进给系统

数控机床的进给传动系统概述
数控机床进给系统的机械传动结构，包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副、齿轮副、同步齿形带副及其支承部件等。

数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终坐标位置精度和轮廓精度都与其传动结构的几何精度、传动精度、灵敏度和稳定性密切相关。

滚珠丝杠螺毋副
数控机床的进给运动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，主要采用滚珠丝枉螺母副。

有些大型数控机床和精密机床进给机构中，也采用静压丝扛螺母副和静压蜗杆蜗条副。

(1)摄珠丝杠螺母副的工作原理和特点
滚珠丝杠螺母副由弧形滚道面的丝杠、滚珠、滚珠循环返回器(回珠器)，以及圆弧形滚道面的螺母组成。

其结构原理示意图如图7—2所示。

在丝杠3和螺母1 上都有半圆弧形的螺旋榴，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。

螺母上有滚珠回路管道M将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。

当丝杠旋转时，滚珠在谈道内既自转又沿滚道循环转动。

因而迫使螺母(或丝杠)轴向移动。

由于滚珠丝杠螺母副是以滚动摩擦代替滑动摩擦，所以具有下列特点：
①摩擦损失小，传动效率高，效率可以达到o．92一o．96，相当于滑动丝扛的 1／43
②动作灵敏，低速运动平稳性好，随动精度和定位精度高；滚珠丝杠螺母副的摩擦阻力小，动静摩擦力差小，不易产生爬行现象；
③磨损小，精度保持性好，使用寿命长；
④不自锁，可以进行进向传动；
⑥进行适当的预紧后，可以消除轴向间隙，提高袖向运动精度和刚度。

⑥工艺复杂、制造成本高．另外，由于不能自钡，垂直和倾斜安装的时候须考虑制动装置；运动速度受到一定的限制，传动速度过高时，容易出现滚珠在其回路滚道内卡珠现象。

(2)滚珠丝杠螺母副的循环方式
滚珠丝扛螺母副的循环方式有内循环和外循环两种形式。

滚珠在循环过程中有时与丝扛脱离接触的称为外循环；始终与丝扛保持接触的称内循环。

图7—3(a)所示的为外循环式，图7—3(b)所示的为内循环式。

二者的区别是滚动体的返回方式不同，前者使用回珠管引导，滚珠返回时不与丝杠外因接触，所有滚珠形成一个循环体；后者使用反向器引导，滚珠返回时直接超过丝杠的齿顶，每一困滚珠形成一个循环体。

①外循环。

图7—4所示为常用的一种外循环方式，这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。

再在螺母的外表面上铣出回珠楷并沟通两孔。

另外在螺母内进出口处各装一挡珠器，井在螺母外表面装一套简．这样构成封闭的循环滚道。

外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。

其缺点是该道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。

因7—5(a)为螺旋槽式外循环滚珠丝杠螺母副结构示意图，图7—5(b)为插管式外循环滚珠丝扛螺母副的结构示意图。

②内循环。

内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种型式。

如图
(a)所示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽
2。

反向槽靠圆柱外因面及其上端的凸镀1定位，以保证对准螺纹短道方向。

图
(b)为扁圆镶块反向器．反向器为一半圆头平键形镶块，镕块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3，用钮块的外廓定位。

两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。

但这种反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。

内循环反向器和外循环反向器相比，其结构紧凑，定位可靠，刚性好，且不易磨损，返回接道短，不易发生滚珠堵塞，摩擦损失也小。

其缺点是反向器结构复杂，制造较困难，且不能用于多头螺纹传动。

t3)滚珠丝杠螺母副的滚道形式
根据滚珠丝枉螺母副的滚道型面不同，可以分为圆弧型面相双圆弧型面两种类型。

前者工艺性能较好，而后者使用性能较好。

图7—7为螺旋滚道型面的简图，图中钢球与滚道表面在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂线间的夹角称为接触角。

理想接触角。

＝45’。

①单圆弧型面。

如图7—7(a)所示，通常滚迟半径rR稍大于滚珠半径rwd 通常2rd＝(1．04—1．1)Dv沪对于单圆弧型面的螺纹滚道，接触角。

是随轴向负荷F的大小而变化。

当F＝o时，。

＝o；承载后，随F的增大．。

也增大，。

的大小由接触变形的大小决定。

当接触角。

增大后，传动效率、铀向刚度以及承载能力随之增大。

②双圆弧型面。

如图7—7(b)所示．滚珠与滚道只在内相切的两点接触，接触角。

不变。

两圆弧交接处有一小空隙，可容纳一些脏物，这对滚珠的流动有利。

对于单圆弧型面，接触角是随负载的大小而变化，因而轴承刚度和承载能力也随之而变化，应用较少。

双圆弧型面，接触角选定后是不变的，应用较广泛。

(4)滚珠丝杠螺母副间隙调整和预紧方法
为了保证滚珠丝杠螺母副的传动精度和刚度，必须施加预紧力以消除其轴向间隙。

预紧力大小应合适，如果顶紧力过大，会使空载力矩增加，降低传动效率，缩短使用寿命!如果预紧力过小，则达不到消除间隙的目的。

浓珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。

轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对传动时，丝杠和螺母之间的最大轴向审动量。

除结构本身所有的游隙之外，还包括施加油向载荷后产生的弹性变形造成的窜动量。

滚珠丝杠副的轴向间隙：负载时，滚珠与滚道型面接触的弹性交形所引起的螺母位移量和螺母原有的间隙的总和。

滚珠丝扛在出厂之前已经调整完毕，一般在出厂之后不用进行调整。

丝杠的结构可以定做，需要出丝杠的设计图纸。

常用螺母丝杠调隙和预紧方法有双螺母式和单螺母式两类，双螺母式基本原理都是使两个螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力，有垫片式、螺纹式和齿差调式。

单螺母式有变导程式和螺钉式。

①双螺母垫片调隙式。

图7—8为垫片预紧式结构原理图，通过调整垫片3的厚度，从而改变螺母1、2之间的距离，即可消除间隙，产生一定的预紧力。

这种调整方法简单、工作可靠。

但调整费时，只适用于普通精度的机床。

⑦双螺母螺纹调隙式；图7—9所示为利用螺纹来调整实现预紧的结构，两个螺母以乎键与外套相联，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。

用两个锁紧螺
母l，2能使螺母相对丝杠作轴向移动。

这种结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用较广。

但调整位移量不易精确控制，因此，预紧力也不能准确控制。

③双螺母齿差调隙式。

图7—lo所示为齿差式调整结构。

在两个螺母的凸缘上分别切出齿数为z1、z?的齿轮，而且Z1与z?相差一个齿。

两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合。

内齿圈紧固在螺母座上，预紧时脱开内齿团，使两个螺母同向转过相同的齿数，然后再合上内齿图。

两螺母的袖向相对位置发生变化从而实现间隙的调整和施加预紧力。

如果其中一个螺母转过一个齿时，则其轴向位移量为s＝十(‘为丝杠螺距，z1为齿轮齿数)。

数控机床进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制；与普通机床相比，要求其进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。

一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等几部分组成。

这里所说的机械传动装置是指将驱动源的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等。

为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作的稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙，减少摩擦，减少运动惯量，提高传动精度和刚度。

另外，进给系统的负载变化较大，响应特性要求很高，故对其刚度、惯量匹配都有很高的要求。

为了满足上述要求，数控机床一般采用低摩擦的传动副，如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等；保证传动元件的加工精度，采用合理的预紧和合理的支承形式，以提高传动系统的刚度；选用最佳障速比，以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少反向死区误差，提高位移精度等。