數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)介紹課件

1、第四章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng) 2022/8/221第四章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)4.1 概述4.2 滾珠絲杠螺母副4.3 導軌滑塊副4.4 靜壓蝸桿蝸輪條傳動4.5 直線電動機傳動4.6 進給傳動系統(tǒng)常見故障診斷及維修2022/8/222 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，對機械傳動裝置提出如下要求： (1) 減少摩擦阻力； (2) 減少運動慣量； (3) 高的傳動精度與定位精度； (4) 寬的進給調速范圍； (5) 無間隙傳動； (6) 響應速度要快; (7) 穩(wěn)定性好、壽命長; (8) 使用維護方便。4.1 概述4.2 滾珠絲杠螺母副一、滾珠絲杠螺母副概述 滾珠絲杠螺母副（簡稱

2、滾珠絲杠副）是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件的絲杠副，是直線運動與回轉運動能相互轉換的傳動裝置。當絲杠旋轉時，滾珠在滾道內既自轉又沿滾道循環(huán)轉動，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動。 與傳統(tǒng)絲杠相比，滾珠絲杠螺母副具有高傳動精度、高效率、高剛度、可預緊、運動平穩(wěn)、壽命長、低噪音等優(yōu)點。2022/8/224二、滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)與內循環(huán)兩種。（1）外循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。（2）內循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中，始終與絲杠保持接觸的稱為內循環(huán) 2022/8/225三、滾珠絲杠副的預緊 滾珠絲杠副預緊的目的是為了消除絲杠與螺母之間的間隙和施加

3、預緊力，以保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度。 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠螺母副的預緊方法有修磨墊片厚度、鎖緊雙螺母消隙、齒差式調整方法等。廣泛采用的是雙螺母結構消隙。 2022/8/226（1）修磨墊片消隙式 通過調整墊片厚度使左右兩螺母產生軸向位移，即可消除絲杠螺母間的間隙并產生預緊力。（2）鎖緊雙螺母消隙式 用兩個鎖緊螺母調整絲杠螺母的預緊量。 2022/8/227（3）齒差消隙式 在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與緊固在螺母座兩端的內齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為和，并相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于螺母座同方向轉動一個齒（則螺母1沿軸向移動，螺母2移動），

4、然后插上內齒輪，再將內齒輪緊固，則兩個螺母便產生相對軸向位移，位移量為（為絲杠導程）。 2022/8/228四、滾珠絲杠副的應用 （一）滾珠絲杠副的支承 常見安裝方式有以下四種情況:(1)固定自由 適用于低轉速，中精度，短軸向絲杠。(2)支承支承 適用于中等轉速，中精度。(3)固定支承 適用于中等轉速、高精度。(4)固定固定 適用于高轉速、高精度。 2022/8/229（二）滾珠絲杠副的選擇方法 選用要點： 應該根據(jù)機床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據(jù)機床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗算絲杠扭轉剛度、壓曲剛度、臨界轉速與工作壽命等。 精度等級的選擇： 滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機床

5、各坐標軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機床，一般可選用D級，精密級數(shù)控機床選用C級精度的滾珠絲杠副。 2022/8/2210（三）滾珠絲杠副的驗算 （1）剛度驗算 剛度驗算就是校驗絲杠在額定軸向(扭轉)載荷作用下，執(zhí)行件的失動量。 （2）臨界轉速驗算 應校核絲杠軸的轉速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導致強迫共振，影響機床正常工作。應根據(jù)有關計算公式進行的校核。（3）壽命驗算 滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。 2022/8/2211（四）制動裝置 目前常見的有機械式和電氣式兩種。電氣方式制動是采用電磁制動器，而且這種制動器就做在電機內部。 FANUC公司伺服電機帶制動器的示意圖。機

6、床工作時，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當停機或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機端蓋為一體，故與電機軸聯(lián)接的絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機殼內，與電機形成一體化的結構。 2022/8/2212（五）滾珠絲杠副的潤滑及防護裝置 潤滑方式主要有以下兩種：潤滑脂、潤滑油。潤滑脂的給脂量一般是螺母內部空間容積的1/3，某些生產廠家在裝配時螺母內部已加注潤滑脂。而潤滑油的給油量隨行程、潤滑油的種類、使用條件等的不同而不同。 2022/8/2213五、滾珠絲杠副的發(fā)展趨勢 高速加工用的進給滾珠絲杠要采取改進措施，如加大絲杠的導程

7、和增加螺紋的頭數(shù)，前者為提高絲杠每轉的進給量(即進給速度)，后者則為彌補絲杠導程增大后所帶來的軸向剛度和承載能力的下降;將實心絲杠改為空心的;改進回珠器和滾道的設計制造質量，使?jié)L珠的循環(huán)更流暢，摩擦損耗更少 ;采用滾珠絲杠固定 等. 2022/8/2214一、數(shù)控機床對導軌滑塊副的要求 (1)導向精度高 (2)耐磨性好 (3)剛度大 (4)良好的磨擦特性 4.3 導軌滑塊副2022/8/2215二、導軌副的分類 導軌副按接觸面的摩擦性質可以分為滑動導軌、靜壓導軌和滾動導軌。 (1) 滑動導軌 特點:摩擦特性好、耐磨性好、運動平穩(wěn)、工藝性好、速度較低. 滑動導軌分為金屬對金屬的一般類型的導軌和金

8、屬對塑料的塑料導軌兩類。 2022/8/22162、靜壓導軌 液體靜壓導軌指壓力油通過節(jié)流器進入兩相對運動的導軌面，所形成的油膜使兩導軌面分開，保證導軌面在液體摩擦狀態(tài)下工作。3、滾動導軌 摩擦系數(shù)小、運動輕便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性較差、結構復雜、防護要求較高。 2022/8/2217三、滾動導軌的結構 (1) 滾動導軌的結構 滾動直線導軌副為四方向等載荷帶球保持器型滾動直線導軌，是較常見的一種導軌副。圖中1是支承導軌，上面裝有滑塊8，在滑塊8中裝有4組滾珠，在支承導軌和滑塊間的直線滾道內滾動。當滾珠3滾動到滑塊的端面時，經擋板6由回珠孔返回另一端，從而循環(huán)工作。其中4為保持

9、架，2為側面密封墊。密封墊5是用來防止灰塵進入導軌。9為潤滑油嘴，可從此注入潤滑油。滾珠3之間用保持器7分開，滾珠之間不發(fā)生碰撞，降低了導軌副中在運動中產生的噪音，稱之為低噪音型滾動直線導軌。2022/8/2218四、滾動導軌的載荷、壽命計算 （一）載荷計算 滾動導軌所承受的載荷，受到很多因素的影響，如配置形式（水平、垂直或斜置等）、移動的重心和受力點的位置、移動導軌牽引力的作用點、起動及停止時的慣性力，以及切削阻力作用等。 2022/8/2219（二）壽命計算滾動直線導軌副的壽命計算公式為：L額定壽命（km） C額定動載荷F工作載荷 硬度系數(shù) 溫度系數(shù) 接觸系數(shù) 精度系數(shù) 載荷系數(shù)2022/

10、8/2220 滾動導軌塊壽命計算的公式為： 如果壽命以h計算，式中 行程長度（m） 每分鐘往復次數(shù) 如已選定滾動導軌的型號，即已知C，可據(jù)此計算預期壽命；如給定預期壽命，可由Lh計算L，再計算額定動載荷C，據(jù)此選定導軌的型號。 2022/8/2221五、滾動導軌的安裝、預緊 滾動直線導軌副的安裝固定方式主要有螺栓固定、壓板固定、定位銷固定和斜楔塊固定。在實際使用中，通常是兩根導軌成隊使用，其中一條為基準導軌，通過對基準導軌的正確安裝，以保證運動部件相對于支承元件的正確導向。 預緊是為了提高滾動導軌的剛度。預緊可提高接觸剛度和消除間隙；在立式導軌上，預緊可防止?jié)L動體脫落和歪斜。常見的預緊方式有采

11、用過盈配合和調整法兩種。2022/8/2222一、傳動原理 靜壓蝸桿蝸輪齒條是一種精密傳動副，用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€位移。 4.4 靜壓蝸桿蝸輪條傳動2022/8/2223 流體靜壓蝸桿蝸輪齒條機構是在蝸桿和蝸輪齒條的嚙合面間注入一層高剛度的吸振油膜使兩嚙合面間成為液體摩擦。這層油膜不但從根本上解決了傳動副的磨損問題，而且減小了傳動件的制造誤差對傳動精度的影響，從而起到平均誤差的作用。 流體靜壓蝸桿蝸輪齒條的工作原理圖中油腔開在蝸輪上，用毛細管節(jié)流的定壓供油方式給該機構提供壓力油。從液壓泵輸出的壓力油，經過蝸桿螺紋內的毛細管節(jié)流器，分別進入蝸桿蝸輪齒條的兩側面油腔內，然后經過嚙合面之間的間隙

12、，再進入齒頂與齒根的間隙，壓力降為零，流回油箱。 2022/8/2224二、傳動方案 蝸桿蝸輪齒條機構常用的傳動方案有以下兩種：（1）蝸桿箱固定，蝸輪齒條固定在運動件上。這種傳動方案用于龍門式銑床的移動工作臺進給驅動機構中。（2）蝸輪齒條固定，蝸桿箱固定在運動件上。這樣行程長度可大大超過運動部件的長度。這種方案常用于橋式鏜銑床橋架進給驅動機構中。 2022/8/2225 直線電動機可以分為步進直線電動機、直流直線電動機和交流直線電動機三大類。在機床上主要使用交流直線電動機。 在勵磁方式上，交流直線電動機可以分為永磁(同步)式和感應(異步)式兩種。 4.5 直線電動機傳動2022/8/2226一

13、、直線電動機的工作原理 直線電動機的工作原理與旋轉電動機沒有本質區(qū)別，可將其視為旋轉電動機沿圓周方向拉伸展平的產物，對應于旋轉電動機的定子部分，稱為直線電動機的初級；對應于旋轉電動機的轉子部分，稱為直線電動機的次級。當多相交變電流通過多相對稱繞組時，就會在直線電動機初級和次級之間的氣隙中產生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當然，二者之間也存在下一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。 2022/8/2227二、直線電動機的特點 1、優(yōu)點（1） 高速響應 （2） 精度 （3） 動剛度高 （4） 速度快、加減速過程短（5） 行程長度不受限制（6） 運動噪音低 （7） 效率高 2022

14、/8/22282、缺點(1)效率低、功耗大、結構尺寸和自重相對較大;(2)無機械連接或嚙合，不具自鎖能力，設計和使用中應注意考慮外加制動措施,特別是在垂直軸進給系統(tǒng)應用中； (3)對運動載荷較敏感，所以當負荷變化大時，需要重新整定系統(tǒng);(4)磁鐵(或線圈)對電動機部件的吸力很大，因此應注意選擇導軌和設計滑架結構，并注意解決磁鐵吸引金屬顆粒的問題；(5)工作過程溫升高，要求強冷卻。 2022/8/2229 例舉了絲杠、導軌在使用過程中常見的的故障、故障原因及維修方法。 4.6 進給傳動系統(tǒng)常見故障診斷及維修2022/8/2230滾珠絲杠螺母副2022/8/2231 外循環(huán)回流方式 內循環(huán)回流方式

15、 2022/8/2232螺母墊片絲杠FmFm伸張預緊墊片結構消隙 2022/8/22331234567鎖緊雙螺母消隙式1、7-螺母 2-返向器 3-滾珠 4-絲杠 5-墊圈 6-圓螺母2022/8/2234螺母1螺母2螺母座內齒圈齒差調隙式2022/8/2235危險轉速（臨界轉速）固定危險軸向載荷（容許軸向載荷）自由2022/8/2236支承危險轉速（臨界轉速）危險軸向載荷（容許軸向載荷）支承2022/8/2237 支承危險轉速（臨界轉速）危險軸向載荷（容許軸向載荷）固定2022/8/2238危險轉速（臨界轉速）危險軸向載荷（容許軸向載荷）固定（d）固定2022/8/2239滾珠絲杠的電氣制動

16、圖1-旋轉變壓器 2-測速發(fā)電機轉子 3-測速發(fā)電機定子 4-電刷 5-永久磁鐵 6-伺服電機轉子 7-電磁線圈 8-外齒輪 9-內齒輪2022/8/2240滑動導軌2022/8/2241滾動導軌2022/8/2242125789454545456直線滾動導軌保持器2022/8/2243滾動直線導軌副的安裝固定方式 螺釘固定定位銷固定工作臺工作臺工作臺工作臺床體床體床體床體壓板固定楔形塊定位2022/8/2244蝸桿-蝸輪齒條傳動機構1-蝸輪 2-蝸桿齒條2022/8/2245蝸桿-渦輪齒條工作原理1-油箱 2-濾油器 3-液壓泵 4-電動機 5-溢流閥 6-粗濾油器7-精濾油器 8-壓力表

17、9-壓力繼電器 10-節(jié)流器2022/8/2246進給運動蝸桿箱固定式1-蝸輪齒條 2-聯(lián)軸器 3-進給箱 4-電動機 5-蝸桿2022/8/2247進給運動蝸桿箱移動式1-蝸桿 2-渦輪齒條 3-進給箱 4-電動機 5-蝸桿箱 6-變速齒輪2022/8/2248次級初級 旋轉電機展平為直線電機的過程（a）旋轉電機 （b）直線電機2022/8/2249故障現(xiàn)象故 障 原 因維 修 方 法滾珠絲杠副噪聲絲杠支承軸承的壓蓋壓合情況不好調整軸承壓蓋，使其壓緊軸承端面絲杠支承軸承可能破裂如軸承破損，更換新軸承電動機與絲杠聯(lián)軸器松動擰緊聯(lián)軸器，鎖緊螺釘絲杠潤滑不良改善潤滑條件，使?jié)櫥土砍渥銤L珠絲杠副滾

18、珠有破損更換新滾珠滾珠絲杠運動不靈活軸向預加載荷過大調整軸向間隙和預加載荷絲杠與導軌不平行調整絲杠支座位置，使絲杠與導軌平行螺母軸線與導軌不平行調整螺母座位置絲杠彎曲變形調整絲杠滾珠絲杠潤滑狀況不良檢查各絲杠副潤滑用潤滑脂潤滑絲杠，需移動工作臺，取下罩套，涂上潤滑脂滾珠絲杠常見故障、故障原因及維修方法2022/8/2250故障現(xiàn)象故 障 原 因維 修 方 法導軌研傷機床經長時間使用，地基與床身水平度有變化，使導軌局部單位面積負荷過大定期進行床身導軌的水平度調整，或修復導軌精度長期加工短工件或承受過分集中的負荷，使導軌局部磨損嚴重注意合理分布短工件的安裝位置，避免負荷過分集中導軌潤滑不良調整導軌潤滑油量，保證潤滑油壓力導軌材質不佳采用電鍍加熱自冷淬火對導軌進行處理，導軌上增加鋅鋁銅合金板，以改善摩擦情況刮研質量不符合要求提高刮研修復的質量機裝維護不良，導軌里落入臟物加強機床保養(yǎng)，保護好導軌防護裝置導軌常見故障、故障原因及維修方法 2022/8/2251導軌上移動部