数控机床的进给传动系统课件

数控机床的进给传动系统数控机床数控机床的进给传动系统数控机床1

数控机床的进给传动系统进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。进给系统通常由伺服电机、同步带轮传动副和滚珠丝杠螺母副组成。数控机床的进给传动系统进给运动是数字控制的直接对象，被加工21.1进给系统的分类与特点一、进给系统的分类1．步进伺服电机伺服进给系统2．直流伺服电机伺服进给系统3．交流伺服电机伺服进给系统4．直线电机伺服进给系统1.1进给系统的分类与特点一、进给系统的分类3二、进给系统的特点

进给系统通常由伺服电机、同步带轮传动副、和滚珠丝杠螺母副组成，有些机床是直接将伺服电机与滚珠丝杠连接。为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。二、进给系统的特点进给系统通常由伺服电机、同步带轮传动副、41.2滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副原理与结构1．滚珠丝杠螺母副原理滚珠丝杠螺母副（简称滚珠丝杠副）是回转运动与直线运动相互转换的新型传动装置。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。1.2滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副原理与结构52．滚珠丝杠螺母副分类滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。图3-13（a）所示，滚珠循环过程中与丝杠始终接触称为内循环式。螺母螺旋槽的两相邻滚道之间由滚珠反向器实现滚珠的循环运动，并防止滚珠在管道内作循环运动。图3-13（b）所示，滚珠再返回过程中与丝杠脱离接触的称为外循环式。螺旋槽两端通过回珠管相连，滚珠在管道内作循环运动。2．滚珠丝杠螺母副分类滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环6图3-13滚珠丝杠传动结构原理图（a）内循环方式（b）外循环方式图3-13滚珠丝杠传动结构原理图（a）内循环方式（b73.滚珠丝杠副的参数（a）滚珠丝杠副轴向剖面图（b）滚珠丝杠副法向剖面图图3-14滚珠丝杠螺母副基本参数3.滚珠丝杠副的参数（a）滚珠丝杠副轴向剖面图（b）滚8滚珠丝杠副的参数名义直径d0：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。导程L：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。基本导程L0：丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。接触角β：在螺纹滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接触点的连线和螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想接触角β等于450。此外还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e以及滚道圆弧半径R等参数。滚珠丝杠副的参数名义直径d0：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态9二、滚珠丝杠副的特点1．滚珠丝杠副的优点（1）传动效率高（2）运动平稳（3）高精度（4）高耐用性（5）同步性好（6）高可靠性（7）无背隙与预紧二、滚珠丝杠副的特点1．滚珠丝杠副的优点102．滚珠丝杠副的缺点（1）制造成本高。由于结构复杂，丝杠和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，因此制造成本高。（2）不能实现自锁，特别是用作垂直安装的滚珠丝杠副传动时，会因不见得自重而自动下降。2．滚珠丝杠副的缺点（1）制造成本高。由于结构复杂，丝杠和11三、轴向间隙消除机构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。除了结构本身的游隙之外，在施加轴向载荷之后，轴向间隙还包括弹性变形所造成的窜动。三、轴向间隙消除机构轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，121．双螺母消隙（1）垫片调隙式1．双螺母消隙（1）垫片调隙式13（2）螺纹调隙式（2）螺纹调隙式14（3）齿差调隙式（3）齿差调隙式152．单螺母消隙2．单螺母消隙16四、滚珠丝杠的支撑结构图3-19滚珠丝杠的支承结构四、滚珠丝杠的支撑结构图3-19滚珠丝杠的支承结构17（1）一端装止推轴承（固定-自由式）。这种安装方式如图3-19a）所示。其承载能力小，轴向刚度低，易产生弯曲变形，仅适用于的长度较短丝杠。（1）一端装止推轴承（固定-自由式）。这种安装方式如图3-1182）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）这种安装方式如图3-19b）所示。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。为了减小丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置应尽量远离热源或安装到冷却条件较好的地方。2）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）这19（3）两端装止推轴承。这种安装方式如图3-19c）所示。这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；因丝杠有预紧力，所以丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度。（3）两端装止推轴承。这种安装方式如图3-19c）所示。这种20（4）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。这种安装方式如图3-19d）所示。为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杆的热变形转化为止推轴承的预紧力。（4）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。这种安21五、滚珠丝杠的制动装置滚珠丝杠副的摩擦角小于1°，因此不自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动（如主轴箱或升降台的升降），则必须有制动装置。由于滚珠丝杠不具有自锁性，用在垂直升降传动或水平放置的高速大惯量传动中，当外界动力消失后，执行部件可在重力和惯性力作用下继续运动，因此须设计可靠的锁紧装置，常用的锁紧装置一般由超越离合器和电磁摩擦离合器组成。五、滚珠丝杠的制动装置滚珠丝杠副的摩擦角小于1°，因此不自锁22图3-20所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。图3-20所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图23六、滚珠丝杠的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。六、滚珠丝杠的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应24图3-21钢带缠卷式丝杠防护装置1－支承滚子；2－张紧轮；3－钢带图3-21钢带缠卷式丝杠防护装置25

七、滚珠丝杠副的标注、结构类型和精度等级

1．滚珠丝杠副的标注滚珠丝杠副的型号标注是根据原机械工业部标准JB/T3162.1—1991的规定，采用汉语拼音字母、数字及英文字母结合标注法，表示滚珠丝杠副的结构、规格、精度和螺纹旋向等特征。具体的标注格式如下：七、滚珠丝杠副的标注、结构类型和精度等级1．滚珠丝杠副26数控机床的进给传动系统课件27例：CDM5010-3-P3表示外循环插管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式的滚珠丝杠，其公称直径50mm，基本导程10mm，右旋螺纹，载荷钢球为3圈，精度3级的定位滚珠丝杠副。例：CDM5010-3-P3表示外循环插管式、双螺母垫片282．滚珠丝杠副的结构类型和精度等级滚珠丝杠副的类型有两类，T为传动滚珠丝杠副；P类为定位滚珠丝杠副，即通过旋转角度和导程控制轴向位移量的滚珠丝杠副。2．滚珠丝杠副的结构类型和精度等级滚珠丝杠副的类型有两类，29表3-1滚珠丝杠副的循环方式及代号循环方式代号内循环浮动式F固定式G外循环插管式C端盖式D表3-1滚珠丝杠副的循环方式及代号代号内循环浮动式F固定式30表3-2滚珠丝杠副的预紧及代号预紧方式标注代号单螺母变位导程预紧B双螺母齿差预紧C双螺母垫片预紧D双螺母螺纹预紧L单螺母无预紧W表3-2滚珠丝杠副的预紧及代号标注代号单螺母变位导程预紧B双31表3-3滚珠丝杠副的结构特征及代号结构特征标注代号导珠管埋入式M导珠管凸出式T表3-3滚珠丝杠副的结构特征及代号标注代号导珠管埋入式M导珠32表3-4滚珠丝杠副的精度等级及使用范围标注代号使用范围精度性能增高方向1数控磨床、数控向切割机床、数控镗床、坐标镗床及高精度数控加工中心23数控钻床、数控车床、数控铣床及数控加工中心45普通机床7普通传动轴10表3-4滚珠丝杠副的精度等级及使用范围使用范围精度性能增高331.3齿轮传动副数控机床进给系统由于经常处于自动变向状态，进给系统中的减速齿轮的齿侧间隙会造成进给反向时丢失指令脉冲，并产生反向死区从而影响加工精度，因此必须采取措施消除齿轮传动中的间隙。1.3齿轮传动副数控机床进给系统由于经常处于自动变向状态，34一、齿隙补偿机构1．刚性调整法刚性调整法是指调整后齿侧间隙不能自动补偿的方法。它结构比较简单，传动刚性好，能传递较大的动力，但要严格控制齿轮的周节公差及齿厚，否则会影响传动的灵活性。一、齿隙补偿机构1．刚性调整法35图3-22偏心套间隙调整结构1-电动机2-偏心套图3-22偏心套间隙调整结构36图3-23带锥度齿轮的间隙调整结构1、2-齿轮3-垫片图3-23带锥度齿轮的间隙调整结构37图3-24轴向垫片间隙调整结构图3-24轴向垫片间隙调整结构382.柔性调整法柔性调整法是指调整之后，齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。这种调整方法在齿轮的齿厚和周节有差异的情况下，也能保持无间隙啮合。但结构较复杂，轴向尺寸大，传动刚度低，同时，传动平稳性也较差。2.柔性调整法柔性调整法是指调整之后，齿侧间隙可以自动补偿39图3-25双齿轮错齿间隙调整结构1、2-薄齿轮3-短柱4-弹簧图3-25双齿轮错齿间隙调整结构40图3-26斜齿轮轴向压簧间隙调整结构图3-26斜齿轮轴向压簧间隙调整结构41二、键连接间隙的消除（a）双键连接（b）楔形销键连接图3-27

键连接间隙的消除

二、键连接间隙的消除（a）双键连接421－轴套2－弹簧环3－压圈4－从动轴5－螺钉图3-28无键连接结构

1－轴套2－弹簧环3－压圈4－从动轴431.4数控机床对进给系统和

伺服电机的要求一、数控机床对进给系统的要求1．高传动刚度2．高谐振

3．低摩擦4．低惯量5．无间隙1.4数控机床对进给系统和

伺服电44二、对伺服电机的要求调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性。电机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。反应速度快，电机必须具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(400rad/s2以上)。能承受频繁的启动、制动和正反转。二、对伺服电机的要求调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度45谢谢观看！数控机床谢谢观看！数控机床46数控机床的进给传动系统数控机床数控机床的进给传动系统数控机床47

数控机床的进给传动系统进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。进给系统通常由伺服电机、同步带轮传动副和滚珠丝杠螺母副组成。数控机床的进给传动系统进给运动是数字控制的直接对象，被加工481.1进给系统的分类与特点一、进给系统的分类1．步进伺服电机伺服进给系统2．直流伺服电机伺服进给系统3．交流伺服电机伺服进给系统4．直线电机伺服进给系统1.1进给系统的分类与特点一、进给系统的分类49二、进给系统的特点

进给系统通常由伺服电机、同步带轮传动副、和滚珠丝杠螺母副组成，有些机床是直接将伺服电机与滚珠丝杠连接。为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。二、进给系统的特点进给系统通常由伺服电机、同步带轮传动副、501.2滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副原理与结构1．滚珠丝杠螺母副原理滚珠丝杠螺母副（简称滚珠丝杠副）是回转运动与直线运动相互转换的新型传动装置。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。1.2滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副原理与结构512．滚珠丝杠螺母副分类滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。图3-13（a）所示，滚珠循环过程中与丝杠始终接触称为内循环式。螺母螺旋槽的两相邻滚道之间由滚珠反向器实现滚珠的循环运动，并防止滚珠在管道内作循环运动。图3-13（b）所示，滚珠再返回过程中与丝杠脱离接触的称为外循环式。螺旋槽两端通过回珠管相连，滚珠在管道内作循环运动。2．滚珠丝杠螺母副分类滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环52图3-13滚珠丝杠传动结构原理图（a）内循环方式（b）外循环方式图3-13滚珠丝杠传动结构原理图（a）内循环方式（b533.滚珠丝杠副的参数（a）滚珠丝杠副轴向剖面图（b）滚珠丝杠副法向剖面图图3-14滚珠丝杠螺母副基本参数3.滚珠丝杠副的参数（a）滚珠丝杠副轴向剖面图（b）滚54滚珠丝杠副的参数名义直径d0：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。导程L：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。基本导程L0：丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。接触角β：在螺纹滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接触点的连线和螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想接触角β等于450。此外还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e以及滚道圆弧半径R等参数。滚珠丝杠副的参数名义直径d0：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态55二、滚珠丝杠副的特点1．滚珠丝杠副的优点（1）传动效率高（2）运动平稳（3）高精度（4）高耐用性（5）同步性好（6）高可靠性（7）无背隙与预紧二、滚珠丝杠副的特点1．滚珠丝杠副的优点562．滚珠丝杠副的缺点（1）制造成本高。由于结构复杂，丝杠和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，因此制造成本高。（2）不能实现自锁，特别是用作垂直安装的滚珠丝杠副传动时，会因不见得自重而自动下降。2．滚珠丝杠副的缺点（1）制造成本高。由于结构复杂，丝杠和57三、轴向间隙消除机构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。除了结构本身的游隙之外，在施加轴向载荷之后，轴向间隙还包括弹性变形所造成的窜动。三、轴向间隙消除机构轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，581．双螺母消隙（1）垫片调隙式1．双螺母消隙（1）垫片调隙式59（2）螺纹调隙式（2）螺纹调隙式60（3）齿差调隙式（3）齿差调隙式612．单螺母消隙2．单螺母消隙62四、滚珠丝杠的支撑结构图3-19滚珠丝杠的支承结构四、滚珠丝杠的支撑结构图3-19滚珠丝杠的支承结构63（1）一端装止推轴承（固定-自由式）。这种安装方式如图3-19a）所示。其承载能力小，轴向刚度低，易产生弯曲变形，仅适用于的长度较短丝杠。（1）一端装止推轴承（固定-自由式）。这种安装方式如图3-1642）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）这种安装方式如图3-19b）所示。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。为了减小丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置应尽量远离热源或安装到冷却条件较好的地方。2）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）这65（3）两端装止推轴承。这种安装方式如图3-19c）所示。这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；因丝杠有预紧力，所以丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度。（3）两端装止推轴承。这种安装方式如图3-19c）所示。这种66（4）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。这种安装方式如图3-19d）所示。为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杆的热变形转化为止推轴承的预紧力。（4）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。这种安67五、滚珠丝杠的制动装置滚珠丝杠副的摩擦角小于1°，因此不自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动（如主轴箱或升降台的升降），则必须有制动装置。由于滚珠丝杠不具有自锁性，用在垂直升降传动或水平放置的高速大惯量传动中，当外界动力消失后，执行部件可在重力和惯性力作用下继续运动，因此须设计可靠的锁紧装置，常用的锁紧装置一般由超越离合器和电磁摩擦离合器组成。五、滚珠丝杠的制动装置滚珠丝杠副的摩擦角小于1°，因此不自锁68图3-20所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。图3-20所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图69六、滚珠丝杠的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。六、滚珠丝杠的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应70图3-21钢带缠卷式丝杠防护装置1－支承滚子；2－张紧轮；3－钢带图3-21钢带缠卷式丝杠防护装置71

七、滚珠丝杠副的标注、结构类型和精度等级

1．滚珠丝杠副的标注滚珠丝杠副的型号标注是根据原机械工业部标准JB/T3162.1—1991的规定，采用汉语拼音字母、数字及英文字母结合标注法，表示滚珠丝杠副的结构、规格、精度和螺纹旋向等特征。具体的标注格式如下：七、滚珠丝杠副的标注、结构类型和精度等级1．滚珠丝杠副72数控机床的进给传动系统课件73例：CDM5010-3-P3表示外循环插管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式的滚珠丝杠，其公称直径50mm，基本导程10mm，右旋螺纹，载荷钢球为3圈，精度3级的定位滚珠丝杠副。例：CDM5010-3-P3表示外循环插管式、双螺母垫片742．滚珠丝杠副的结构类型和精度等级滚珠丝杠副的类型有两类，T为传动滚珠丝杠副；P类为定位滚珠丝杠副，即通过旋转角度和导程控制轴向位移量的滚珠丝杠副。2．滚珠丝杠副的结构类型和精度等级滚珠丝杠副的类型有两类，75表3-1滚珠丝杠副的循环方式及代号循环方式代号内循环浮动式F固定式G外循环插管式C端盖式D表3-1滚珠丝杠副的循环方式及代号代号内循环浮动式F固定式76表3-2滚珠丝杠副的预紧及代号预紧方式标注代号单螺母变位导程预紧B双螺母齿差预紧C双螺母垫片预紧D双螺母螺纹预紧L单螺母无预紧W表3-2滚珠丝杠副的预紧及代号标注代号单螺母变位导程预紧B双77表3-3滚珠丝杠副的结构特征及代号结构特征标注代号导珠管埋入式M导珠管凸出式T表3-3滚珠丝杠副的结构特征及代号标注代号导珠管埋入式M导珠78表3-4滚珠丝杠副的精度等级及使用范围标注代号使用范围精度性能增高方向1数控磨床、数控向切割机床、数控镗床、坐标镗床及高精度数控加工中心23数控钻床、数控车床、数控铣床及数控加工中心45普通机床7普通传动轴10表3-4滚珠丝杠副的精度等级及使用范围使用范围精度性能增高791.3齿轮传动副数控机床进给系统由于经常处于自动变向状态，进给系统中的减速齿轮的齿侧间隙会造成进给反向时丢失指令脉冲，并产生反向死区从而影响加工精度，因此必须采取措施消除齿轮传动中的间隙。1.3齿轮传动副数控机床进给系统由于经常处于自动变向状态，80一、齿隙补偿机构1．刚性调整法刚性调整法是指调整后齿侧间隙不能自动补偿的方法。它结构比较简单，传动刚性好，能传递较大的动力，但要严格控制齿轮的周节公差及齿厚，否则会影响传动