數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)介紹課件

1、第四章數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 2022/8/221第四章數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)4.1 概述4.2 滾珠絲杠螺母副4.3 導(dǎo)軌滑塊副4.4 靜壓蝸桿蝸輪條傳動(dòng)4.5 直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)4.6 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)常見故障診斷及維修2022/8/222 為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置提出如下要求： (1) 減少摩擦阻力； (2) 減少運(yùn)動(dòng)慣量； (3) 高的傳動(dòng)精度與定位精度； (4) 寬的進(jìn)給調(diào)速范圍； (5) 無間隙傳動(dòng)； (6) 響應(yīng)速度要快; (7) 穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng); (8) 使用維護(hù)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(jiǎn)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(dòng)元件的絲杠副，是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動(dòng)。 與傳統(tǒng)絲杠相比，滾珠絲杠螺母副具有高傳動(dòng)精度、高效率、高剛度、可預(yù)緊、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。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(nèi)循環(huán)兩種。（1）外循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。（2）內(nèi)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(nèi)循環(huán) 2022/8/225三、滾珠絲杠副的預(yù)緊 滾珠絲杠副預(yù)緊的目的是為了消除絲杠與螺母之間的間隙和施加

3、預(yù)緊力，以保證滾珠絲杠反向傳動(dòng)精度和軸向剛度。 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方法有修磨墊片厚度、鎖緊雙螺母消隙、齒差式調(diào)整方法等。廣泛采用的是雙螺母結(jié)構(gòu)消隙。 2022/8/226（1）修磨墊片消隙式 通過調(diào)整墊片厚度使左右兩螺母產(chǎn)生軸向位移，即可消除絲杠螺母間的間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。（2）鎖緊雙螺母消隙式 用兩個(gè)鎖緊螺母調(diào)整絲杠螺母的預(yù)緊量。 2022/8/227（3）齒差消隙式 在兩個(gè)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(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為和，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(duì)于螺母座同方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒（則螺母1沿軸向移動(dòng)，螺母2移動(dòng)），

4、然后插上內(nèi)齒輪，再將內(nèi)齒輪緊固，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生相對(duì)軸向位移，位移量為（為絲杠導(dǎo)程）。 2022/8/228四、滾珠絲杠副的應(yīng)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(zhuǎn)速，中精度，短軸向絲杠。(2)支承支承 適用于中等轉(zhuǎn)速，中精度。(3)固定支承 適用于中等轉(zhuǎn)速、高精度。(4)固定固定 適用于高轉(zhuǎn)速、高精度。 2022/8/229（二）滾珠絲杠副的選擇方法 選用要點(diǎn)： 應(yīng)該根據(jù)機(jī)床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據(jù)機(jī)床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗(yàn)算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度、壓曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命等。 精度等級(jí)的選擇： 滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機(jī)床

5、各坐標(biāo)軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機(jī)床，一般可選用D級(jí)，精密級(jí)數(shù)控機(jī)床選用C級(jí)精度的滾珠絲杠副。 2022/8/2210（三）滾珠絲杠副的驗(yàn)算 （1）剛度驗(yàn)算 剛度驗(yàn)算就是校驗(yàn)絲杠在額定軸向(扭轉(zhuǎn))載荷作用下，執(zhí)行件的失動(dòng)量。 （2）臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算 應(yīng)校核絲杠軸的轉(zhuǎn)速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫共振，影響機(jī)床正常工作。應(yīng)根據(jù)有關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行的校核。（3）壽命驗(yàn)算 滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。 2022/8/2211（四）制動(dòng)裝置 目前常見的有機(jī)械式和電氣式兩種。電氣方式制動(dòng)是采用電磁制動(dòng)器，而且這種制動(dòng)器就做在電機(jī)內(nèi)部。 FANUC公司伺服電機(jī)帶制動(dòng)器的示意圖。機(jī)

6、床工作時(shí)，在制動(dòng)器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當(dāng)停機(jī)或停電時(shí)，電磁鐵失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機(jī)端蓋為一體，故與電機(jī)軸聯(lián)接的絲杠得到制動(dòng)，這種電磁制動(dòng)器裝在電機(jī)殼內(nèi)，與電機(jī)形成一體化的結(jié)構(gòu)。 2022/8/2212（五）滾珠絲杠副的潤(rùn)滑及防護(hù)裝置 潤(rùn)滑方式主要有以下兩種：潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1/3，某些生產(chǎn)廠家在裝配時(shí)螺母內(nèi)部已加注潤(rùn)滑脂。而潤(rùn)滑油的給油量隨行程、潤(rùn)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(shì) 高速加工用的進(jìn)給滾珠絲杠要采取改進(jìn)措施，如加大絲杠的導(dǎo)程

7、和增加螺紋的頭數(shù)，前者為提高絲杠每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量(即進(jìn)給速度)，后者則為彌補(bǔ)絲杠導(dǎo)程增大后所帶來的軸向剛度和承載能力的下降;將實(shí)心絲杠改為空心的;改進(jìn)回珠器和滾道的設(shè)計(jì)制造質(zhì)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(jī)床對(duì)導(dǎo)軌滑塊副的要求 (1)導(dǎo)向精度高 (2)耐磨性好 (3)剛度大 (4)良好的磨擦特性 4.3 導(dǎo)軌滑塊副2022/8/2215二、導(dǎo)軌副的分類 導(dǎo)軌副按接觸面的摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 (1) 滑動(dòng)導(dǎo)軌 特點(diǎn):摩擦特性好、耐磨性好、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、工藝性好、速度較低. 滑動(dòng)導(dǎo)軌分為金屬對(duì)金屬的一般類型的導(dǎo)軌和金

8、屬對(duì)塑料的塑料導(dǎo)軌兩類。 2022/8/22162、靜壓導(dǎo)軌 液體靜壓導(dǎo)軌指壓力油通過節(jié)流器進(jìn)入兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面，所形成的油膜使兩導(dǎo)軌面分開，保證導(dǎo)軌面在液體摩擦狀態(tài)下工作。3、滾動(dòng)導(dǎo)軌 摩擦系數(shù)小、運(yùn)動(dòng)輕便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防護(hù)要求較高。 2022/8/2217三、滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) (1) 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副為四方向等載荷帶球保持器型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，是較常見的一種導(dǎo)軌副。圖中1是支承導(dǎo)軌，上面裝有滑塊8，在滑塊8中裝有4組滾珠，在支承導(dǎo)軌和滑塊間的直線滾道內(nèi)滾動(dòng)。當(dāng)滾珠3滾動(dòng)到滑塊的端面時(shí)，經(jīng)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(cè)面密封墊。密封墊5是用來防止灰塵進(jìn)入導(dǎo)軌。9為潤(rùn)滑油嘴，可從此注入潤(rùn)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(dǎo)軌副中在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的噪音，稱之為低噪音型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。2022/8/2218四、滾動(dòng)導(dǎo)軌的載荷、壽命計(jì)算 （一）載荷計(jì)算 滾動(dòng)導(dǎo)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(dòng)的重心和受力點(diǎn)的位置、移動(dòng)導(dǎo)軌牽引力的作用點(diǎn)、起動(dòng)及停止時(shí)的慣性力，以及切削阻力作用等。 2022/8/2219（二）壽命計(jì)算滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算公式為：L額定壽命（km） C額定動(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌塊壽命計(jì)算的公式為： 如果壽命以h計(jì)算，式中 行程長(zhǎng)度（m） 每分鐘往復(fù)次數(shù) 如已選定滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號(hào)，即已知C，可據(jù)此計(jì)算預(yù)期壽命；如給定預(yù)期壽命，可由Lh計(jì)算L，再計(jì)算額定動(dòng)載荷C，據(jù)此選定導(dǎo)軌的型號(hào)。 2022/8/2221五、滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝、預(yù)緊 滾動(dòng)直線導(dǎo)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(shí)際使用中，通常是兩根導(dǎo)軌成隊(duì)使用，其中一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，通過對(duì)基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正確安裝，以保證運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于支承元件的正確導(dǎo)向。 預(yù)緊是為了提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度。預(yù)緊可提高接觸剛度和消除間隙；在立式導(dǎo)軌上，預(yù)緊可防止?jié)L動(dòng)體脫落和歪斜。常見的預(yù)緊方式有采

11、用過盈配合和調(diào)整法兩種。2022/8/2222一、傳動(dòng)原理 靜壓蝸桿蝸輪齒條是一種精密傳動(dòng)副，用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移。 4.4 靜壓蝸桿蝸輪條傳動(dòng)2022/8/2223 流體靜壓蝸桿蝸輪齒條機(jī)構(gòu)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(dòng)副的磨損問題，而且減小了傳動(dòng)件的制造誤差對(duì)傳動(dòng)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(xì)管節(jié)流的定壓供油方式給該機(jī)構(gòu)提供壓力油。從液壓泵輸出的壓力油，經(jīng)過蝸桿螺紋內(nèi)的毛細(xì)管節(jié)流器，分別進(jìn)入蝸桿蝸輪齒條的兩側(cè)面油腔內(nèi)，然后經(jīng)過嚙合面之間的間隙

12、，再進(jìn)入齒頂與齒根的間隙，壓力降為零，流回油箱。 2022/8/2224二、傳動(dòng)方案 蝸桿蝸輪齒條機(jī)構(gòu)常用的傳動(dòng)方案有以下兩種：（1）蝸桿箱固定，蝸輪齒條固定在運(yùn)動(dòng)件上。這種傳動(dòng)方案用于龍門式銑床的移動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。（2）蝸輪齒條固定，蝸桿箱固定在運(yùn)動(dòng)件上。這樣行程長(zhǎng)度可大大超過運(yùn)動(dòng)部件的長(zhǎng)度。這種方案常用于橋式鏜銑床橋架進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。 2022/8/2225 直線電動(dòng)機(jī)可以分為步進(jìn)直線電動(dòng)機(jī)、直流直線電動(dòng)機(jī)和交流直線電動(dòng)機(jī)三大類。在機(jī)床上主要使用交流直線電動(dòng)機(jī)。 在勵(lì)磁方式上，交流直線電動(dòng)機(jī)可以分為永磁(同步)式和感應(yīng)(異步)式兩種。 4.5 直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)2022/8/2226一

13、、直線電動(dòng)機(jī)的工作原理 直線電動(dòng)機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)沒有本質(zhì)區(qū)別，可將其視為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)沿圓周方向拉伸展平的產(chǎn)物，對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子部分，稱為直線電動(dòng)機(jī)的初級(jí)；對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，稱為直線電動(dòng)機(jī)的次級(jí)。當(dāng)多相交變電流通過多相對(duì)稱繞組時(shí)，就會(huì)在直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)行波磁場(chǎng)，從而使初級(jí)和次級(jí)之間相對(duì)移動(dòng)。當(dāng)然，二者之間也存在下一個(gè)垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。 2022/8/2227二、直線電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 1、優(yōu)點(diǎn)（1） 高速響應(yīng) （2） 精度 （3） 動(dòng)剛度高 （4） 速度快、加減速過程短（5） 行程長(zhǎng)度不受限制（6） 運(yùn)動(dòng)噪音低 （7） 效率高 2022

14、/8/22282、缺點(diǎn)(1)效率低、功耗大、結(jié)構(gòu)尺寸和自重相對(duì)較大;(2)無機(jī)械連接或嚙合，不具自鎖能力，設(shè)計(jì)和使用中應(yīng)注意考慮外加制動(dòng)措施,特別是在垂直軸進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)用中； (3)對(duì)運(yùn)動(dòng)載荷較敏感，所以當(dāng)負(fù)荷變化大時(shí)，需要重新整定系統(tǒng);(4)磁鐵(或線圈)對(duì)電動(dòng)機(jī)部件的吸力很大，因此應(yīng)注意選擇導(dǎo)軌和設(shè)計(jì)滑架結(jié)構(gòu)，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(qiáng)冷卻。 2022/8/2229 例舉了絲杠、導(dǎo)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(jìn)給傳動(dòng)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(nèi)循環(huán)回流方式

15、 2022/8/2232螺母墊片絲杠FmFm伸張預(yù)緊墊片結(jié)構(gòu)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(nèi)齒圈齒差調(diào)隙式2022/8/2235危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）固定危險(xiǎn)軸向載荷（容許軸向載荷）自由2022/8/2236支承危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險(xiǎn)軸向載荷（容許軸向載荷）支承2022/8/2237 支承危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險(xiǎn)軸向載荷（容許軸向載荷）固定2022/8/2238危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險(xiǎn)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(dòng)

16、圖1-旋轉(zhuǎn)變壓器 2-測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 3-測(cè)速發(fā)電機(jī)定子 4-電刷 5-永久磁鐵 6-伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子 7-電磁線圈 8-外齒輪 9-內(nèi)齒輪2022/8/2240滑動(dòng)導(dǎo)軌2022/8/2241滾動(dòng)導(dǎo)軌2022/8/2242125789454545456直線滾動(dòng)導(dǎo)軌保持器2022/8/2243滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝固定方式 螺釘固定定位銷固定工作臺(tái)工作臺(tái)工作臺(tái)工作臺(tái)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(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī) 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(jìn)給運(yùn)動(dòng)蝸桿箱固定式1-蝸輪齒條 2-聯(lián)軸器 3-進(jìn)給箱 4-電動(dòng)機(jī) 5-蝸桿2022/8/2247進(jìn)給運(yùn)動(dòng)蝸桿箱移動(dòng)式1-蝸桿 2-渦輪齒條 3-進(jìn)給箱 4-電動(dòng)機(jī) 5-蝸桿箱 6-變速齒輪2022/8/2248次級(jí)初級(jí) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)展平為直線電機(jī)的過程（a）旋轉(zhuǎn)電機(jī) （b）直線電機(jī)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(diào)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(dòng)機(jī)與絲杠聯(lián)軸器松動(dòng)擰緊聯(lián)軸器，鎖緊螺釘絲杠潤(rùn)滑不良改善潤(rùn)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(yùn)動(dòng)不靈活軸向預(yù)加載荷過大調(diào)整軸向間隙和預(yù)加載荷絲杠與導(dǎo)軌不平行調(diào)整絲杠支座位置，使絲杠與導(dǎo)軌平行螺母軸線與導(dǎo)軌不平行調(diào)整螺母座位置絲杠彎曲變形調(diào)整絲杠滾珠絲杠潤(rùn)滑狀況不良檢查各絲杠副潤(rùn)滑用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑絲杠，需移動(dòng)工作臺(tái)，取下罩套，涂上潤(rùn)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(dǎo)軌研傷機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用，地基與床身水平度有變化，使導(dǎo)軌局部單位面積負(fù)荷過大定期進(jìn)行床身導(dǎo)軌的水平度調(diào)整，或修復(fù)導(dǎo)軌精度長(zhǎng)期加工短工件或承受過分集中的負(fù)荷，使導(dǎo)軌局部磨損嚴(yán)重注意合理分布短工件的安裝位置，避免負(fù)荷過分集中導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良調(diào)整導(dǎo)軌潤(rùn)滑油量，保證潤(rùn)滑油壓力導(dǎo)軌材質(zhì)不佳采用電鍍加熱自冷淬火對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行處理，導(dǎo)軌上增加鋅鋁銅合金板，以改善摩擦情況刮研質(zhì)量不符合要求提高刮研修復(fù)的質(zhì)量機(jī)裝維護(hù)不良，導(dǎo)軌里落入臟物加強(qiáng)機(jī)床保養(yǎng)，保護(hù)好導(dǎo)軌防護(hù)裝置導(dǎo)軌常見故障、故障原因及維修方法 2022/8/2251導(dǎo)軌上移動(dòng)部