第三講數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動裝置

1、第三講 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動裝置主講教師 邱騰雄本講主要內(nèi)容對進(jìn)給轉(zhuǎn)動裝置要求齒輪傳動副滾珠絲桿螺母副數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)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)機(jī)械結(jié)構(gòu)要求1減少摩擦阻力采用滾珠絲杠螺母副采用貼塑導(dǎo)軌采用滾動導(dǎo)軌塊采用靜壓導(dǎo)軌2提高運(yùn)動精度和剛度縮短傳動鏈消除周向側(cè)隙和軸向側(cè)隙2提高運(yùn)動精度和剛度合適材料合適結(jié)構(gòu)合適的支承方式3減少運(yùn)動慣量減小運(yùn)動部件質(zhì)量二、齒輪傳動副1圓柱齒輪傳動消除間隙偏心軸套調(diào)整法 如圖所示，齒輪裝在電動機(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1-齒輪2-偏心套3-齒輪1圓柱齒輪傳動消除間隙錐度齒輪調(diào)整法 如圖所示將

2、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1圓柱齒輪傳動消除間隙雙片齒輪錯齒調(diào)整法 圖示是雙片齒輪周向可調(diào)彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪1和2與另個寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個薄片齒輪1和2的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四個通孔，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位，即兩個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

3、齒側(cè)間隙。1圓柱齒輪傳動消除間隙（4）雙片齒輪錯齒調(diào)整法 圖3-26b是另一種雙片齒輪周向彈簧錯齒消隙結(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。裝配時使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個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。雙齒錯齒可調(diào)彈簧式消隙法圖例雙齒錯齒周向彈簧式消隙法圖例2斜齒輪傳動消除間隙（1）基本思想 斜齒輪傳動消除側(cè)隙的方法與直齒圓柱齒輪傳動中雙片薄齒輪消除間隙的思路相似，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是通過不同的方法使兩個薄片齒輪沿軸向移動合適的距離后，相當(dāng)于兩薄片斜齒圓柱齒輪的螺旋線錯開了一定的角

4、度。兩個齒輪與寬齒輪嚙合時分別負(fù)責(zé)不同的方向（正向和反向），起到消除側(cè)隙的作用。2斜齒輪傳動消除間隙（2）軸向墊片調(diào)整法 如圖所示是斜齒輪墊片錯齒消隙結(jié)構(gòu)。寬齒輪4同時與兩個相同薄片齒輪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2斜齒輪傳動消除間隙（3）軸向壓簧調(diào)整法 如圖所示是斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(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

5、力使兩個薄片齒輪產(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a 軸向壓簧法b 蝶形彈簧法三、滾珠絲桿螺母副工作原理和特點(diǎn)（1）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動摩擦，因而大大地減小了摩擦阻力，提高了傳動效率。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，將它們裝在一起便形成了螺旋滾道，滾珠在其間既自轉(zhuǎn)又循環(huán)滾動。滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖例1-絲杠 2-回珠器 3-螺母 4-滾珠工作原理和特點(diǎn)（2）滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)傳動效率高，摩擦損失小 滾珠

6、絲桿螺母副的傳動效率0.920.96，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動。運(yùn)動平穩(wěn)無爬行 由于摩擦阻力小，動、靜摩擦系數(shù)之差極小，故運(yùn)動平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。傳動精度高，反向時無空程 滾珠絲桿副經(jīng)預(yù)緊后，可消除軸向間隙。磨損小 精度保持性好，使用壽命長。具有運(yùn)動的可逆性 可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，也可將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即絲桿和螺母均可作主動件或從動件。工作原理和特點(diǎn)（3）滾珠絲杠螺母副的缺點(diǎn) 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。 由于不能自鎖，特別是垂直安裝的滾珠絲桿傳動，會因部件的自重而自動下降。當(dāng)部件向下運(yùn)動且切斷動力源時，由于部件的自重和慣性，不能立即停止運(yùn)

7、動。因此必須增加制動裝置。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)控機(jī)床上。2結(jié)構(gòu)類型（1）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，也可用于重載傳動系統(tǒng)中。外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例2結(jié)構(gòu)類型（2）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

8、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)，不宜用于重載傳動中。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（1）為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度，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)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使每個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，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，預(yù)緊力可小于此值。3滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（2）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，使用時裝卸非常方便。雙

9、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3滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（3）雙螺母螺紋式消隙 如圖所示，利用一個螺母上的外螺紋，通過圓螺母調(diào)整兩個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S Ph3滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（4）齒差式消隙 如圖所示，在兩個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，并相差一個齒。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉(zhuǎn)動一個齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移，其軸向位移量為

10、：式中Z1、Z2為齒輪的齒數(shù)，Ph為滾珠絲杠的導(dǎo)程。1 Z 2 1 Z1齒差式消隙圖例4滾珠絲桿副的支承方式（1）一端裝止推軸承(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。一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承(固定支承式) 如圖b所示。滾珠絲桿較長時，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（2）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，

11、絲杠拉壓剛度可提高四倍；絲杠不會因溫升而伸長，從而保持絲杠的精度。兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承(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四、數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺1回轉(zhuǎn)工作臺工作特點(diǎn)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、三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種曲面和曲線等復(fù)雜的形狀?；剞D(zhuǎn)工作臺對于自動換刀多工序的加工中心是必備的部件。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)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式

12、。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺圖例2回轉(zhuǎn)工作臺的鎖緊與松開當(dāng)工作臺靜止時，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，活塞便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，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)動工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動通過電液脈沖馬達(dá)，經(jīng)齒輪減速，由蝸桿傳給蝸輪。為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動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

13、常的嚙合。五、數(shù)控機(jī)床分度工作臺分度工作臺特點(diǎn)分度工作臺只能完成分度運(yùn)動，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。定銷式分度工作臺的定位分度主要靠工作臺的定位銷和定位孔實(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2基本組成工作部分 分度工作臺（1）、矩形工作臺（10）、上底座（21）定位銷（7）、定位孔襯套（6）、馬蹄形環(huán)定位部分行槽等。夾緊部分 鎖緊液壓缸（8）、鎖緊液壓缸活塞（11）頂起部分 中央液壓缸（17）傳動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工作原理（1）分度前的準(zhǔn)備工作：CNC發(fā)出

14、分度指令夾緊液壓缸（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）下端帶動推力軸承（20）上升處于工作狀態(tài)由螺栓（15）上端帶動分度工作臺（1）上升使得定位銷（7）和套（6）分離3工作原理（2）分度CNC再發(fā)指令液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)大齒輪（9）回轉(zhuǎn)帶動工作臺回轉(zhuǎn)分度接近目標(biāo)位置時，第一個行程開關(guān)動作工作臺減速第二個行程開關(guān)動作工作臺準(zhǔn)停新的定位銷正好對準(zhǔn)定位套3工作原理（3）工作臺定位夾緊中央液壓缸（17）上腔回油分度工作臺靠自重回位夾緊液壓缸（8）上腔進(jìn)油將工作臺夾緊思考與練習(xí)(1)：滾珠絲桿螺母副的工作原理與特點(diǎn)是什么？什么是內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)方式？滾珠絲桿支承