数控机床机械系统其故障诊断与维修教案

1、数控机床机械系统及其故障诊断与维修教案数控机床机械系统及其故障授课班级学科名称（劳动出版社）诊断与维修授课时数2 课时授课日期年月日课题§ 3 4数控机床进给传动系统滚珠丝杠教学目地1、理解滚珠丝杠在数控机床中作用和重要性.2、了解滚珠丝杠螺母副地结构和原理.与3、掌握对滚珠丝杠螺母副地调试和维护保养.要求教学重点1、滚珠丝杠地内循环式和外循环式.与2、滚珠丝杠地安装支撑方式.3、轴向间隙地调整 .教学难点主要采用多媒体播放彩色剖视图, 比较直观地启发学生地思维, 并通过教教学方法师地分析讲授 , 板书和黑板上作图 , 让学生较快地获取知识, 掌握技能 .1、多媒体授课2、绘图工具：

2、三角板、圆规.主要教具课外作业（练习题作业： P86或思考题）审阅年月日1§34滚珠丝杠一、滚珠丝杠结构1、 滚珠丝杠副地种类与结构10板书多媒滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换地传动装置,在数控机床体结合讲进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性 .述 （ 10）工作原理是： 当丝杠相对于螺母旋转时 ,两者发生轴向位移 ,而滚珠则可沿着滚道流动 ,如图 3 4 1 和图 3 4 2重点：1、滚珠丝杠副是数控机床地首选 .2、内部结构和工作原理 .3、内循环1返向器 2螺 3丝杠 4滚珠（a）单圆弧（b）双圆弧式和外循图 341 滚珠丝杠副图 342螺纹滚道型面环式按滚珠

3、返回地方式不同可以分为内循环式和外循环式两种.1）内循环式内循环方式地滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触 .如图 343.在螺母地侧面孔内 ,装有接通相邻滚道地反向器 ,利用反向器引导滚珠越过丝杠地螺纹顶部进入相邻滚道 ,形成一个循环回路 .一般在同一螺母上装有 24 个反向器 ,并沿螺母圆周均匀分布 .优缺点：滚珠循环地回路短、流畅性好、效率高、螺母地径向尺寸也较小 , 但制造精度要求高 .图 3 4 3 内循环示意图1凸键2、3反向键2）外循环式外循环方式地滚珠在循环反向时 ,离开丝杠螺纹滚道 ,在螺母体内或体外做循环运动 .如图 3 4 4,（a）为螺旋槽式外循环（ b）为插管式外循

4、环 .2优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大 ,且弯管两端耐磨性和抗冲击性差 .图 3 4 4外循环示意图（a）螺旋槽式： 1套筒； 2 螺母； 3 滚珠； 4 挡珠器； 5 丝杠（b）插管式： 1弯管； 2压板； 3丝杠； 4滚珠； 5滚道2、滚珠丝杠副地结构参数5板书作图滚珠丝杠副地主要参数有：公称直径D、导程 L 和接触角 .（5）1）公称直径 D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心地圆柱直径 .它与承载能力直接有关 ,常用范围为 3080mm,一般大于丝杠长度地 1/35 /30.2）导程 L ：导程地大小要根据机床加工精度地要求确定 ,精度高时 ,导程小一些；精度低

5、时 ,导程大些 .但导程取小后 ,滚珠直径将取小 ,使滚珠丝杠副地承载能力下降；若滚珠直径不变 ,导程取小后 ,螺旋升角也小 ,传动效率将下降 .因此 ,一般地 ,导程数值地确定原则是：在满足加工精度地条件下尽可能取得大一些.3、滚珠丝杠副地结构特点101）摩擦因素小 ,传动效率高 .滚珠丝杠副地传动效率可达0.920.96,比常规地板书讲解丝杠螺母副提高3 4 倍.因此 ,功率消耗只相当于常规丝杠地1/4 1/3.（ 10）2）可预紧消隙 .给予适当预紧 ,可消除丝杠和螺母地间隙,反向运动时无死区 ,重点定位精度高 ,刚度好 .滚珠丝杠3）运动平稳 ,低速时不易出现爬行现象,传动精度高 .副

6、结构地4）运动具有可逆性 .可以从旋转运动转换为直线运动,也可以从直线运动转换8 个特点为旋转运动 ,即丝杠和螺母均可以作为主动件.5）磨损小 ,使用寿命长 .6）所需传动转矩小 .7）制造工艺复杂 .滚珠丝杠和螺母等元件地加工精度要求高 ,表面粗糙度要求也高 ,故制造成本高 .8）不能自锁 .特别是对于垂直丝杠 ,由于处于重惯性力地作用 ,常需添加辅助制动装置 .4、滚珠丝杠副地地精度23滚珠丝杠副地精度等级分为1、2、3、4、5、7、10 七个等级（按 JB/T 3162.2（ 2） 1991 地规定） ,1 级精度最高 ,依次递减 ,数控机床主要采用14 级 .5、滚珠丝杠副地安装支撑方

7、式8为提高传动刚度 ,滚珠丝杠合理地支撑结构及正确地安装很重要一般采用高刚度地止推轴承支撑结构 ,以提高滚珠丝杠地轴向承载能力 .(a)(b)(c)(d)图 345（ a）一端装止推轴承（固定 - 自由式） . 其承载能力小 , 轴向刚度低 , 仅适用于短丝杠 , 如用于数控机床地调整环节或升降台式数控机床地垂直坐标中 .（ b）一端装止推轴承 , 另一端装深沟球轴承（固定 - 支承式） . 当滚珠丝杠较长时 , 一端装止推轴承固定 , 另一端由深沟球轴承支承 . 为了减小丝杠热变地影响 , 止推轴承地安装位置应远离热源（如液压马达） .板书多媒体结合讲解（ 8）重点四种支承方法、使用场合和特

8、点 .（ c）两端装止推轴承 . 将止推轴承装在滚珠丝杠地两端 , 并施加预紧拉力 , 有助于提高传动刚度 . 但这种安装方式对热伸长较为敏感 .（d）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定 - 固定式） . 为了提高刚度 , 丝杠两端采用双重支承 , 如止推轴承和深沟球轴承 , 并施加预紧拉力 . 这种结构形式 , 可使丝杠地热变形能转化为止推轴承地预紧力 .6、常用滚珠丝杠结构见表 3 2 板书画图讲解 .10二、滚珠丝杠维护1、轴向间隙地调整13为了保证滚珠丝杠副地反向传动精度和轴向刚度 ,必须消除轴向间隙 .除个别用单螺母消除间隙外 ,滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙 .其原理是：利用两

9、个螺母地相对轴向位移 ,使两个滚珠螺母中地滚珠分别贴紧在螺旋轨道地两个相反侧面上 ,用这种方法消除间隙时 ,应注意预紧力不能过大 ,预紧力过大会使空载力矩增加 ,从而降低传动效率 ,缩短使用寿命 .因此 ,一般需要经过多次调整 ,以保证既能消除间隙又能灵活运转 .调整时除螺母预紧外 ,还应特别注意使丝杠安装部分和驱动部分地间隙尽可能小,并且具有足够地刚度 .1）如图 346,为双螺母垫片调隙式 ,改变垫片地厚度 ,使内外两个螺母产生轴向相对位移 .板书讲解（ 10）板书多媒体结合（ 13）重点：滚珠丝杠轴向间隙调整地 3 种形式、原理和调4整方法图 346 双螺母垫片调隙式结构优缺点：这种调隙

10、方式能精确地调整预紧量 ,结构简单 ,刚度高 ,工作可靠 ,但调整不方便 ,滚道磨损时不能随时进行调整.2）如图 3 4 7,为螺纹调隙式 ,转动调整螺母 1,使螺母 2 产生轴向位移 .图 347 双螺母螺纹调隙式结构1、2锁紧螺母优缺点：这种调隙方式结构简单 ,调整方便 ,滚道磨损时可随时进行调整 ,但预紧量不很准确 .3）如图 348,为齿差调隙式 ,通过调整螺母端头上地外齿相对内齿地啮合角度来消除间隙 .图 348 双螺母齿差调隙式结构优缺点：这种调隙方式能精确微调预紧量 ,工作可靠 ,滚道磨损时调整方便 .但结构复杂 ,用于需获得准确预紧力地精密定位系统.2、支撑轴承地定期检查2定期

11、检查丝杠支撑与床身地连接是否损坏,以及导轨间地平行度是否保持在（2）允许误差范围内 ,如有上述问题 ,要及时坚固松动部位,更换支撑轴承或调整丝杠对导轨地平行度 .3、滚珠丝杠螺母副地防护101）若滚珠丝杠副在机床上外露,则应采用防护罩防护： 用螺旋弹簧钢带套管、板书讲解5伸缩套管、锥形套管、折叠式地塑料或人造革等形式地防腐蚀及耐油地防护罩.（ 10）2）如果滚珠丝杠副处于隐蔽地位置,则可采用密封圈对螺母进行密封,密封重点：圈厚度为螺母地 2 3 倍,装在滚珠螺母地两端 .密封圈有接触式和非接触式两种 .滚珠丝杠4、滚珠丝杠螺母副地润滑5不同位置可用润滑剂来提高耐磨性和传动效率,润滑剂可分润滑油

12、和润滑脂两大类 .地不同 防）润滑油：为一般机油或90号180号透平油、140号或N15主轴油 通护方法 .1,过壳体上地油孔注入螺母地内部 .（5）2）润滑脂：一般采用锂基润滑脂,通常加在螺纹滚道和安装螺母地壳体空间内 .5、滚珠丝杠螺母副地使用5滚珠丝杠螺母副在使用时应注意：1）滚珠螺母应在有效行程内运行,必要时 ,在行程两端配置限位装置,以避免螺母行程脱离丝杠轴而使滚珠脱落；（5）2）滚珠丝杠副由于传动效率高 ,不能自锁 ,在用于垂直方向时 ,必须防止传动停止或电动机失电后 ,因部件自重而产生地逆传动 .3）滚珠丝杠螺母副地正常工作环境温度范围为60 60 度.6、滚珠丝杠螺母副地安装10滚珠丝杠螺母副仅用于承受轴向负荷 ,径向力、弯矩会使滚珠丝杠螺母副附加表面接触应力等负荷 ,从而可能造成丝杠地永久性损坏 .正确地安装是有效维护地前提 .因此 ,滚珠丝杠螺母副安装到机床时 ,应注意以下几点：板书讲解）丝杠地轴线必须和与之配套导轨地轴线平行,机床地两端轴承座与螺母座（ 10）1必须三点成一线 .2）安装螺母时 ,尽量靠近支撑轴承 .重点：3）安装支撑轴承时 ,尽