数控机床进给系统

1. 滚珠丝杠螺母副的传动特点
1) 摩擦力小，传动效率高（0.9～0.96）； 2) 传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行； 3) 磨损小，精度保持性好，寿命长； 4) 经预紧可消除轴向间隙，无反向空行程，轴向
刚度高；
5) 传动有可逆性，不能实现自锁，立式时需要制 6) 动装置和超程保护； 6) 制造工艺复杂，成本高； 7) 尺寸不能太大，不适应于长行程和大型机床；
2）要求
为此，数控机床的进给传动系统必须满足下 列要求： （1）减少运动部件的摩擦阻力小； （2）提高传动精度和刚度； （3）运动部件惯量小；
3）方法与措施
（1）变滑动丝杠为滚珠丝杠； （2）使用滚动导轨、贴塑导轨、静压导轨； （3）减少传动间隙，对丝杠、支承进行预紧； （4）传动件结构合理化，减少尺寸，降低惯量；
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图b所示是一端固定一端游动的支承形式，丝 杠轴向刚度与图a形式相同，丝杠受热后有膨胀伸 长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式 的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝 杠或卧式丝杠
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图c所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚 度约为一端固定形式的4倍，可预拉伸，这样既可 对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得 到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂 适用于长丝杠。
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(1) 双螺母垫片预紧方式
❖ 通过调整垫片的厚度使左、右螺母产生轴向位 移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用
❖ 简单、刚性好、装卸方便、可靠 ❖ 调整困难 ，调整精度不高
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(2) 双螺母螺纹预紧方式
❖ 用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动 圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙 之后用圆螺母将其锁紧。
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2. 滚珠丝杠螺母副的结构及其特点
按螺旋滚道法向截面形状分: 单圆弧型和双圆弧型
按滚珠循环方式分: 内循环式和外循环式
按消除轴向间隙和调整预紧方式分: 垫片预紧式、螺纹预紧式和齿差预紧式
按用途分: 定位滚珠丝杠副(P类)、传动滚珠丝杠副(T类)
数控机床进给运动采用P类。
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内循环滚珠螺母结构
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2. 进给传动系统的基本形式
1）按进给运动分： 直线和圆周进给运动两类。 直线进给运动实现方法：滚珠丝杠螺母副、齿轮 齿条副、直线电机； 圆周进给运动实现方法：齿轮副、蜗轮蜗杆副；
2）根据驱动电机又分为： (1) 步进电机伺服进给系统； (2) 直流电机伺服进给系统； (3) 交流电机伺服进给系统； (4) 直线电机伺服进给系统；
(3) 调速范围宽；
(4) 稳定性好；
(5) 可靠性高；
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3）半闭环进给伺服传动系统组成
滚珠 丝杠 螺母
丝杠
伺服 电机 支承 轴承
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4. 进给直线电机结构简介
1）特点： (1)完全取消旋转运动变为直线运动的转换； (2)机械传动机构大大简化，实现“零传动”； (3)进给速度大，可达100m/min，10m/s2； (4)进给系统精度高、刚度大、响应快、稳定
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3) 滚珠丝杠螺母副与电动机的联接 (1)联轴器直接联接
优点：具有最大的刚度；本身无间隙，传动精度 高； 结构简单；适用中小型及高速CNC。
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(2)齿轮联接
特点：可变速传动，转矩可调，机电匹配性好， 布置灵活；但噪声大，摩擦增加，传动有间隙， 闭环易振荡，传动效率降低。
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(3)同步齿形带联接； ➢同步带传动装置
反向器
特点：滚珠在循环过程中始终与丝杠接触，易卡珠
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外循环滚珠螺母结构 丝杠 滚珠 回珠管
螺母
插管式 回珠管
特点：滚珠经回珠管外滚道作循环，有部分时间与 丝杠脱离接触。
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3. 滚珠丝杠螺母副的预紧和间隙的调整
轴向间隙：通常是指丝杠和螺母无相对转动时， 丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。
除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向 载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量
性好；
(5)电动机cos 低，抗干扰要求高，需要防磁
和散热措施。
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2）直线电机结构：
1－光
床身 直线电机结构
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工作台
床身
直线电机结构
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2.3.2 滚珠丝杠螺母副 作用：将回转运动转换为直线运动； 用途：各类中小型数控机床的直线进给；
丝杠 螺母
双螺母
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滚珠丝杠螺母副 10
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3. 进给传动的组成部件及其要求
1）进给传动系统的主要机电部件有：
(1)运动部件；(如工作台、导轨、横梁、立柱等)
(2)伺服电动机；
(3) 检测元件；
(4)联轴节；
(5) 丝杠轴承；
(6)滚珠丝杠螺母副(或齿轮齿条副)；
(7)减速机构(齿轮副和带轮)；
2）对进给传动部件的要求：
(1) 有较高的工作精度； (2) 响应速度快；
❖ 简单紧凑，调整方便，但调整精度较差，且易于 松动
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(3) 双螺母齿差预紧方式
螺母1和2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个 齿轮的齿数相差一个齿，两个内齿圈3和4与外齿轮 齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座 的两端。
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(3) 双螺母齿差预紧方式
调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整 两个螺母1、2分别向相同的方向转过一个或多个齿， 使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙 和预紧的目地。
1)原则： 预加载荷能有效减小弹性变形带来的轴向位移
为限度。 预紧是指配合在过盈的条件下工作，把弹性变
形量控制在最小限度
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2)方法： ➢双螺母预紧：
消隙方法比较灵活，维护简单，但预紧时， 必须注意：
a) 螺母预紧力也不宜过大 、过小； b) 应该特别注意减小丝杠安装部分和驱动 部分的间隙。
双螺母预紧常用有以下三种方法： 垫片调隙式； 螺纹调隙式； 齿差调隙式。
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4. 滚珠丝杠螺母副的安装 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷
主要是卧式丝杠的自重。
1)支承轴承组合
向心球轴承＋圆锥滚子轴承； 双向推力角接触球轴承(丝杠专用)＋角接触球轴承； 60°角接触轴承(丝杠专用)＋圆锥滚子轴承；
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2)支承固定方式
图a所示是一端固定一端自由的支承形式。其 特点：是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠 及垂直布置丝杠。一般用于数控机床的调整环节 和升降台式数控铣床的垂直坐标轴
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➢同步带结构
带背
强力层
带齿
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➢同步带传动特点：
同步齿形带传动是综合了带、链传动优点的新 型传动方式。具有：