数控机床的进给传动系统

2023/5/101第四章数控机床的进给传动系统

2023/5/102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

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：

(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)宽的进给调速范围；

(5)无间隙传动；

(6)响应速度要快;(7)稳定性好、寿命长;(8)使用维护方便。4.1

概述2023/5/1044.2滚珠丝杠螺母副

一、滚珠丝杠螺母副概述

滚珠丝杠螺母副（简称滚珠丝杠副）是一种在丝杠与螺母间装有滚珠作为中间传动元件的丝杠副，是直线运动与回转运动能相互转换的传动装置。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(或丝杠)轴向移动。与传统丝杠相比，滚珠丝杠螺母副具有高传动精度、高效率、高刚度、可预紧、运动平稳、寿命长、低噪音等优点。2023/5/105二、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。（1）外循环滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环。（2）内循环滚珠在循环过程中，始终与丝杠保持接触的称为内循环

2023/5/106三、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。

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、锁紧双螺母消隙、齿差式调整方法等。广泛采用的是双螺母结构消隙。2023/5/107（1）修磨垫片消隙式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紧力。（2）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。

2023/5/108（3）齿差消隙式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动一个齿（则螺母1沿轴向移动，螺母2移动），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（为丝杠导程）。

2023/5/109四、滚珠丝杠副的应用

（一）滚珠丝杠副的支承

常见安装方式有以下四种情况:(1)固定—自由适用于低转速，中精度，短轴向丝杠。(2)支承—支承适用于中等转速，中精度。(3)固定—支承适用于中等转速、高精度。(4)固定—固定适用于高转速、高精度。

2023/5/1010（二）滚珠丝杠副的选择方法

选用要点：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，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。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坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床，一般可选用D级，精密级数控机床选用C级精度的滚珠丝杠副。

2023/5/1011（三）滚珠丝杠副的验算（1）刚度验算刚度验算就是校验丝杠在额定轴向(扭转)载荷作用下，执行件的失动量。（2）临界转速验算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，影响机床正常工作。应根据有关计算公式进行的校核。（3）寿命验算滚珠丝杠副的寿命，主要是指疲劳寿命。

2023/5/1012（四）制动装置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，而且这种制动器就做在电机内部。

FANUC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7电磁力的作用下，使齿轮8与内齿轮9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，齿轮8、9啮合，齿轮9与电机端盖为一体，故与电机轴联接的丝杠得到制动，这种电磁制动器装在电机壳内，与电机形成一体化的结构。2023/5/1013（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、润滑油。润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，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、润滑油的种类、使用条件等的不同而不同。

2023/5/1014五、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进措施，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(即进给速度)，后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;将实心丝杠改为空心的;改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;采用滚珠丝杠固定等.

2023/5/1015一、数控机床对导轨滑块副的要求(1)导向精度高(2)耐磨性好(3)刚度大(4)良好的磨擦特性

4.3导轨滑块副2023/5/1016二、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、静压导轨和滚动导轨。(1)滑动导轨特点:摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、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轨和金属对塑料的塑料导轨两类。2023/5/10172、静压导轨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分开，保证导轨面在液体摩擦状态下工作。3、滚动导轨摩擦系数小、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、防护要求较高。

2023/5/1018三、滚动导轨的结构

(1)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器型滚动直线导轨，是较常见的一种导轨副。图中1是支承导轨，上面装有滑块8，在滑块8中装有4组滚珠，在支承导轨和滑块间的直线滚道内滚动。当滚珠3滚动到滑块的端面时，经挡板6由回珠孔返回另一端，从而循环工作。其中4为保持架，2为侧面密封垫。密封垫5是用来防止灰尘进入导轨。9为润滑油嘴，可从此注入润滑油。滚珠3之间用保持器7分开，滚珠之间不发生碰撞，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。2023/5/1019四、滚动导轨的载荷、寿命计算（一）载荷计算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）、移动的重心和受力点的位置、移动导轨牵引力的作用点、起动及停止时的惯性力，以及切削阻力作用等。202兵3/4伪/2920（二）慨寿命计鬼算滚动直线但导轨副的幻玉寿命计算似公式为：L—额定寿命（km）C—额定动载荷F—工作载荷—硬度系数

—温度系数—接触系数

—精度系数—载荷系数202首3/4缓/2921滚动导轨塞块寿命计趁算的公式系为：如果寿步命以h计算，式中——行程长度纪（m）——每分钟往炸复次数如已选定育滚动导轨势的型号，腰即已知C，可据悦此计算骑预期寿门命；如证给定预君期寿命壮，可由Lh计算L，再计算疗额定动载怕荷C，据此遥选定导吩轨的型矩号。2023努/4/2睛922五、滚洗动导轨意的安装犯、预紧滚动直线小导轨副的安装固定模方式主要有螺藏栓固定、医压板固定轨、定位销亡固定和斜戚楔块固定蛋。在实际绍使用中，荒通常是两笨根导轨成耻队使用，脾其中一条剃为基准导路轨，通过赖对基准导喇轨的正确栋安装，以弹保证运动义部件相对赶于支承元峰件的正确牧导向。预紧是未为了提戏高滚动铲导轨的漫刚度。券预紧可膀提高接斗触刚度膊和消除炮间隙；思在立式扫导轨上括，预紧令可防止忽滚动体旦脱落和坦歪斜。化常见的坟预紧方柿式有采雷用过盈蚁配合和葵调整法闸两种。2023混/4/2任923一、传动筋原理静压蜗杆—蜗轮齿杆条是一种苏精密传领动副，炕用于将扰回转运北动转变啊为直线散位移。4.4静压蜗杆—蜗轮条吓传动2023汤/4/2介924流体静压贫蜗杆蜗轮慕齿条机构锹是在蜗杆纵和蜗轮齿诉条的啮合庄面间注入帐一层高刚绵度的吸振旅油膜使两胸啮合面间开成为液体胶摩擦。这叠层油膜不仁但从根本调上解决了戏传动副的镇磨损问题锹，而且减撑小了传动拘件的制造繁误差对传泰动精度的喊影响，从维而起到平棵均误差的嚷作用。流体静三压蜗杆帜蜗轮齿醒条的工作原理悲图中油腔开暗在蜗轮上妈，用毛细芳管节流的虫定压供油拿方式给该殃机构提供跪压力油。际从液压泵篮输出的压栏力油，经谨过蜗杆螺艺纹内的毛女细管节流足器，分别启进入蜗杆—蜗轮齿条纽奉的两侧面钞油腔内，竟然后经过庸啮合面之孝间的间隙怠，再进入盛齿顶与齿渡根的间隙答，压力降灯为零，流扔回油箱。202蚊3/4厘/2925二、传动部方案蜗杆—蜗轮齿阴条机构辟常用的择传动方致案有以昏下两种塞：（1）蜗杆箱固访定，蜗轮齿屡条固定在垮运动件上煎。这种传壮动方案用痕于龙门式福铣床的移平动工作台脊进给驱动秤机构中。（2）蜗轮齿条新固定，蜗杆倡箱固定洋在运动万件上。晋这样行养程长度搂可大大首超过运辟动部件望的长度沟。这种俘方案常晌用于桥右式镗铣补床桥架抛进给驱盼动机构径中。202屑3/4湾/2926直线电挽动机可怨以分为接步进直被线电动末机、直隐流直线说电动机暑和交流暖直线电果动机三衰大类。英在机床航上主要垮使用交饼流直线吉电动机愚。在励磁方苹式上，交厉流直线电围动机可以奴分为永磁(同步)式和感帽应(异步)式两种喘。4.5直线电动抗机传动2023谢/4/2曲927一、直线夹电动机的筹工作原理直线电动析机的工作称原理与旋转遇电动机寺没有本凉质区别酷，可将腹其视为等旋转电达动机沿石圆周方目向拉伸紫展平的枯产物，型对应于姻旋转电异动机的旋定子部鄙分，称就为直线健电动机览的初级猾；对应须于旋转绪电动机唇的转子数部分，招称为直昨线电动灶机的次宝级。当鼻多相交质变电流乱通过多北相对称嗽绕组时板，就会遣在直线屑电动机蛙初级和午次级之手间的气味隙中产令生一个下行波磁活场，从五而使初碗级和次傲级之间妇相对移宫动。当斗然，二羡者之间其也存在甩下一个斤垂直力苏，可以葛是吸引蝇力，也宏可以是叉推斥力巷。202拔3/4魂/2928二、直爆线电动绿机的特代点1、优点（1）高吼速响应（2）精度（3）动骑刚度高（4）速度槐快、加减仆速过程短（5）行程迎长度不受柔限制（6）运动楼噪音低（7）效率壳高2023喇/4/2侨9292、缺点(1)效率低、捷功耗大、筹结构尺寸腊和自重相即对较大;(2)无机械毯连接或饿啮合，运不具自赏锁能力椒，设计堵和使用奸中应注桂意考虑庙外加制尽动措施,特别是柏在垂直汪轴进给锻系统应访用中；(3)对运动载词荷较敏感倦，所以当议负荷变化太大时，需芽要重新整污定系统;(4)磁铁(或线圈)对电动机辜部件的吸姑力很大，补因此应注澡意选择导梦轨和设计洪滑架结构晃，并注意渐解决磁铁芽吸引金属根颗粒的问姑题；(5)工作过程棋温升高，础要求强冷蓝却。2023颗/4/2挖930例举了丝杠、导轨在使用过喊程中常见嫌的的故障接、故障原料因及维修关方法。4.6进给传动押系统常见繁故障诊断恩及维修2023发/4/2凯931滚珠丝浊杠螺母贵副2023邻/4/2葡932外循环去回流方侄式望内循环钱回流方紧式202荒3/4盘/2933螺母垫片丝杠FmFm伸张预紧垫片结构疫消隙2023负/4/2签9341234567锁紧双螺母消隙式1、7-螺母2-返向器3-滚珠4-丝杠5-垫圈6-圆螺母202李3/4拳/2935螺母1螺母2螺母座内齿圈齿差调隙式202平3/4批/2936危险转速（临界转速）固定危险轴向载荷（容许轴向载荷）自由202痒3/4占/2937支承危险转速（临界转速）危险轴向载荷（容许轴向载荷）支承202质3/4住/2938支承危险转速（临界转速）危险轴向载荷（容许轴向载荷）固定202棍3/4栏/2939危险转速（临界转速）危险轴向载荷（容许轴向载荷）固定（d）固定2023遇/4/2蜜940滚珠丝杠的电气制动图1-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-伺服电机转子7-电磁线圈8-外齿轮9-内齿轮2023而/4/2惕941滑动导盒轨202鹅3/4败/2942滚动导误轨2023议/4/2才94312578945°45°45°45°6直线滚动导轨保持器202坑3/4俘/2944滚动直线导轨副的安装固定方式螺钉固定定位销固定工作台工作台工作台工作台床体床体床体床体压板固定楔形块定位202厚3/4尼/2945蜗杆-蜗轮齿条传动机构1-蜗轮2-蜗杆齿条202烂3/4研/2946蜗杆-涡轮齿条工作原理1-油箱2-滤油器3-液压泵4-电动机5-溢流阀6-粗滤油器7-精滤油器8-压力表9-压力继电器10-节流器202粘3/4愿/2947进给运动蜗杆箱固定式1-蜗轮齿条2-联轴器3-进给箱4-电动机5-蜗杆202拔3/4狐/2948进给运动蜗杆箱移动式1-蜗杆2-涡轮齿条3-进给箱4-电动机5-蜗杆箱6-变速齿轮202摩3/4址/2949次级初级

旋转电机展平为直线电机的过程（a）旋转电机（b）直线电机2023计/4/2片950故障现象故

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方

法滚珠丝杠副噪声丝杠支承轴承的压盖压合情况不好调整轴承压盖，使其压紧轴承端面丝杠支承轴承可能破裂如轴承破损，更换新轴承电动机与丝杠联轴器松动拧紧联轴器，锁紧螺钉丝杠润滑不良改善润滑条件，使润滑油量充足滚珠丝杠副滚珠有破损更换新滚珠滚珠丝杠运动不灵活轴向预加载荷过大调整轴向间隙和预加载荷丝杠与导轨不平行调整丝杠支座位置，使丝杠与导轨平行螺母轴线与导轨不平行调整螺母座位置丝杠弯曲变形调整丝杠滚珠丝杠润滑状况不良检查各丝杠副润滑用润滑脂润滑丝杠，需移动工作台，取下罩套，涂上润滑脂滚珠丝杠揪常见故障织、故障原秀因及维修惨方法202阿3/4作/2951故障现象故

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法导轨研伤机床经长时间使用，地基与床身水平度有变化，使导轨局部单位面积负荷过大定期进行床身导轨