第八講數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系

1、第八講第八講 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系 周蘭數(shù)控機(jī)床與使用維修本講主要內(nèi)容本講主要內(nèi)容l對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求 l齒輪傳動(dòng)副齒輪傳動(dòng)副l滾珠絲桿螺母副滾珠絲桿螺母副 l數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺 l數(shù)控機(jī)床分度工作臺數(shù)控機(jī)床分度工作臺一、對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)一、對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求1高傳動(dòng)剛度高傳動(dòng)剛度l進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的高傳動(dòng)剛度主要取決于絲桿螺母副(直線運(yùn)動(dòng))或蝸輪蝸桿副(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))及其支承部件的剛度。剛度不足與摩擦阻力一起會(huì)導(dǎo)致工作臺產(chǎn)生爬行現(xiàn)象以及造成反向死區(qū)，影響

2、傳動(dòng)準(zhǔn)確性?？s短傳動(dòng)鏈，合理選擇絲桿尺寸以及對絲桿螺母副及支承部件等預(yù)緊是提高傳動(dòng)剛度的有效途徑。2高諧振高諧振l為提高進(jìn)給系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機(jī)械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的23倍。3低摩擦低摩擦l進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，快速響應(yīng)特性好，必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中現(xiàn)普遍采用滾珠絲桿螺母副。4低慣量低慣量l進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常需進(jìn)行起動(dòng)、停止、變速或反向，若機(jī)械傳動(dòng)裝置慣量大，會(huì)增大負(fù)載并使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變差。因此在滿足強(qiáng)度與剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的重量以及各傳動(dòng)元件的尺寸，以提

3、高傳動(dòng)部件對指令的快速響應(yīng)能力。5無間隙無間隙l機(jī)械間隙是造成進(jìn)給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一主要原因，因此對傳動(dòng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括：齒輪副、絲桿螺母副、聯(lián)軸器及其支承部件等等均應(yīng)采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。二、齒輪傳動(dòng)副二、齒輪傳動(dòng)副引言引言l數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來達(dá)到一定的降速比和轉(zhuǎn)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(dá)到理想齒面的要求，因此一對嚙合的齒輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。l齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向動(dòng)作落后于數(shù)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(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用各種消除側(cè)隙的措施，

4、以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機(jī)床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對不同類型的齒輪傳動(dòng)副有不同的方法。1圓柱齒輪傳動(dòng)消除間隙（圓柱齒輪傳動(dòng)消除間隙（1）l偏心軸套調(diào)整法偏心軸套調(diào)整法 如圖所示，齒輪裝在電動(dòng)機(jī)軸上，調(diào)整偏心軸套可以改變齒輪和之間的中心距，從而消除齒側(cè)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(dòng)消除間隙（圓柱齒輪傳動(dòng)消除間隙（2）l錐度齒輪調(diào)整法錐度齒輪調(diào)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(diào)整時(shí)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(cè)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(dòng)消

5、除間隙（圓柱齒輪傳動(dòng)消除間隙（3）l雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 圖示是雙片齒輪周向可調(diào)彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片齒輪1和2與另個(gè)寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個(gè)薄片齒輪1和2的端面均勻分布著四個(gè)螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四個(gè)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(diào)節(jié)螺釘7上。通過螺母5調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完后用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯(cuò)位，即兩個(gè)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(cè)間隙。1圓柱齒輪傳動(dòng)消除間隙（圓柱齒輪傳動(dòng)消除間隙（4）l雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 圖3-26b是另一種

6、雙片齒輪周向彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)，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(shí)使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個(gè)薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。雙齒錯(cuò)齒可調(diào)彈簧式消隙法圖例雙齒錯(cuò)齒可調(diào)彈簧式消隙法圖例雙齒錯(cuò)齒周向彈簧式消隙法圖例雙齒錯(cuò)齒周向彈簧式消隙法圖例2斜齒輪傳動(dòng)消除間隙（斜齒輪傳動(dòng)消除間隙（1） l基本思想基本思想 斜齒輪傳動(dòng)消除側(cè)隙的方法與直齒圓柱齒輪傳動(dòng)中雙片薄齒輪消除間隙的思路相似，也是用兩個(gè)薄片齒輪和一個(gè)寬齒輪嚙合，只是通過不同的方法使兩個(gè)薄片齒輪沿軸向移動(dòng)合適的距離后，相當(dāng)于兩薄片斜齒圓柱齒輪的螺旋線錯(cuò)開

7、了一定的角度。兩個(gè)齒輪與寬齒輪嚙合時(shí)分別負(fù)責(zé)不同的方向（正向和反向），起到消除側(cè)隙的作用。 2斜齒輪傳動(dòng)消除間隙（斜齒輪傳動(dòng)消除間隙（2） l軸向墊片調(diào)整法軸向墊片調(diào)整法 如圖所示是斜齒輪墊片錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)。寬齒輪4同時(shí)與兩個(gè)相同薄片齒輪1和2嚙合，薄片齒輪由平鍵和軸聯(lián)接，互相不能相對回轉(zhuǎn)。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(shí)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(chǎn)生錯(cuò)位，其左右兩齒面分別與寬齒輪4的齒貼緊，消除齒側(cè)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(dòng)消除間隙（斜齒輪傳動(dòng)消除間隙（3） l軸向壓簧調(diào)整法軸向壓簧調(diào)整法

8、 如圖所示是斜齒輪軸向壓簧錯(cuò)齒消除間隙結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)消隙原理與軸向墊片調(diào)整法相似，所不同的是利用齒輪2右面的彈簧壓力使兩個(gè)薄片齒輪產(chǎn)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(cè)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(diǎn)（工作原理和特點(diǎn)（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(dòng)摩擦，因而大大地減小了摩擦阻力，提高了傳動(dòng)效率。圖示為滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)又循環(huán)滾動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖例滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖例1-絲杠 2-滾道 3-螺母 4-滾珠工作原理和特點(diǎn)（工作原理和特點(diǎn)（2） 滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)l傳動(dòng)效率高，摩擦損失小 滾珠絲桿螺母副的傳動(dòng)效率0.920.96，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。l運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無爬行 由于摩擦阻力小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差極小，故運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。l傳動(dòng)精度高，反向時(shí)無空程 滾珠絲桿副經(jīng)預(yù)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(yùn)動(dòng)的可逆性可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲桿和螺母均可作主動(dòng)件或從動(dòng)件。工作原理和

10、特點(diǎn)（工作原理和特點(diǎn)（3） 滾珠絲杠螺母副的缺點(diǎn)滾珠絲杠螺母副的缺點(diǎn)l由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絲桿和螺母等元件的加工精度和表面質(zhì)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(dòng)，會(huì)因部件的自重而自動(dòng)下降。當(dāng)部件向下運(yùn)動(dòng)且切斷動(dòng)力源時(shí)，由于部件的自重和慣性，不能立即停止運(yùn)動(dòng)。因此必須增加制動(dòng)裝置。 結(jié)論結(jié)論 由于其優(yōu)點(diǎn)顯著，雖成本較高，仍被廣泛應(yīng)用在數(shù)由于其優(yōu)點(diǎn)顯著，雖成本較高，仍被廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上?？貦C(jī)床上。 2結(jié)構(gòu)類型（結(jié)構(gòu)類型（1）l外循環(huán)外循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程結(jié)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(jìn)入循環(huán)。圖示為常見的外循環(huán)結(jié)構(gòu)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(dǎo)滾珠通過插管，形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。這種形式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。目前應(yīng)用最為廣泛，也可用于重載傳動(dòng)系統(tǒng)中。外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例2結(jié)構(gòu)類型（結(jié)構(gòu)類型（2）l內(nèi)循環(huán)內(nèi)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(shù)目與滾珠圈數(shù)相等。這種形式結(jié)構(gòu)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(jìn)給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動(dòng)中。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例3滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（1） l為了保證滾珠絲

12、杠反向傳動(dòng)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(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對軸向位移，使每個(gè)螺母中的滾珠分別接觸絲桿滾道的左右兩側(cè)。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，預(yù)緊力一般應(yīng)為最大軸向負(fù)載的l/3。當(dāng)要求不太高時(shí)，預(yù)緊力可小于此值。3滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（滾珠絲桿副間隙的調(diào)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(jié)構(gòu)簡單可靠、剛度好，應(yīng)用最為廣泛，在雙螺母間加墊片的形式可由專業(yè)生產(chǎn)廠根據(jù)用戶要求事先調(diào)整好預(yù)緊力，使用時(shí)裝卸非常方便。雙螺母墊片調(diào)整法（中間加墊片）圖例雙螺母墊片調(diào)整法（中間加墊片）圖例雙螺母墊片調(diào)整法（端部加墊片）圖例雙螺母

13、墊片調(diào)整法（端部加墊片）圖例3滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（滾珠絲桿副間隙的調(diào)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(gè)螺母上的外螺紋，通過圓螺母調(diào)整兩個(gè)螺母的相對軸向位置實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，調(diào)整好后用另一個(gè)圓螺母鎖緊，這種結(jié)構(gòu)調(diào)整方便，且可在使用過程中，隨時(shí)調(diào)整，但預(yù)緊力大小不能準(zhǔn)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(diào)整（滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（4） l齒差式消隙齒差式消隙 如圖所示，在兩個(gè)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(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為Z1、Z2，并相差一個(gè)齒。調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對于套筒同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，然后再插入

14、內(nèi)齒圈，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生相對角位移，其軸向位移量為：l式中Z1、Z2為齒輪的齒數(shù)，Ph為滾珠絲杠的導(dǎo)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(yīng)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(shí)，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(yīng)遠(yuǎn)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(jìn)行預(yù)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(yù)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(huì)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(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲桿的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)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(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺四、數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺 1回轉(zhuǎn)工作臺工作

16、特點(diǎn)回轉(zhuǎn)工作臺工作特點(diǎn)l數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱之為數(shù)控機(jī)床的第四軸，回轉(zhuǎn)工作臺可以與、三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種曲面和曲線等復(fù)雜的形狀?；剞D(zhuǎn)工作臺對于自動(dòng)換刀多工序的加工中心是必備的部件。l數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用機(jī)床分度工作臺相似，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺圖例數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺圖例2回轉(zhuǎn)工作臺的鎖緊與松開回轉(zhuǎn)工作臺的鎖緊與松開l當(dāng)工作臺靜止時(shí)，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(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，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(zhuǎn)

17、時(shí)，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(zhuǎn)工作臺的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)l工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過電液脈沖馬達(dá)，經(jīng)齒輪減速，由蝸桿傳給蝸輪。為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動(dòng)蝸桿的軸向位置來調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)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(cè)的螺距是相同的，所以仍然可保持正常的嚙合。五、數(shù)控機(jī)床分度工作臺五、數(shù)控機(jī)床分度工作臺 分度工作臺特點(diǎn)分度工作臺特點(diǎn)l分度工作臺只能完成分度運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)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(shí)現(xiàn)，分度的角度取決于定位孔在圓周上的分布數(shù)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(dòng)及支承部分傳動(dòng)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(zhǔn)備工作分度前的準(zhǔn)備工作：lCNC發(fā)出分度指令?yuàn)A緊液壓缸（8）上腔回油液壓缸活塞（11）在彈簧的作用下復(fù)位分度工作臺（1）放松中央液壓缸（17）下腔進(jìn)油中央液壓缸活塞（16）上升由螺栓（15）下端帶動(dòng)推力軸承（20）上升處于工作狀態(tài)由螺栓（15）上端帶動(dòng)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(dá)回轉(zhuǎn)大齒輪（9）回轉(zhuǎn)帶動(dòng)工作臺回轉(zhuǎn)分度接近目標(biāo)位置時(shí)，第一個(gè)行程開關(guān)動(dòng)作工作臺減速第二個(gè)行程開關(guān)動(dòng)作工作臺準(zhǔn)停新的定位銷正好對準(zhǔn)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