數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)解析PPT課件

1、目目 錄錄CONTENTSCONTENTS齒輪傳動副數(shù)控機床用絲杠螺母傳動副數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)概述一二三四齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動五數(shù)控機床導(dǎo)軌第1頁/共45頁 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)常用伺服進給系統(tǒng)來實現(xiàn)。伺服進給系統(tǒng)的作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信息，進行放大后控制執(zhí)行部件的運動，不僅控制進給運動的速度，同時還要精確控制刀具相對工件的移動軌跡和坐標位置。 一個典型的數(shù)控機床閉環(huán)控制進給系統(tǒng)通常由位置比較、放大元件、驅(qū)動單元、機械傳動裝置和檢測反饋元件組成。進給傳動系統(tǒng)課程導(dǎo)引第2頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 課程導(dǎo)引圖4-1數(shù)控工作臺傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)圖1直流伺服電動機2滑塊聯(lián)軸器3滾珠

2、絲杠4左螺母5鍵6半圓墊片7右螺母8螺母座第3頁/共45頁 4.1.1對進給傳動系統(tǒng)的要求 為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性等，在設(shè)計機械傳動裝置時，應(yīng)符合如下要求： 1）運動件的摩擦阻力小和動、靜摩擦力之差小，以使數(shù)控機床進給系統(tǒng)獲得較高的快速響應(yīng)性能和運動精度。 2）轉(zhuǎn)動慣量小，以減少對伺服機構(gòu)的起動和制動特性的影響。如減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量。 3）進給傳動裝置有高的傳動精度與定位精度，對采用步進電動機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)尤其如此。消除傳動間隙，減小反向誤差，減小運動部件如蝸桿副的嚙合側(cè)隙對傳動、定位精度的影響，如采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪或預(yù)緊。進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述第4

3、頁/共45頁 4）工作進給調(diào)速范圍寬，可達36000mm/min(調(diào)速范圍12000)；在精密定位，伺服系統(tǒng)的低速趨近速度達0.1mm/min；快速移動速度應(yīng)高達15m/min。 5）提高傳動剛度。預(yù)緊及加大輪廓尺寸均是方法。 6）穩(wěn)定性好、壽命長。便于維護和保養(yǎng)，最大限度地減小維修工作量，以提高機床的利用率。進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述第5頁/共45頁 4.1.2聯(lián)軸器 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接進給機構(gòu)的兩根軸，使之一起回轉(zhuǎn)，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運動的一種裝置。機器運轉(zhuǎn)時，被聯(lián)接的兩軸不能分離，只有停機后，將聯(lián)軸器拆開，兩軸才能脫開。目前聯(lián)軸器的類型繁多，有液壓式、電磁式和機械式；而機械式聯(lián)軸器是應(yīng)用

4、最廣泛的一種，它借助于機械構(gòu)件相互間的機械作用力來傳遞轉(zhuǎn)矩，大致可作如下劃分：進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述機械式聯(lián)軸器剛性彈性固定式套筒、凸緣、夾殼聯(lián)軸器等可移式齒式、滑塊及萬向聯(lián)軸器等金屬彈性件簧片、膜片及波紋管聯(lián)軸器等非金屬彈性件輪胎、橡膠金屬環(huán)、橡膠塊聯(lián)軸器等第6頁/共45頁 1.套筒聯(lián)軸器 套筒聯(lián)軸器由聯(lián)接兩軸軸端的套筒和聯(lián)接套筒與軸的聯(lián)接件組成。軸端直徑d80mm時套筒材料為35或45制造， 80mm時套筒材料為強度較高的鑄鐵。 構(gòu)造簡單、徑向尺寸小，但要求被聯(lián)接兩軸同軸度高且裝拆困難。進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述圖4-2套筒聯(lián)軸器a)鍵聯(lián)接b)錐銷聯(lián)接c)十字滑塊聯(lián)軸節(jié)

5、第7頁/共45頁 2.凸緣聯(lián)軸器 凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器分別與兩軸連接，然后用螺栓將兩個半聯(lián)軸器連成一體以傳遞動力和扭矩。進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述圖4-3凸緣式聯(lián)軸器第8頁/共45頁 凸緣聯(lián)軸器材料可采用HT250或碳鋼，重載時或要求圓周線速度大于30m/s時應(yīng)用鑄鋼或鍛鋼。 構(gòu)造簡單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，但對兩軸同軸度要求高，如不能達到要求會產(chǎn)生附加載荷。進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述第9頁/共45頁 3.彈性聯(lián)軸器進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述圖4-4直接聯(lián)接電動機軸和絲杠的彈性聯(lián)軸器無鍵聯(lián)接；依靠彈性鋼片組對角聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩。第10頁/共45頁 4.安全

6、聯(lián)軸器 防止過載造成整個運動傳動機構(gòu)零件損壞。進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述圖4-5安全聯(lián)軸器工作原理第11頁/共45頁 TND360型數(shù)控車床的安全聯(lián)軸器進給傳動系統(tǒng) 4.1 4.1 概述圖4-6TND360型數(shù)控車床的縱向滑板的傳動系統(tǒng)圖1旋轉(zhuǎn)變壓器和測速發(fā)電機 10滾珠絲杠2直流伺服電動機 11墊圈3錐環(huán) 12、13、14滾針軸承4、6半聯(lián)軸器 15堵頭5滑環(huán) 16壓緊螺釘7鋼片 17壓緊外環(huán)8碟形彈簧 18壓緊內(nèi)環(huán)9套 19壓緊套第12頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 在數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中，齒輪傳動副被廣泛應(yīng)用將執(zhí)行元件輸出的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成被控對象所需的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的場合。而數(shù)

7、控機床進給系統(tǒng)工作時經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，齒輪副的側(cè)隙會造成反向時丟失指令脈沖，從而影響加工精度，所以必須采取措施消除齒輪傳動間隙。 4.2 4.2 齒輪傳動副第13頁/共45頁 1.直齒圓柱齒輪副消除間隙的方法 （1）偏心軸調(diào)整法 如圖4-7所示為偏心軸套式調(diào)整間隙結(jié)構(gòu)，電機裝在偏心軸套2上，可以通過偏心軸套2調(diào)整齒輪1和齒輪3之間的中心距來消除齒輪傳動副的齒側(cè)間隙。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4.2 齒輪傳動副圖4-7偏心軸套式調(diào)整間隙機構(gòu)1、3齒輪2偏心軸套第14頁/共45頁 （2）錐度調(diào)整法 如圖4-8所示為用一個帶有錐度的齒輪來消除間隙的結(jié)構(gòu)。 一對嚙合著的圓柱齒輪，若其節(jié)圓沿齒厚方向制成

8、較小錐度，只需改變墊片3厚度就能實現(xiàn)齒輪間軸向位置的改變，從而消隙。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4.2 齒輪傳動副圖4-8錐度齒輪調(diào)整法第15頁/共45頁 （3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 圖4-9所示為雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4.2 齒輪傳動副圖4-9雙片薄齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)剛性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整法，齒輪周節(jié)及齒厚要嚴格控制，結(jié)構(gòu)簡單，傳動剛度好。柔性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙仍能自動補償?shù)恼{(diào)整法，齒輪周節(jié)及齒厚不需嚴格控制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸大，傳動剛度差。第16頁/共45頁 2.斜齒圓柱齒輪副消除間隙的方法 （1）軸向墊片調(diào)整法 如圖4-10所示為斜齒輪墊片調(diào)

9、整法，其原理與錯齒調(diào)整法相同。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4.2 齒輪傳動副圖4-10斜齒輪墊片調(diào)整法1、2薄片斜齒輪3墊片4寬齒輪第17頁/共45頁 （2）軸向壓簧調(diào)整法 圖4-11是斜齒輪軸向壓簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4.2 齒輪傳動副圖4-11斜齒輪軸向壓簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)1、2薄片斜齒輪3彈簧4寬齒輪5螺母第18頁/共45頁 3.錐齒輪傳動副消隙間隙的方法 （1）軸向壓簧調(diào)整法 如圖4-12為錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4.2 齒輪傳動副圖4-12錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法第19頁/共45頁 （2）周向彈簧調(diào)整法 圖4-13為錐齒輪周向彈簧調(diào)整法。進給傳動系統(tǒng) 4.2 4

10、.2 齒輪傳動副圖4-13錐齒輪周向彈簧調(diào)整法第20頁/共45頁 4.3.1滾珠絲杠副原理及特點 1.工作原理進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副圖4-14滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機床上將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動常用的傳動裝置。在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。在螺母上有滾珠回路管道將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當絲杠旋轉(zhuǎn)時滾珠在滾道內(nèi)自轉(zhuǎn)的同時沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，迫使螺母軸向移動。第21頁/共45頁 2.特點 1）摩擦損失小，傳動效率高，可達90%96%，功率消耗只相當于常規(guī)絲杠螺母副的1/41/

11、3。 2）采用雙螺母預(yù)緊后，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，提高了傳動剛度。 3）摩擦阻力小，動、靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。 4）不能自鎖，有可逆性，既能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，又能將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。 5）運動速度受到一定限制，傳動速度過高時，滾珠在其回路管道內(nèi)易產(chǎn)生卡珠現(xiàn)象。 6）制造工藝復(fù)雜。進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副第22頁/共45頁 3.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中重新進入循環(huán)。進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副圖4-15常用的外循環(huán)滾珠絲杠a)端蓋式b)插管式

12、c)螺旋槽式以和絲杠始終保持接觸與否確定是外或內(nèi)循環(huán)！滾珠每一循環(huán)閉路稱列，外循環(huán)每列有1.5、2.5、3.5圈等，一般一個螺母一列。外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，使用較廣泛，其缺點是滾道接縫處不平滑，平穩(wěn)性不佳易卡珠。第23頁/共45頁 （2）內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)。進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副圖4-16內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠1凸鍵2、3反向槽4絲杠5鋼珠6螺母7反向器內(nèi)循環(huán)每個螺母有2、3、4、5列等，每列只有1圈。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)緊湊、定位可靠、剛性好，不易磨損，返回滾道短不易卡珠且摩擦損失小，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難。第24頁/共45頁 4.3.2軸向間隙的消除和預(yù)緊 軸向間隙是

13、指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母間的最大軸向竄動，除結(jié)構(gòu)本身的游隙外，還包括施加軸向載荷后的彈性變形。 預(yù)加載荷以能有效地減少游隙及受力彈性變形所帶來的軸向位移為度，過大則增加摩擦阻力降低傳動效率及精度保持性。進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副單螺母預(yù)緊微量過盈滾珠變螺距雙螺母預(yù)緊修磨墊片厚度雙鎖緊螺母齒差式調(diào)整法第25頁/共45頁 4.3.3滾珠絲杠的安裝進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副圖4-18滾珠絲杠安裝（一）第26頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副圖4-18滾珠絲杠安裝（二）第27頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 4.3數(shù)控機床用絲杠傳動副圖4-18滾珠絲杠

14、安裝（三）第28頁/共45頁 4.4.1齒輪齒條副傳動 在大型數(shù)控機床(如大型數(shù)控龍門銑床)中，工作臺的行程很大。因此，它的進給運動不宜采用滾珠絲杠副實現(xiàn)，因太長的絲杠易于下垂，將影響到它的螺距精度及工作性能，此外，其扭轉(zhuǎn)剛度也相應(yīng)下降，故常用齒輪齒條傳動。當驅(qū)動負載小時，可采用雙輪錯齒調(diào)整法，分別與齒條齒槽左、右側(cè)貼緊，而消除齒側(cè)隙。進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動第29頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動圖4-22雙齒輪消除間隙原理圖4 22是這種消除間隙方法的原理圖。進給運動由軸2輸入，通過兩對斜齒輪將運動傳給軸1和軸3，然后由兩個直齒輪4和5去傳

15、動齒條，帶動工作臺移動，軸2上兩個斜齒輪的螺旋線方向相反。如果通過彈簧在軸2上作用一個軸向力F，則使斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向移動，這時軸1和3便以相反的方向轉(zhuǎn)過微小的角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，消除了間隙。第30頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動圖4-23齒輪齒條傳動的齒側(cè)隙消除當驅(qū)動負載大時，采用徑向加載法消除間隙。如圖423所示，兩個小齒輪1和6分別與齒條7嚙合，并用加載裝置4在齒輪3上預(yù)加負載，于是齒輪3使嚙合的大齒輪2和5向外伸開，與其同軸上的齒輪1、6也同時向外伸開，與齒條7上齒槽的左、右兩側(cè)相應(yīng)貼緊面無間隙，齒輪3由液壓馬達直接驅(qū)動。第31頁/共

16、45頁 4.4.2雙導(dǎo)程蝸桿副傳動 1.雙導(dǎo)程蝸桿副的特點 1）嚙合間隙可調(diào)整得很精確，根據(jù)實際經(jīng)驗，側(cè)隙調(diào)整可以小到0.010.015mm。 2）普通蝸桿副是以蝸桿沿蝸輪徑向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙，因而改變了傳動副的中心距，從嚙合原理角度看，這是很不合理的。 3）雙導(dǎo)程蝸桿副使用修磨調(diào)整環(huán)來控制沿蝸桿軸向調(diào)整量，調(diào)整準確，方便可靠；而普通蝸桿副的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動第32頁/共45頁 4）雙導(dǎo)程蝸桿副的蝸桿支承直接安置在支座上，只需保證支承中心線與蝸輪中截面重合，中心距公差可略微放寬，裝配時，用調(diào)整環(huán)來獲得合適的嚙合側(cè)

17、隙，這是普通蝸桿副無法辦到的。 5）雙導(dǎo)程螺桿副不足之處是制造困難。進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動第33頁/共45頁 2.雙導(dǎo)程蝸桿副的工作原理 雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是雙導(dǎo)程蝸桿齒的左右兩側(cè)面具有不同導(dǎo)程，同一側(cè)是相同的，因此雙導(dǎo)程蝸桿的齒厚從一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄。軸向移動蝸桿可消除或調(diào)整嚙合間隙。進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動圖4-26雙導(dǎo)程蝸桿齒形第34頁/共45頁進給傳動系統(tǒng) 4.4齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動 圖4-27數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺1軸承2蝸桿3軸承 4壓塊5螺釘6螺母7調(diào)整套8蝸輪第35頁/共45頁 4.6.1對數(shù)控機床導(dǎo)軌的要

18、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 導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性，動導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌面長期運行會引起不均勻磨損破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度從而影響加工精度。 導(dǎo)軌的磨損形式： （1）硬粒磨損 （2）咬合和熱焊 （3）疲勞和壓潰進給傳動系統(tǒng) 4.5數(shù)控機床導(dǎo)軌導(dǎo)軌面間存在著的堅硬微粒、由外界或潤滑油帶入的切屑或磨粒以及微觀不平的摩擦面上的高峰，在運動過程中均會在導(dǎo)軌面產(chǎn)生機械的相互切割和銼削作用面，而使導(dǎo)軌面上產(chǎn)生溝痕和劃傷，進而使導(dǎo)軌面受到破壞。導(dǎo)軌面覆蓋著氧化膜(約0.025m)及氣體、蒸汽或液體的吸附膜(約0.025m),這些薄膜由于導(dǎo)軌面上局部比壓或剪切力過高而排除

19、時，裸露的金屬表面因摩擦熱而使分子運動加快，在分子力作用下就會產(chǎn)生分子間的相互吸引和滲透而吸附在一起，導(dǎo)致冷焊（咬合）。如果導(dǎo)軌面摩擦熱使金屬表面溫度達到熔點引起局部焊接，導(dǎo)致熱焊而相對運動又將焊點拉開造成撕裂性破壞。導(dǎo)軌面由于過載或接觸應(yīng)力不均勻而使導(dǎo)軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)進行多次，就會形成疲勞點，呈塑性變形，表面形成龜裂和剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象叫壓潰。第36頁/共45頁 4.足夠的剛度 導(dǎo)軌的剛度表示導(dǎo)軌在承受動、靜載荷下抵抗變形的能力，若剛度不足，會直接影響相對運動部件的相對位置精度和導(dǎo)向精度，還會使導(dǎo)軌面上的比壓分布不均，加重導(dǎo)軌變形。 5.結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮到制

20、造工藝性、裝配工藝性和維修方便程度。進給傳動系統(tǒng) 4.5數(shù)控機床導(dǎo)軌第37頁/共45頁 4.6.2導(dǎo)軌的技術(shù)要求 （1）導(dǎo)軌的精度要求不管是V-平型還是平-平型，滑動導(dǎo)軌面的平面度公差通常取0.010.015mm，長度方向直線度公差通常取為0.0050.01mm；側(cè)導(dǎo)向面的直線度公差為0.010.015mm，側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度公差為0.010.015mm，側(cè)導(dǎo)向面對導(dǎo)軌底面的垂直度公差為0.0050.01mm。 （2）導(dǎo)軌的熱處理數(shù)控機床的開動率普遍都很高，這就要求導(dǎo)軌具有較高的耐磨性，為此導(dǎo)軌大多需淬火處理。導(dǎo)軌的淬火形式有中頻淬火、超音頻淬火、火焰淬火等，其中以前兩種為主。鑄鐵導(dǎo)軌超音頻

21、淬火，硬度50-55HRC，磨削后深度1.0-1.5mm；鑲鋼導(dǎo)軌中頻淬火或滲氮，硬度58-62HRC，深度0.5mm 。進給傳動系統(tǒng) 4.5數(shù)控機床導(dǎo)軌第38頁/共45頁 4.6.3 導(dǎo)軌特點和適用范圍 1）滾動導(dǎo)軌 為提高數(shù)控機床移動部件的運動精度和定位精度，數(shù)控機床廣泛采用滾動導(dǎo)軌。 （1）滾動導(dǎo)軌塊 標準導(dǎo)軌塊構(gòu)成數(shù)控機床滾動導(dǎo)軌可用于中等負載導(dǎo)軌支承上，與之相配的床身導(dǎo)軌一般用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。進給傳動系統(tǒng) 4.5數(shù)控機床導(dǎo)軌第39頁/共45頁 使用時導(dǎo)軌塊安裝在運動部件上，當運動部件移動時，滾柱3在支承部件的導(dǎo)軌面與本體6間滾動，同時繞本體6循環(huán)滾動。 為保證良好剛性，需作預(yù)緊。圖4-42滾動導(dǎo)軌塊1防護板2端蓋3滾柱4