滚珠丝杆传动机构的性能和特点
立式加工中心工作台Z轴进给传动系统设计
立式加工中心工作台Z轴进给传动系统设计1. 引言本文档旨在介绍立式加工中心工作台Z轴进给传动系统的设计方案。
该方案旨在提高运动的精确度、稳定性和效率，从而满足现代制造业对高精度加工的需求。
2. 设计要求立式加工中心工作台Z轴进给传动系统的设计要求如下：- 高精度：能够实现微小加工精度要求，最小单位需达到0.001毫米；- 稳定性：能够抵抗振动和冲击，确保加工过程的稳定性；- 高效率：能够提高加工速度和效率，减少加工时间。
3. 设计原理立式加工中心工作台Z轴进给传动系统设计方案基于以下原理：- 采用精密滚珠丝杠传动：使用高精度、低摩擦的滚珠丝杠传动机构，实现Z轴的精确移动；- 应用伺服电机控制：通过伺服电机控制滚珠丝杠传动系统，实现精确的位置控制和速度控制；- 配备位置传感器：在滚珠丝杠传动系统中安装位置传感器，实时检测工作台Z轴的位置，以实现闭环控制。
4. 设计方案基于上述设计原理，立式加工中心工作台Z轴进给传动系统的设计方案如下：4.1 滚珠丝杠传动机构- 选择高精度的滚珠丝杠，确保传动精度；- 采用预加载技术，提高传动系统的刚性和精密度；- 选择适当的滚珠丝杠螺距，以满足加工的需求。
4.2 伺服电机控制系统- 选择适合的伺服电机，具有高转矩和高响应速度；- 配备精密的位置检测装置，以实现精确的位置控制；- 使用先进的控制算法，实现平稳的速度控制。
4.3 位置传感器- 安装高精度的位置传感器，实时检测工作台Z轴的位置；- 将位置传感器的信号反馈给伺服电机控制系统，实现闭环控制；- 通过闭环控制，实现对工作台Z轴位置的精确控制。
5. 结论通过采用精密滚珠丝杠传动、伺服电机控制和位置传感器反馈的设计方案，现代立式加工中心工作台Z轴进给传动系统可以实现高精度、稳定性和高效率的加工。
该设计方案能够满足制造业对精确加工的要求，提高产品质量和加工效率。
一目了然的滚珠丝杆的基础入门知识
一目了然的滚珠丝杆的基础入门知识滚珠丝杠的应用滚珠丝杠机构作为一种高精度的传动部件,大量应用在数控机床、自动化加工中心电子精密机械进给机构、伺服机械手、工业装配机器人、半导体生产设备、食品加工与包装、医疗设备等各种领域。
滚珠丝杠机构的结构如果将滚珠丝杠机构沿纵向剖开,可以看到它主要由丝杠、螺母、滚珠、滚珠回流管防尘等组成。
在图13-4中,各部分结构的作用如下:丝杠属于转动部件,是一种直线度非常高、上面加工有半圆形螺旋槽的螺纹轴,半圆形螺旋槽是滚珠滚动的滚道。
丝杠具有很高的硬度,通常在表面淬火后再进行磨削加工保证具有优良的耐磨性能。
丝杠一般与驱动部件连接在一起,丝杠的转动由电机直接或间接驱动。
既可以采用直联的方法,即将电机输出轴通过专用的弹性联轴器与丝杠相联传动比为1;也可以通过其他的传动环节使电机输出轴与丝杠相连,例如同步带、齿轮等(2) 螺母螺母是用来固定需要移动的负载的,其作用类似于直线导轨机构的滑块。
一般将所需要移动的各种负载(例如工作台、移动滑块)与螺母连接在一起,再在工作台或移动滑块上安装各种执行机构螺母内部加工有与丝杠类似的半圆形滚道,而且设计有供滚珠循环运动的回流管,螺母是滚珠丝杠机构的重要部件,滚珠丝杠机构的性能与质量很大程度上依赖于螺母。
(3)防尘片防尘片的作用为防止外部污染物进入螺母内部。
由于滚珠丝杠机构属于精密部件如果在使用时污染物(例如灰尘、碎屑、金属渣等)进入螺母,可能会使滚珠丝杠运动副严重磨损,降低机构的运动精度及使用寿命,甚至使丝杠或其他部件发生损坏,因此必须对丝杠螺母进行密封,防止污染物进入螺母4 滚珠在滚珠丝杠机构中,滚珠的作用与其在直线导轨、直线轴承中的作用是相同的,滚珠作为承载体的一部分,直接承受载荷,同时又作为中间传动元件,以滚动的方式传递运动。
由于以滚动方式运动,所以摩擦非常小。
(5) 油孔滚珠丝杠机构运行时需要良好的润滑,因此应定期加注润滑油或润滑脂。
简述滚珠丝杠螺母机构的特点。
滚珠丝杠螺母机构是一种常见的传动机构，其特点如下：
1. 高精度：滚珠丝杠螺母机构采用滚珠与丝杠的配合，具有高精度、高刚性、高效率等特点，能够实现精密的位置控制和运动控制。
2. 高速度：滚珠丝杠螺母机构的滚珠与丝杠之间采用滚动摩擦，摩擦力小，因此具有较高的转速和运动速度。
3. 长寿命：滚珠丝杠螺母机构采用高强度材料制成，具有较高的耐磨性和耐腐蚀性，能够长时间稳定运行。
4. 负载能力强：滚珠丝杠螺母机构的滚珠与丝杠之间采用点接触，能够承受较大的负载，适用于高负载、高精度的运动控制。
5. 安装方便：滚珠丝杠螺母机构结构简单，安装方便，能够适应不同的安装环境和工作条件。
丝杠螺母传动机构[方案]
![丝杠螺母传动机构[方案]](https://img.taocdn.com/s3/m/f2def0cd29ea81c758f5f61fb7360b4c2e3f2a23.png)
丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。
它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。
有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。
丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。
滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。
滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％～98％)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。
本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。
1．工作原理如图2—1所示，丝杠4和螺母1的螺纹滚道间置有滚珠2，当丝杠或螺母转动时，滚珠2沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置3，如图2一la所示的反向器和图2—1b所示的挡珠器，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。
2．传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式有如图2—2所示的四种类型。
(1)螺母固定、丝杠转动并移动如图2—2a所示，该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。
但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。
因此只适用于行程较小的场合。
(2)丝杠转动、螺母移动如图2-2b所示，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。
其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。
适用于工作行程较大的场合。
(3)螺母转动、丝杠移动如图2_2c所示，该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。
(4)丝杠固定、螺母转动并移动如图2—2d所示，该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。
此外，还有差动传动方式，其传动原理如图2_3所示。
丝杠螺母
第二节滚珠丝杠传动部件丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。
有以传递力为主的（千斤顶），有以传动运动为主的（进给丝杠），还有调整零件之间相对位置的（螺旋测微器）。
按照摩擦性质还有滑动(摩擦)丝杠螺母机构和滚动(摩擦)丝杠螺母机构之分。
滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％-40％)。
滚珠丝杠螺母机构：结构复杂、制造成本高，无自锁功能，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％-98％)，因此在机电一体化系统中得到广泛应用。
一、丝杠螺母机构的传动形式丝杠和螺母间共有4种基本的传动形式丝杠螺母的基本传动形式一、丝杠螺母机构的传动形式(a)螺母固定、丝杠转动并移动。
因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。
但其刚性较差，因此只适用于行程较小的场合。
(b)丝杠转动、螺母移动。
需要限制螺母的转动，故需导向装置。
其特点是结构紧凑、丝杠刚性较好，工作行程大，在机电一体化系统中应用较广泛。
一、丝杠螺母机构的传动形式(c)螺母转动、丝杠移动。
需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，很少应用。
(d)丝杠固定、螺母转动并移动。
结构简单、紧凑，但在多数情况下，使用极不方便，很少应用此外，还有差动传动方式该方式的丝杠上有旋向相同、基本导程不同的两段螺纹。
当丝杠2转动时，可动螺母1的移动距离为S＝n×(l01-l02)，如果两基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位移S。
因此，这种传动方式多用于各种微动机构中。
二、滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副主要包括由丝杆3、螺母2、滚珠4和反向器(滚珠循环反向装置)等四部分。
滚珠丝杠副的结构类型可以从螺纹滚道的型面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整方法进行区别。
滚珠丝杠副实物图三、滚珠丝杠副的截面形状1.按螺纹滚道型面(法向)形状：分为单圆弧型和双圆弧型单圆弧型的螺纹滚道特点：接触角随轴向载荷大小的变化而变化，加工成型简单。
精密机械滚珠丝杠结构PPT课件
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3. 滚珠丝杠副结构
外循环
滚珠丝杠副结构特点：
●螺纹滚道型面的形状
内循环
●滚珠的循环方式
●轴向间隙和调整预紧机构
根据丝杠传动不同的使用条件，其结构特点 存在一定差异，设计与选用时应予以注意。
关键问题：滚道形状、滚珠循环方式、调整机构
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（1）螺纹滚道法向截型 综合考虑精度、结构、工艺等问题，目前
公称直径d0 基本导程L0 接触角β
滚珠直径db 圆弧偏心距e
螺纹大径d 螺纹小径d1 压顶圆角r2
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螺纹大径D 螺纹小径D1
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6.滚珠丝杠副的选用
（1）按疲劳寿命
1）滚动丝杠副损坏过程
●滚珠与滚道型面间产生接触应力 ●应力状态为循环 ●循环应力将造成滚珠或滚道疲劳点蚀 ●缺陷扩大导致振动和噪音，直到失效
螺母 丝杠
滚珠
循环装置
滚动丝杠螺母内含 滚珠返回通道，保 持滚珠循环工作。
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2. 滚珠丝杠机构的特点
除滑动丝杠传动的一般特点外，滚珠 丝杠副还具有如下特点：
（1）传动效率高（0.96），启动力矩小 （2）传动精度高（微米级） （3）具有传动的可逆性，不能自锁 （4）寿命长，维护简单 （5）制造工艺复杂，成本高
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2）代号和标记方法
国家标准规定，滚珠螺旋副的代号和标记
方法如下：
例： C D M 50 10 □－3－P 3 精度等级 类型（P或T） 负荷钢珠圈数 旋向，右旋省略 公称导程 公称直径
结构特征
预紧方式 循环方式
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5.滚珠丝杠副主要参数设计
滚珠丝杆副装配调整
(3)两端装推力轴承 如图9-17c所示, 把推力轴承装在滚珠丝杠的两 端, 并施加预紧力, 有助于提高传动刚度, 但这种安装方式对丝杠的 热变形较为敏感。
(4)两端装推力轴承及深沟球轴承 如图9-17d所示, 为了提高丝杠的 刚度, 它的两端采用双重支承, 即推力轴承和深沟球轴承, 并施加预 紧力。
图1－9 丝杠水平方向与导轨 的平行度误差
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
图1－10 轴承座孔轴心线与导 轨的平行度误差（垂直方向）
图1－11 轴承座孔轴心线与导轨 的平行度误差（水平方向）
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
轴组的装配
一、滚动轴承游隙的调整（参阅精密轴承装配讲义） 二、滚动轴承的预紧 1)成对使用角接触球轴承的预紧。
由于数控机床的进给运动是数字控制的直接对象, 被加工工件的最终 位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。 摩擦阻力小、传动精度和传动刚度高、传动零件的惯量小、系统具有适 度阻尼、稳定性好、寿命长、使用维护方便。 3. 滚珠丝杠副
普通丝杠副采用滑动摩擦, 滚珠丝杠副采用滚动摩擦。因此, 滚珠丝杠 副的传动要比普通丝杠副灵敏且传动效率高。
二、二维工作台的装配与调整
2.二维工作台的机械装配步骤 （3） 轴承安装完成
二、二维工作台的装配与调整
2.二维工作台的机械装配步骤 （4） 用游标卡尺测量两轴承座的中心高、直线导轨、等高块的高度进行记录，并计算差值
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二、二维工作台的装配与调整
• 2.二维工作台的机械装配步骤
（5） 将轴承座安装在丝杆上。
双柱横梁式镗床、龙门创床，龙 门铣床、立式车床等机床的横梁
梯形丝杠 滚珠丝杠 回差-概述说明以及解释
梯形丝杠滚珠丝杠回差-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括以下信息:梯形丝杠和滚珠丝杠是机械传动领域常见的两种丝杠传动方式。
它们被广泛应用于各种机械设备中，如数控机床、自动化生产线等。
然而，两种丝杠传动方式在结构、特点以及应用领域上存在一定的差异。
梯形丝杠是一种基于螺纹副的传动方式，借助螺纹副的相对运动来实现转动运动转化为直线运动。
它的特点是结构简单、制造成本低廉。
梯形丝杠广泛应用于一些负载要求不高、速度要求较低的机械设备中，如手摇绞车、手动提升机等。
然而，由于梯形螺纹副的传动效率较低，摩擦力大，以及回差问题的存在，梯形丝杠在一些高负载、高速度要求的领域受到了限制。
相对于梯形丝杠，滚珠丝杠采用滚珠副来实现转动运动向直线运动的转化。
滚珠副的使用可以大大降低传动中的摩擦阻力，提高传动效率，并且滚珠丝杠还具有较高的刚性和定位精度。
因此，滚珠丝杠广泛应用于要求精确定位、高速运动的机械设备中，如数控机床、自动化生产线等。
然而，有一个共同的问题是梯形丝杠和滚珠丝杠都存在着回差问题。
回差是指在转动运动向直线运动转化的过程中，由于传动副的轴向间隙或滚珠的滚动精度导致的误差。
回差问题会影响机械设备的定位精度和运动平稳性，对于一些高精度、高稳定性要求的应用领域尤为重要。
因此，本文将重点分析梯形丝杠和滚珠丝杠的特点以及回差问题，并提出解决回差问题的方法和改进建议。
通过对比分析，我们可以更好地了解两种丝杠传动方式的优劣势，为机械设备的选型和设计提供参考依据。
在实际应用中，需要根据具体的要求和条件选择合适的丝杠传动方式，并采取相应措施来降低回差对系统性能的影响，以满足不同应用领域的需求。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构文章将按照以下结构展开：引言部分将提供大致的背景介绍，介绍梯形丝杠、滚珠丝杠以及回差的基本概念和目的。
正文部分将分为三个主要部分：梯形丝杠、滚珠丝杠和回差。
在每个主要部分中，我们将详细介绍其定义、特点和应用。
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滚珠丝杆传动机构的性能和特点
滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。
是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。
当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。
常用的循环方式有两种：外循环和内循环。
与丝杠脱离接触的称为外循环。
外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。
外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。
；始终与丝杠保持接触的称为内循环。
内循环均采用反向器实现滚珠循环。
传动机构的性能
与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3
由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。
与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。
在省电方面很有帮助。
传动效率高
滚珠丝杠副的传动效率高达90%～98%，为滑动丝杠副的2～4倍，能高效地将扭力转化为推力，或将推力转化为扭力。
传动灵敏平稳
滚珠丝杠副为点接触滚动摩擦，摩擦阻力小、灵敏度好、启动时无颤动、低速时无爬行，可μ级控制微量进给。
定位精度高
滚珠丝杠副传动过程中温升小、可预紧消除轴向游隙和初级弹性形变、可对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，故可获得较高的定位精度和重复定位精度。
精度保持性好
滚珠及滚道硬度达HRC58～63，滚道形状准确，滚动摩擦磨损极小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用寿命。
传动刚度高
滚珠丝杠副内外滚道均为偏心转角双圆弧面、在滚道间隙极小的时也能灵活传动。
需要时加一定的预紧载荷则可消除轴向游隙和初级弹性形变以获得良好的刚性（此时使用寿命有所减少）。
同步性能好
滚珠丝杠副因具有导程精度高、灵敏度好的特点，在需要同步传动的场合，用几套相同导程的滚珠丝杠副可获得良好的同步性能。
无侧隙、刚性高
滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的
刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥
力可使丝母部的刚性增强)。
高速进给可能
滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
滚珠丝杠副可用润滑来提高耐磨性及传动效率。
润滑剂分为润滑油及润滑脂两大类。
润滑油用机油、90～180号透平油或140号主轴油。
润滑脂可采用锂
基油脂。
润滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油通过壳体上的油孔注入螺母空间内。