第三章 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

1、數(shù)數(shù) 控控 技技 術術第三章數(shù)控機床的進給第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)第三章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng) 3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法3.4 3.4 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)實例數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)實例3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式3.1 3.1 對進給傳動系統(tǒng)的基本要求對進給傳動系統(tǒng)的基本要求 3.1 3.1 對進給傳動系統(tǒng)的基本要求對進給傳動系統(tǒng)的基本要求 進給運動是數(shù)字控制的直接對象，被加工工件的最終位置精度和輪廓精度都與進給運動的傳動精度、靈敏度、和穩(wěn)定性有關。因

2、此在設計傳動機構，選用傳動元件時應充分注意：1、提高傳動部件的剛度2、減少傳動部件的慣量3、減小傳動部件的間隙4、減小系統(tǒng)的摩擦阻力 3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 數(shù)控機床的進給運動可以分為數(shù)控機床的進給運動可以分為直線運動和圓周運動直線運動和圓周運動兩大兩大類。在數(shù)控機床上，實現(xiàn)直線進給運動主要有三種形式：類。在數(shù)控機床上，實現(xiàn)直線進給運動主要有三種形式：1 1、絲杠副、絲杠副2 2、齒輪齒條副、齒輪齒條副3 3、直線電動機、直線電動機 滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型理滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型理想裝置。

3、想裝置。 優(yōu)點：優(yōu)點： 1 1、傳動效率高；、傳動效率高； 2 2、摩擦力??；、摩擦力小；3 3、使用壽命長；、使用壽命長； 4 4、經(jīng)預緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)剛度；、經(jīng)預緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)剛度； 5 5、反向運動時無空行程，可以提高軸向運動精度。、反向運動時無空行程，可以提高軸向運動精度。 缺點：缺點： 1 1、制造成本高；、制造成本高； 2 2、不能自鎖不能自鎖滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副+ +滾動導軌副滾動導軌副3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機

4、床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 摩擦系數(shù)小，傳動精度高，傳動效率高達摩擦系數(shù)小，傳動精度高，傳動效率高達85%-98%85%-98%，是普通滑動，是普通滑動絲杠傳動的絲杠傳動的2-42-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1 10 0 ，因此不能自鎖。因此不能自鎖。如果用于立式升降運動則必須要有制動機構。如果用于立式升降運動則必須要有制動機構。 （一）、滾珠絲杠的結(jié)構（一）、滾珠絲杠的結(jié)構 絲杠和螺母之間填入鋼珠，使絲杠和螺母之間為滾動摩擦運動。絲杠和螺母之間填入鋼珠，使絲杠和螺母之間為滾動摩擦運動。螺紋的截面為圓弧型其半徑略大于鋼球直徑。螺紋的截面為圓弧型其半徑略大于鋼球直徑。

5、依據(jù)回珠方式分：依據(jù)回珠方式分：內(nèi)循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)方式（結(jié)構緊湊、流暢性好，但工藝（結(jié)構緊湊、流暢性好，但工藝性差）性差）和外循環(huán)方式和外循環(huán)方式（工藝性好，但徑向尺寸較大、流暢性稍差）（工藝性好，但徑向尺寸較大、流暢性稍差） 依據(jù)消除間隙和預加載荷的方法：依據(jù)消除間隙和預加載荷的方法：單螺母和雙螺母方式單螺母和雙螺母方式滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 電機電機支承支承絲杠絲杠螺母螺母伺服進給系統(tǒng)伺服進給系統(tǒng)3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)

6、的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 滾珠絲杠副的傳動不允許有間隙，不僅因為它滾珠絲杠副的傳動不允許有間隙，不僅因為它會造成反向沖擊，更重要的是產(chǎn)生定位誤差，影響會造成反向沖擊，更重要的是產(chǎn)生定位誤差，影響機床的精度穩(wěn)定性，為了提高進給系統(tǒng)的剛度，使機床的精度穩(wěn)定性，為了提高進給系統(tǒng)的剛度，使?jié)L珠絲杠在過盈條件下工作更為有利，即進行滾珠絲杠在過盈條件下工作更為有利，即進行預加預加載荷或稱為預緊載荷或稱為預緊。雙螺母法消除間隙和預加載荷。雙螺母法消除間隙和預加載荷。墊片和齒差式消除間隙和預加載荷墊片和齒差式消除間隙和預加載荷。滾珠絲杠副的消除間隙調(diào)整和預加載荷滾珠絲杠副的消除間隙調(diào)整和預加載

7、荷3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 1、通過調(diào)整墊片的厚度使左、右螺母產(chǎn)生軸向位移，就可達到消除間隙和產(chǎn)生預緊力的作用； 2、簡單、剛性好、裝卸方便、可靠； 3、調(diào)整困難 ，調(diào)整精度不高。 雙螺母墊片式結(jié)構雙螺母墊片式結(jié)構3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 1、用鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，擰動圓螺母將螺母沿軸向移動一定距離，在消除間隙之后用圓螺母將其鎖緊； 2、簡單緊湊，調(diào)整方便，但調(diào)整精度較差，且易于松動。 雙螺母螺紋式結(jié)構雙螺母螺紋式結(jié)構3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給

8、傳動系統(tǒng)的基本形式 螺母1和2的凸緣上各制有一個圓柱外齒輪，兩個齒輪的齒數(shù)相差一個齒，兩個內(nèi)齒圈3和4與外齒輪齒數(shù)分別相同，并用預緊螺釘和銷釘固定在螺母座的兩端。調(diào)整時先將內(nèi)齒圈取下，根據(jù)間隙的大小調(diào)整兩個螺母1、2分別向相同的方向轉(zhuǎn)過一個或多個齒，使兩個螺母在軸向移近了相應的距離達到調(diào)整間隙和預緊的目地。雙螺母齒差式結(jié)構雙螺母齒差式結(jié)構3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，其溫度高于床滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，其溫度高于床身。絲杠的熱膨脹會使導程增大，影響定位精身。絲杠的熱膨脹會使導程增大，影響定位精度。為了補償熱膨脹，可將絲杠預

9、拉伸。預拉度。為了補償熱膨脹，可將絲杠預拉伸。預拉伸量應大于熱膨脹率。發(fā)熱后，熱膨脹量抵消伸量應大于熱膨脹率。發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分預拉伸量，使絲杠內(nèi)的拉伸力下降，了部分預拉伸量，使絲杠內(nèi)的拉伸力下降，但但長度卻沒有變化。長度卻沒有變化。滾珠絲杠的預拉伸滾珠絲杠的預拉伸3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式滾珠絲杠的防護v作用：防止贓物落入滾道，保證滾珠的正常運行并避免滾珠和滾道的磨損。v防護措施：接觸式密封圈密封：接觸式密封圈密封： 防塵效果好，但增加了滾珠絲杠副的摩擦阻力矩。非接觸式迷宮密封：非接觸式迷宮密封： 結(jié)構復雜，但避免了與滾珠絲杠副的直接

10、接觸。運動式密封裝置：運動式密封裝置： 用于暴露在外的絲桿的防護3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式鋼帶纏卷式絲杠防護裝置鋼帶纏卷式絲杠防護裝置3.2 靜壓絲杠副靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副v絲杠傳動的局限性：長絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度較差。靜壓蝸桿蝸條副v工作原理工作原理：同靜壓絲杠螺母副。其中，蝸桿相當于絲杠，蝸條相當于螺母。v配油問題：配油問題：由于蝸桿是旋轉(zhuǎn)的且與蝸條的接觸區(qū)只有120左右，必須解決壓力油從蝸桿進入靜壓油腔的問題。3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式齒輪齒條副：特點：

11、速度高、傳動比大、剛度及效率高，但傳動不夠平穩(wěn)、傳動精度差、不能自鎖。消間隙措施：雙薄片齒輪消間隙結(jié)構： 用于小負載機床。雙片厚齒輪消間隙結(jié)構： 用于大負載機床。 雙片厚齒輪消間隙結(jié)構如右圖直線電機直線電機是一種具有廣闊前景的新穎電機，直線電機主要是直線電動機，它是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動機械能且不需要任何中間轉(zhuǎn)換結(jié)構的傳動裝置。信息時代的高新技術推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機械工業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些運動控制新技術，直線電機憑借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性在物流系統(tǒng)、工業(yè)加工與裝配、信息及自動化系統(tǒng)、交通與民用以及軍事等領域發(fā)揮著十分重要的作用。3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳

12、動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式從旋轉(zhuǎn)電動機到直線電機的演化從旋轉(zhuǎn)電動機到直線電機的演化 旋轉(zhuǎn)電動機的定子和轉(zhuǎn)子分旋轉(zhuǎn)電動機的定子和轉(zhuǎn)子分別對應直線電動機的初級和別對應直線電動機的初級和次級次級 3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 3.2 3.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 簡單的說，直線電機就是“展開的”旋轉(zhuǎn)電機。在很多應用中，直線電機與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢：(1) (1) 省去了把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的中間轉(zhuǎn)換機構，節(jié)約了成本，縮小省去了把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的中間轉(zhuǎn)換機構，節(jié)約了

13、成本，縮小了體積。了體積。(2) (2) 不存在中間傳動機構的慣量和阻力的影響，直線電動機直接傳動反應速不存在中間傳動機構的慣量和阻力的影響，直線電動機直接傳動反應速度快，靈敏度高，隨動性好，準確度高。度快，靈敏度高，隨動性好，準確度高。(3) (3) 直線電動機容易密封，不怕污染，適應性強。由于電機本身結(jié)構簡單，直線電動機容易密封，不怕污染，適應性強。由于電機本身結(jié)構簡單，又可做到無接觸運行，因此容易密封，可在有毒氣體、核輻射和液態(tài)物質(zhì)又可做到無接觸運行，因此容易密封，可在有毒氣體、核輻射和液態(tài)物質(zhì)中使用。中使用。(4) (4) 直線電機散熱條件好，溫升低，因此線負荷和電流密度可以取得較高，

14、直線電機散熱條件好，溫升低，因此線負荷和電流密度可以取得較高，可提高電機的容量定額?？商岣唠姍C的容量定額。(5) (5) 裝配靈活性大，往往可以將電機與其他機件合成一體。裝配靈活性大，往往可以將電機與其他機件合成一體。(6) (6) 某些特殊結(jié)構的直線電動機也存在一些缺點，如大氣隙導致功率因數(shù)和某些特殊結(jié)構的直線電動機也存在一些缺點，如大氣隙導致功率因數(shù)和效率降低，存在單邊磁拉力等等。效率降低，存在單邊磁拉力等等。目的：消除反向死區(qū)、提高傳動精度和運動平穩(wěn)性。剛性調(diào)整法v概念：是指調(diào)整之后齒側(cè)間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整方法。v種類：偏心套式、雙薄片斜齒輪式墊片調(diào)隙。v偏心套式 通過轉(zhuǎn)動偏心套調(diào)整中

15、心距而調(diào)整間隙v雙薄片斜齒輪式 通過改變墊片厚度調(diào)整雙薄片斜齒輪軸向距離而調(diào)整齒槽間隙3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法 一、直齒圓柱齒輪傳動間隙的調(diào)整1.1.偏心套調(diào)整偏心套調(diào)整只能補償齒厚誤差與中心距誤差引起的齒側(cè)間隙，不能補償偏心誤差引起的齒側(cè)間隙。偏心套偏心套間隙消除機構3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法 2.2.墊片調(diào)整墊片調(diào)整 調(diào)整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側(cè)間隙的目的。 墊片調(diào)整墊片調(diào)整間隙消除機構 說明：說明：上述兩種方法的特點盡管結(jié)構比較簡單，傳動剛度好，能傳遞較大的動力，但

16、齒輪磨損后齒側(cè)間隙不能自動補償。3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法 二、斜齒圓柱齒輪傳動間隙的消除1.1.軸向墊片調(diào)整軸向墊片調(diào)整軸向墊片調(diào)整軸向墊片調(diào)整間隙消除機構3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法柔性調(diào)整法v概念：是指調(diào)整之后齒側(cè)間隙可以自動補償?shù)恼{(diào)整方法。v種類：雙齒輪錯齒式、壓力彈簧式、碟形彈簧式v雙齒輪錯齒式 套裝結(jié)構拉簧式雙薄片直齒輪相對回轉(zhuǎn)調(diào)整齒槽間隙v壓力彈簧式 套裝結(jié)構壓簧式內(nèi)外圈式錐齒輪相對回轉(zhuǎn)調(diào)整齒槽間隙v碟形彈簧式 碟形彈簧式雙薄片斜齒輪軸向移動調(diào)整齒槽間隙3.3 3.3 進給傳

17、動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法 雙齒輪錯齒調(diào)整雙齒輪錯齒調(diào)整 這種調(diào)整法結(jié)構較復雜，傳動剛度低，不宜傳遞大扭矩，對齒輪的齒厚和齒距要求較低，可始終保持嚙合無間隙，尤其適用于檢測裝置。 雙齒輪錯齒調(diào)整雙齒輪錯齒調(diào)整間隙消除機構3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法 軸向壓簧調(diào)整軸向壓簧調(diào)整 這種結(jié)構具有軸向尺寸過大，結(jié)構不緊湊，但可以自動補償間隙的特點，多用于負載小，要求自動補償間隙的場合。 軸向壓簧調(diào)整軸向壓簧調(diào)整間隙消除機構3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法 軸向壓簧調(diào)整軸向壓

18、簧調(diào)整間隙消除機構錐齒輪傳動間隙的消除1.1.周向壓簧調(diào)整周向壓簧調(diào)整 2.2.軸向壓簧調(diào)整軸向壓簧調(diào)整 錐齒輪在彈力作用下沿軸向移動，從而達到消除齒側(cè)間隙的目的。3.3 3.3 進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法進給傳動系統(tǒng)齒輪傳動間隙消除方法vMJ-50數(shù)控車床是由濟南第一機床廠（現(xiàn)更名為濟南一機床集團有限公司）生產(chǎn)，主要由主軸箱、床鞍、尾座、刀架、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)以及數(shù)控裝置等構成。其外形尺寸為：長2995，寬1667，高1796。 3.4 3.4 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)實例數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)實例MJ-50車床外形圖3.4 3.4 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)實例數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)實例MJ-50數(shù)控車床傳動鏈示意圖 橫向進給橫向進給傳動裝置傳動裝置 vAC伺服電動機15經(jīng)同步帶輪14和10以及同步帶12帶動滾珠絲杠6回轉(zhuǎn)，其上螺母7帶動刀架21（如圖5-12b）沿滑板1的導軌移動，實現(xiàn)X軸的進給運動。vA-A剖面圖表示滾珠絲杠前支承的軸承座4用螺釘20固定在滑板上。滑板導軌如B-B剖視圖所示為矩形導軌，鑲條17、18、19用來調(diào)整刀架與滑板導軌的間隙。v圖中22為導軌護板，26、27為機床參考點的限位開關和撞塊。鑲條23、24、25用于調(diào)整滑板與床身導軌的間隙。MJ-50橫向進給裝置圖例（2） 縱向進給縱向進給傳動裝置傳動裝置 vAC伺服電動機14經(jīng)同步帶輪12