滚珠丝杠螺母副的支承方式
习题册数控机床系统结构答案
第一章第一节数控机床的产生和发展第二节数控机床的特点和应用范围一、填空题1、第一代数控机床产生于1952年美国国麻省理工学院研究出一套试验性的数字数控系统，并把它安装在立式铣床上。
2、我国是1958年开始研究数控技术的。
3、机械加工的目标是高速、高效。
高精度。
4、在数控机床上加工工件，工件的加工精度主要取决于机床精度、插补精度、编程伺服精度。
5、最早的数控机床伺服系统执行机构采用液压转矩放大器。
二、选择题1、第一代数控机床产生于（B ）年。
A、1951B、1952C、19542、第三代数控机床产生于（ C ）年，研制出了小规模集成电路。
A、1951B、1952C、19603、经济型数控机床一般都采用（A）数控系统。
A、开环B、闭环C、半闭环4、（C）数控机床产生于1960年，研制出了小规模集成电路。
A、第一代B、第二代C、第三代D、第四代三、判断题1、第三代数控机床产生于1960年，研制出了小规模集成电路。
（1 ）2、点位控制系统控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，也控制点与点之间运动的轨迹。
（2）3、第四代数控机床的标志是小型计算机。
（1）四、简答题1、简述数控机床发展的六个时代及标志。
1952电子管时代；1956晶体管时代；1960小规模集成电路；1970由计算机作控制单元的数控系统；1974以微处理器为核心的数控系统；1990柔性制造单元2、数控机床的特点是什么？适应性强；能实现复杂的运动；加工精度高；生产效率高；能减轻劳动强度，改善劳动环境，有利于科学的生产管理3、简述数控机床的应用范围。
1）多品种小批量生产的零件。
2）形状结构比较复杂的零件。
3）需要频繁改型的零件。
4）价格昂贵，不允许报废的关键零件。
5）需要最短周期制作的急需零件。
6）批量较大精度要求很高的零件。
第二节数控机床的分类一、填空题1、按控制方式划分，数控机床可分为开环、半闭环和闭环三类。
其中开环中没有检测反馈装置，控制精度较低。
数控机床的进给传动系统介绍
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4.3 导轨滑块副
一、数控机床对导轨滑块副的要求
(1)导向精度高 (2)耐磨性好 (3)刚度大 (4)良好的磨擦特性
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二、导轨副的分类
导轨副按接触面的摩擦性质可以分为滑动导 轨、静压导轨和滚动导轨。 (1) 滑动导轨
特点:摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工 艺性好、速度较低.
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（四）制动装置
目前常见的有机械式和电气式两种。电气方 式制动是采用电磁制动器，而且这种制动器就 做在电机内部。
FANUC公司伺服电机带制动器的示意图。 机床工作时，在制动器线圈7电磁力的作用下， 使齿轮8与内齿轮9脱开，弹簧受压缩，当停机 或停电时，电磁铁失电，在弹簧恢复力作用下， 齿轮8、9啮合，齿轮9与电机端盖为一体，故 与电机轴联接的丝杠得到制动，这种电磁制动 器装在电机壳内，与电机形成一体化的结构。
(3)对运动载荷较敏感，所以当负荷变化大时，需 要重新整定系统;
(4)磁铁(或线圈)对电动机部件的吸力很大，因此 应注意选择导轨和设计滑架结构，并注意解决 磁铁吸引金属颗粒的问题；
(5)工作过程温升高，要求强冷却。
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4.6 进给传动系统常见故障诊断及维修
例举了丝杠、导轨在使用过程中常见的的故 障、故障原因及维修方法。
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滚珠丝杠螺母副
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外循环回流方式
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内循环回流方式
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螺母
Fm
垫片
丝杠
Fm
伸张预紧
垫片结构消隙
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机械电子学-第02章参考答案
机械电子学-第2章习题-参考答案2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？答：常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。
2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？（★）答：传递转矩和扭矩。
2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？答：精密化，高速化，小型、轻量化。
2-4、简述丝杠螺母机构的分类及特点。
答：丝杆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；滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高，因此在机电一体化中得到广泛应用。
2-5、丝杠螺母机构的传动形式及方法是什么？（★）答：丝杠螺母机构的基本传动形式有：（1）螺母固定、丝杠转动并移动；（2）丝杠转动、螺母移动；（3）螺母转动、丝杠移动；（4）丝杠固定、螺母转动并移动。
此外还有差动传动方式。
2-6、丝杠螺母副的组成要素有哪些？（★）答：滑动丝杠副一般由螺母、丝杠两部分构成。
滚珠丝杠螺母机构常由反向器、螺母、丝杠和滚珠等四部分组成。
2-7 滚珠丝杠副的传动特点有哪些？答：将旋转运动变换为直线运动或者将直线运动变换为旋转运动，具有摩擦阻力小，传动效率高，轴向刚度高，传动平稳，不易磨损，使用寿命长的特点。
但由于不能自锁，具有传动的可逆性，在用做升降传动机构时，需要采取制动措施。
2-8 滚珠丝杠副的典型结构类型有哪些？各有何特点？（★）答：滚珠丝杠副的典型结构与特点：按螺纹滚道的截面形状分为：单圆弧形、双圆弧形。
按滚珠的循环方式分为：内循环其特点是滚珠与丝杠始终保持面接触例如浮动式反向器的循环。
外循环其特点是滚珠在循环反向时要离开滚道，在螺母体内或体外作循环运动。
有螺旋槽式，插管式，端盖式。
2-9 滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？（★）答：消除轴向间隙的调整预紧方法有：双螺母螺纹预紧调整，双螺母齿差预紧调整，双螺母垫片调整预紧，弹簧自动调整预紧，单螺母变位导程预紧，单螺母滚道过盈预紧式。
滚珠丝杠的安装方式有哪些？【干货】
滚珠丝杠的安装方式有哪些？内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.滚珠丝杠，属于机床轴承中的一个分类，是能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机床轴承产品。
滚珠丝杠由螺杆、螺母、反向装置和滚珠组成，滚珠丝杠的主要功能是将旋转运动转化成直线运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，并且同时兼具高精度、可逆性和高效率等特点。
对于滚珠丝杠的安装主要有三种方式，分别是，一段固定，一端自由安装方式；一端固定，另一端支撑安装方式；两端固定安装方式三种基本安装方式：一端固定，一端自由方式一端固定，另一端自由安装方式，固定端的轴承可以同时承受轴向力和径向力，而滚珠丝杠轴承这种的支承方式主要是用于行程较小的短丝杠轴承或者全封闭式的机床，因为当采用这种结构的机械定位方式时，其精度是不可靠的，尤其是长径比大的丝杠轴承(滚珠丝杠相对细长)，其热变形是非常明显的。
但是，如果是1.5米长的丝杠，其在冷、热的不同环境下变化0.05~0.1mm是属于正常正常现象。
尽管如此，由于其结构较简单，安装调试较方便，大多高精度机床依然是采用这种结构；但是，有一点需要特别注意的就是，采用这种结构时必须加装光栅，采用全封闭环来反馈，以便能够充分丝杠的性能。
一端固定，另一端支承方式一端固定，另一端支承这种安装方式，固定端的轴承同样也是可以同时承受轴向力和径向力，而支承端只承受径向力，并且能够做微量的轴向浮动，以及可以减少或者避免因丝杠自重而出现的弯曲，另外，丝杠的滚珠丝杠支撑轴承热变形可以自由的向一端伸长。
因此，这是使用广泛的一种结构。
比如：目前国内中小型数控车床、立式加工中心等等都是采用这种结构两端固定方式丝杠两端均固定。
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。
滚珠丝杠知识汇总
滚珠丝杠副特性滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。
以传动形式分为两种：（1）将回转运动转化成直线运动。
（2）将直线运动转化成回转运动。
•传动效率高滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。
•运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。
•高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。
•高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。
•同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。
•高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。
在特殊场合可在无润滑状态下工作。
•无背隙与高刚性滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状（见图2.1.2—2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。
若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。
现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。
它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：(1)最大进给速度应达到40m/min或更高；(2)加速度要高，达到1g以上；(3)动态性能要好，达到较高的定位精度。
高速滚珠丝杠副是指能适应高速化要求(40 m／min以上)、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副，是实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。
数控机床的典型结构与部件
第2章数控机床的典型结构与部件2.1 数控机床的结构特点及要求2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。
（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。
（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。
（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。
（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。
2.1.2数控机床的结构要求及措施1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。
而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。
因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。
为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。
1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。
2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。
表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。
从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。
表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度1 1 11.24 1.17 1.381.34 1.21 8.861.63 1.32 17.73）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。
常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。
丝杠支撑方式
丝杠支撑方式
丝杠是一种机械传动装置，用于将旋转运动转换成线性运动。
在使用丝杠时，需要对其进行支撑，以保证其稳定性和正常运行。
以下是丝杠支撑的几种方式：
1. 固定支撑：将丝杠的两端固定在机械结构中，如加固板、支
撑架等。
这种支撑方式适用于丝杠长度较短、负载较小的情况。
2. 弹性支撑：在丝杠两端设置弹性支撑件，如弹簧、橡胶等，
使其能够缓冲振动和冲击力，减少噪音和振动。
这种支撑方式适用于负载较大、速度较快的情况。
3. 悬挂支撑：将丝杠的一端悬挂在机械结构中，另一端则通过
轴承或滑动导轨进行支撑。
这种支撑方式适用于丝杠长度较长的情况，可以有效避免丝杠的弯曲变形。
4. 磁悬浮支撑：利用磁力原理将丝杠悬浮在支撑架上，减少了
支撑点对丝杠的摩擦力和磨损。
这种支撑方式适用于高速、高精度的应用场合。
以上是丝杠支撑的几种常见方式，具体应根据不同情况选择合适的方式，以保证丝杠的正常运行。
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机电一体化基础机考题库
机电一体化基础机考题库1.机电一体化的所谓“三A革命”是工厂、（）、家庭自动化。
A.办公B.计算机C.打印机D.显示器答案:A2.机电一体化是一个综合的概念，包含了产品和（）两方面内容。
A.材料B.计算机C.技术D.传感器答案:C3.机电一体化产品由五个基本要素构成，五个基本要素构是机械本体、动力源、检测与传感装置、控制与信息处理装置和（）。
A.扭矩负载B.平稳性C.传动精度D.执行机构答案:D4.CIMS即（）。
A.柔性制造单元B.柔性制造系统C.计算机集成制造系统D.传动精度系统答案:C5.机电一体化的高性能化一般不包含（）。
A.高速化B.高保密C.高效率D.高可靠性答案:B6.机床的刚度是指机床在载荷的作用下抵抗（）的能力。
A.固定B.变形C.制动D.游动答案:B7.滚珠丝杠螺母副由于不能自锁，用于垂直安装时，应增加（）装置。
A.固定C.制动D.游动答案:C8.某伺服电机最高转速为1200r/mm，通过丝杠螺母副传动机床进给运动，丝杠螺距为，最大进给速度可达（）。
A.6800 mm /分B.7000 mm /分C.7200 mm /分D.7400 mm /分答案:C9.根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为滚动导轨和（）。
A.滑动导轨B.固定导轨C.摩擦导轨D.自由导轨答案:A10.目前国内外应用较多的塑料导轨有以（）为基体，添加不同填充材料所构成的高分子复合材料。
A.尼龙B.泡沫D.聚四氟乙烯答案:D11.某伺服电动机最大输出扭矩为5N.m，通过齿轮系2：1减速，可传动（）的最大扭矩负载。
A.5N.mB.10N.mC.15N.mD.2.5N.m答案:B12.滚珠丝杠螺母副的支承方式中，若用于刚度和位移精度都很高的场合，应选用（）。
A.一端固定、一端自由B.两端游动C.一端固定、一端游动D.两端固定答案:D13.传动机构减小摩擦，能够提高（）。
A.机构的稳定性能B.机构的灵敏度C.机构的刚度D.机构的传动精度14.滚珠丝杠螺母副消除轴向间隙的目的主要是（）。
7 机床数控技术-第7章 进给系统的机械传动结构-JIN
7.2 齿轮传动副
1.圆柱齿轮传动消除间隙
图示为另一种双片齿轮周 向弹簧错齿消隙结构，两 片薄齿轮1和2套装一起， 每片齿轮各开有两条周向 通槽，在齿轮的端面上装 有短柱3，用来安装弹簧4。 装配时使弹簧4具有足够的 拉力，使两个薄齿轮的左 右面分别与宽齿轮的左右 面贴紧，以消除齿侧间隙。 适合读数装置，不适合驱 动装置。
6.滚珠丝杆副的支承方式 2）一端装止推轴承，另一端装向心深沟球轴承（双推－支承 式）
图7-16（ b）一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
此种方式可用于丝杠较长的情况。为了减少丝杠热变形的影 响，热源应远离推力轴承一端。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
6.滚珠丝杆副的支承方式 3）两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）
结构简单，工艺性好，承载 能力较高，但径向尺寸较大。应 用最为广泛，也可用于重载传动 系统。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
7.3.1
2）内循环反向器式
靠螺母上安装的反 向器接通相邻滚道， 使滚珠成单圈循环， 反向器２的数目与滚 珠圈数相等。
丝杠螺母尺寸较小、 结构紧凑，刚度好，滚 珠流通性好，摩擦损失 小，但制造较困难。适 用于高灵敏、高精度的 进给系统，不宜用于重 载传动中。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 1）双螺母垫片式消隙
调整垫片1的厚度，可使 两螺母2产生相对位移，以 达到消除间隙、产生预紧拉 力之目的。其特点是结构简 单刚度高、预紧可靠，但使 用中调整不方便。
（b）端部加垫片 （a）中间加垫片
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 2）双螺母螺纹式消隙
7.1 概述 7.2 齿轮传动副 7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承 7.4 数控机床导轨
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滚珠丝杠螺母副的支承方式
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母副本身的刚度
外，滚珠丝杠的正确安装及支承结构的刚度也是不可忽视的因素：滚珠丝杠常用推力轴承支
座，以提高轴向刚度(当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用角接触球轴承支座)，滚珠丝杠
在数控机床上的安装支承方式有以下几种。
(1)一端装推力轴承(固定一自由式)。
如图3-15所示，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，只适用于短丝杠，一般用
于数控机床的调节或升降台式数控铣床的立向(垂直)坐标中。
(2)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承(固定一支承式)。
如图3-16所示，这种方式可用于丝杠较长的情况。应将推力轴承远离液压马达等热源
及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。
(3)两端装推力轴承(单推一单推式或双推一单推式)。
如图3—17所示，把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，这样有助于提
高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及向心球
轴承方式低。
(4)两端装推力轴承及深沟球轴承(固定一固定式)。
如图3-18所示，为使丝杠具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加
深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力的大小是
由丝杠的温度变形转化而产生的。但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。
近年来出现一种滚珠丝杠轴承，其结
构如图3-19所示。这是一种能够承受很大轴向力的特殊角接触球轴承，与一般角接触球轴
承相比，接触角增大到60。，增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承
比一般轴承的轴向刚度提高两倍以上，使用极为方便。产品成对出售，而且在出厂时已经选
配好内外环的厚度，装配调试时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经
调整好的预紧力，使用极为方便。
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