第八讲 数控机床的进给传动系统)

4．滚珠丝杆副的支承方式（2） ．滚珠丝杆副的支承方式（ ）
两端装推力轴承 两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式） 如 推力轴承 图c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；在推力轴承 预紧力大于丝杠最大轴向载荷1/3的条件下，丝杠拉压刚 度可提高四倍；丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠 的精度。 两端装双重止推轴承及深沟球轴承(固定 固定式) 固定－ 两端装双重止推轴承及深沟球轴承 固定－固定式 如图 d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。
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。
数控回转工作台图例
2Байду номын сангаас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。
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） 工作原理和特点（ ）
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。
2．斜齿轮传动消除间隙（2） ．斜齿轮传动消除间隙（ ）
轴向垫片调整法 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。
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。
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） 工作原理和特点（ ）
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。
双螺母螺纹消隙图例
3．滚珠丝杆副间隙的调整（4） ．滚珠丝杆副间隙的调整（ ）
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．工作原理和特点（3） 工作原理和特点（ ）
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。 由于其优点显著，虽成本较高， 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。 控机床上。
3．滚珠丝杆副间隙的调整（2） ．滚珠丝杆副间隙的调整（ ）
双螺母垫片式消隙 双螺母垫片式消隙 如图所示，此种形式结构简 单可靠、刚度好，应用最为广泛，在双螺母间加 垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调 整好预紧力，使用时装卸非常方便。
双螺母垫片调整法（中间加垫片） 双螺母垫片调整法（中间加垫片）图例
外循环式滚珠丝杠结构图例
2．结构类型（2） ．结构类型（ ）
内循环 靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道， 使滚珠成单圈循环，如图所示。反向器２的数目 与滚珠圈数相等。这种形式结构紧凑，刚度好， 滚珠流通性好，摩擦损失小，但制造较困难。适 用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于重载 传动中。
内循环式滚珠丝杠结构图例
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） ．斜齿轮传动消除间隙（ ）
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。
斜齿轮轴向垫片消隙图例
2．斜齿轮传动消除间隙（3） ．斜齿轮传动消除间隙（ ）
轴向压簧调整法 轴向压簧调整法 如图所示是斜齿轮轴向压簧错 齿消除间隙结构。该结构消隙原理与轴向垫片调 整法相似，所不同的是利用齿轮2右面的弹簧压 力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，从而它们 的左、右齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以 消除齿侧间隙。图a采用的是压簧，图b采用的 是碟形弹簧。
2．结构类型（1） ．结构类型（ ）
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。
五、数控机床分度工作台
3．滚珠丝杆副间隙的调整（1） ．滚珠丝杆副间隙的调整（ ）
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 法常采用双螺母结构，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。
1．圆柱齿轮传动消除间隙（4） ．圆柱齿轮传动消除间隙（ ）
双片齿轮错齿调整法 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。
1 1 Ph S = − Z Z2 1
式中Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。
齿差式消隙图例
4．滚珠丝杆副的支承方式（1） ．滚珠丝杆副的支承方式（ ）
一端装止推轴承 固定 自由式) 一端装止推轴承(固定－自由式 如图a所示。这 止推轴承 固定－ 种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应 于短丝杆。 一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承(固定 固定－ 一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承 固定－ 支承式) 支承式 如图b所示。滚珠丝杆较长时，一端装 止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了 减少丝杆热变形的影响，止推轴承的安装位置应 远离热源。
数控机床与使用维修
第八讲 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 齿轮传动副 滚珠丝杆螺母副 数控机床的回转工作台 数控机床分度工作台
一、对数控机床进给系统 机械结构的要求
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。
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。
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。数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针 对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。
锥度齿轮调整法 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。
锥度齿轮消隙法图例
1．圆柱齿轮传动消除间隙（3） ．圆柱齿轮传动消除间隙（ ）
双片齿轮错齿调整法 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。
双螺母垫片调整法（端部加垫片） 双螺母垫片调整法（端部加垫片）图例
3．滚珠丝杆副间隙的调整（3） ．滚珠丝杆副间隙的调整（ ）
双螺母螺纹式消隙 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。
1．圆柱齿轮传动消除间隙（1） ．圆柱齿轮传动消除间隙（ ）
偏心轴套调整法 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） ．圆柱齿轮传动消除间隙（ ）