数控机床的进给传动系统概述

数控机床结构与故障检修StructureandmaintenanceofNC项目4：数控机床进给传动系统TheFeedDriveSystem

ofNC数控机床的进给传动系统概述第1页目录CONTENTS齿轮传动副数控机床用丝杠螺母传动副数控机床进给传动系统概述一二三四齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动五数控机床导轨数控机床的进给传动系统概述第2页数控机床进给传动系统惯用伺服进给系统来实现。伺服进给系统作用是依据数控系统发出指令信息，进行放大后控制执行部件运动，不但控制进给运动速度，同时还要准确控制刀具相对工件移动轨迹和坐标位置。一个经典数控机床闭环控制进给系统通常由位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件组成。进给传动系统

课程导引数控机床的进给传动系统概述第3页进给传动系统

课程导引图4-1数控工作台传动系统机械结构图

1—直流伺服电动机2—滑块联轴器3—滚珠丝杠4—左螺母

5—键6—半圆垫片7—右螺母8—螺母座数控机床的进给传动系统概述第4页4.1.1对进给传动系统要求

为确保数控机床进给系统传动精度和工作平稳性等，在设计机械传动装置时，应符合以下要求：1）运动件摩擦阻力小和动、静摩擦力之差小，以使数控机床进给系统取得较高快速响应性能和运动精度。2）转动惯量小，以降低对伺服机构起动和制动特征影响。如减小旋转零件直径和质量。3）进给传动装置有高传动精度与定位精度，对采取步进电动机驱动开环控制系统尤其如此。消除传动间隙，减小反向误差，减小运动部件如蜗杆副啮合侧隙对传动、定位精度影响，如采取双导程蜗杆蜗轮或预紧。进给传动系统4.1概述数控机床的进给传动系统概述第5页4）工作进给调速范围宽，可达3～6000mm/min(调速范围1∶)；在精密定位，伺服系统低速趋近速度达0.1mm/min；快速移动速度应高达15m/min。5）提升传动刚度。预紧及加大轮廓尺寸均是方法。6）稳定性好、寿命长。便于维护和保养，最大程度地减小维修工作量，以提升机床利用率。进给传动系统4.1概述数控机床的进给传动系统概述第6页4.1.2联轴器联轴器是用来联接进给机构两根轴，使之一起回转，以传递转矩和运动一个装置。机器运转时，被联接两轴不能分离，只有停机后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。当前联轴器类型繁多，有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛一个，它借助于机械构件相互间机械作用力来传递转矩，大致可作以下划分：进给传动系统4.1概述机械式联轴器刚性弹性固定式——套筒、凸缘、夹壳联轴器等可移式——齿式、滑块及万向联轴器等金属弹性件——簧片、膜片及波纹管联轴器等非金属弹性件——轮胎、橡胶金属环、橡胶块联轴器等数控机床的进给传动系统概述第7页1.套筒联轴器套筒联轴器由联接两轴轴端套筒和联接套筒与轴联接件组成。轴端直径d≤80mm时套筒材料为35或45制造，＞80mm时套筒材料为强度较高铸铁。结构简单、径向尺寸小，但要求被联接两轴同轴度高且装拆困难。进给传动系统4.1概述图4-2套筒联轴器

a)键联接b)锥销联接c)十字滑块联轴节数控机床的进给传动系统概述第8页2.凸缘联轴器凸缘联轴器是把两个带有凸缘半联轴器分别与两轴连接，然后用螺栓将两个半联轴器连成一体以传递动力和扭矩。进给传动系统4.1概述图4-3凸缘式联轴器数控机床的进给传动系统概述第9页凸缘联轴器材料可采取HT250或碳钢，重载时或要求圆周线速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢。结构简单、成本低、可传递较大转矩，但对两轴同轴度要求高，如不能到达要求会产生附加载荷。进给传动系统4.1概述数控机床的进给传动系统概述第10页3.弹性联轴器进给传动系统4.1概述图4-4直接联接电动机轴和丝杠弹性联轴器无键联接；依靠弹性钢片组对角联接传递转矩。数控机床的进给传动系统概述第11页4.安全联轴器预防过载造成整个运动传动机构零件损坏。进给传动系统4.1概述图4-5安全联轴器工作原理数控机床的进给传动系统概述第12页TND360型数控车床安全联轴器进给传动系统4.1概述图4-6TND360型数控车床纵向滑板传动系统图

1—旋转变压器和测速发电机10—滚珠丝杠2—直流伺服电动机11—垫圈3—锥环12、13、14—滚针轴承4、6—半联轴器15—堵头5—滑环16—压紧螺钉7—钢片17—压紧外环8—碟形弹簧18—压紧内环9—套19—压紧套

数控机床的进给传动系统概述第13页进给传动系统

在数控机床进给伺服系统中，齿轮传动副被广泛应用将执行元件输出高转速、低转矩转换成被控对象所需低转速、大转矩场所。而数控机床进给系统工作时经常处于自动变向状态，齿轮副侧隙会造成反向时丢失指令脉冲，从而影响加工精度，所以必须采取办法消除齿轮传动间隙。4.2齿轮传动副数控机床的进给传动系统概述第14页1.直齿圆柱齿轮副消除间隙方法（1）偏心轴调整法如图4-7所表示为偏心轴套式调整间隙结构，电机装在偏心轴套2上，能够经过偏心轴套2调整齿轮1和齿轮3之间中心距来消除齿轮传动副齿侧间隙。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-7偏心轴套式调整间隙机构

1、3—齿轮2—偏心轴套数控机床的进给传动系统概述第15页（2）锥度调整法如图4-8所表示为用一个带有锥度齿轮来消除间隙结构。一对啮合着圆柱齿轮，若其节圆沿齿厚方向制成较小锥度，只需改变垫片3厚度就能实现齿轮间轴向位置改变，从而消隙。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-8锥度齿轮调整法数控机床的进给传动系统概述第16页（3）双片薄齿轮错齿调整法图4-9所表示为双片薄齿轮错齿调整法。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-9双片薄齿轮错齿消隙结构刚性调整法是指调整后齿侧间隙不能自动赔偿调整法，齿轮周节及齿厚要严格控制，结构简单，传动刚度好。柔性调整法是指调整后齿侧间隙仍能自动赔偿调整法，齿轮周节及齿厚不需严格控制，结构复杂，轴向尺寸大，传动刚度差。数控机床的进给传动系统概述第17页2.斜齿圆柱齿轮副消除间隙方法（1）轴向垫片调整法如图4-10所表示为斜齿轮垫片调整法，其原理与错齿调整法相同。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-10斜齿轮垫片调整法

1、2—薄片斜齿轮3—垫片4—宽齿轮数控机床的进给传动系统概述第18页（2）轴向压簧调整法图4-11是斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-11斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构

1、2—薄片斜齿轮3—弹簧4—宽齿轮5—螺母数控机床的进给传动系统概述第19页3.锥齿轮传动副消隙间隙方法（1）轴向压簧调整法如图4-12为锥齿轮轴向压簧调整法。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-12锥齿轮轴向压簧调整法数控机床的进给传动系统概述第20页（2）周向弹簧调整法图4-13为锥齿轮周向弹簧调整法。进给传动系统4.2齿轮传动副图4-13锥齿轮周向弹簧调整法数控机床的进给传动系统概述第21页4.3.1滚珠丝杠副原理及特点1.工作原理进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副图4-14滚珠丝杠副结构原理滚珠丝杠螺母副是数控机床上将回转运动转换为直线运动惯用传动装置。在丝杠和螺母上都有半圆弧形螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠螺旋滚道。在螺母上有滚珠回路管道将几圈螺旋滚道两端连接起来，组成封闭循环滚道，在滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时滚珠在滚道内自转同时沿滚道循环转动，迫使螺母轴向移动。数控机床的进给传动系统概述第22页2.特点1）摩擦损失小，传动效率高，可达90%～96%，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副1/4～1/3。2）采取双螺母预紧后，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，提升了传动刚度。3）摩擦阻力小，动、静摩擦力之差极小，能确保运动平稳，不易产生低速爬行现象。4）不能自锁，有可逆性，既能将旋转运动转换为直线运动，又能将直线运动转换为旋转运动。5）运动速度受到一定限制，传动速度过高时，滚珠在其回路管道内易产生卡珠现象。6）制造工艺复杂。进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副数控机床的进给传动系统概述第23页3.滚珠循环方式（1）外循环外循环是滚珠在循环过程结束后经过螺母外表面螺旋槽或插管返回丝杠螺母中重新进入循环。进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副图4-15惯用外循环滚珠丝杠

a)端盖式b)插管式c)螺旋槽式以和丝杠一直保持接触是否确定是外或内循环！！！滚珠每一循环闭路称列，外循环每列有1.5、2.5、3.5圈等，普通一个螺母一列。外循环结构和制造工艺简单，使用较广泛，其缺点是滚道接缝处不平滑，平稳性不佳易卡珠。数控机床的进给传动系统概述第24页（2）内循环内循环采取反向器实现滚珠循环。进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副图4-16内循环滚珠丝杠

1—凸键2、3—反向槽4—丝杠5—钢珠6—螺母7—反向器内循环每个螺母有2、3、4、5列等，每列只有1圈。内循环结构紧凑、定位可靠、刚性好，不易磨损，返回滚道短不易卡珠且摩擦损失小，缺点是结构复杂、制造困难。数控机床的进给传动系统概述第25页4.3.2轴向间隙消除和预紧轴向间隙是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母间最大轴向窜动，除结构本身游隙外，还包含施加轴向载荷后弹性变形。预加载荷以能有效地降低游隙及受力弹性变形所带来轴向位移为度，过大则增加摩擦阻力降低传动效率及精度保持性。进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副单螺母预紧微量过盈滚珠变螺距双螺母预紧修磨垫片厚度双锁紧螺母齿差式调整法数控机床的进给传动系统概述第26页4.3.3滚珠丝杠安装进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副图4-18滚珠丝杠安装（一）数控机床的进给传动系统概述第27页进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副图4-18滚珠丝杠安装（二）数控机床的进给传动系统概述第28页进给传动系统

4.3数控机床用丝杠传动副图4-18滚珠丝杠安装（三）数控机床的进给传动系统概述第29页4.4.1齿轮齿条副传动在大型数控机床(如大型数控龙门铣床)中，工作台行程很大。所以，它进给运动不宜采取滚珠丝杠副实现，因太长丝杠易于下垂，将影响到它螺距精度及工作性能，另外，其扭转刚度也对应下降，故惯用齿轮齿条传动。当驱动负载小时，可采取双轮错齿调整法，分别与齿条齿槽左、右侧贴紧，而消除齿侧隙。进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动数控机床的进给传动系统概述第30页进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动图4-22双齿轮消除间隙原理图4⁃22是这种消除间隙方法原理图。进给运动由轴2输入，经过两对斜齿轮将运动传给轴1和轴3，然后由两个直齿轮4和5去传动齿条，带开工作台移动，轴2上两个斜齿轮螺旋线方向相反。假如经过弹簧在轴2上作用一个轴向力F，则使斜齿轮产生微量轴向移动，这时轴1和3便以相反方向转过微小角度，使齿轮4和5分别与齿条两齿面贴紧，消除了间隙。数控机床的进给传动系统概述第31页进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动图4-23齿轮齿条传动齿侧隙消除当驱动负载大时，采取径向加载法消除间隙。如图4⁃23所表示，两个小齿轮1和6分别与齿条7啮合，并用加载装置4在齿轮3上预加负载，于是齿轮3使啮合大齿轮2和5向外伸开，与其同轴上齿轮1、6也同时向外伸开，与齿条7上齿槽左、右两侧对应贴紧面无间隙，齿轮3由液压马达直接驱动。数控机床的进给传动系统概述第32页4.4.2双导程蜗杆副传动1.双导程蜗杆副特点

1）啮合间隙可调整得很准确，依据实际经验，侧隙调整能够小到0.01～0.015mm。2）普通蜗杆副是以蜗杆沿蜗轮径向移动来调整啮合侧隙，因而改变了传动副中心距，从啮合原理角度看，这是很不合理。3）双导程蜗杆副使用修磨调整环来控制沿蜗杆轴向调整量，调整准确，方便可靠；而普通蜗杆副径向调整量较难掌握，调整时也轻易产生蜗杆轴线歪斜。进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动数控机床的进给传动系统概述第33页4）双导程蜗杆副蜗杆支承直接安置在支座上，只需确保支承中心线与蜗轮中截面重合，中心距公差可略微放宽，装配时，用调整环来取得适当啮合侧隙，这是普通蜗杆副无法办到。5）双导程螺杆副不足之处是制造困难。进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动数控机床的进给传动系统概述第34页2.双导程蜗杆副工作原理双导程蜗杆与普通蜗杆区分是双导程蜗杆齿左右两侧面含有不一样导程，同一侧是相同，所以双导程蜗杆齿厚从一端向另一端均匀地逐步增厚或减薄。轴向移动蜗杆可消除或调整啮合间隙。进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动图4-26双导程蜗杆齿形数控机床的进给传动系统概述第35页进给传动系统

4.4齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动图4-27数控回转工作台

1—轴承2—蜗杆3—轴承4—压块5—螺钉6—螺母7—调整套8—蜗轮数控机床的进给传动系统概述第36页4.6.1对数控机床导轨要求1.导向精度高2.高、低速平稳性好3.耐磨性好及寿命长导轨耐磨性决定了导轨精度保持性，动导轨沿支承导轨面长久运行会引发不均匀磨损破坏导轨导向精度从而影响加工精度。导轨磨损形式：（1）硬粒磨损（2）咬合和热焊（3）疲劳和压溃进给传动系统

4.5数控机床导轨导轨面间存在着坚硬微粒、由外界或润滑油带入切屑或磨粒以及微观不平摩擦面上高峰，在运动过程中均会在导轨面产生机械相互切割和锉削作用面，而使导轨面上产生沟痕和划伤，进而使导轨面受到破坏。导轨面覆盖着氧化膜(约0.025μm)及气体、蒸汽或液体吸附膜(约0.025μm),这些薄膜因为导轨面上局部比压或剪切力过高而排除时，裸露金属表面因摩擦热而使分子运动加紧，在分子力作用下就会产生分子间相互吸引和渗透而吸附在一起，造成冷焊（咬合）。假如导轨面摩擦热使金属表面温度到达熔点引发局部焊接，造成热焊而相对运动又将焊点拉开造成撕裂性破坏。导轨面因为过载或接触应力不均匀而使导轨表面产生弹性变形，重复进行屡次，就会形成疲劳点，呈塑性变形，表面形成龟裂和剥落而出现凹坑，这种现象叫压溃。数控机床的进给传动系统概述第37页4.足够刚度导轨刚度表示导轨在承受动、静载荷下抵抗变形能力，若刚度不足，会直接影响相对运动部件相对位置精度和导向精度，还会使导轨面上比压分布不均，加重导轨变形。5.结构简单、工艺性好结构设计时需考虑到制造工艺性、装配工艺性和维修方便程度。进给传动系统

4.5数控机床导轨数控机床的进给传动系统概述第38页4.6.2导轨技术要求（1）导轨精度要求不论是V-平型还是平-平型，滑动导轨面平面度公差通常取0.01～0.015mm，长度方向直线度公差通常取为0.005～0.01mm；侧导向面直线度公差为0.01～0.015mm，侧导向面之间平行度公差为0.01～0.015mm，侧导向面对导轨底面垂直度公差为0.005～0.01mm。（2）导轨热处理数控机床开动率普遍都很高，这就要求导轨含有较高耐磨性，为此导轨大多需淬火处理。导轨淬火形式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中以前两种为主。铸铁导轨超音频淬火，硬度50-55HRC，磨削后深度1.0-1.5mm；镶钢导轨中频淬火或渗氮，硬度58-62HRC，深度0.5mm。进给传动系统

4.5数控机床导轨数控机床的进给传动系统概述第39页4.6.3导轨特点和适用范围1）滚动导轨为提升数控机床移动部件运动精度和定位精度，数控机床广泛采取滚动导轨。（1）滚动导轨块标准导轨块组成数控机床滚动导轨可用于中等负载导轨支承上，与之相配床身导轨普通用镶钢淬火导轨。进给传动系统

4.5数控机床导轨数控机床的进给传动系统概述第40页

使用时导轨块安装在运动部件上，当运动部件移动时，滚柱3在支承部件导轨面与本体6间滚动，同时绕本体6循环滚动。为确保良好刚性，需作预