项目三 课题二任务一认识数控机床进给传动零部件

1、项目三项目三 课题二课题二 进给传动装置及零部件进给传动装置及零部件任务一任务一 认识数控机床进给传动零部件认识数控机床进给传动零部件一、电动机一、电动机电动机是一种旋转式机器，电动机是一种旋转式机器，将电能转化为机械能。将电能转化为机械能。数控机床中，数控机床中，用于驱动机床主运动的电动机称为用于驱动机床主运动的电动机称为主轴驱动主轴驱动电动机电动机；用于驱动各坐标轴进给运动的电动机称为用于驱动各坐标轴进给运动的电动机称为执执行电动机行电动机。 （一）微特电动机（一）微特电动机微特电机，全称微型特种电机，简称微电机，是指微特电机，全称微型特种电机，简称微电机，是指直径小于直径小于160mm或

2、额定功率小于或额定功率小于750W或具有特殊或具有特殊性能、特殊用途的微特电机。性能、特殊用途的微特电机。微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感轴角编码器、交

3、直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等他特种电机等13大类。大类。1、步进电动机、步进电动机 步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。 步进

4、电动机有步进电动机有定位定位和和运转运转两种两种基本状态。接通电源后并不转基本状态。接通电源后并不转动，当有脉冲输入时转子才转动，当有脉冲输入时转子才转过一个固定的角度，没有脉冲过一个固定的角度，没有脉冲输入时转子保持原有位置不变输入时转子保持原有位置不变而处于定位状态。而处于定位状态。2、伺服电机、伺服电机在自动控制系统中，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收用作执行元件，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，其主要特

5、点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。转速随着转矩的增加而匀速下降。 3、步进电机与伺服电机的使用性能比较、步进电机与伺服电机的使用性能比较控制精度不同控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为两相混合式步进电机步距角一般为 1.8、0.9，五相混合式步进电机步距角一般为，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 、0.36 以三洋全数字式交流伺服电机为例以三洋全数字式交流伺服电机为例 ，驱动器，驱动器每接收每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为当量为360/131072=0.0027466 结论：步进电机的控制精度低；伺服结论：步

6、进电机的控制精度低；伺服电机的控制精度高。电机的控制精度高。3、步进电机与伺服电机的使用性能比较、步进电机与伺服电机的使用性能比较低频特性不同低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象步进电机在低速时易出现低频振动现象 。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。动器上采用细分技术等。 交流伺

7、服电机运转非常平稳，即使在低速交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能振抑制功能 3、步进电机与伺服电机的使用性能比较、步进电机与伺服电机的使用性能比较矩频特性不同矩频特性不同步进电机的步进电机的输出力矩随转速升高而下降输出力矩随转速升高而下降，且在，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在一般在300600RPM。交流伺服电机为交流伺服电机为恒力矩输出恒力矩输出，即在其额定转速，即在其额定转速（一般为（一般为2000RPM或或3000RPM）以内，都能）以内

8、，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 3、步进电机与伺服电机的使用性能比较、步进电机与伺服电机的使用性能比较过载能力不同过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。有较强的过载能力。以三洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转以三洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了

9、步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。矩，便出现了力矩浪费的现象。 3、步进电机与伺服电机的使用性能比较、步进电机与伺服电机的使用性能比较运行性能不同运行性能不同步进电机的控制为步进电机的控制为开环控制开环控制，启动频率过高或负启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，高易出现过冲的现象，所以为保证

10、其控制精度，应处理好升、降速问题。应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为交流伺服驱动系统为闭环控制闭环控制，驱动器可直接对，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，的现象，控制性能更为可靠。控制性能更为可靠。 3、步进电机与伺服电机的使用性能比较、步进电机与伺服电机的使用性能比较速度响应性能不同速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要几百转）需要200400毫秒。毫秒。交流

11、伺服系统的加速性能较好，以三洋交流伺服系统的加速性能较好，以三洋400W交交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。制场合。 综合：教材综合：教材P80表表326（二）主轴电动机（二）主轴电动机用于驱动机床主运动的电动机称为主轴电动机。用于驱动机床主运动的电动机称为主轴电动机。常用的主轴电动机有直流主轴电动机和交流主常用的主轴电动机有直流主轴电动机和交流主轴电动机。轴电动机。对主轴电动机的要求主要有：对主轴电动机的要求主要有：有足够的输出功率有足够的输出功率具有一定的调

12、速范围具有一定的调速范围加速、减速时间短加速、减速时间短过载能力强过载能力强联轴器联轴器联结两根轴一同回转，仅在停止时经拆联结两根轴一同回转，仅在停止时经拆卸才能将二者分离。卸才能将二者分离。 联轴器分类联轴器分类： 刚性联轴器刚性联轴器用于两轴严格对中，工作中不用于两轴严格对中，工作中不发生相对偏移的地方。发生相对偏移的地方。 挠性联轴器挠性联轴器用于两轴有相对位移的地方。如用于两轴有相对位移的地方。如果使用弹性元件，则称弹性联轴器。果使用弹性元件，则称弹性联轴器。 联轴器的设计选用原则联轴器的设计选用原则: 拆卸方便、质量较轻、尺寸较小、便于拆卸安装、拆卸方便、质量较轻、尺寸较小、便于拆卸

13、安装、 位置尽量靠近轴承位置尽量靠近轴承二、联轴器二、联轴器1、刚性联轴器、刚性联轴器 刚性联轴器用于连接两轴能严格对中，工作时刚性联轴器用于连接两轴能严格对中，工作时不发生相对错位的场合。不发生相对错位的场合。 只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被连两轴只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被连两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器轴器。 常用的刚性联轴器有：常用的刚性联轴器有： 凸缘联轴器凸缘联轴器 夹壳联轴器夹壳联轴器2、挠性联轴器、挠性联轴器挠性联轴器具有一定的补偿被连接两轴轴线相对挠性联轴器具有一定的补偿被连接两轴轴线相对偏移的能力，偏移的能

14、力，凡被连接两轴的同轴度不易保证的凡被连接两轴的同轴度不易保证的场合，都应选用挠性联轴器。场合，都应选用挠性联轴器。（一）无弹性元件挠性联轴器（一）无弹性元件挠性联轴器 齿式联轴器齿式联轴器 十字滑块联轴器十字滑块联轴器 万向联轴器万向联轴器 盘销联轴器盘销联轴器 （二）有弹性元件挠性联轴器（二）有弹性元件挠性联轴器不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振能力。减振能力。 弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器 梅花形联轴器梅花形联轴器 轮胎式联轴器轮胎式联轴器 膜片联轴器膜片联轴器3、安全联轴器、安全联轴器安全联轴器是一

15、种特殊的联轴器，它的结构上存在一个保安全联轴器是一种特殊的联轴器，它的结构上存在一个保险环节，只能承受限定载荷。当时机载荷超过限定载荷时，险环节，只能承受限定载荷。当时机载荷超过限定载荷时，保险环节就发生变化，截断运动和动力的的传递，从而保保险环节就发生变化，截断运动和动力的的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，其安全保护作用。护机器的其余部分不致损坏，其安全保护作用。剪切销安全联轴剪切销安全联轴器是最常用的安器是最常用的安全联轴器，当负全联轴器，当负载超过限定值时，载超过限定值时，销钉被剪断。销钉被剪断。半联轴器半联轴器螺栓螺栓凸缘联轴器凸缘联轴器特点特点：结构简单，可传递较大转距，要求在

16、两轴严：结构简单，可传递较大转距，要求在两轴严格对中情况下使用。是一种应用广泛，便于购得标格对中情况下使用。是一种应用广泛，便于购得标准件的联轴器类型。其中凸肩凹槽型拆卸时需要准件的联轴器类型。其中凸肩凹槽型拆卸时需要轴向位移，受剪螺栓型无需轴向位移。轴向位移，受剪螺栓型无需轴向位移。凸缘联轴器凸缘联轴器夹壳联轴器夹壳联轴器将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生的预紧力使两夹壳与轴连接，无须沿轴向移动的预紧力使两夹壳与轴连接，无须沿轴向移动即可方便装拆，用于工作平稳的低速传动。即可方便装拆，用于工作平稳的低速传动。齿式联轴器齿式联轴器由两个具有外齿的半

17、联轴器和用螺栓连接起来的具由两个具有外齿的半联轴器和用螺栓连接起来的具有内齿的外壳组成。两个半联轴器用键分别与主动有内齿的外壳组成。两个半联轴器用键分别与主动轴和从动轴相连，两个外壳的内齿套在半联器的外轴和从动轴相连，两个外壳的内齿套在半联器的外齿上。齿上。允许两轴发生较大的综合位移。允许两轴发生较大的综合位移。齿式联轴器齿式联轴器特点特点：对两轴综合偏移有很好的补偿性。齿式联轴器：对两轴综合偏移有很好的补偿性。齿式联轴器外廓紧凑。因为很多齿同时工作，故传递转矩大、工外廓紧凑。因为很多齿同时工作，故传递转矩大、工作可靠。作可靠。适用于启动频繁，经常正反转使用的场合适用于启动频繁，经常正反转使用

18、的场合。十字滑块联轴器十字滑块联轴器由两个断面开有凹槽的半联轴器和一个两面带由两个断面开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的十字滑块组成。结构简单，重量轻，有凸牙的十字滑块组成。结构简单，重量轻，适用于刚性大、转速低、冲击小的场合。适用于刚性大、转速低、冲击小的场合。万向联轴器万向联轴器万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般般545之间。由两个具有叉状端部的万向接之间。由两个具有叉状端部的万向接头和十字轴组成。头和十字轴组成。单万向联轴器单万向联轴器特点特点：结构简单，用

19、于联接两交叉轴。不能传递等：结构简单，用于联接两交叉轴。不能传递等角位移，在转动一周过程中，两轴传动比不能始终角位移，在转动一周过程中，两轴传动比不能始终为为1 1。主要用于精度要求不高的传动中主要用于精度要求不高的传动中。 1 1万向接头套万向接头套 2 2万向接头环万向接头环 3 3球头轴球头轴 4 4销杆销杆双万向联轴器双万向联轴器特点特点：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。：用于不对心的两根轴间实现等角速度传动。 条件条件 1 12 2 中间轴的两端的万向接中间轴的两端的万向接 头环头环3 3、5 5应在同一平面内。应在同一平面内。主动轴主动轴中间轴中间轴从动轴从动轴 盘销联轴器盘

20、销联轴器允许连接轴的最大轴向位移量要允许连接轴的最大轴向位移量要小于两盘间最大间隙小于两盘间最大间隙 。 在读数系统中应用时，应注意两轴线不重合所在读数系统中应用时，应注意两轴线不重合所引起的传动误差。引起的传动误差。弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器特点特点：结构简单、装拆方便、维修容易、成本低廉，：结构简单、装拆方便、维修容易、成本低廉，但弹性套易磨损，寿命短。用于联结启动频繁，在但弹性套易磨损，寿命短。用于联结启动频繁，在交变载荷下运转的两根轴。交变载荷下运转的两根轴。弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器具有较大结构、结构简单、合理具有较大结构、结构简单、合理,维修方便、两面维修方便、两面对称可互换对称可互换,寿命长寿命长,允许较大的轴向窜动允许较大的轴向窜动,具有缓具有缓冲、减震、耐磨等性能。冲、减震、耐磨等性能。 梅花形联轴器梅花形联轴器由两个半联轴器和一个形状似梅花的弹性块组成，由两个半联轴器和一个形状似梅花的弹性块组成，半联轴器与轴的配合可以做成圆柱形或圆锥形。半联轴器与轴的配合可以做成圆柱形或圆锥形。轮胎式联轴器轮胎式联轴器结构简单、减振能力强、结构简单、减振能力强、补偿能力大，但径向尺寸补偿能力大，但径向尺寸大