机床进给传动系统
数控机床的进给传动系统文档资料
图7-39滚珠丝杠螺母副
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1-反向器 2-螺母 3-丝杠 4-滚珠
（2）滚珠丝杆螺母副的工作原理与特点 • 滚珠丝杠螺母副的结构形式
a)滚珠丝杠副轴向剖面图 滚珠丝杠螺母副
b)滚珠丝杠副法向剖面图
4
• (3)滚珠丝杠副的结构和轴向间隙的调整方法
•
1)螺纹滚道型面的形状及其主要尺寸。
21
(3) ①密封圈。密封圈装在滚珠螺母的两端。接触式的弹性密
封圈是用耐油橡皮或尼龙等材料制成的，其内孔制成与丝杠 螺纹滚道相配合的形状。接触式密封圈的防尘效果好，但因
非接触式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的，其内孔形 状与丝杠螺纹滚道相反，并略有间隙。非接触式密封圈又称 为迷宫式密封圈。
②防护罩。对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋钢带、伸缩 套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃 和磨粒粘附到丝杠表面。这几种防护罩与导轨的防护罩有相 似之处，其一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚 珠丝杠的支撑座上。
3.齿差调隙式 在两个螺母1、5的端面法兰上分别加工出外齿Z1和Z2，并各自装入
对应的内齿圈6中。内齿圈通过螺钉固定在螺母外的套筒3端面。通常两个外齿 轮相差1齿(如Z1=100，Z2=99)。当调整间隙时，将两个外齿轮从内齿圈中抽出 并相对内齿圈分别同向转动一个齿，然后插回原内齿圈中。此时，两个螺母间产 生的相对位移为：
滚珠丝杠制动示意图
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• 3）滚珠丝杆的防护 • 一般采用螺纹钢带、伸缩套筒、锥形套
筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护 罩。
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滚珠丝杠的防护
(1)支撑轴承的定期检查。应定期检查丝杠与床 身的连接是否有松动以及支撑轴承是否损坏 等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并
数控机床进给传动系统
数控机床进给模块之机械部件装配一．进给传动系统图纵向和横向进给传动系统图二．系统图的主要构造和功用电动机：1. 步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。
步进电动机是一种特殊的电动机，一般电动机通电后都是连续转动的，而步进电动机则有定位与运转两种状态。
当有一个电脉冲输入时，步进电动机就回转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电动机称为步进电动机。
又由于它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电动机。
当电脉冲连续不断地输入，步进电动机便跟随脉冲一步一步地转动，步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时间上与输入脉冲同步。
因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组的通电顺序，便可获得所需转角、转速和方向。
在无脉冲输入时，步进电动机的转子保持原有位置，处于定位状态。
步进电动机的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角能够控制，而且有一定的精度，常用作开环进给伺服系统的驱动元件。
与闭坏系统相比，它没有位置速度反馈回路，控制系统简单，成本大大降低，与机床配接容易，使用方便，因而在对精度、速度要求不十分高的中小型数控机床上得到了广泛地应用。
2. 直流伺服电动机由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高，而直流电动机具有良好的调速特性，因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中，得到较广泛地使用。
直流进给伺服电动机就其工作原理来说，虽然与普通直流电动机相同。
然而，由于机械加工的特殊要求，一般的直流电动机是不能满足需要的。
首先，一般直流电动机转子的转动惯量过大，而其输出转矩则相对较小。
这样，它的动态特性就比较差，尤其在低速运转条件下，这个缺点就更突出。
在进给伺服机构中使用的是经过改进结构，提高其特性的大功率直流伺服电动机，主要有以下两种类型：（1）小惯量直流电动机。
主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小，因此在结构上与普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。
以此表现为转子的转动惯量小，仅为普通直流电动机的1/10左右。
数控机床的进给传动系统
数控机床的进给传动系统摘要：本文主要阐述了数控机床对进给传动系统的基本要求，数控机床进给传动系统的主要形式。
关键词：数控机床；传动系统；进给系统1 数控机床对进给传动系统的基本要求数控机床对机械传动系统的要求主要有以下几点。
1.1 提高传动部件的刚性数控机床的直线运动定位精度和分辨率必须达到微米级，回转运动的定位精度和分辨率必须达到角秒级，伺服电动机的驱动转矩，尤其是起动、制动时的转矩也很大。
假设传动部件的刚度不强，一定会使传动部件发生弹性变形，影响系统的定位精度、动态稳定性和响应快速性。
而加大滚珠丝杠的直径，对滚珠丝杠螺母副、支承部件进行预紧，进行预拉伸等，均为提高传动系统刚度的有效办法。
1.2 减小传动部件的惯量驱动电动机，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因。
尤其是高速加工的数控机床，因为对进给系统的加速度要求比较高，所以，在满足系统强度和刚度的条件下，要减小零部件的质量、直径，以降低惯量，提高快速性。
1.3 减小传动部件的间隙在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精度；在闭环系统中，它是系统的主要非线性环节，影响系统的稳定性，所以，要采取有效措施消除传动系统的间隙。
消除传动部件间隙的措施是对齿轮副、丝杠螺母副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及支承部件进行预紧或消除间隙。
而采取措施后将可能增加摩擦阻力，降低机械部件的寿命，因此，必须统筹各种因素，使间隙减小到允许范围。
1.4 减小系统的摩擦阻力进给系统的摩擦阻力会降低传动效率，产生发热；同时，它还直接影响系统的决速性；因为摩擦力的存在，动、静摩擦系数的变化，会导致传动部件的弹性变形，产生非线性的摩擦死区，影响系统的定位精度和闭环系统的动态稳定性。
采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、直线滚动导轨、静压导轨和塑料导轨等高效执行部件，能减少系统的摩擦阻力，提高运动精度，避免低速爬行。
2 数控机床进给传动系统的主要形式2.1 滚珠丝杠螺母副它的特点是：摩擦损失小，传动效率高；丝杠螺母之间预紧后，可消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，它与运动速度无关，动、静摩擦力的变化会很小，也不可能产生低速爬行现象；工作磨损小，使用寿命长，精度保持性好。
数控机床进给传动系统课件
高速、高精度、高可靠性发展趋势
高速化
随着制造业的飞速发展，对加工效率的要求也越来越高。为了满足这一需求，数控机床进 给传动系统正朝着高速化的方向发展。通过优化结构设计、提高驱动元件性能、降低传动 链的摩擦和惯量等方法，可以实现更高的进给速度，从而提高加工效率。
各种传动装置的特点和适用场景。
传动精度保障
阐述如何通过制造工艺和装配技 术，确保传动装置的高精度和稳 定性，以满足机床的加工精度要
求。
高效传动设计
分析如何提高传动装置的运动效 率，降低能耗，提高机床的整体
性能。
数控技术及其在进给传动系统中的应用
数控技术概述
01
简要介绍数控技术的发展历程、基本原理和核心技术。
控制系统升级
引入高精度磨削控制算法，优 化磨削过程中的进给速度和切 削深度。
传动改造
更换磨损严重的滚珠丝杠副、 导轨等传动元件，选用高精度 轴承和联轴器。
效果验证
采用标准试件进行磨削试验， 利用表面粗糙度仪、三坐标测 量机等设备对磨削效果进行评估。
案例三
维护内容
定期对传动元件进行检查、清洁、润滑和紧固，更换磨损 严重的零部件。
轨滑块上移动。
3. 通过控制系统调节伺服电 机的旋转速度，实现工作台的
匀速、变速等运动模式。
数控机床进给传动系统的分类和特点
分类 开环进给传动系统：结构简单，成本低，但精度较低。
闭环进给传动系统：精度高，稳定性好，但成本较高。
数控机床进给传动系统的分类和特点
特点 高精度：数控机床进给传动系统具有较高的定位精度和重复定位精度。 高刚度：系统具备较高的刚度，能够承受切削力，保证加工精度。
数控机床的进给传动系统概述
进给传动系统
• 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动
• 4）双导程蜗杆副的蜗杆支承直接安置在支座上，只需保 证支承中心线与蜗轮中截面重合，中心距公差可略微放宽 ，装配时，用调整环来获得合适的啮合侧隙，这是普通蜗 杆副无法办到的。 • 5）双导程螺杆副不足之处是制造困难。
图4-14 滚珠丝杠副的结构原理
进给传动系统
• 4.3 数控机床用丝杠传动副
• 2.特点 • 1）摩擦损失小，传动效率高，可达90%～96%，功率消 耗只相当于常规丝杠螺母副的1/4～1/3。 • 2）采用双螺母预紧后，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙， 提高了传动刚度。 • 3）摩擦阻力小，动、静摩擦力之差极小，能保证运动平 稳，不易产生低速爬行现象。 • 4）不能自锁，有可逆性，既能将旋转运动转换为直线运 动，又能将直线运动转换为旋转运动。 • 5）运动速度受到一定限制，传动速度过高时，滚珠在其 回路管道内易产生卡珠现象。 • 6）制造工艺复杂。
进给传动系统
• 4.1 概述
• 3.弹性联轴器
无键联接；
依靠弹性钢片 组对角联接传 递转矩。
图4-4 直接联接电动机轴和丝杠的弹性联• 4.安全联轴器 防止过载造成整个运动传动机构零件损坏。
图4-5 安全联轴器工作原理
进给传动系统
• 4.1 概述
• TND360型数控车床的安全联轴器
图4-6 TND360型数控车床的纵向滑板的传动系统图 1—旋转变压器和测速发电机 10—滚珠丝杠 2—直流伺服电动机 3—锥环 11—垫圈 12、13、14—滚针轴承
4、6—半联轴器
5—滑环 7—钢片 8—碟形弹簧 9—套
15—堵头
16—压紧螺钉 17—压紧外环 18—压紧内环 19—压紧套
第三章 数控机床的进给传动系统
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3.2 数控机床进给传动系统的基本形式
滚珠丝杠副的消除间隙调整和预加载荷
滚珠丝杠副的传动不允许有间隙，不仅因为它会 造成反向冲击，更重要的是产生定位误差，影响机 床的精度稳定性，为了提高进给系统的刚度，使滚 珠丝杠在过盈条件下工作更为有利，即进行预加载 荷或称为预紧。 双螺母法消除间隙和预加载荷。
了体积。
(2) 不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速
度快，灵敏度高，随动性好，准确度高。
(3) 直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于电机本身结构简单，
又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质
中使用。
(4) 直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，
钢带缠卷式丝杠防护装置
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3.2 数控机床进给传动系统的基本形式 3.2 静压丝杠副
静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副
❖ 丝杠传动的局限性：长丝杠制造困难，且容易弯曲下垂，轴 向刚度和扭转刚度较差。
静压蜗杆蜗条副
❖ 工作原理：同静压丝杠螺母副。其中，蜗杆相当于丝杠，蜗 条相当于螺母。
❖ 配油问题：由于蜗杆是旋转的且与蜗条的接触区只有120° 左右，必须解决压力油从蜗杆进入静压油腔的问题。
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3.4 数控机床进给传动系统实例
MJ-50车床外形图
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MJ-50数控车床传动链示意图
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横向进给传动装置 ❖ AC伺服电动机15经同步带轮14和10以及同步带12
带动滚珠丝杠6回转，其上螺母7带动刀架21（如图 5-12b）沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动 。 ❖ A-A剖面图表示滚珠丝杠前支承的轴承座4用螺钉 20固定在滑板上。滑板导轨如B-B剖视图所示为矩 形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨 的间隙。 ❖ 图中22为导轨护板，26、27为机床参考点的限位开 关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导 轨的间隙。
数控机床的进给传动系统
详细描述
刚度是指数控机床在受到外力作用时，进给 传动系统抵抗变形的能力。高刚度的数控机 床能够减小受力变形对加工精度的影响，提 高加工质量。
速度与加速度
总结词
速度与加速度是衡量数控机床进给传动系统 动态性能的指标。
详细描述
速度与加速度是指数控机床在加工过程中， 进给传动系统能够达到的最大移动速度和加 速度。高速度和高加速度的数控机床能够缩
更换磨损件
对磨损严重的部件进行更 换，保证进给传动系统的 正常运行。
调整参数
根据实际运行情况，对进 给传动系统的参数进行调 整，优化其性能。
常见故ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ诊断与排除
噪音异常
温度过高
检查进给传动系统是否有异常噪音， 判断是否需要更换轴承或齿轮。
检测进给传动系统的温度，如温度过 高，需检查润滑系统是否正常工作。
03
数控机床进给传动系统的分 类
滚珠丝杠螺母副传动
总结词
滚珠丝杠螺母副传动是数控机床中最常用的进给传动方式之一，具有高精度、 高刚度、高可靠性的特点。
详细描述
滚珠丝杠螺母副传动通过将旋转运动转换为直线运动，实现工作台的进给运动。 其优点在于传动效率高、传动精度稳定、使用寿命长，且具有较高的刚度，能 够满足大多数数控机床的进给传动需求。
运行抖动
观察进给传动系统的运行情况，如有 抖动现象，需检查传动轴是否松动或 损坏。
06
数控机床进给传动系统的未 来发展
高精度化
总结词
随着制造业对产品精度要求的不断提高，数控机床的进给传动系统需要实现更高程度的 精度控制。
详细描述
高精度化是数控机床进给传动系统未来的重要发展方向。通过采用先进的控制系统、高 性能的传动元件和精密加工技术，可以提高数控机床的定位精度、重复定位精度和加工
数控机床的进给传动系统
图5-30 直线电动机进给驱动系统 1-位置检测器 2-转子 3-定子 4-床身 5、8-辅助导轨 7、14-冷却板
流电，次级就在电磁 力的作用下沿初级作
6、13-次级 9、10-测量系统 11-拖链 12、17-导轨 15-工作台 16-防护 直线运动。
尽管直线电动机有很多优点，但在选用时应注意以下不足之处： 1）与同容量旋转电动机相比，直线电动机的效率和功率因数要低， 特别在低速时更明显。 2）直线电动机，特别是直线感应电动机的起动推力受电源电压的影 响较大，故对驱动器的要求较高，应采取措施保证或改变电动机的有 关特性来减少或消除这种影响。 3）在金属加工机床上，由于电动机直接和导轨、工作台做成一体， 必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的影响。
5) 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的材料，热处理 和加工要求相当于滚动轴承。螺旋滚道必须磨削，制造成本高。
2. 静压丝杠螺母副 静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母的接触面之间，产生一
层保持一定厚度，且具有一定刚度的压力油膜，使丝杠和螺母之间由 边界摩擦变为液体摩擦。当丝杠转动时通过油膜推动螺母直线移动， 反之，螺母转动也可使丝杠直线移动。静压丝杠螺母的特点是：
2. 减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的 影响更大。在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的 直径和质量，以减少运动部件的惯量。
3. 减少运动件的摩擦阻力
机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给系统中，为了减 小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和 滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。
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（3）变速系统的布置应注意： 传动副 —— 前少后多； 降速 —— 前快后慢； 传动线 —— 前疏后密；
对于进给量按等比级数排列变速系统，其 设计原则刚好与主传动变速系统的设计原则相 反，这样，可以减小中间传动件至末端传动件 的传动比，减少所承受的转矩，以便减小尺寸, 使结构更为紧凑。
二.进给传动系统的传动精度
取最大快速运动时的转速(或速度)； 进给方向的切削分力远大于运动部件沿进给
运动方向的摩擦力的进给系统：传动件的计算 转速(或速度)由该机床在最大切削力工作时所使 用的最大进给速度来决定，一般取机床规定的 最大进给速度的1/2～1/3。
运动部件沿进给运动方向的摩擦力大于进给 方向的切削分力的进给系统：传动件的计算转 速(或速度)取最大进给速度。
§3.2 机床进给传动系统的设计 一.进给传动系统的类型、组成及特点 1. 进给传动系统的类型
机床进给传动系统
机械进给 液压进给 电气进给
2. 进给传动系统的组成
运动分配机构：实现纵向、横向、垂直等不 同方向传动路线的传递与转换；
变速机构：改变进给量的大小； 运动转换机构：转换运动类型(直线，旋转) ; 换向机构：改变进给运动的方向； 过载保护机构：使进给运动在过载时自动断 开，过载排除后自动接通； 快速传动机构：进、退刀等快移运动； 动力源（进给电机）: 为进给运动提供动力;
机床的传动精度是指机床内联系传动链两 端件之间相对运动的准确性。机床的传动精度 是评价机床质量的重要标准之一。
1. 误差来源
在传动链中，各传动件的制造误差和 装配误差以及传动件因受力和温度变化而 产生的变形都会影响传动链的传动精度。 在传动件的制造误差中，传动件的轴向跳 动和径向跳动，齿轮和蜗轮的齿形误差、 周节误差和周节累积误差，丝杠、螺母和 蜗杆的半角误差、导程误差和导程累积误 差等，是引起传动误差的主要来源。
2. 误差传递规律 在传动链中，各个传动件的传动误差都按
一定传动比依次传递，最后集中反映到末端件 上，其传动规律可用下式表示：
末端件角度误差： n iii
末端件线值误差： ln rnn rniii
式中 ——
△Φi：传动件i的角度误差； ii ：传动件 i 到末端件 n 之间的传动比； rn ：在末端件 n 上与加工精度有关的半径。
闭 环系统
使用位移检测装置直接测量机 床执行部件的移动，并反馈给数控 装置，与指令位移进行比较，用其 差值控制伺服电动机工作。
半闭环系统
位移检测装动机的角位移进行检测，间 接对工作台实行反馈控制，
四.进给伺服电机的选择（略）
3. 进给传动系统的特点 （1）速度低，功率消耗少，可看作恒转矩传动;
进给系统中，任一传动件所承受的转矩为：
Ti Tmax ii /i
式中—— Ti ： 任一传动轴承受的转矩； Tmax：末端输出轴上允许的最大转矩； ii：从 i 轴到末端轴的传动比； ηi：从 i 轴到末端轴的传动效率;
（2）计算转速的确定 具有快速运动的进给系统：计算转速(或速度)
3. 内联系传动链的设计原则
传动链尽可能短（越短，传动副越少，误差 越小）；
合理分配传动比（末端件传动副的传动比应 最小）；
合理确定各传动副的精度（末端件传动副的 精度应最高）；
合理选用传动件（内联系传动链不可采用摩 擦传动副）；
采用校正装置；
三.数控机床伺服进给传动系统的类型
开环系统
对工作台等的实际位移不进行 检测反馈处理。