第八讲 数控机床的进给传动系统)

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（ ）
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。
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பைடு நூலகம்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。
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．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．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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
五、数控机床分度工作台
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
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：
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。
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。