1、第4章,數(shù)控機(jī)床的 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng),學(xué)習(xí)目的與要求,了解數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 了解數(shù)控機(jī)床常用的聯(lián)軸器的使用 掌握齒輪傳動(dòng)副及其消除齒輪傳動(dòng)中的間隙方法 掌握數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠螺母副原理、特點(diǎn)、參數(shù)、選擇方法和維護(hù) 了解齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動(dòng)、靜壓蝸桿蝸條副與直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)原理和特點(diǎn) 掌握數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌形狀、類型和特點(diǎn)，導(dǎo)軌間隙的調(diào)整、潤(rùn)滑與防護(hù) 理解絲杠、導(dǎo)軌在使用過程中常見的的故障、故障原因及維修方法,學(xué)習(xí)導(dǎo)引示例典型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng),圖4-1所示為數(shù)控工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠與工作臺(tái)螺母座連接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，兩坐標(biāo)上下垂直布置，直線運(yùn)動(dòng)采用

2、滾動(dòng)導(dǎo)軌，這種直聯(lián)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。伺服電動(dòng)機(jī)還可通過齒輪傳動(dòng)或同步齒形帶與絲杠連接，同步齒形帶可隔離電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)的安裝位置也比較靈活。,圖4-1 數(shù)控工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 1一伺服電動(dòng)機(jī) 2一聯(lián)軸器 3一滾珠絲杠 4一限位開關(guān) 5一工作臺(tái) 6一軸承 7一導(dǎo)軌8一檢測(cè)裝置 9一螺母,4.1.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 （1）減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦力之差，以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度。如采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。 (2) 減少高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性的影響；減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以

3、減小運(yùn)動(dòng)部件的蝸輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)傳動(dòng)、定位精度的影響。如采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪。 (3) 使進(jìn)給傳動(dòng)裝置有高的傳動(dòng)精度與定位精度，對(duì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)尤其如此。如通過在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪，以減小脈沖當(dāng)量，預(yù)緊傳動(dòng)滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪等傳動(dòng)件的間隙等辦法，可達(dá)到提高傳動(dòng)精度和定位精度。,4.1 概 述,(4) 具有寬的工作進(jìn)給調(diào)速范圍達(dá)36000mmmin(調(diào)速范圍1：2000)；精密定位，伺服系統(tǒng)的低速趨近速度達(dá)0.1 mmmin；快速移動(dòng)速度應(yīng)高達(dá)1 5mmin。 (5) 響應(yīng)速度要快。使機(jī)床工作臺(tái)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度、間隙、摩擦以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能達(dá)到最佳值，以提高伺服進(jìn)給

4、系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。提高機(jī)床的加工效率和加工精度。 (6) 消除傳動(dòng)間隙，減小反向死區(qū)誤差。如設(shè)采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動(dòng)副等方法。 (7) 穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。如組成進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各傳動(dòng)部件，特別是滾珠絲杠及傳動(dòng)齒輪，必須具有一定的合適耐磨性材料和適宜的潤(rùn)滑方式。 (8) 便于維護(hù)和保養(yǎng)，最大限度地減小維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。,運(yùn)作,4.1.2 聯(lián)軸器,聯(lián)軸器是用來連接進(jìn)給機(jī)構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)的一種裝置。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，被連接的兩軸不能分離，只有停車后，將聯(lián)軸器拆開，兩軸才能脫開。,1. 套筒聯(lián)軸器(圖4-2)由連接兩軸軸端的套筒和聯(lián)接套筒與軸的聯(lián)接件(鍵或

5、錐銷等)所組成，一般當(dāng)軸端直徑d80mm時(shí)，套筒用35或45鋼制造；d80mm時(shí)，可用強(qiáng)度較高的鑄鐵制造。 （a） （b） （c） 圖4-2 套筒聯(lián)軸器 (a) 鍵連接 (b)錐銷連接 (c)十字滑塊聯(lián)軸節(jié),三種不同生產(chǎn)類型的生產(chǎn)管理特點(diǎn),2凸緣聯(lián)軸器,凸緣聯(lián)軸器是把兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個(gè)半聯(lián)軸器連成一體，以傳遞動(dòng)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，見圖4-3凸緣聯(lián)軸器。（a）靠螺栓桿承受擠壓與剪切來傳遞轉(zhuǎn)矩,在裝拆時(shí)軸必須作軸向移動(dòng)，(b)轉(zhuǎn)矩靠半聯(lián)軸器結(jié)合面間的摩擦力來傳遞凸緣式聯(lián)軸器的材料可用HT250或碳鋼，重載時(shí)或圓周速度大于30ms時(shí)應(yīng)用鑄鋼或鍛鋼。,（a） （b） 圖4-3

6、 凸緣式聯(lián)軸器,圖4-4是現(xiàn)在廣泛采用的直接連接電機(jī)軸和絲杠的彈性聯(lián)軸器?？珊?jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少噪聲，而且對(duì)減少間隙、提高傳動(dòng)剛度也大有好處。依靠彈性鋼片組對(duì)角連接(即彈性)傳遞扭矩，且與電機(jī)軸和絲杠都無鍵連接，這便是彈性無鍵聯(lián)軸器的工作原理 .,3彈性無鍵聯(lián)軸器,圖4-4 直接連接電機(jī)軸和絲杠的彈性聯(lián)軸器,【實(shí)例4-1】 TND360型安全 聯(lián)軸器 為了避免整個(gè)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零倬損壞，安全聯(lián)軸器動(dòng)作，終止運(yùn)動(dòng)的傳遞。 圖4-6所示為TND360數(shù)控車床的縱向滑板的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。它是由縱向直流伺服電動(dòng)機(jī)2，經(jīng)安全聯(lián)軸器4、6直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母副10，傳動(dòng)縱向滑板，使其沿床身上的縱向?qū)к夁\(yùn)動(dòng)。,4安全

7、聯(lián)軸器,圖4-6,4.2 齒輪傳動(dòng)副,齒輪傳動(dòng)副被廣泛應(yīng)用將執(zhí)行元件(電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá))輸出的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成被控對(duì)象所需的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。齒輪副的側(cè)隙會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反向時(shí)丟失指令脈沖，并產(chǎn)生反向死區(qū)，從而影響加工精度，因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙。 1直齒圓柱齒輪副消除 （1）偏心軸調(diào)整法 （2）雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 2斜齒圓柱齒輪副消除 （1）軸向墊片調(diào)整法 (2) 軸向壓簧調(diào)整法 3錐齒輪傳動(dòng)副 （1）軸向壓簧調(diào)整法 (2) 周向彈簧調(diào)整法,4.3 數(shù)控機(jī)床用絲杠傳動(dòng)副,4.3.1滾珠絲杠螺母副,1. 滾珠絲杠螺母副原理及特點(diǎn) 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率高達(dá)8598， 是

8、普通滑動(dòng)絲杠的24倍，它是提高進(jìn)給系統(tǒng)靈敏度、 定位精度和防止爬行的有效措施之一。 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理如圖4-14所示。 滾珠絲杠副的特點(diǎn)是： 傳動(dòng)效率高，可達(dá)9096。 磨損小、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)精度高。 摩擦阻力小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。 傳動(dòng)速度過高時(shí)，滾珠在其回路管道 內(nèi)易產(chǎn)生卡珠現(xiàn)象。 制造工藝復(fù)雜、加工精度高。 圖4-14,2 滾珠的循環(huán)方式 (1) 外循環(huán) 外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。圖4-15外循環(huán)滾珠絲杠 (a)端蓋式 (b)插管式 (c)螺旋槽式。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)

9、和制造工藝簡(jiǎn)單，但易發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪聲也較大。 (2) 內(nèi)循環(huán) 內(nèi)循環(huán)始終與絲杠保持接觸，均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。如圖4-16(a) 、(b)所示為圓柱凸鍵反向器、 扁圓鑲塊反向器。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有2列、3列、4列、5列等幾種結(jié)構(gòu)緊湊、定位可靠、不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失也小。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難，上 能用于多線螺紋傳動(dòng)。,3. 滾珠絲杠副的參數(shù),(1) 公稱直徑 是滾珠絲杠副的特征尺寸。公稱直徑越大，承載能力和剛度越大。數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠，公稱直徑為3080mm。 (2) 導(dǎo)程L 絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 (3) 基本導(dǎo)程 絲杠

10、相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2兀時(shí)，螺母上的基準(zhǔn)點(diǎn)軸向位移。 (4) 接觸角 在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想接觸角等于45。 (5) 滾珠直徑 、滾珠的工作圈數(shù)i 、滾珠的總數(shù)N,圖4-17 基本參數(shù),GBT17587.1-1998規(guī)定,內(nèi)循環(huán)為浮動(dòng)式（標(biāo)記代號(hào)F）和固定式（C），外循環(huán)為插管式（C）; 預(yù)緊方式見表43 螺紋旋向?yàn)橛倚卟粯?biāo)，為左旋者標(biāo)記代號(hào)為“LH”。P類為定位滾珠絲杠副，即通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量的滾珠絲杠副。 精度分1、2、3、4、5、7和10級(jí)。1級(jí)精度最高，依次遞減 T類為傳動(dòng)滾珠絲杠副，公稱直徑系列為：6mm、8mm。導(dǎo)

11、程：25 mm、3 mm。 【 實(shí)例4-2 】 滾珠絲杠副CDM50103一P3的標(biāo)注示例,4滾珠絲杠副的標(biāo)注與精度,（1）精度等級(jí)的選擇：數(shù)控機(jī)床一般可選用D級(jí)，精密級(jí)選用C級(jí)精度的滾珠絲杠副。 （2） 結(jié)構(gòu)尺寸的選擇。滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)尺寸主要有：絲桿的名義直徑，基本導(dǎo)程、導(dǎo)程L、滾珠直徑等。 （3）滾珠絲杠副選擇和驗(yàn)算 機(jī)床定位精度要求與絲杠精度 絲杠溫升引起的變形量為：L=Lt 滾珠絲杠的剛性 直徑大、剛度好，但直徑大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增大。 滾珠絲杠副的臨界轉(zhuǎn)速 自振頻率角度校核的臨界轉(zhuǎn)速為 0.8,5. 滾珠絲杠副的選擇方法, 滾珠絲杠副的壽命計(jì)算,額定壽命計(jì)算公式如下：,/,=,/,60,

12、保證額定壽命 20 000(h)。,【 實(shí)例4-3 】 滾珠絲杠安裝示例,美國(guó)CINCINNATI10HC臥式加工中心的Z坐標(biāo)(立柱水平方向移動(dòng))的滾珠絲杠支承采用一端固定，一端自由的結(jié)構(gòu)形式，見圖4-18(a)；CINCINNATII0HC臥式加工中心的X坐標(biāo)滾珠絲杠，如圖4-18(b)所示 ；CINCINNATI10HC臥式加工中心的Y坐標(biāo)滾珠絲杠如圖4-18(c)所示。,6滾珠絲杠螺母副的維護(hù),(1) 支承軸承的定期檢查 應(yīng)定期檢查絲杠支承與床身的連接是否有松動(dòng)以及支承軸承是否損壞等。 (2) 滾珠絲杠副的潤(rùn)滑和密封 用潤(rùn)滑劑來提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤(rùn)滑油為一般機(jī)油或90180號(hào)透平油或

13、140號(hào)主軸油。潤(rùn)滑脂可采用鋰基油脂。 (3) 滾珠絲杠副常用防塵密封圈和防護(hù)罩 1)密封圈。密封圈裝在滾珠螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈系用耐油橡皮或尼龍等材料制成，其內(nèi)孔制成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀。非接觸式的密封圈又稱迷宮式密封圈，系用聚氯乙烯等塑料制成，其內(nèi)孔形狀與絲杠螺紋滾道相反，并略有間隙。 2) 防護(hù)罩。鋼帶纏卷式絲杠防護(hù)裝置。,4.3.2 靜壓絲杠,1. 靜壓絲杠應(yīng)用與結(jié)構(gòu),靜壓絲杠副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是螺母部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，油腔節(jié)流器一般在螺母上，而絲杠結(jié)構(gòu)與一般滑動(dòng)絲杠基本相同。,圖4-20 靜壓絲杠螺母副的結(jié)構(gòu) 1一螺母 2一接壓力表油孔 3、5、12一進(jìn)油孔 4一螺母座 6一

14、油塞7一節(jié)流器 8一絲杠 9一螺釘 10一回油槽 11一油腔 13一進(jìn)油槽,2 . 工作特點(diǎn)和原理 工作特點(diǎn) :摩擦系數(shù)很小，僅為0.0005，避免了爬行。 油膜層可以吸振，提高了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。油膜層具有一定的剛度 提高供油壓力即可提高承載能力 工作原理 絲杠和螺母的螺旋面之間通入壓力油，如圖4-21所示。,4.4 齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動(dòng),4.4.1 齒輪齒條副 【 實(shí)例4-4 】XKB-2320型數(shù)控龍門銑床齒輪齒條傳動(dòng),(1) 傳動(dòng)原理 如圖4-24所示，以液壓電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蝸桿6，蝸桿6同時(shí)帶動(dòng)蝸輪2和7。蝸輪2通過雙面齒離合器3和單面齒離合器4，把運(yùn)動(dòng)傳給軸齒輪1；蝸輪7經(jīng)一對(duì)速

15、比等于1的斜齒輪8和19，把運(yùn)動(dòng)傳給另一軸齒輪14。這樣，可使兩個(gè)軸齒輪的轉(zhuǎn)向相同。 (2) 反向間隙和預(yù)載力的調(diào)整 1)通過離合器3和4進(jìn)行粗調(diào)。 2)調(diào)整滾輪20與消除間隙板21之間的接觸壓力。,圖4-24 齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理圖,4.4.2 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副,1. 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副的特點(diǎn) 嚙合間隙可調(diào)整得很小。 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副是用蝸桿軸向移動(dòng)來調(diào)整嚙合側(cè)隙的，不會(huì)改變它們的中心距，可以避免會(huì)引起齒面接觸情況變差 . 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副使用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(diào)整量，調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠 用調(diào)整環(huán)來獲得合適的嚙合側(cè)隙。 2. 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副的工作原理 雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程，

16、而同一側(cè)的導(dǎo)程則是相等的 . 【 實(shí)例4-5】 JCS-013加工中心雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副的間隙調(diào)整結(jié)構(gòu),圖4-27 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)雙導(dǎo)程蝸桿,4.5 靜壓蝸桿蝸條副與直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng),4.5.1 靜壓蝸桿蝸條副傳動(dòng) 1. 工作原理 圖4-28在蝸桿蝸輪條的嚙合面間注入壓力油，以形成一定厚度能油膜，使兩嚙合面問成為液體摩擦 . 2 特點(diǎn) 摩擦阻力小 使用壽命長(zhǎng)抗振性能好有足夠的軸向剛度 蝸輪條能無限接長(zhǎng) 3靜壓蝸桿蝸輪條副的材料 鋼蝸桿配鑄鐵蝸輪條。鋼蝸桿配鑄鐵基體涂有SKC3耐磨涂層的蝸輪條。,圖4-28 蝸桿一蝸輪條傳動(dòng)機(jī)構(gòu),4.5.2直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),【 實(shí)例4-6】 HVM800型臥式加工中心

17、直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 如圖4-33所示。當(dāng)多相交變電流通入多相對(duì)稱繞組時(shí)，就會(huì)在直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)行波磁場(chǎng)。從而使初級(jí)和次級(jí)之間相對(duì)移動(dòng)。 圖4-33 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)展平為直線電動(dòng)機(jī)的過程 (a)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) (b)直線電動(dòng)機(jī),4. 6 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌,4.6.1 對(duì)導(dǎo)數(shù)控軌的要求 1導(dǎo)向精度高.2高、低速平穩(wěn)性好. 3耐磨性好及壽命長(zhǎng).4足夠的剛度. 4.6.2 導(dǎo)軌的技術(shù)要求 (1)導(dǎo)軌的精度要求 鑲鋼導(dǎo)軌的平面度須控制在0.0050.0 1 mm以下，平行度和垂直度在0.0 1 mm以下。 (2) 導(dǎo)軌的熱處理 鑲鋼導(dǎo)軌，一般采用中頻淬火或滲氮淬火方式，淬火硬度為5862HRC，

18、滲氮層厚0.5 mm。,4.6.3 導(dǎo)軌的基本類型及特點(diǎn),表4-4是滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌的特點(diǎn)及適用范圍。 1常用導(dǎo)軌的形狀 (1) 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀 常用有矩形、三角形、燕尾形及圓形表面（圖4-35）。 （a） (b) (c) (d) 圖4-35 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀 （2）直線導(dǎo)軌的組合1) 雙三角形導(dǎo)軌.它適用于精度要求高的機(jī)床，如坐標(biāo)鏜床、絲杠車床。2) 雙矩形導(dǎo)軌,常用于普通精度的機(jī)床.3) 三角形一平導(dǎo)軌組合,通常用于磨床、精密鏜床等。,2. 數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌的類型,（1）塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。 貼塑導(dǎo)軌：填充PTEE(聚四氟乙烯)軟帶材料 。 注塑導(dǎo)軌。以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份，固化劑為另一組分的雙組分塑料涂層。 （2）動(dòng)壓導(dǎo)軌 動(dòng)壓導(dǎo)軌的工作原理：形成壓力油楔即有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，油腔沿運(yùn)動(dòng)方向的間隙逐漸減小。 （3