1、数控机床传动系统,进给传动系统,一、机床进给系统,1.1 机床对进给系统的基本要求: 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，提出如下要求： 1)提高传动部件的刚度 2)减小传动部件的惯量 3)减小传动部件的间隙 4)减小系统的摩擦阻力,1、机床进给系统的概述,1.2 机床进给系统的传动类型: a. 机械进给传动 b. 液压进给传动 c. 电气伺服进给传动,1.3 电气伺服进给系统: 控制类型：开环系统、闭环系统、半闭环系统； 驱动部件：步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、 直线伺服电动机； 机械传动部件：齿轮（或同步齿轮带）、滚珠丝杠螺母传动副,2.1
2、滚珠丝杠螺母副的结构原理： 在丝杠和螺母上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动 。,2、滚珠丝杠螺母副机构,滚珠丝杠副结构原理图,2.2 滚珠丝杠螺纹滚道型面的形状 国内投产的螺纹滚道型面的形状，仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种。如图所示，滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂直线间夹角称为接触角。,2.3 滚珠丝杠螺母副的结构类型,2.4 滚珠丝杠螺母副的特点:,与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有以
3、下优点：（1）传动效率高，摩擦损失小。（2）运动平稳无爬行。（3）传动精度高，反向时无空程。 （4）磨损小，精度保持性好，使用寿命长。（5）具有运动的可逆性。,滚珠丝杠副的缺点是： （1）制造成本高。 （2）由于不能自锁，因此必须增加制动装置。,2.5 滚珠丝杠副的制动装置,电磁制动器示意图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伺服电动机转子 7电磁线圈 8外齿轮 9内齿轮,3.1 “使用条件”主要研讨内容:,3、滚珠丝杠副的选型与计算,1）工件与工作台的重量2）最大行程3）最大进给速度4）安装状态（水平、垂直）5）希望寿命6）安装支撑方法7）丝杠与电机的连接方
4、式8）精度要求9）工作环境等,3.1.1 滚珠丝杠的支撑方法:,滚珠丝杠的支撑方式(a)仅一端装推力轴承;(b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；(c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承,3.1.2 滚珠丝杠副与驱动电机的联接形式主要有： a.联轴器直接联接；b.通过齿轮联接；c.通过同步齿形带联接,a.联轴器直接联接,b.通过齿轮联接,3.1.3 滚珠丝杠的精度等级,按JB/T 3162.21991的规定，滚珠丝杠副的精度等级分为1、2、3、4、5、7、10七个等级，1级精度最高，依次递减，数控机床主要采用14级。 滚珠丝杠副的精度包括各元件的精度和装配后的综合精度，其中包括
5、导程误差、丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动、丝杠和螺母表面粗糙度、有预加载荷时螺母安装端面对丝杠螺纹轴线的圆跳动、有预加载荷时螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动以及滚珠丝杠名义直径尺寸变动量等。,3.2 滚珠丝杠计算部分主要考虑的内容,3.2.1 主要涉及的参数： a.螺距 b.丝杠长度 c.丝杠的公称直径 d.容许速度 e.轴向载荷,a.螺距： 丝杠的螺距为驱动电机的最大转速与快速进给速度的比值。 常见螺距有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40等。,b.滚珠丝杠长度： 滚珠丝杠全长=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长
6、度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一般+裕量）。,c.丝杠的公称直径： 常见规格:12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120等。推荐：尽量选1663。,3.2.2 滚珠丝杠轴向间隙的调整： 为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。,双螺母预紧消隙主要有：a.双螺母垫片调隙式结构 b.双螺母螺纹调隙式结构 c.双螺母齿差调隙式结构,a.双螺母垫片调隙式结构 调整垫片厚度使左、右两螺母产生轴向相对位移，即可消除间隙和产生预紧力。 特点：这种调隙方式能精确地调整预紧量，结构简单，刚度
7、高，工作可靠，但调整不方便，滚道磨损时不能随时进行调整。,双螺母垫片调隙式结构,b.双螺母螺纹调隙式结构 旋转圆螺母时，即可消除轴向间隙，并可达到产生预紧力的目的。调整好后再用另一个预紧螺母把它锁紧。 特点：这种调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，但预紧量不很准确。,双螺母螺纹调隙式结构1圆螺母；2锁紧螺母,c.双螺母齿差调隙式结构 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为z1和z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量s=（1/z1-1
8、/z2)Pn。 特点：这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动。,双螺母齿差调隙式结构,3.3 滚珠丝杠的润滑与防尘,3.3.1 滚珠丝杠的润滑 滚珠丝杠的润滑所使用的润滑剂可分润滑油和润滑脂两大类。 1）润滑油：为一般机油或90号180号透平油、140号或N15主轴油，通过壳体 上的油孔注入螺母的内部。 2）润滑脂：一般采用锂基润滑脂，通常加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。,3.3.2 滚珠丝杠的防尘 滚珠丝杠常用防尘密封圈和防护罩。1）密封圈 密封圈装在滚珠螺母的两端。 分接触式和非接触式。2）防护罩 防护罩能防止尘土及硬性杂质等进入滚珠丝杠。防护
9、罩的形式有锥形套 管、伸缩套管、也有折迭式（手风琴式）的塑料或人造革防护罩。,4、滚珠丝杠副的安装与使用,4.1 滚珠丝杠螺母副的安装 正确的安装是有效维护的前提。因此，滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点： 1）丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与 螺母座必须三点成一线； 2）安装螺母时，尽量靠近支撑轴承； 3）安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位； 4）滚珠丝杠安装到机床时，不能直接把螺母从丝杠上卸下来。如须卸 下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。,4.2 滚珠丝杠螺母副的使用 滚珠丝杠螺母副在使用时应注意： 1）滚珠螺母应在有效行程内运行，必要时，在行程两端配置限位装置， 以避免螺母行程脱离丝杠轴而使滚珠脱落； 2）滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向时，必须防止传动停止或电动机失电后，因部件自重而产生的逆传动； 3）滚珠丝杠螺母副的正常工作环境温度范围为6060度。,4.3 导轨副的使用注意事项： 1）不能轻易拆卸，如果经常拆卸各部位，就会导致粉尘的进入或使各部位组合精度的下降。 2）在组装或者拆卸时，导轨若有倾斜，滑块就会移动，所以这时应注意不要使滑块从导轨上脱落下来。 3）一般使用温度要求设定在80度以下（除了耐热规格的产品外）。,
