(Word修改版)机床安装与调试课件

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？目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）① 电机与滚珠丝杠直连（目前广泛用于各类数控机床）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。

顺、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，高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，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啮合，其适用于大扭矩传动时。

角度误差平行度误差间隙误差主要有：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。

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。

变形受键槽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。

目前FANUC 脉冲编码器 常采用十字滑块连接。

联轴器的常见故障： ⑪ 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。

但弹性联接器装配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。

⑫ 刚性联轴器刚性联轴器目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，装配也十分方便。

经在维修中应用，效果很好。

但装配时要注意，大小弹性销要求互成180°装配，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，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、快退的速度有时高达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。

联轴器英语词汇Coupling ——联轴器Torque ——力矩Transmission ——传递Torque transmission ——力矩传递Damping ——抑制，阻尼Vibrations ——震荡Damping of torsion vibrations ——抑制扭矩震荡Compensation ——补偿Misalignments ——不重合Axial misalignments ——轴线不重合Compensation for axial, radial and angular shaft misalignments ——补偿轴向、径向和角度方向的误差（不重合度）Axial plug-in ——轴插入easy assembly ——安装容易maintenance free ——免维护Flexible ——弹性的、柔性的Elastic ——弹性的Backlash ——反向间隙Backlash-free ——无反向间隙Prestress ——预加应力Easy blind assembly ——便于盲装，非常容易安装。

Integrated clamping system ——综合卡紧装置Flangeconnect——法兰连接feather keyway according to DIN 6885 ——标准键了连接，遵循DIN 6885标准。

Finish bore according to ISO fit H7 ——联轴器孔精镗遵循ISO 标准H7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——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。

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从两种不同丝杠的结构特点，不难看出滚珠丝杠的优势和特点：滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦，高精度，高效率的机构。

它的机构效率（η=0.92-0.96）比梯形丝杠（η=0.20-0.40）高3-4倍。

滚珠丝杠螺母副的动（静） 摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。

另外，滚珠丝杠生产过程中，在滚道和珠子之间施加预紧力，可以消除间隙，所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合。

基于这些特点数控机床广泛采用滚珠丝杠，并配合伺服电机达到高的动态响应和高定位精度。

2.滚珠丝杠的结构与预紧滚珠丝杠的内部结构如下图s-4所示图 s-4内循环滚珠丝杠图 s-5外循环滚珠丝杠滚珠丝杠从循环形式上可分为：内循环式和外循环式，参见图s-4和图s-5。

滚珠丝杠从螺母预紧形式上可分为：单螺母和双螺母，参见图s-7。

内循环式滚珠丝杠结构尺寸小，但是由于循环器受尺寸所限，滚珠循环及散 热条件差，制约了丝杠高速旋转。

外循环式滚珠丝杠循环器有局部在丝母外，散 热好，但安装尺寸较大。

图 s-6单螺母内部预紧而双螺母丝杠副的预紧力虽然在出厂时已经调好，但是进入使用环节后，特别是使用一段时间需要调整丝杠副间隙时，可以通过增减调整垫的厚度，进行再次的预紧。

图 s-7双螺母结构滚珠丝杠作为高精度进给驱动机构，为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。

其双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。

参见下图s-8图 s-7双螺母结构调整预紧力其它常见的双螺母调整结构又有下述几种形式：单螺母丝杠副的预紧力是在出厂时完成的，基本上是“一次性的”，也就是说进入使用阶段后很难再调整了。

（A ）（B ）（C ）图 s-8双螺母滚珠丝杠预紧力调整但是，目前最常见的调整预紧力结构是图s-7中所示的“双螺母加垫”预紧调整，所以我们在以后的学习中将重点关注这种结构。

常用的双螺母丝杆间隙的调整方法有：1. 垫片调隙式结构；参见图s-8（A ），原理是通过增加垫片厚度，使两个螺母在相 对的方向上产生轴向力，克服间隙，增加预紧力。

2. 螺母调隙式结构；参见图s-8（B ），原理同上，只是调整的手段不是垫片，而是两个锁紧螺母。

3. 齿差调隙式结构；参见图s-8（C ）。

其原理是通过在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1、Z2，并相差一个齿。

调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：式中Z1、Z2 为齿轮的齿数，Ph 为滚珠丝杠的导程。

前面我们大致了解了滚珠丝杠的工作原理，那么它是怎样具体应用在机床上呢？我们在这一节进行讨论。