数控机床的进给传动系统概述

数控机床结构与故障检修StructureandmaintenanceofNC项目4：数控机床的进给传动系统TheFeedDriveSystem

ofNC目录CONTENTS齿轮传动副数控机床用丝杠螺母传动副数控机床进给传动系统概述一二三四齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动五数控机床导轨数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来实现。伺服进给系统的作用是根据数控系统发出的指令信息，进行放大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工件的移动轨迹和坐标位置。一个典型的数控机床闭环控制进给系统通常由位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件组成。进给传动系统

课程导引进给传动系统

课程导引图4-1数控工作台传动系统的机械结构图

1—直流伺服电动机2—滑块联轴器3—滚珠丝杠4—左螺母

5—键6—半圆垫片7—右螺母8—螺母座4.1.1对进给传动系统的要求

为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械传动装置时，应符合如下要求：1）运动件的摩擦阻力小和动、静摩擦力之差小，以使数控机床进给系统获得较高的快速响应性能和运动精度。2）转动惯量小，以减少对伺服机构的起动和制动特性的影响。如减小旋转零件的直径和质量。3）进给传动装置有高的传动精度与定位精度，对采用步进电动机驱动的开环控制系统尤其如此。消除传动间隙，减小反向误差，减小运动部件如蜗杆副的啮合侧隙对传动、定位精度的影响，如采用双导程蜗杆蜗轮或预紧。进给传动系统4.1概述4）工作进给调速范围宽，可达3～6000mm/min(调速范围1∶2000)；在精密定位，伺服系统的低速趋近速度达0.1mm/min；快速移动速度应高达15m/min。5）提高传动刚度。预紧及加大轮廓尺寸均是方法。6）稳定性好、寿命长。便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用率。进给传动系统4.1概述4.1.2联轴器联轴器是用来联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，被联接的两轴不能分离，只有停机后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。目前联轴器的类型繁多，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互间的机械作用力来传递转矩，大致可作如下划分：进给传动系统4.1概述机械式联轴器刚性弹性固定式——套筒、凸缘、夹壳联轴器等可移式——齿式、滑块及万向联轴器等金属弹性件——簧片、膜片及波纹管联轴器等非金属弹性件——轮胎、橡胶金属环、橡胶块联轴器等1.套筒联轴器套筒联轴器由联接两轴轴端的套筒和联接套筒与轴的联接件组成。轴端直径d≤80mm时套筒材料为35或45制造，＞80mm时套筒材料为强度较高的铸铁。构造简单、径向尺寸小，但要求被联接两轴同轴度高且装拆困难。进给传动系统4.1概述图4-2套筒联轴器

a)键联接b)锥销联接c)十字滑块联轴节2.凸缘联轴器凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分别与两轴连接，然后用螺栓将两个半联轴器连成一体以传递动力和扭矩。进给传动系统4.1概述图4-3凸缘式联轴器凸缘联轴器材料可采用HT250或碳钢，重载时或要求圆周线速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢。构造简单、成本低、可传递较大转矩，但对两轴同轴度要求高，如不能达到要求会产生附加载荷。进给传动系统4.1概述3.弹性联轴器进给传动系统4.1概述图4-4直接联接电动机轴和丝杠的弹性联轴器无键联接；依靠弹性钢片组对角联接传递转矩。4.安全联轴器防止过载造成整个运动传动机构零件损坏。进给传动系统4.1概述图4-5安全联轴器工作原理TND360型数控车床的安全联轴器进给传动系统4.1概述图4-6TND360型数控车床的纵向滑板的传动系统图

1—旋转变压器和测速发电机10—滚珠丝杠2—直流伺服电动机11—垫圈3—锥环12、13、14—滚针轴承4、6—半联轴器15—堵头5—滑环16—压紧螺钉7—钢片17—压紧外环8—碟形弹簧18—压紧内环9—套19—压紧套

进给传动系统

在数控机床进给伺服系统中，齿轮传动副被广泛应用将执行元件输出的高转速、低转矩转换成被控对象所需的低转速、大转矩的场合。而数控机床进给系统工作时经常处于自动变向状态，齿轮副的侧隙会造成反向时丢失指令脉冲，从而影响加工精度，所以必须采取措施消除齿轮传动间隙。4.2齿轮传动副1.直齿圆柱齿轮副消除间隙的方法（1）偏心轴调整法如图4-7所示为偏心轴套式调整间隙结构，电机装在偏心轴套2上，可以通过偏心轴套2调整齿轮1和齿轮3之间的中心距来消除齿轮传动副的齿侧间隙。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-7偏心轴套式调整间隙机构

1、3—齿轮2—偏心轴套（2）锥度调整法如图4-8所示为用一个带有锥度的齿轮来消除间隙的结构。一对啮合着的圆柱齿轮，若其节圆沿齿厚方向制成较小锥度，只需改变垫片3厚度就能实现齿轮间轴向位置的改变，从而消隙。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-8锥度齿轮调整法（3）双片薄齿轮错齿调整法图4-9所示为双片薄齿轮错齿调整法。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-9双片薄齿轮错齿消隙结构刚性调整法是指调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法，齿轮周节及齿厚要严格控制，结构简单，传动刚度好。柔性调整法是指调整后齿侧间隙仍能自动补偿的调整法，齿轮周节及齿厚不需严格控制，结构复杂，轴向尺寸大，传动刚度差。2.斜齿圆柱齿轮副消除间隙的方法（1）轴向垫片调整法如图4-10所示为斜齿轮垫片调整法，其原理与错齿调整法相同。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-10斜齿轮垫片调整法

1、2—薄片斜齿轮3—垫片4—宽齿轮（2）轴向压簧调整法图4-11是斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-11斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构

1、2—薄片斜齿轮3—弹簧4—宽齿轮5—螺母3.锥齿聪轮传动副奖消隙间隙挡的方法（1）养轴向压满簧调整熊法如图4浓-12垒为锥齿泡轮轴向庙压簧调湿整法。进给传虏动系统4.2齿轮传动倚副图4-1丸2锥齿究轮轴向压棵簧调整法（2）周向诉弹簧调整坟法图4-1炸3为锥齿亮轮周向弹轰簧调整法弟。进给传动乏系统4.2齿轮传垄动副图4-溜13占锥齿轮禾周向弹滤簧调整案法4.3.浩1滚珠萄丝杠副原捉理及特点1.工泡作原理进给传定动系统4.3陪数控机床件用丝杠传宾动副图4-勺14袭滚珠丝逗杠副的哗结构原伯理滚珠丝芽杠螺母镇副是数烫控机床能上将回目转运动论转换为晕直线运戚动常用若的传动渗装置。在丝杠学和螺母聋上都有昏半圆弧万形的螺塞旋槽，即当它们妖套装在畏一起时步便形成角了滚珠塌的螺旋底滚道。附在螺母拖上有滚虾珠回路日管道将俗几圈螺透旋滚道气的两端俭连接起匠来，构懒成封闭纵的循环敌滚道，春在滚道宇内装满毫滚珠，颈当丝杠掀旋转时丙滚珠在巨滚道内逐自转的麦同时沿侮滚道循苍环转动弓，迫使貌螺母轴著向移动初。2.特点1）摩擦络损失小，兼传动效率萍高，可达海90%～藏96%，荷功率消耗雄只相当于欢常规丝杠辩螺母副的尝1/4～乘1/3。2）采从用双螺岔母预紧袄后，可纹消除丝豪杠和螺劝母的螺司纹间隙历，提高剃了传动帖刚度。3）摩炒擦阻力悲小，动录、静摩帐擦力之塞差极小手，能保仆证运动脾平稳，鬼不易产柏生低速鲁爬行现培象。4）不狮能自锁倡，有可雷逆性，碧既能将换旋转运储动转换悔为直线津运动，戴又能将水直线运漆动转换鸦为旋转真运动。5）运拾动速度恢受到一菊定限制橡，传动钞速度过担高时，越滚珠在模其回路痒管道内赞易产生正卡珠现晃象。6）制向造工艺由复杂。进给传尝动系统4.3稻数控烟机床用偏丝杠传喝动副3.滚炭珠的循久环方式（1）外武循环外汁循环是滚惑珠在循环牙过程结束忧后通过螺旧母外表面港的螺旋槽财或插管返企回丝杠螺沉母中重新勒进入循环壁。进给传动糖系统4.3伸数控挡机床用涉丝杠传弦动副图4-痛15尤常用的落外循环甲滚珠丝脊杠a)端盖株式b)插管葱式c)螺旋毁槽式以和丝弓杠始终绍保持接跌触与否策确定是透外或内当循环！岭！！滚珠每一惠循环闭路脸称列，外该循环每列右有1.5、2.5、3.5圈等，一新般一个螺决母一列。外循环结盈构和制造枝工艺简单刷，使用较魔广泛，其床缺点是滚投道接缝处腹不平滑，靠平稳性不策佳易卡珠捆。（2）内吗循环译内循环枕采用反拾向器实吹现滚珠茫循环。进给传坑动系统4.3弱数控机床会用丝杠传永动副图4-1资6内循鞠环滚珠丝鸣杠1—凸键炸2、3悄—反向槽评4—丝丝式杠5—线钢珠6泊—螺母吗7—反向伯器内循环每冷个螺母有2、3、4、5列等，每边列只有1圈。内循环丧结构紧摄凑、定谱位可靠握、刚性施好，不紧易磨损驾，返回竞滚道短参不易卡懒珠且摩压擦损失饥小，缺仓点是结现构复杂且、制造欺困难。4.3.的2轴向想间隙的消理除和预紧轴向间隙咸是指丝杠柏和螺母无先相对转动功时，丝杠示和螺母间竭的最大轴伐向窜动，绝除结构本纹身的游隙反外，还包茂括施加轴悼向载荷后感的弹性变浓形。预加载荷拾以能有效钓地减少游治隙及受力总弹性变形摄所带来的腥轴向位移宵为度，过衬大则增加断摩擦阻力斯降低传动符效率及精纽奉度保持性箩。进给传要动系统4.3略数控机床堡用丝杠传柱动副单螺母预紧微量过盈滚珠变螺距双螺母预紧修磨垫片厚度双锁紧螺母齿差式调整法4.3贝.3星滚珠丝郊杠的安孤装进给传动趣系统4.3榜数控机床亲用丝杠传垫动副图4-1轮8滚珠牛丝杠安装什（一）进给传跌动系统4.3孤数控赌机床用赤丝杠传泡动副图4-轧18稳滚珠丝畜杠安装厦（二）进给传动锻系统4.3叛数控机床杀用丝杠传宝动副图4-1于8滚珠阶丝杠安装睡（三）4.4.烧1齿轮砍齿条副传聚动在大型浓数控机简床(如销大型数行控龙门错铣床)忍中，工饼作台的效行程很藏大。因侨此，它但的进给灶运动不讽宜采用杰滚珠丝晓杠副实攻现，因烤太长的竭丝杠易稼于下垂库，将影丙响到它同的螺距勉精度及漠工作性马能，此虫外，其娱扭转刚装度也相董应下降俭，故常帆用齿轮方齿条传椅动。当扶驱动负摧载小时重，可采劝用双轮猾错齿调抗整法，西分别与钳齿条齿甲槽左、揪右侧贴倾紧，而趁消除齿乓侧隙。进给传滤动系统4.4齿轮齿河条副与殃双导程挽蜗杆副义传动进给传柱动系统4.4齿轮齿闭条副与箭双导程算蜗杆副住传动图4-2决2双齿虚轮消除间劝隙原理图4⁃2寸2是这种拖消除间隙拘方法的原容理图。进暮给运动由曾轴2输入涨，通过两悄对斜齿轮鹅将运动传帝给轴1和坊轴3，然架后由两个醒直齿轮4森和5去传疲动齿条，锋带动工作睬台移动，健轴2上两供个斜齿轮固的螺旋线滴方向相反糠。如果通睡过弹簧在唉轴2上作野用一个轴缓向力F，竿则使斜齿吉轮产生微蒜量的轴向方移动，这赔时轴1和颗3便以相考反的方向旧转过微小今的角度，穴使齿轮4费和5分别众与齿条的半两齿面贴饲紧，消除庄了间隙。进给传忙动系统4.4齿轮齿条蜜副与双导挽程蜗杆副军传动图4-侵23桶齿轮齿播条传动盼的齿侧胖隙消除当驱动希负载大梦时，采甚用径向钉加载法什消除间驻隙。如堡图4⁃岔23所她示，两害个小齿究轮1和涂6分别暂与齿条城7啮合慌，并用朱加载装乔置4在陵齿轮3条上预加巧负载，弯于是齿约轮3使贝啮合的梯大齿轮搬2和5贯向外伸叨开，与垂其同轴尾上的齿筹轮1、味6也同柏时向外劫伸开，饿与齿条制7上齿玻槽的左询、右两上侧相应插贴紧面机无间隙时，齿轮最3由液佩压马达蜜直接驱卵动。4.4朴.2秃双导程晓蜗杆副箱传动1.双导柴程蜗杆副除的特点1）啮库合间隙驻可调整棋得很精事确，根海据实际抚经验，侧隙调夜整可以小厕到0.01角～0.0倍15mm云。2）普通筑蜗杆副是扰以蜗杆沿宴蜗轮径向狼移动来调室整啮合侧察隙，因而签改变了传抖动副的中日心距，从啮合原请理角度看，搁这是很不怀合理的。3）双导校程蜗杆副徒使用修磨蓝调整环来刚控制沿蜗杆轴缘瑞向调整量，调整叹准确，方痰便可靠；架而普通蜗趟杆副的径委向调整量霜较难掌握杨，调整时精也容易产轮生蜗杆轴息线歪斜。进给传服动系统4.4齿轮齿狗条副与邻双导程盾蜗杆副甜传动4）双利导程蜗冻杆副的沫蜗杆支绳承直接足安置在椒支座上洗，只需疮保证支索承中心辰线与蜗岩轮中截鼠面重合顾，中心距公泉差可略微放映宽，装配偷时，用调碎整环来获桂得合适的蹈啮合侧隙剑，这是普每通蜗杆副貌无法办到诵的。5）双裂导程螺违杆副不也足之处味是制造困篮难。进给传醋动系统4.4齿轮齿偷条副与懂双导程性蜗杆副蜜传动2.双导别程蜗杆副皆的工作原染理双导程旧蜗杆与幅普通蜗瞎杆的区宴别是双啊导程蜗骨杆齿的御左右两悦侧面具查有不同短导程，导同一侧下是相同浇的，因渗此双导电程蜗杆初的齿厚毁从一端伞向另一四端均匀都地逐渐叠增厚或著减薄。困轴向移岭动蜗杆乌可消除滚或调整沉啮合间歌隙。进给传在动系统4.4齿轮齿飘条副与迈双导程挖蜗杆副孕传动图4-瓣26业双导程次蜗杆齿踏形进给传动执系统4.4齿轮齿逼条副与恳双导程臣蜗杆副抢传动图4-2搁7数控辩回转工作嫩台1—轴承飞2—蜗他杆3—晒轴承参4俭—压块5—螺钉欢6—螺简母7—祸调整套崖8—蜗轮4.6柴.1提对数控蛮机床导纠轨的要产求1.导向恩精度高2.高凝、低速答平稳性纪好3.耐磨岩性好及寿泊命长导轨的袄耐磨性块决定了显导轨的雹精度保雀持性，拢动导轨晋沿支承既导轨面俗长期运笋行会引赌起不均贵匀磨损牌破坏导警轨的导赖向精度椅从而影币响加工新精度。导轨的磨详损形式：（1）硬械粒磨损（2）绩咬合和妄热焊（3）疲王劳和压溃进给传动取系统4.5数控机描床导轨导轨面鼓间存在缠着的坚划硬微粒覆、由外检界或润夹滑油带俭入的切臣屑或磨舞粒以及顷微观不骆平的摩剧擦面上肆的高峰绒，在运递动过程啦中均会样在导轨谅面产生抢机械的闭相互切妇割和锉智削作用妹面，而古使导轨戏面上产尸生沟痕限和划伤府，进而三使导轨陕面受到历破坏。导轨面覆栋盖着氧化绑膜(约0劫.025验μm)及寻气体、蒸初汽或液体吹的吸附膜键(约0.旧025μ届m),这编些薄膜由合于导轨面割上局部比和压或剪切弱力过高而晕排除时，嘴裸露的金粮属表面因谨摩擦热而情使分子运殿动加快，批在分子力芒作用下就瞧会产生分旱子间的相字互吸引和大渗透而吸密附在一起顺，导致冷线焊（咬合拌）。如果别导轨面摩义擦热使金灯属表面温瞒度达到熔斑点引起局煎部焊接，支导致热焊栗而相对运滔动又将焊膜点拉开造述成撕裂性舍破坏。导轨面由远于过载或您接触应力波不均匀而抬使导轨表东面产生弹寄性变形，凤反复进行梳多次，就教会形成疲棉劳点，呈钢塑性变形鄙，表面形揭成龟裂和兄剥落而出军现凹坑，叛这种现象抛叫压溃。4.足芦够的刚礼度导轨的透刚度表钓示导轨坚在承受狭动、静院载荷下啊抵抗变得形的能掉力，若鬼刚度不它足，会籍直接影贷响相对遥运动部罢件的相阅对位置冈精度和恼导向精替度，还抓会使导帅轨面上盯的比压硬分布不太均，加胆重导轨咸变形。5.结构莫简单、工然艺性好结构设计羞时需考虑造到制造工仅艺性、装云配工艺性涌和维修方燥便程度。进给传动仍系统4.5数控机畜床导轨4.6贤.2头导轨的题技术要帜求（1）亿导轨的靠精度要宣求不诱管是V哥-平型片还是平跟-平型按，滑动丝式导轨面纺的平面绳度公差普通常取伶0.0政1～0滩.01演5mm届，长度奖方向直逗线度公询差通常签取为0班.00乘5～0在.01悟mm；途侧导向踢面的直奇线度公彻差为0羊.01扶～0.姨015口mm，浑侧导向登面之间识的平行叹度公差呼为0.弯01～资0.0诉15m凯m，侧程导向面盈对导轨牧底面的拥垂直度析公差为艰0.0获05～连0.0格1mm叮。（2）导番轨的热处枕理数控谅机床的开奖动率普遍殿都很高，眠这就要求耗导轨具有港较高的耐桐磨性，为和此导轨大座多需淬火链处理。导序轨的淬火贫形式有中皆频淬火、塞超音频淬裕火、火焰烦淬火等，疑其中以前乐两种为主蝴。铸铁导蜂轨超音频映淬火，硬范度50-富55HR酿C，磨削兰后深度1越.0-1渠.5mm尼；镶钢导借轨中频淬悠火或渗氮异，硬度5避8-62岸HRC，木深度0.你5mm遇。进给传动批系统4.5数控机床普导轨4.6率.3胳导轨特委点和适盏用范围1）滚滔动导轨为提高党数控机搞床移动籍部件的黑运动精桑度和定弯位精度完，数控堡机床广趴泛采用惠滚动导恰轨。（1）滚缘瑞动导轨块标准导茎轨块构蛛成数控咏机床滚呢动导轨寺可用于宴中等负虾载导轨缎支承上节，与之路相配的疼床身导受轨一般落用镶钢弱淬火导陕轨。进给传揪动系统4.5数控机卷床导轨使用时导赤轨块安装蛾在运动部度件上，当竞运动部件朗移动时，单滚柱3在临支承部件足的导轨面辫与本体6亲间滚动，招同时绕本只体6循环炒滚动。为保证对良好刚晌性，需钩作预紧山。图4-4章2滚动深导轨块旦1—防护晃板2—撇端盖3喇—滚柱贸4—导向调片5—芝保持器芳6—本体进给传动饲系统4.5数控机床匀导轨（2）狱直线滚尸动导轨无间隙介，已做桂预紧。直线滚刚动导轨侧由导轨畏体1、夸滑块7员、滚珠跟4、保办持器3秃、端盖墓6等组踩成，使亭用时，膨导轨固摊定在床闲身上（论不运动辉），滑危块固定券在运动巨部件上险，当滑颤块沿导衫轨体移散动时，团滚珠在醉导轨体梨和滑块楼间的圆遥弧直槽教内滚动患，并通绒过端盖规内滚道牙从工作烤负荷区批运动到圣非负荷性区再回驴到负荷耻区形成颂循环，晕从而将喊移动变恋成滚珠逮的滚动吧。进给传旷动系统4.5数控机