第二节进给传动机构详解

滚珠丝杠螺母副的间隙
滚珠丝杠螺母副的间隙：是指丝杠与螺母 无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴 向窜动量以及施加轴向载荷后丝杠产生弹 性变形所造成的轴向窜动量。
3．滚珠丝杆副间隙的调整（1）
为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚 度，必须消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙。 消除间隙的方法常采用: 双螺母、单螺母调隙 利用两个螺母的相对轴向位移，使每个螺 母中的滚珠分别接触丝杆滚道的左右两侧。 用这种方法预紧消除轴向间隙时，预紧力 一般应为最大轴向负载的l/3。当要求不太 高时，预紧力可小于此值。
2．斜齿轮传动消除间隙（2）
轴向垫片调整法 如图所示是斜齿轮垫片错 齿消隙结构。宽齿轮4同时与两个相同薄片 齿轮1和2啮合，薄片齿轮由平键和轴联接， 互相不能相对回转。斜齿轮1和2的齿形拼 装后一起加工，并与键槽保持确定的相对 位置。装配时在两薄齿轮之间装入厚度为δ 的垫片3，使薄片齿轮1、2的螺旋线产生错 位，其左右两齿面分别与宽齿轮4的齿贴紧， 消除齿侧间隙。
2．高谐振
为提高进给系统的抗振性，应使机械构件 具有高的固有频率和合适的阻尼，一般要 求机械传动系统的固有频率应高于伺服驱 动系统固有频率的2～3倍。
3．低摩擦
进给传动系统要求运动平稳，定位准确， 快速响应特性好，必须减小运动件的摩擦 阻力和动、静摩擦系数之差，在进给传动 系统中现普遍采用滚珠丝杆螺母副。
锥度齿轮消隙法图例
1．圆柱齿轮传动消除间隙（3）
双片齿轮错齿调整法 图示是双片齿轮周向可调弹 簧错齿消隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮1和2 与另—个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。 在两个薄片齿轮1和2的端面均匀分布着四个螺孔， 分别装上凸耳3和8。齿轮1的端面还有另外四个 通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧4的两端分别钩 在凸耳3和调节螺钉7上。通过螺母5调节弹簧4的 拉力，调节完后用螺母6锁紧。弹簧的拉力使薄片 齿轮错位，即两个薄齿轮的左右齿面分别贴在宽 齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。
数控回转工作台图例
2．回转工作台的锁紧与松开
当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为 此，在蜗轮底部的辐射方向装有８对夹紧 瓦４和３，并在底座９上均布着同样数量 的小液压缸５。当小液压缸的上腔接通压 力油时，活塞６便压向钢球8，撑开夹紧瓦 ４，并夹紧蜗轮２。 在工作台需要回转时，先使小液压缸的上 腔接通回油路，在弹簧７的作用下，钢球 ８抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。
双螺母螺纹式消隙 如图所示，利用一个螺 母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母 的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另 一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且 可在使用过程中，随时调整，但预紧力大 小不能准确控制。
双螺母螺纹消隙图例
3．滚珠丝杆副间隙的调整（4）
齿差式消隙 如图所示，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：
1．高传动刚度
进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝 杆螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运 动)及其支承部件的刚度。刚度不足与摩擦 阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及 造成反向死区，影响传动准确性。 缩短传动链，合理选择丝杆尺寸以及对丝 杆螺母副及支承部件等预紧是提高传动刚 度的有效途径。
五、数控机床分度工作台
１．分度工作台特点
分度工作台只能完成分度运动，不能实现 圆周进给。分度工作台的分度只限于某些 特定的角度。 定销式分度工作台的定位分度主要靠工作 台的定位销和定位孔实现，分度的角度取 决于定位孔在圆周上的分布数量。
定销式分度工作台图例
2．基本组成
工作部分 分度工作台（1）、矩形工作台（10）、 上底座（21） 定位部分 定位销（7）、定位孔衬套（6）、马蹄 形环行槽等。 夹紧部分 锁紧液压缸（ 8）、锁紧液压缸活塞 （11） 顶起部分 中央液压缸（17） 传动及支承部分 双列圆柱滚子轴承（14）、滚针 轴承（ 19 ）、推力圆柱滚子轴承（ 20 ）、齿轮 （9）等。
4．低惯量
进给系统由于经常需进行起动、停止、变 速或反向，若机械传动装置惯量大，会增 大负载并使系统动态性能变差。因此在满 足强度与刚度的前提下，应尽可能减小运 动部件的重量以及各传动元件的尺寸，以 提高传动部件对指令的快速响应能力。
5．无间隙
机械间隙是造成进给系统反向死区的另一 主要原因，因此对传动链的各个环节，包 括：齿轮副、丝杆螺母副、联轴器及其支 承部件等等均应采用消除间隙的结构措施 反向死区：在滑动摩插副中，从动件在匀 速驱动和一定摩擦条件下产生的周期性时 停时走时快时慢的现象。
1．圆柱齿轮传动消除间隙（4）
双片齿轮错齿调整法 图3-26b是另一种双 片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿 轮1和2套装一起，每片齿轮各开有两条周 向通槽，在齿轮的端面上装有短柱3，用来 安装弹簧4。装配时使弹簧4具有足够的拉 力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮 的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。
滚珠丝杠副支承方式图例
四、数控机床的回转工作台
1．回转工作台工作特点
数控机床的圆周进给由回转工作台完成， 称之为数控机床的第四轴，回转工作台可 以与Ｘ、Ｙ、Ｚ三个坐标轴联动，从而加 工出各种曲面和曲线等复杂的形状。回转 工作台对于自动换刀多工序的加工中心是 必备的部件。 数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床， 其外形和通用机床分度工作台相似，但它 的驱动是伺服系统的驱动方式。
1．圆柱齿轮传动消除间隙（1）
偏心轴套调整法 如图所示，齿轮１装在电 动机轴上，调整偏心轴套２可以改变齿轮 １和３之间的中心距，从而消除齿侧间隙。
偏心套消隙图例
1-齿轮 2-偏心套 3-齿轮
1．圆柱齿轮传动消除间隙（2）
锥度齿轮调整法 如图所示将一对齿轮１和 ２的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚 在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片 ３的厚度就能改变齿轮１和２的轴向相对 位置，从而消除齿侧间隙。
二、齿轮传动副
引言
数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副 来达到一定的降速比和转矩的要求。由于齿轮 在制造中总是存在着一定的误差，不可能达到 理想齿面的要求，因此一对啮合的齿轮，总应 有一定的齿侧间隙才能正常地工作。 齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数 控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误 差。 对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳 定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙 的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常
１．工作原理和特点（3）
滚珠丝杠螺母副的缺点 由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和 表面质量要求高，故制造成本高。 由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杆传动， 会因部件的自重而自动下降。当部件向下运动且 切断动力源时，由于部件的自重和惯性，不能立 即停止运动。因此必须增加制动装置。 结论 由于其优点显著，虽成本较高，仍被广泛应 用在数控机床上。
2．结构类型（1）
外循环 滚珠在循环过程结束后通过螺母外 表面上的螺旋槽或插管返回丝杆螺母间重 新进入循环。图示为常见的外循环结构形 式。在螺母外圆上装有螺旋形的插管口， 其两端插入滚珠螺母工作始末两端孔中， 以引导滚珠通过插管，形成滚珠的多圈循 环链。这种形式结构简单，工艺性好，承 载能力较高，但径向尺寸较大。目前应用 最为广泛，也可用于重载传动系统中。
双齿错齿可调弹簧式消隙法图例
双齿错齿周向弹簧式消隙法图例
2．斜齿轮传动消除间隙（1）
基本思想 斜齿轮传动消除侧隙的方法与直 齿圆柱齿轮传动中双片薄齿轮消除间隙的 思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽 齿轮啮合，只是通过不同的方法使两个薄 片齿轮沿轴向移动合适的距离后，相当于 两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定 的角度。两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负 责不同的方向（正向和反向），起到消除 侧隙的作用。
Байду номын сангаас
斜齿轮轴向压簧消隙法图例
a 轴向压簧法
b 蝶形弹簧法
三、滚珠丝杆螺母副
１．工作原理和特点（1）
滚珠丝杆螺母副由于在丝杆和螺母之间放 入了滚珠，使丝杆与螺母间变为滚动摩擦， 因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动 效率。图示为滚珠丝杆副的结构示意图。 丝杆１和螺母３上均制有圆弧型面的螺旋 槽，将它们装在一起便形成了螺旋滚道， 滚珠４在其间既自转又循环滚动。
滚珠丝杠螺母副结构图例
1-丝杠 2-滚道 3-螺母 4-滚 珠
１．工作原理和特点（2）
滚珠丝杠螺母副的优点 传动效率高，摩擦损失小 滚珠丝杆螺母副的传动 效率η＝0.92～0.96，可实现高速运动。 运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静摩擦系 数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。 传动精度高，反向时无空程 滚珠丝杆副经预紧后， 可消除轴向间隙。 磨损小 精度保持性好，使用寿命长。 具有运动的可逆性 可以将旋转运动转换成直线 运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杆 和螺母均可作主动件或从动件。
数控机床
第2章第二节 数控机床的 进给传动系统
本讲主要内容
对数控机床进给系统机械结构的要求 滚珠丝杆螺母副
一、对数控机床进给系统 机械结构的要求
一个典型的数控机床闭环控制的进给系统是由位置比 较器、放大元件、驱动元件、机械传动装置和检测反 馈元件等部分组成。 机械传动装置是指将电机的旋转运动变为工作台或刀 架的直线运动的整个机械传动链。 问题：常见的机械传动装置有哪些？ 齿轮传动副、滚珠丝杠螺母副、等装置。
3．回转工作台的圆周进给运动
工作台的回转运动通过电液脉冲马达，经 齿轮减速，由蜗杆１传给蜗轮２。为了消 除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚 蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间 隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同螺距， 因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于 同一侧的螺距是相同的，所以仍然可保持 正常的啮合。