滚珠丝杠

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2. 柔性调整法
薄斜齿轮2
该法是调整之后齿侧间隙仍可
自动补偿的调整法。一般采用调整
薄斜齿轮1 弹簧 键
螺母
压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，
但这种结构较复杂，轴向尺寸大、
传动刚度低，传动平稳性也差。
(1)轴向压簧调整法 用螺母来调节弹簧的轴向压力，
轴 宽斜齿轮
使齿轮1和2的左、右齿面分别与宽
斜齿轮齿槽的左右侧面贴紧。弹簧
钢珠从A点走向B点、C点、D点然后经返向回珠器4从螺
纹的顶上回到A点。螺纹每一圈形成一个钢珠的循环闭路。回
珠器处于螺母之内，称为内循环。
其结构紧凑，定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易发生滚 珠堵塞；缺点是结构复杂，制造较困难，不能用于多头螺纹。
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三、滚珠丝杠螺母副的预紧方法 滚珠丝杠螺母预紧的目的消除反向间隙、提 高其刚度。 预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母 产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预 紧力。
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(1) 偏心轴调整法
通过调整偏心套 来改变齿轮1和齿轮2 之间的中心距，从而 消除了齿侧间隙。
齿轮2 齿轮1 偏心套
图7-1 偏心调整法的原理图
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(2) 轴向垫片调整法
要改变垫片的厚度 就能改变齿轮2和齿轮 1的轴向相对位置，从 而消除了齿侧间隙。
齿轮2
垫片
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齿轮1
图7-2 轴向垫片调整法的原理图
2. 有良好的精度保持性 精度保持性是指导轨能否长期 保持原始精度，丧失精度保持性的主要因素是由于导轨的 磨损、导轨的结构形式及支承件材料的稳定性有关。数控 机床常采用滚动导轨，静压导轨或塑料导轨。
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3. 有足够的刚度 导轨的刚度主要决定于其类型、 结构形式和尺寸大小点轨与床身的联接方式，导轨材料 和表面加工质量等。数控机床常采用加大导轨截面积的 尺寸，或在主导轨外添加辅助导轨来提高刚度。
动；滑块中有四组滚珠，在导轨条和滑块的直线滚道内滚动。
当滚珠滚到滑块的端点(图b为左端)，就经端面挡板和滑块中的
回珠孔回到另一端，经另一端面挡块再进入循环。四组滚珠各
有自己的回珠孔；分别处于滑块的四角。
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(二) 配置与固定
直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨条通常为两 根，装在支承件上，见图下图。每根导轨条上有两个滑块，固定 在移动件上。如移动件较长，也可在一根导轨条上装3个或3个以 上的滑块。如移动件较宽，也可用3根或3根以上的导轨条。
调整螺钉
调整垫块
调整偏心销
(a)
(b) (c)
图7-18 导轨副的预紧方式
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调整螺钉和楔铁预紧 润滑油入孔
调整螺钉 楔铁
滚子
(d)
(e)
图7-18 导轨副的预紧方式
图d中按规定要求用力矩扳手扭紧，中间螺钉按要求施力， 两端的略轻些为中间施力的90％效果较好。
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三、静压导轨 静压导轨的滑动面之间开有油腔，将有一定压力的油通过 节流器输入油腔，形成压力油膜，浮起运动部件，使导轨工作 表面处于纯液体摩擦，不产生磨损。 (一）特点 其优点是： (1) 精度保持性好； (2) 摩擦系数也极低(0.0005)，驱动功率大大降低； (3) 其运动不受速度和负载的限制，低速无爬行，承载能力 大，刚度好； (4) 油液有吸振作用，抗振性好，导轨摩擦发热也小。 其缺点是结构复杂，要有供油系统，油的清洁度要求高。
(3) 减小运动惯量 传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动 特性都有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小 执行部件的惯量。
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§7.2 传动齿轮副
一、设计传动齿轮副应考虑的问题 进给系统采用齿轮传动装置，是为了使丝杠、工作台的惯
量在系统中占有较小的比重；还可使高转速低转矩的伺服驱动 装置的输出变为低转速大扭矩，以适应驱动执行件的需要。
图7-16 直线导轨副的配置
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移动件 防尘盖 螺钉2
基准面B
螺钉1 基准面A
图7-17 直线导轨副的配置与固定
支承件
上图两条导轨条中，一条为基准导轨(右导轨)，上有基准面 A。它的滑块上有基准面B。另一条为从动导轨(左导轨)。装配 时，将基准导轨的基准面A靠在支承件的定位面上，用螺钉1顶 靠后固定。滑块则顶靠在移动件的定位面上。
(1) 普通间隙通常用于对精度无要求和要求尽量减小滑块移 动阻力的场合，如辅助导轨，机械手等；
(2) 轻预紧用于精度要求较高但载荷较轻的场合，例如磨床 的进给导轨和工业机器人等；
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(3) 中预紧用于对精度和刚度均要求较高具有冲击、振动和 进行重切削的场合，例如加工中心、数控机床、磨床的砂轮架 导轨等。
滚珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂进行润滑， 同时要采用防尘密封装置。如用接触式或非接触密封 圈，螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩， 以防尘土及硬性杂质进入丝杠。
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§7.4 导轨
一、对导轨的基本要求
导轨的功用概括为起导向和支承作用，在设计导轨时 应考虑以下问题：
1. 有一定的导向精度 导向精度是指机床的运动部件 沿导轨移动时的直线性(对直线运动导轨)或真圆性(对圆运 动导轨)及它与有关基面之间的相互位置的准确性。
力需调整适当，过松消除不了间隙，
过紧则齿轮磨损过快。
图7-3 轴向压簧调整法
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(2)周向压簧调整法
转动螺母调整弹 簧的拉力可以使薄片 齿轮错位，即两片薄 齿轮1、2的左、右齿 面分别与宽齿轮齿槽 的右、左贴紧，消除 了齿侧间隙。
凸耳 弹簧 螺母 螺钉凸耳
薄齿轮2
薄齿轮1
图7-4 周向压簧调整法
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§7.3 滚珠丝杠螺母副
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1. 垫片调整法
图7-7 垫片调整法 通过改变垫片的厚度，使螺母产生轴向位移。这种结构简单 可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。
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2. 螺母调整法
螺母
图7-8 螺母调整法
用两个锁紧螺母l，2能使螺母相对丝杠作轴向移动。这种 结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用较广。但调整 位移量和预紧力不易精确控制。
滚动导轨常用的滚动体有滚珠、滚柱、滚针，特点是： 滚珠导轨的承载能力小，刚度低，适用于运动部件重量不 大，切削力和颠覆力矩都较小的机床。 滚柱导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷 较大的机床。 滚针导轨的特点是滚针尺寸小，结构紧凑，适用于导轨尺 寸受到限制的机床。
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(一) 工作原理
1. 滚动导轨块
在设计齿轮传动装置时，应考虑的问题： 1. 应又足够的强度和精度； 2. 应综合考虑其速比分配及传动级数对传动件的转动惯量和 执行件的转动的影响。增加传动级数，可以减小转动惯量。但 级数增加，使传动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪 声；同时也加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。
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二、消除传动齿轮间隙的措施 (一) 存在间隙的危害： 1. 在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后于指令值； 反向时，会出现反向死区，影响加工精度。 2. 在闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量可得到补偿， 但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。 (二) 调整方法 1. 刚性调整法 刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。因 此，齿轮的周节公差及齿厚要严格控制，否则影响传动的灵活 性。这种调整方法结构比较简单，且有较好的传动刚度。
4. 有良好的摩擦特性 导轨的摩擦系数要小，而且 动、静摩擦系数应尽量接近，以减小摩擦阻力和导轨热 变形，使运动轻便平稳，低速无爬行，这对数控机床特 别重要。
5. 导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，便于检 验、调整和维修，有合理的导轨防护和润滑措施等。
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二、滚动导轨
滚动导轨就是在导轨工作面间安装滚动件，变滑动摩擦为 滚动摩擦。其优点是摩擦系数小、摩擦发热小、运动灵活、精 度保持性好、低速运动平稳。缺点是滚动导轨结构复杂，制造 成本高，抗震性差。
第七章 进给系统的机械传动结构
§7.1 概 述
包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条 副、蜗杆蜗轮副、齿轮或齿链副及其支承部件等。设计和选用 机械传动结构时，必须考虑以下问题：
(1) 减少摩擦阻力 如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母 副、滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。
(2) 提高传动精度和刚度、消除传动间隙 传动精度和刚度 主要取决于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的刚度。传 动间隙主要来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等。
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1．外循环
插管式 回珠器
图7-5 外循环方式
插管式 回珠器
每一列钢珠转几圈后经插管回珠器返回。插管式回珠器
位于螺母之外，称为外循环。
外循环结构制造工艺简单，其滚道接缝处很难做得平滑， 影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。
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2. 内循环 B
C D 反向回珠器
A A
D
B
C
图7-6 内循环方式
滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一自由端装向 心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置 应远离热源(如液压马达)及丝杠上的常用段。
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(3) 两端装止推轴承
图7-12 两端装止推轴承 将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有 助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。
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滚珠丝杠螺母副特点： 1. 摩擦小，效率高，发热少； 2. 丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传 动刚度； 3. 运动平稳，不易产生低速爬行现象； 4. 磨损小、寿命长、精度保持性好； 5. 不能自锁，有可逆性，丝杠立式使用时，应增加制动 装置。 二、滚珠丝杠螺母副的循环方式 常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱 离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。
螺钉 支承块 移动件
移动件
滚子
挡板
支承 导轨
支承导轨 滚子
挡板
图7-14 滚动导轨块
滚动导轨块的特点是刚度高、承载能力大、便于装拆。
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2. 直线滚动导轨
滚珠 回珠孔 密封垫 挡板 滑块 回珠孔
滑块
导轨条
密封垫
(a)
图7-15 直线导轨副
导轨条
(b)
导轨条安装在床身上，滑块连同工作台沿导轨条作直线运
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(三) 精度和预紧
1. 精度 直线运动滚动支承的精度分为1、2、3、4、5、6级。数控 机床应采用1或2级。不同精度和规格的导轨支承，对安装基面 均有相应的形位公差要求。设计时应注意查样本手册。
2. 预紧 导轨支承的工作间隙，直接影响它的运动精度、承载能力 和刚度。间隙分为普通间隙和负间隙(过盈，即预紧)两类，在 负间隙中又有轻预紧和中预紧两种情况。
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(4) 两端装止推轴承及向心袖轴承
图7-13 两端装止推轴承及向心袖轴承 为了提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和 向心球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杠的热 变形转化为止推轴承的预紧力，但设计时要注意提高止推轴 承的承载能力和支架刚度。
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2. 制动方式 滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用 在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装 有制动装置。常用的制动方法有超越离合器、电磁摩 擦离合器或者使用具有制动装置的伺服驱动电机。
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(四) 滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式 1. 支承形式 (1) 一端装止推轴承
图7-10 一端装止推轴承
这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短 丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐 标中。
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( 2) 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
图7-11 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
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3. 齿差调整法
Z1=99 当两齿同 向各转过一个 齿时，则左螺 母相对于右螺 母转过1m。
螺距t-10mm
Z2=100
图7-9 齿差调整法
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四、滚珠丝杠螺母副的选用 目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级：普通级P、标 准级B、精密级J和超精密级C。普通数控机床可选用标准级B， 精密数控机床可选精密级J或超精密级C。 在设计和选用滚珠丝杠螺母副时，首先要确定螺距t、名义 直径D0、滚珠直径d0等主要参数。 D0愈大，丝杠承载能力和刚度愈大。为了满足传动刚度和 稳定性的要求，通常D0应大于丝杠长度的1/30~1/35，根据D0 值选取尽量较大的螺距t。 滚珠直径d0对承载能力有直接影响，应尽可能取较大的数 值。一般d0 0.6t，其最后尺寸按滚珠标准选用。
滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型 传动装置。
一、 工作原理与特点
螺母 滚珠
在丝杠和螺母上都有 半圆弧形的螺旋槽，当它 们套装在一起时便形成了 滚珠的螺旋滚道。螺母上 有滚珠回路管道，当丝杠 旋转时，滚珠在滚道内既 自转又沿滚道循环转动。
丝杠
滚珠 回路
图7-4 滚珠丝杠工作原理图
12月3日