部引导滚珠； 其工作圈数是2.5圈或 3.5圈 ，12列。 丝杆 第三章 数控机床的进给传动系统

4、 精品课件7 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件8 内循环内循环 滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的结构。 采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器嵌 入螺母内 工作圈数是3列。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件9 靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循 环，如图所示。反向器的数目与滚珠圈数相等。环，如图所示。反向器的数目与滚珠圈数相等。 结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损 失小失小，但，但制造较困难制造较困难。 适用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用适用于高灵敏、高精度的进给系统

5、，不宜用 于重载传动中于重载传动中。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件10 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件11 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件12 滚珠丝杠副轴向间隙的调整 为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杆必须消除滚珠丝杆 螺母副轴向间隙螺母副轴向间隙。 消除间隙的方法常采用消除间隙的方法常采用双螺母结构双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位利用两个螺母的相对轴向位 移，使每个螺母中的滚珠分别接触丝杆滚道的左右两侧移，使每个螺母中的滚珠分别接触丝杆滚道的左右两侧。 用这种方法预紧消除轴向间隙时，预紧力一般

6、应为最大用这种方法预紧消除轴向间隙时，预紧力一般应为最大 轴向负载的轴向负载的l/3l/3。当要求不太高时，预紧力可小于此值。当要求不太高时，预紧力可小于此值。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件13 双螺母垫片式消隙双螺母垫片式消隙 如图所示，此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛，如图所示，此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛， 在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调整在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调整 好预紧力，使用时装卸非常方便。好预紧力，使用时装卸非常方便。 结构简单、刚性好，调整不便，滚道有磨损时不能随时消除结构简单、刚性好，调

7、整不便，滚道有磨损时不能随时消除 间隙和进行预紧。间隙和进行预紧。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件14 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件15 图示是双螺母垫片调隙式结构，其螺母本身与单 螺母相同，它通过修磨垫片的厚度来调整轴向间隙。 这种调整方法具有结构简单，刚性好，拆装方便等优 点，但它很难在一次修磨中调整完毕，调整的精度也 不如齿差调隙式好。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件16 双螺母垫片调整法（端部加垫片）图例 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件17 双螺母螺纹式消隙双螺母螺纹式消隙 如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，通

8、过圆螺通过圆螺 母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后，调整好后 用另一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且可在使用另一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且可在使 用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。 调整精度较差。调整精度较差。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件18 双螺母螺纹消隙图例 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件19 齿差式消隙齿差式消隙 如图所示，在两个螺母的凸缘上各制有如图所示，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，圆柱外齿轮，分别与固

9、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Z Z1 1、Z Z2 2，并相差一个齿。，并相差一个齿。调整时，先取下调整时，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，内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿， 然后再插入内齿圈然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，则两个螺母便产生相对角位移， 其轴向位移量为：其轴向位移量为： 式中式中Z Z1 1、Z Z2 2为齿轮的齿数，为齿轮的齿数，P Ph h为滚珠丝杠的导程。为滚珠丝杠的导程。 h P ZZ S 21 11 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件20 齿差式消隙图例 第三章 数控机床的进给传动系统

10、 精品课件21 4滚珠丝杆副的支承方式（1） 一端装止推轴承一端装止推轴承( (固定自由式固定自由式) ) 如图a所示。这种安 装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杆。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件22 4滚珠丝杆副的支承方式（2） 一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承( (固定支承式固定支承式) ) 如图b所示。滚珠丝杆较长时，一端装止推轴承固定，另 一端由深沟球轴承支承。为了减少丝杆热变形的影响， 止推轴承的安装位置应远离热源。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件23 4滚珠丝杆副的支承方式（3） 两端装推力轴承两端装推力轴承（单推

11、单推式或双推单推式）如图c 所示。这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的好处 是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；在推力轴承预紧力 大于丝杠最大轴向载荷1/3的条件下，丝杠拉压刚度可提 高四倍；丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠精度。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件24 4滚珠丝杆副的支承方式（4） 两端装双重止推轴承及深沟球轴承两端装双重止推轴承及深沟球轴承( (固定固定式固定固定式) ) 如图d 所示。为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴 承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使 丝杆的热变形转化为止推轴承的预紧力。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件25 滚

12、珠丝杠副支承方式图例 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件26 滚珠丝杠常见故障及处理如下。 滚珠丝杠副有噪声； 滚珠丝杠副产生噪声的可能原因是电动机与丝杠联轴器松动，丝 杠支承轴承的压盖压合情况不好。 滚珠丝杠运动不灵活 ； 主要原因是丝杠与导轨不平行，丝杠润滑不良，滚珠丝杠副滚珠 有破损，轴向预加载荷太大，丝杠弯曲变形，或螺母轴线与导轨 不平行。 滚珠丝杠副润滑状况不良 ； 检查各滚珠丝杠副润滑情况，取下罩套，涂上润滑脂。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件27 滚珠丝杠副的密封与润滑 防尘密封圈和防护套密封。 润滑；润滑剂（润滑油和油脂润滑） 滚珠丝杠的参数、标记方法及选择 第

13、三章 数控机床的进给传动系统 精品课件28 静压丝杠副 1、工作原理 2、特点 摩擦系数小；启动力矩很小，传动灵活，避免了爬行 油膜层可以吸振，提高了运动的平稳性 有利于散热和减小热变形，提高了机床的加工精度和光洁度 油膜层有一定的刚度，减小了反向间隙 对丝杠的误差有“均化”作用，即可以使丝杠的传动误差小于丝杠 本身的制造误差。 承载能力与供油压力成正比，与转速无关。 供油系统，油清洁度要求高。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件29 静压蜗轮-蜗杆副 工作原理 特点： 摩擦阻力小，传动效率高，很低的速度下运动也很平稳 使用寿命长。 抗振性好 有足够的轴向刚度 蜗轮条能无限接长 第三章

14、数控机床的进给传动系统 精品课件30 直线异步电动机可看作是将笼型三相感应电动机沿径向展开成平面 而成的，如图所示。由定子演变来的一侧称为一次侧或初级，由 转子演变而来的一侧叫二次侧或次级。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件31 直线电动机直接驱动 1、工作原理 2、特点 （1）高速响应性，机械传动件比电气元器件的动态响应时间要大几个数量 级 （2）高精度性，通过直线位置检测反馈控制，可大大提高机床 （3）传动刚度高、推力平稳“直接驱动”提高了其传动刚度。 （4）速度快、加减速过程短直线电动机最早主要用于磁浮列车 （5）行程长度不受限制 （6）运行时噪声低 （7）效率高由于无中间传动环

15、节，也就取消了其机械摩擦时的能量损耗。 问题 （1）发热问题 （2）隔磁及防护问题 （3）负载干扰问题 （4）垂直进给中的自重问题性 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件32 第三节 进给传动系统齿轮传动间隙消除方法 1、刚性调整法 偏心套 垫片调整 斜齿轮调隙 2、柔性调整法 直齿轮的调隙 斜齿轮的调隙 锥齿轮的调隙 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件33 1圆柱齿轮传动消除间隙（1） 偏心轴套调整法偏心轴套调整法 如图所示，齿轮装在电动机轴上，调整偏心如图所示，齿轮装在电动机轴上，调整偏心 轴套可以改变齿轮和之间的中心距，从而消除齿侧间隙。轴套可以改变齿轮和之间的中心距，从而消除

16、齿侧间隙。 只能补偿齿厚误差和中心距误差不能补偿偏心误差只能补偿齿厚误差和中心距误差不能补偿偏心误差 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件34 偏心套消隙图例 1-齿轮齿轮 2-偏心套偏心套 3-齿轮齿轮 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件35 1圆柱齿轮传动消除间隙（2） 锥度齿轮调整法锥度齿轮调整法 如如图所示将一对齿轮和的轮齿沿齿宽方向图所示将一对齿轮和的轮齿沿齿宽方向 制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片改变垫片 的厚度的厚度就能改变齿轮和的轴向相对位置就能改变齿轮和的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。，从而消除齿

17、侧间隙。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件36 锥度齿轮消隙法图例 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件37 1圆柱齿轮传动消除间隙（3） 双片齿轮错齿调整法双片齿轮错齿调整法 图示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结图示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结 构。两个相同齿数的构。两个相同齿数的薄片齿轮薄片齿轮1和和2与另与另个个宽齿轮啮合宽齿轮啮合，两薄片，两薄片 齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮1和和2的端面均匀分布着四个螺的端面均匀分布着四个螺 孔，分别装上凸耳孔，分别装上凸耳3和和8。齿轮。齿轮1的端面还有另外四个通孔，凸耳的端面还有另外四个通孔，凸耳

18、可以在其中穿过，弹簧可以在其中穿过，弹簧4的两端分别钩在凸耳的两端分别钩在凸耳3和调节螺钉和调节螺钉7上。上。 通过螺母通过螺母5调节弹簧调节弹簧4的拉力，调节完后用螺母的拉力，调节完后用螺母6锁紧。锁紧。弹簧的拉弹簧的拉 力使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左右齿面分别贴在宽齿轮齿力使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左右齿面分别贴在宽齿轮齿 槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件38 双齿错齿可调弹簧式消隙法图例 1 2 薄片齿轮薄片齿轮 3 8 凸耳凸耳 4 弹簧弹簧 5 螺母螺母 6 锁紧螺母锁紧螺母 7 调节螺钉调节螺钉

19、 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件39 1圆柱齿轮传动消除间隙（4） 双片齿轮错齿调整法双片齿轮错齿调整法 图示为另一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙图示为另一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙 结构，两片薄齿轮结构，两片薄齿轮1和和2套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽， 在齿轮的端面上装有短柱在齿轮的端面上装有短柱3，用来安装弹簧，用来安装弹簧4。装配时。装配时使弹簧使弹簧4具具 有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴 紧，以消除齿侧间隙紧，以消除齿侧间隙。 第三章 数控机床的进给传动

20、系统 精品课件40 双齿错齿周向弹簧式消隙法图例 1 2 薄片齿轮薄片齿轮 3 短柱短柱 4 弹簧弹簧 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件41 l 圆柱齿轮传动消除间隙的方法 （1）偏心轴套调整法）偏心轴套调整法 （2）锥度齿轮调整法）锥度齿轮调整法 （3）双片齿轮错齿调整法）双片齿轮错齿调整法 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件42 2斜齿轮传动消除间隙（1） 基本思想基本思想 斜齿轮传动消除侧隙的方法与直齿圆柱齿轮传动中双片薄斜齿轮传动消除侧隙的方法与直齿圆柱齿轮传动中双片薄 齿轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，齿轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮

21、和一个宽齿轮啮合， 只是通过不同的方法只是通过不同的方法使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距离后使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距离后，相当相当 于两薄片斜齿圆柱齿轮的于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开螺旋线错开了一定的角度了一定的角度。两个齿轮与宽齿两个齿轮与宽齿 轮啮合时分别负责不同的方向（正向和反向），起到消除侧隙的作用轮啮合时分别负责不同的方向（正向和反向），起到消除侧隙的作用。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件43 2斜齿轮传动消除间隙（2） 轴向垫片调整法轴向垫片调整法 如图所示是斜齿轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮如图所示是斜齿轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮4 同时与两个相同薄片齿轮同时与两个相同薄片齿轮1和和2啮合，薄片齿轮由平键和轴联接，啮合，薄片齿轮由平键和轴联接， 互相不能相对回转。斜齿轮互相不能相对回转。斜齿轮1和和2的齿形拼装后一起加工，并与键的齿形拼装后一起加工，并与键 槽保持确定的相对位置。装配时在两薄齿轮之间装入厚度为槽保持确定的相对位置。装配时在两薄齿轮之间装入厚度为的的 垫片垫片3，使薄片齿轮，使薄片齿轮1、2的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别 与宽齿轮与宽齿轮4的齿贴紧，消除齿侧间隙。的齿贴紧，消除齿侧间隙。 第三章 数控机床的进给传动系统 精品课件44 斜齿轮轴向垫片消隙图例 1 2 薄