數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)及其故障診斷與維修教案

1、 數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)及其故障診斷與維修教案學(xué)科名稱數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)及其故障診斷與維修 （勞動(dòng)出版社）授課班級(jí) 授課時(shí)數(shù)2課時(shí)授課日期 年 月 日課 題§34 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠教學(xué)目的與要 求1、理解滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床中作用和重要性。2、了解滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)和原理。3、掌握對(duì)滾珠絲杠螺母副的調(diào)試和維護(hù)保養(yǎng)。教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)難點(diǎn)1、滾珠絲杠的內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式。2、滾珠絲杠的安裝支撐方式。3、軸向間隙的調(diào)整。教學(xué)方法 主要采用多媒體播放彩色剖視圖，比較直觀地啟發(fā)學(xué)生的思維，并通過教師的分析講授，板書和黑板上作圖，讓學(xué)生較快的獲取知識(shí)，掌握技能。授 課主要教具1、多媒體2、繪圖

2、工具：三角板、圓規(guī)。課外作業(yè)（練習(xí)題或思考題） 作業(yè)：P86審 閱 年 月 日§34 滾 珠 絲 杠一、滾珠絲杠結(jié)構(gòu)1、 滾珠絲杠副的種類與結(jié)構(gòu) 10滾珠絲杠螺母副：是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。工作原理是：當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動(dòng)，如圖341和圖3421返向器2螺3絲杠4滾珠 （a）單圓弧 （b）雙圓弧 圖 341滾珠絲杠副 圖342 螺紋滾道型面按滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式兩種。1）內(nèi)循環(huán)式內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。如圖343。在螺母

3、的側(cè)面孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導(dǎo)滾珠越過絲杠的螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有24個(gè)反向器，并沿螺母圓周均勻分布。 優(yōu)缺點(diǎn)：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小，但制造精度要求高。圖343 內(nèi)循環(huán)示意圖 1凸鍵 2、3反向鍵2）外循環(huán)式 外循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如圖344，（a）為螺旋槽式外循環(huán)（b）為插管式外循環(huán)。優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。圖344 外循環(huán)示意圖（a）螺旋槽式：1套筒；2螺母；3滾珠；4擋珠器；5絲杠（b）插管式

4、：1彎管；2壓板；3絲杠；4滾珠；5滾道2、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù) 5 滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑D、導(dǎo)程L和接觸角。 1）公稱直徑D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能力直接有關(guān)，常用范圍為3080mm，一般大于絲杠長(zhǎng)度的1/35/30。 2）導(dǎo)程L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機(jī)床加工精度的要求確定，精度高時(shí)，導(dǎo)程小一些；精度低時(shí)，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降；若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動(dòng)效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。3、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 101

5、）摩擦因素小，傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率可達(dá)0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠的1/41/3。2）可預(yù)緊消隙。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的間隙，反向運(yùn)動(dòng)時(shí)無死區(qū)，定位精度高，剛度好。3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性?？梢詮男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母均可以作為主動(dòng)件。5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。6）所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。7）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高，故制造成本高。8）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于處于重慣性力的作用，常需添加輔

6、助制動(dòng)裝置。4、滾珠絲杠副的的精度 2 滾珠絲杠副的精度等級(jí)分為1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級(jí)（按JB/T 3162.21991的規(guī)定），1級(jí)精度最高，依次遞減，數(shù)控機(jī)床主要采用14級(jí)。5、滾珠絲杠副的安裝支撐方式 8為提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠合理的支撐結(jié)構(gòu)及正確的安裝很重要一般采用高剛度的止推軸承支撐結(jié)構(gòu)，以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。 圖345 （a）一端裝止推軸承（固定-自由式）。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控機(jī)床的垂直坐標(biāo)中。 （b）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式）。當(dāng)滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一端由深

7、溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源（如液壓馬達(dá)）。 （c）兩端裝止推軸承。將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。但這種安裝方式對(duì)熱伸長(zhǎng)較為敏感。 （d）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式）。為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。6、常用滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 見表32板書畫圖講解。 10二、滾珠絲杠維護(hù)1、軸向間隙的調(diào)整 13 為了保證滾珠絲杠副的反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。除個(gè)別用單螺母消除間隙外，滾珠絲杠螺母副常用雙螺母預(yù)緊

8、消隙。其原理是：利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋軌道的兩個(gè)相反側(cè)面上，用這種方法消除間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不能過大，預(yù)緊力過大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。因此，一般需要經(jīng)過多次調(diào)整，以保證既能消除間隙又能靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)整時(shí)除螺母預(yù)緊外，還應(yīng)特別注意使絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙盡可能小，并且具有足夠的剛度。1）如圖346，為雙螺母墊片調(diào)隙式，改變墊片的厚度，使內(nèi)外兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向相對(duì)位移。圖346 雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)：這種調(diào)隙方式能精確地調(diào)整預(yù)緊量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度高，工作可靠，但調(diào)整不方便，滾道磨損時(shí)不能隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 2）如圖347，

9、為螺紋調(diào)隙式，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺母1，使螺母2產(chǎn)生軸向位移。圖347 雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu) 1、2鎖緊螺母優(yōu)缺點(diǎn)：這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，滾道磨損時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，但預(yù)緊量不很準(zhǔn)確。 3）如圖348，為齒差調(diào)隙式，通過調(diào)整螺母端頭上的外齒相對(duì)內(nèi)齒的嚙合角度來消除間隙。圖348 雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)：這種調(diào)隙方式能精確微調(diào)預(yù)緊量，工作可靠，滾道磨損時(shí)調(diào)整方便。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于需獲得準(zhǔn)確預(yù)緊力的精密定位系統(tǒng)。2、支撐軸承的定期檢查 2定期檢查絲杠支撐與床身的連接是否損壞，以及導(dǎo)軌間的平行度是否保持在允許誤差范圍內(nèi)，如有上述問題，要及時(shí)堅(jiān)固松動(dòng)部位，更換支撐軸承或調(diào)整絲杠對(duì)導(dǎo)軌的平行度。3、滾

10、珠絲杠螺母副的防護(hù) 101）若滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用防護(hù)罩防護(hù)：用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管、錐形套管、折疊式的塑料或人造革等形式的防腐蝕及耐油的防護(hù)罩。 2）如果滾珠絲杠副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈對(duì)螺母進(jìn)行密封，密封圈厚度為螺母的23倍，裝在滾珠螺母的兩端。密封圈有接觸式和非接觸式兩種。4、滾珠絲杠螺母副的潤(rùn)滑 5 可用潤(rùn)滑劑來提高耐磨性和傳動(dòng)效率，潤(rùn)滑劑可分潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩大類。 1）潤(rùn)滑油：為一般機(jī)油或90號(hào)180號(hào)透平油、140號(hào)或N15主軸油，通過殼體上的油孔注入螺母的內(nèi)部。 2）潤(rùn)滑脂：一般采用鋰基潤(rùn)滑脂，通常加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。5、滾珠絲杠螺母副的

11、使用 5滾珠絲杠螺母副在使用時(shí)應(yīng)注意： 1）滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)行，必要時(shí)，在行程兩端配置限位裝置，以避免螺母行程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落； 2）滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用于垂直方向時(shí)，必須防止傳動(dòng)停止或電動(dòng)機(jī)失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)。3）滾珠絲杠螺母副的正常工作環(huán)境溫度范圍為6060度。6、滾珠絲杠螺母副的安裝 10 滾珠絲杠螺母副僅用于承受軸向負(fù)荷，徑向力、彎矩會(huì)使?jié)L珠絲杠螺母副附加表面接觸應(yīng)力等負(fù)荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。正確的安裝是有效維護(hù)的前提。因此，滾珠絲杠螺母副安裝到機(jī)床時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）絲杠的軸線必須和與之配套導(dǎo)軌的軸線平行，機(jī)床的兩端軸承座與螺母座必須三點(diǎn)成一線。2）安裝螺母時(shí)，盡量靠近支撐軸承。3）安裝支撐軸承時(shí)，盡量靠近螺母安裝部位。 4）滾珠絲杠安裝到機(jī)床時(shí)，請(qǐng)不要把螺母從絲杠上卸下來。如必須卸下來時(shí)要使用輔助套，否則裝卸時(shí)滾珠有可能脫落。螺母裝卸時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.10.2mm。（2）輔助套在使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩。（3）卸裝時(shí)，不可用力過大，以免螺母損壞。（4）裝入安裝孔時(shí)要避免撞擊和偏心。板書多媒體結(jié)合講述 （10）重點(diǎn)：1、滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床的首選。2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。3