第八講數控機床的進給傳動系

1、第八講第八講 數控機床的進給傳動系統(tǒng)數控機床的進給傳動系統(tǒng)武漢船舶職業(yè)技術學院機械系 周蘭數控機床與使用維修本講主要內容本講主要內容l對數控機床進給系統(tǒng)機械結構的要求對數控機床進給系統(tǒng)機械結構的要求 l齒輪傳動副齒輪傳動副l滾珠絲桿螺母副滾珠絲桿螺母副 l數控機床的回轉工作臺數控機床的回轉工作臺 l數控機床分度工作臺數控機床分度工作臺一、對數控機床進給系統(tǒng)一、對數控機床進給系統(tǒng)機械結構的要求機械結構的要求1高傳動剛度高傳動剛度l進給傳動系統(tǒng)的高傳動剛度主要取決于絲桿螺母副(直線運動)或蝸輪蝸桿副(回轉運動)及其支承部件的剛度。剛度不足與摩擦阻力一起會導致工作臺產生爬行現象以及造成反向死區(qū)，影響

2、傳動準確性?？s短傳動鏈，合理選擇絲桿尺寸以及對絲桿螺母副及支承部件等預緊是提高傳動剛度的有效途徑。2高諧振高諧振l為提高進給系統(tǒng)的抗振性，應使機械構件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機械傳動系統(tǒng)的固有頻率應高于伺服驅動系統(tǒng)固有頻率的23倍。3低摩擦低摩擦l進給傳動系統(tǒng)要求運動平穩(wěn)，定位準確，快速響應特性好，必須減小運動件的摩擦阻力和動、靜摩擦系數之差，在進給傳動系統(tǒng)中現普遍采用滾珠絲桿螺母副。4低慣量低慣量l進給系統(tǒng)由于經常需進行起動、停止、變速或反向，若機械傳動裝置慣量大，會增大負載并使系統(tǒng)動態(tài)性能變差。因此在滿足強度與剛度的前提下，應盡可能減小運動部件的重量以及各傳動元件的尺寸，以提

3、高傳動部件對指令的快速響應能力。5無間隙無間隙l機械間隙是造成進給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一主要原因，因此對傳動鏈的各個環(huán)節(jié)，包括：齒輪副、絲桿螺母副、聯軸器及其支承部件等等均應采用消除間隙的結構措施。二、齒輪傳動副二、齒輪傳動副引言引言l數控機床的機械進給裝置中常采用齒輪傳動副來達到一定的降速比和轉矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達到理想齒面的要求，因此一對嚙合的齒輪，總應有一定的齒側間隙才能正常地工作。l齒側間隙會造成進給系統(tǒng)的反向動作落后于數控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。l對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用各種消除側隙的措施，

4、以盡量減小齒輪側隙。數控機床上常用的調整齒側間隙的方法針對不同類型的齒輪傳動副有不同的方法。1圓柱齒輪傳動消除間隙（圓柱齒輪傳動消除間隙（1）l偏心軸套調整法偏心軸套調整法 如圖所示，齒輪裝在電動機軸上，調整偏心軸套可以改變齒輪和之間的中心距，從而消除齒側間隙。偏心套消隙圖例偏心套消隙圖例1-齒輪 2-偏心套 3-齒輪 1圓柱齒輪傳動消除間隙（圓柱齒輪傳動消除間隙（2）l錐度齒輪調整法錐度齒輪調整法 如圖所示將一對齒輪和的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調整時改變墊片的厚度就能改變齒輪和的軸向相對位置，從而消除齒側間隙。錐度齒輪消隙法圖例錐度齒輪消隙法圖例1圓柱齒輪傳動消

5、除間隙（圓柱齒輪傳動消除間隙（3）l雙片齒輪錯齒調整法雙片齒輪錯齒調整法 圖示是雙片齒輪周向可調彈簧錯齒消隙結構。兩個相同齒數的薄片齒輪1和2與另個寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對回轉。在兩個薄片齒輪1和2的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四個通孔，凸耳可以在其中穿過，彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調節(jié)螺釘7上。通過螺母5調節(jié)彈簧4的拉力，調節(jié)完后用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位，即兩個薄齒輪的左右齒面分別貼在寬齒輪齒槽的左右齒面上，從而消除了齒側間隙。1圓柱齒輪傳動消除間隙（圓柱齒輪傳動消除間隙（4）l雙片齒輪錯齒調整法雙片齒輪錯齒調整法 圖3-26b是另一種

6、雙片齒輪周向彈簧錯齒消隙結構，兩片薄齒輪1和2套裝一起，每片齒輪各開有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱3，用來安裝彈簧4。裝配時使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側間隙。雙齒錯齒可調彈簧式消隙法圖例雙齒錯齒可調彈簧式消隙法圖例雙齒錯齒周向彈簧式消隙法圖例雙齒錯齒周向彈簧式消隙法圖例2斜齒輪傳動消除間隙（斜齒輪傳動消除間隙（1） l基本思想基本思想 斜齒輪傳動消除側隙的方法與直齒圓柱齒輪傳動中雙片薄齒輪消除間隙的思路相似，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是通過不同的方法使兩個薄片齒輪沿軸向移動合適的距離后，相當于兩薄片斜齒圓柱齒輪的螺旋線錯開

7、了一定的角度。兩個齒輪與寬齒輪嚙合時分別負責不同的方向（正向和反向），起到消除側隙的作用。 2斜齒輪傳動消除間隙（斜齒輪傳動消除間隙（2） l軸向墊片調整法軸向墊片調整法 如圖所示是斜齒輪墊片錯齒消隙結構。寬齒輪4同時與兩個相同薄片齒輪1和2嚙合，薄片齒輪由平鍵和軸聯接，互相不能相對回轉。斜齒輪1和2的齒形拼裝后一起加工，并與鍵槽保持確定的相對位置。裝配時在兩薄齒輪之間裝入厚度為的墊片3，使薄片齒輪1、2的螺旋線產生錯位，其左右兩齒面分別與寬齒輪4的齒貼緊，消除齒側間隙。 斜齒輪軸向墊片消隙圖例斜齒輪軸向墊片消隙圖例2斜齒輪傳動消除間隙（斜齒輪傳動消除間隙（3） l軸向壓簧調整法軸向壓簧調整法

8、 如圖所示是斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結構。該結構消隙原理與軸向墊片調整法相似，所不同的是利用齒輪2右面的彈簧壓力使兩個薄片齒輪產生相對軸向位移，從而它們的左、右齒面分別與寬齒輪的左右齒面貼緊，以消除齒側間隙。圖a采用的是壓簧，圖b采用的是碟形彈簧。斜齒輪軸向壓簧消隙法圖例斜齒輪軸向壓簧消隙法圖例a 軸向壓簧法b 蝶形彈簧法三、滾珠絲桿螺母副三、滾珠絲桿螺母副 工作原理和特點（工作原理和特點（1）l滾珠絲桿螺母副由于在絲桿和螺母之間放入了滾珠，使絲桿與螺母間變?yōu)闈L動摩擦，因而大大地減小了摩擦阻力，提高了傳動效率。圖示為滾珠絲桿副的結構示意圖。絲桿和螺母上均制有圓弧型面的螺旋槽，將它們裝在一起便

9、形成了螺旋滾道，滾珠在其間既自轉又循環(huán)滾動。 滾珠絲杠螺母副結構圖例滾珠絲杠螺母副結構圖例1-絲杠 2-滾道 3-螺母 4-滾珠工作原理和特點（工作原理和特點（2） 滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點l傳動效率高，摩擦損失小 滾珠絲桿螺母副的傳動效率0.920.96，可實現高速運動。l運動平穩(wěn)無爬行 由于摩擦阻力小，動、靜摩擦系數之差極小，故運動平穩(wěn)，不易出現爬行現象。l傳動精度高，反向時無空程 滾珠絲桿副經預緊后，可消除軸向間隙。l磨損小 精度保持性好，使用壽命長。l具有運動的可逆性可以將旋轉運動轉換成直線運動，也可將直線運動轉換成旋轉運動，即絲桿和螺母均可作主動件或從動件。工作原理和

10、特點（工作原理和特點（3） 滾珠絲杠螺母副的缺點滾珠絲杠螺母副的缺點l由于結構復雜，絲桿和螺母等元件的加工精度和表面質量要求高，故制造成本高。l由于不能自鎖，特別是垂直安裝的滾珠絲桿傳動，會因部件的自重而自動下降。當部件向下運動且切斷動力源時，由于部件的自重和慣性，不能立即停止運動。因此必須增加制動裝置。 結論結論 由于其優(yōu)點顯著，雖成本較高，仍被廣泛應用在數由于其優(yōu)點顯著，雖成本較高，仍被廣泛應用在數控機床上?？貦C床上。 2結構類型（結構類型（1）l外循環(huán)外循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程結束后通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲桿螺母間重新進入循環(huán)。圖示為常見的外循環(huán)結構形式。在螺母外圓上裝有螺旋形的

11、插管口，其兩端插入滾珠螺母工作始末兩端孔中，以引導滾珠通過插管，形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。這種形式結構簡單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。目前應用最為廣泛，也可用于重載傳動系統(tǒng)中。外循環(huán)式滾珠絲杠結構圖例外循環(huán)式滾珠絲杠結構圖例2結構類型（結構類型（2）l內循環(huán)內循環(huán) 靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道，使?jié)L珠成單圈循環(huán)，如圖所示。反向器的數目與滾珠圈數相等。這種形式結構緊湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小，但制造較困難。適用于高靈敏、高精度的進給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動中。內循環(huán)式滾珠絲杠結構圖例內循環(huán)式滾珠絲杠結構圖例3滾珠絲桿副間隙的調整（滾珠絲桿副間隙的調整（1） l為了保證滾珠絲

12、杠反向傳動精度和軸向剛度，必須消除滾珠絲桿螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結構，利用兩個螺母的相對軸向位移，使每個螺母中的滾珠分別接觸絲桿滾道的左右兩側。用這種方法預緊消除軸向間隙時，預緊力一般應為最大軸向負載的l/3。當要求不太高時，預緊力可小于此值。3滾珠絲桿副間隙的調整（滾珠絲桿副間隙的調整（2） l雙螺母墊片式消隙雙螺母墊片式消隙 如圖所示，此種形式結構簡單可靠、剛度好，應用最為廣泛，在雙螺母間加墊片的形式可由專業(yè)生產廠根據用戶要求事先調整好預緊力，使用時裝卸非常方便。雙螺母墊片調整法（中間加墊片）圖例雙螺母墊片調整法（中間加墊片）圖例雙螺母墊片調整法（端部加墊片）圖例雙螺母

13、墊片調整法（端部加墊片）圖例3滾珠絲桿副間隙的調整（滾珠絲桿副間隙的調整（3） l雙螺母螺紋式消隙雙螺母螺紋式消隙 如圖所示，利用一個螺母上的外螺紋，通過圓螺母調整兩個螺母的相對軸向位置實現預緊，調整好后用另一個圓螺母鎖緊，這種結構調整方便，且可在使用過程中，隨時調整，但預緊力大小不能準確控制。雙螺母螺紋消隙圖例雙螺母螺紋消隙圖例3滾珠絲桿副間隙的調整（滾珠絲桿副間隙的調整（4） l齒差式消隙齒差式消隙 如圖所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內齒圈相嚙合，其齒數分別為Z1、Z2，并相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉動一個齒，然后再插入

14、內齒圈，則兩個螺母便產生相對角位移，其軸向位移量為：l式中Z1、Z2為齒輪的齒數，Ph為滾珠絲杠的導程。hPZZS2111齒差式消隙圖例齒差式消隙圖例4滾珠絲桿副的支承方式（滾珠絲桿副的支承方式（1）l一端裝止推軸承一端裝止推軸承(固定自由式固定自由式) 如圖a所示。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應于短絲桿。l一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承(固定固定支承式支承式) 如圖b所示。滾珠絲桿較長時，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減少絲桿熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應遠離熱源。 4滾珠絲桿副的支承方式（滾珠絲桿副的支承方式（2）l

15、兩端裝推力軸承兩端裝推力軸承（單推單推式或雙推單推式） 如圖c所示。這種方式是對絲杠進行預拉伸安裝。這樣做的好處是：減少絲杠因自重引起的彎曲變形；在推力軸承預緊力大于絲杠最大軸向載荷1/3的條件下，絲杠拉壓剛度可提高四倍；絲杠不會因溫升而伸長，從而保持絲杠的精度。l兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承(固定固定式固定固定式) 如圖d所示。為提高剛度，絲桿兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預緊拉力。這種結構方式可使絲桿的熱變形轉化為止推軸承的預緊力。滾珠絲杠副支承方式圖例滾珠絲杠副支承方式圖例四、數控機床的回轉工作臺四、數控機床的回轉工作臺 1回轉工作臺工作

16、特點回轉工作臺工作特點l數控機床的圓周進給由回轉工作臺完成，稱之為數控機床的第四軸，回轉工作臺可以與、三個坐標軸聯動，從而加工出各種曲面和曲線等復雜的形狀?；剞D工作臺對于自動換刀多工序的加工中心是必備的部件。l數控回轉工作臺主要用于數控鏜床和銑床，其外形和通用機床分度工作臺相似，但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式。 數控回轉工作臺圖例數控回轉工作臺圖例2回轉工作臺的鎖緊與松開回轉工作臺的鎖緊與松開l當工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有對夾緊瓦和，并在底座上均布著同樣數量的小液壓缸。當小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。l在工作臺需要回轉

17、時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。3回轉工作臺的圓周進給運動回轉工作臺的圓周進給運動l工作臺的回轉運動通過電液脈沖馬達，經齒輪減速，由蝸桿傳給蝸輪。為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置來調整間隙。這種蝸桿的左右兩側面具有不同螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍然可保持正常的嚙合。五、數控機床分度工作臺五、數控機床分度工作臺 分度工作臺特點分度工作臺特點l分度工作臺只能完成分度運動，不能實現圓周進給。分度工作臺的分度只限于某些特定的角度。l定銷式分度工作臺的定位分度主要靠工作臺的定位銷

18、和定位孔實現，分度的角度取決于定位孔在圓周上的分布數量。 定銷式分度工作臺圖例定銷式分度工作臺圖例2 2基本組成基本組成l工作部分工作部分 分度工作臺（1）、矩形工作臺（10）、上底座（21）l定位部分定位部分 定位銷（7）、定位孔襯套（6）、馬蹄形環(huán)行槽等。l夾緊部分夾緊部分 鎖緊液壓缸（8）、鎖緊液壓缸活塞（11）l頂起部分頂起部分 中央液壓缸（17）l傳動及支承部分傳動及支承部分 雙列圓柱滾子軸承（14）、滾針軸承（19）、推力圓柱滾子軸承（20）、齒輪（9）等。3 3工作原理（工作原理（1 1） 分度前的準備工作分度前的準備工作：lCNC發(fā)出分度指令夾緊液壓缸（8）上腔回油液壓缸活塞（11）在彈簧的作用下復位分度工作臺（1）放松中央液壓缸（17）下腔進油中央液壓缸活塞（16）上升由螺栓（15）下端帶動推力軸承（20）上升處于工作狀態(tài)由螺栓（15）上端帶動分度工作臺（1）上升使得定位銷（7）和套（6）分離3 3工作原理（工作原理（2 2） 分度分度lCNC再發(fā)指令液壓馬達回轉大齒輪（9）回轉帶動工作臺回轉分度接近目標位置時，第一個行程開關動作工作臺減速第二個行程開關動作工作臺準停新的定位銷正好對準定位套3 3工作原理（工作原理（3 3） 工作臺定位夾緊工作臺定位夾緊 l中央液壓缸（17）上腔回油分度工作臺靠自重回位夾緊液壓缸（8