数控机床安装与调试课件

1 作为数控机床进给驱动机构，日前有下述几种常见连接形式：

当采用连接形式①和③时，电机作为主动轴，而滚珠丝杠和蜗杆轴作为被动 轴，如何将主动轴上的扭矩精准的传递到被动轴上？日前数控机床广泛采用“弹 性联轴器”。

所谓联轴器就是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和被动轴）使之共同 旋转以传递扭矩的机械零件。

联轴器可分为刚性的、和弹性的。 刚性的又可分固定式（套筒联轴器、凸缘联轴器等）可移式（齿轮联轴器、 十字滑块联轴器及万向联轴器等）

刚性联轴器的特点：刚性联轴器不具有补偿被联两轴线相对偏移的能力，也 不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能 保证被联轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。

弹性联轴器的特点：有很好的缓冲性、减震性，承载力适中，更重要的是弹 性联轴器能够允许主动轴和被动轴之间存在一定的安装误差。

③ 电机与蜗杆连接，蜗杆通过蜗轮副带动工作 台回转。（用于转台驱动）

② 电机与同步带轮相连接， 同步带轮连接滚珠丝杠。（早 期数控机床）

① 电机与滚珠丝杠直连 （日前广泛用于各类数控机床）

数控机床进给传动链组件之一 —— 联轴器 2

弹性联轴器根据结构不同分为： ① 波纹管式联轴器 特点：具有超强纠偏性。 页、逆时针回 转特性完全相同，可耐高温、免维护。

适用于小扭矩传动时，零回转间隙。 ② 梅花联轴器 特点：工作稳定可靠，具有良好的减振、 缓冲性能，具有较大的轴向、径向和角 向补偿能力，高强度聚氨醋弹性元件耐 磨耐油，承载能力大，使用寿命长。

适用于中等扭矩传动时的连接 ③ 膜片联轴器 特点：承载能力大，适用范围广，传递 扭矩范围可达 30-8100000N.m 使用寿 命长，工作温度范围大 ( 最高可达 +280℃)，可在腐蚀介质中工作构简单， 易于加工制造，没有磨损件，不需润滑， 易于维修，震动小、无噪声。靠膜片的 弹性变形来补偿所联两轴的相对位移。

其适用于中等以上扭矩传动时，传动精 度高，可靠性高，可高温下运转。

④ 齿形联轴器

内齿和外齿啃合，其适用于大扭矩传动 时。

角度误差 平行度误差 间隙误差 3 联轴器与轴相连时，又可分为不同连接形 式。 主要有： 1.键连接 传动扭矩大，结构简单，成本低，空间尺 寸小，但高速旋转时，其动平衡不好。

键连接工作原理与普通机械设备键连接 相同

2.夹紧式连接 结构简单，成本低，空间尺寸小。但锁紧 力不够时，会造成连轴器与轴之间轴向打滑。

卡紧连接是通过两端的紧固螺丝，将“开 口”闭合，增大卡持力矩。

3.胀环连接 传动力矩大，对相关加工尺寸 要求高，结构复杂，联轴器体积大。 账环夹紧工作原理为：通过端 盖锁紧，当压紧端盖时，同时压紧 了胀环，胀环分内圈和外圈，形状 是成锥形的，所以当有压紧力时， 它的内圈会压紧在轴上，外圈压紧 在联轴器套筒上。这样完成了轴与 联轴器的连接。

变形 变形 受 力 受 力

联轴器的连接 键槽

锁紧 螺丝

压 紧 Z1 型 胀 环 4 十字滑块式联轴器 当传递小扭矩时，通常采用十字滑块联轴器，十字滑块联轴器结构简单，体 积小，安装容易。同时能够允许一定的轴线安装误差。日前 FANUC 脉冲编码器 常采用十字滑块连接。

联轴器的常见故障： ） 弹性联接器 弹性联接器是数控机床广泛采用的联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差 引起的“干涉”现象。在结构允许的条件下，大部分数控机床的伺服进给系统都采 用弹性联接器结构。但弹性联接器装自时很难把握锥套是否锁紧，如果锥形套胀 开后摩擦力不足，就使丝杠轴头与电机轴头之间产生相对滑移扭转，造成数控机 床工作运行中，被加工零件的尺寸呈现有规律的逐渐变化（由小变大或大变小）， 每次的变化值基本上是恒定的。如果调整机床快速进给速度后，这个变化量也会 起变化，此时 CNC 系统并不报警，因为电动机转动是正常的，编码器的反馈也 是正常的。一旦机床出现这种情况，单纯靠拧紧两端螺钉的方法不一定奏效。解 决方法是设法锁紧联轴器的弹性锥形套，若锥形套过松，可将锥形套轴向切开一 条缝，拧紧两端的螺钉后，就能彻底消除故障。

） 刚性联轴器 刚性联轴器日前主要采用联轴套加锥销的联接方法，而且大多进给电机轴上 都备有平键。这种连接，经过一段时间使用，圆锥销开始松动，键槽侧面间隙逐 渐增大，有时甚至引起锥销脱落，造成零件加工尺寸不稳定。解决的方法有两种：

① 采用特制的小头带螺纹的圆锥销，用螺母加弹性垫圈锁紧，防止圆锥销 因快速转换而引起的松动。该方法能很好地解决圆锥销松动的问题，同时也减轻 了平键所承受的扭矩。当然，这种方法因圆锥销小头有螺母，必须确保联轴器有 一定的回转空间。

② 采用两只一大一小的弹性销取代圆锥销连接，这种方法虽然没有圆锥销 的连接方法精度高，但能很好地解决圆锥销松动问题，弹性销具有一定的弹性， 能分解部分平键承受的扭矩，而且结构紧凑，装自也十分方便。经在维修中应用， 效果很好。但装自时要注意，大小弹性销要求互成 180°装自，否则会影响零件 加工的精度。

数控机床的进给机构，采用伺服电机或步进电机与滚珠丝杠连接，一般采用 联轴器直连、齿形同步带连接或运用齿轮相连。在许多场合，因结构上的限制， 5 特别是采用了伺服电机或混合式步进电机后，联轴器直连便成为电机与滚珠丝杠 最为常见的连接方法。

由于数控机床进给速度较快，如快进、快垦的速度有时高达 20m/min 以上， 在整个加工过程中正反转换频繁。联轴器承受的瞬间冲击较大，容易引起联轴器 松动和扭转，随使用时间的增长,其松动和扭转的情况加剧。在实际加工时，主 要表现为各方向运动正常、编码器反馈也正常、系统无报警，而运动值却始终无 法与指令值相符合，加工误差值越来越大，甚至造成加工的零件报废。出现这种 情况时，建议检查一下联轴器。 6 Coupling 一一 联轴器 Torque 一一 力矩 Transmission 一一 传递 Torque transmission 一一 力矩传递 Damping 一一 抑制，阻尼 Vibrations 一一 震荡 Damping of torsion vibrations 一一 抑制扭矩震荡 Compensation 一一 补偿 Misalignments 一一 不重合 Axial misalignments 一一 轴线不重合 Compensation for axial, radial and angular shaft misalignments 一一 补偿轴向、径向和角 度方向的误差（不重合度）

Axial plug-in 一一 轴插入 easy assembly 一一 安装容易 maintenance free 一一 免维护 Flexible 一一 弹性的、柔性的 Elastic 一一 弹性的 Backlash 一一 反向间隙 Backlash-free 一一 无反向间隙 Prestress 一一 预加应力 Easy blind assembly 一一 便于盲装，非常容易安装。 Integrated clamping system 一一 综合卡紧装置 Flange connect一一 法兰连接 feather keyway according to DIN 6885 一一 标准键了连接，遵循 DIN 6885 标准。 Finish bore according to ISO fit H7 一一 联轴器孔精锺遵循 ISO 标准 H7

联轴器英语词汇 7 滚珠丝杠作为数控机床进给传动链中的重要组成部分，在整个传动链中起着 将旋转运动转化为直线运动的重要作用。

图 s 1 数控机床用滚珠丝杠 1. 滚珠丝杠的特点： 那么数控机床为什么不象普通机床那样使用梯形丝杠呢？我们通过对两种 丝杠的比较，自然会得出结论。

图 s 2 滚珠丝杠结构 图 s 3 梯形丝杠结构 通过上图 s 2 我们可以看出，滚珠丝杠副一一丝杠与丝杠螺母之间是滚动 摩擦，靠一连续的滚珠在滚道中产生相对运动，摩擦系数非常小，可达到 µ=0.003，在实际应用中由于滚珠丝杠是滚动摩擦，所以动态响应快，易于控制， 精度高。

而从图 s 3 中我们得知，梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑 动工作的，从机械原理上讲，滑动摩擦的两物体之间必然会有间隙，包括渐开线 齿轮、齿轮齿条等，所以梯形丝杠传递力矩时，摩擦力比滚珠丝杠大，间隙比滚 珠丝杠大。

数控机床进给传动链组件之二 ——滚珠丝杠副

作为数控机床的进 给驱动（不同于主轴传 动），一般情况是伺服电 机通过联轴器将动力直 接传递给滚珠丝杠，丝杠 旋转带动丝杠螺母横向 移动，也有的进给机构是 将动力传递给丝杠螺母， 丝杠螺母旋转推动丝杠 前后移动，完成将旋转运 动转化为直线运动这一 过程。 数控机床常用丝杠参见 图 s 1