1、数数 控控 技技 术术主讲教师：仇晓黎主讲教师：仇晓黎东南大学远程教育东南大学远程教育第第 七七 讲讲数控机床进给系统介绍第1页第二节第二节 数控机床主传动系统及主轴部件数控机床主传动系统及主轴部件第三节第三节 数控机床进给系统数控机床进给系统第四节第四节 数控机床回转工作台数控机床回转工作台第五节第五节 数控加工使用刀具及自动换刀系统数控加工使用刀具及自动换刀系统第六节第六节 数控加工用辅助装置数控加工用辅助装置第二章第二章 数控机床结构数控机床结构第一节第一节 数控机床结构要求数控机床结构要求数控机床进给系统介绍第2页一、一、对进给运动要求对进给运动要求二、二、滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副
2、三、三、传动齿轮间隙消除机构传动齿轮间隙消除机构四、四、导轨导轨第二章第三节数控机床进给系统第二章第三节数控机床进给系统数控机床进给系统介绍第3页数控机床进给运动是数字控制直接对象，数控机床进给运动是数字控制直接对象，被被加加工工件件最最终终轮轮廓廓精精度度和和加加工工精精度度都都会会受受到到进进给给运运动传动精度、灵敏度和稳定性影响。动传动精度、灵敏度和稳定性影响。为为此此，对对进进给给系系统统中中传传动动装装置置和和元元件件要要求求含含有有高高寿寿命命，高高刚刚度度，无无传传动动间间隙隙，高高灵灵敏敏度度和和低低摩摩擦擦阻阻力力特点，特点，如如导导轨轨必必须须含含有有较较小小摩摩擦擦力力，
3、耐耐磨磨性性要要高高，所所以以普普通采取滚动导轨、静压导轨和减磨滑动导轨等。通采取滚动导轨、静压导轨和减磨滑动导轨等。一、对进给运动要求一、对进给运动要求数控机床进给系统介绍第4页为为了了提提升升位位移移精精度度，降降低低传传动动误误差差，对对采采取取各各种种机机械部件首先确保它们加工精度，械部件首先确保它们加工精度，其次采取合理预紧来消除轴向传动间隙，其次采取合理预紧来消除轴向传动间隙，所以在进给传动系统中广泛采取各种间隙消除办法，所以在进给传动系统中广泛采取各种间隙消除办法，不过采取预紧等各种办法后依然可能留有微量间隙。不过采取预紧等各种办法后依然可能留有微量间隙。另外因为受力作用后产生弹
4、性变形，也会产生间隙，另外因为受力作用后产生弹性变形，也会产生间隙，所所以以在在进进给给系系统统反反向向运运动动时时仍仍需需由由数数控控装装置置发发出出脉脉冲指令进行自动赔偿。冲指令进行自动赔偿。当当旋旋转转运运动动被被转转化化为为直直线线运运动动时时，为为了了提提升升转转换换效效率率，确确保保运运动动精精度度，滚滚珠珠丝丝杠螺母副被广泛使用。杠螺母副被广泛使用。数控机床进给系统介绍第5页1 1、降降低低运运动动件件之之间间摩摩擦擦阻阻力力：摩摩擦擦阻阻力力主主要要来来自自丝丝杠螺母和导轨；对其进行滚动化是主要办法。杠螺母和导轨；对其进行滚动化是主要办法。2 2、提升传动精度和刚度：、提升传动
5、精度和刚度：（1 1）确确保保进进给给系系统统中中滚滚珠珠丝丝杠杠螺螺母母、蜗蜗轮轮蜗蜗杆杆和和支支承结构加工精度，提升传动精度和刚度。承结构加工精度，提升传动精度和刚度。（2 2）在在进进给给链链中中加加入入减减速速齿齿轮轮或或同同时时带带传传动动，减减小小脉冲当量，从设计角度提升传动精度。脉冲当量，从设计角度提升传动精度。（3 3）采取预紧消除传动件间隙，提升传动精度。）采取预紧消除传动件间隙，提升传动精度。3 3、降降低低惯惯量量：高高速速运运转转零零件件惯惯量量影影响响伺伺服服系系统统开开启启和制动特征。和制动特征。综综合合而而言言，在在设设计计进进给给系系统统时时，应应充充分分注注意
6、意降降低低摩摩擦擦阻阻力力、提提升升传传动动精精度度和和刚刚度、消除传动间隙、降低运动部件惯量。度、消除传动间隙、降低运动部件惯量。数控机床进给系统介绍第6页二二 、滚珠丝杠螺纹副、滚珠丝杠螺纹副1 1、滚珠丝杠螺母副特点滚珠丝杠螺母副特点2 2、滚珠丝杠螺母副间隙调整滚珠丝杠螺母副间隙调整3 3、滚珠丝杠安装滚珠丝杠安装4 4、滚珠丝杠防护滚珠丝杠防护5 5、滚珠丝杠螺母副代号、精度等级和标注、滚珠丝杠螺母副代号、精度等级和标注数控机床进给系统介绍第7页1 1、滚珠丝杠螺母副特点滚珠丝杠螺母副特点滚珠丝杠工作原理：滚珠丝杠工作原理：如图是滚珠丝杠结构图，如图是滚珠丝杠结构图，其工作原理是：其
7、工作原理是：在丝杠和螺母上加工有在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋套装在一起时形成螺旋通道，而且滚道内填满通道，而且滚道内填满滚珠。滚珠。当丝杠相对于螺母旋转当丝杠相对于螺母旋转时，二者发生轴向位移，时，二者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流而滚珠则可沿着滚道流动，动，数控机床进给系统介绍第8页按照滚珠返回方式不一样能够分为内按照滚珠返回方式不一样能够分为内循环式和外循环式两种方式。循环式和外循环式两种方式。外外循循环环式式（如如图图）螺螺母母旋旋转转槽槽两两端端由由回珠管回珠管4 4连接起来，连接起来，返返回回滚滚珠珠不不与与丝丝杠杠外圆相接触，
8、外圆相接触，滚滚珠珠能能够够作作周周而而复复始循环运动，始循环运动，在在管管道道两两端端还还能能起起到到挡挡珠珠作作用用，用用以以防防止止滚滚珠珠沿沿滚滚道道滑滑出。出。数控机床进给系统介绍第9页内内循循环环方方式式（如如图图）带带有有反反向向器器 5 5，返返回回滚滚珠珠经经过过反反向向器器和和丝丝杠杠外外圆圆之之间间返回。返回。数控机床进给系统介绍第10页滚珠丝杠螺母副优点：滚珠丝杠螺母副优点：在在传传动动时时，滚滚珠珠与与丝丝杠杠、螺螺母母之之间间基基本本上上是是滚滚动动摩擦，所以含有很多优点：摩擦，所以含有很多优点：1 1）传传动动效效率率高高。滚滚珠珠丝丝杠杠副副传传动动效效率率很很
9、高高可可达达9292-98-98，是普通丝杠传动，是普通丝杠传动2-42-4倍。倍。2 2）摩摩擦擦力力小小。因因为为动动、静静摩摩擦擦系系数数相相差差小小，因因而而传传动动灵灵敏敏，运运动动平平稳稳、低低速速不不易易产产生生爬爬行行，随动精度和定位精度高。随动精度和定位精度高。数控机床进给系统介绍第11页 3 3）使用寿命长。滚珠丝杠副采取优质合金）使用寿命长。滚珠丝杠副采取优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度高达钢制成，其滚道表面淬火硬度高达60-62HRC60-62HRC，表，表面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损很小。很小。4 4）经经预预
10、紧紧后后能能够够消消除除轴轴向向间间隙隙，提提升升系系统统刚度。刚度。5 5）反反向向运运动动时时无无空空行行程程，能能够够提提升升轴轴向向运运动精度。动精度。数控机床进给系统介绍第12页滚珠丝杠螺纹副缺点：滚珠丝杠螺纹副缺点：因因为为滚滚珠珠丝丝杠杠副副含含有有这这些些优优点点，所所以以现现在在各各类类中中、小型数控机床直线进给系统普遍采取滚珠丝杠。小型数控机床直线进给系统普遍采取滚珠丝杠。不过滚珠丝杠也有以下缺点；不过滚珠丝杠也有以下缺点；l l）制造成本高。）制造成本高。2 2）不不能能实实现现自自锁锁。因因为为其其摩摩擦擦系系数数小小不不能能自自锁锁，当当用用于于垂垂直直位位置置时时，
11、为为预预防防因因突突然然停停断断电电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。数控机床进给系统介绍第13页2 2、滚珠丝杠螺母副间隙调整、滚珠丝杠螺母副间隙调整滚珠丝杠传动间隙是轴向间隙。滚珠丝杠传动间隙是轴向间隙。轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间最大轴向窜动量。螺母之间最大轴向窜动量。除了结构本身全部游隙之外，还包含施加轴向载荷后除了结构本身全部游隙之外，还包含施加轴向载荷后产生弹性变形所造成轴向窜动量。产生弹性变形所造成轴向窜动量。为了确保反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间为了确保反向传动
12、精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。隙。数控机床进给系统介绍第14页用预紧方法消除间隙时应注意，预加载荷能够有效用预紧方法消除间隙时应注意，预加载荷能够有效地降低弹性变形所带来轴向位移，但预紧力不宜过地降低弹性变形所带来轴向位移，但预紧力不宜过大。大。过大预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩过大预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩短丝杠使用寿命。短丝杠使用寿命。所以，普通需要经过屡次调整才能确保机床在最大所以，普通需要经过屡次调整才能确保机床在最大轴向载荷下既消除了间隙又能灵活运转。轴向载荷下既消除了间隙又能灵活运转。数控机床进给系统介绍第15页消除间隙方法除了少数用微量过盈滚消除间隙方
13、法除了少数用微量过盈滚珠单螺母消除间隙外，惯用方法是用珠单螺母消除间隙外，惯用方法是用双螺母消除丝杠、螺母间隙。双螺母消除丝杠、螺母间隙。如图是双螺母垫片调隙式如图是双螺母垫片调隙式结构，经过调整垫片厚度结构，经过调整垫片厚度使左右螺母产生轴向位移，使左右螺母产生轴向位移，就可到达消除间隙和产生就可到达消除间隙和产生预紧力作用。这种方法结预紧力作用。这种方法结构简单、刚性好、装卸方构简单、刚性好、装卸方便、可靠。但缺点是调整便、可靠。但缺点是调整费时，极难在一次修磨中费时，极难在一次修磨中调整完成，调整精度不高，调整完成，调整精度不高，仅适合用于普通精度数控仅适合用于普通精度数控机床。机床。数
14、控机床进给系统介绍第16页如图是双螺母齿差调隙式结构，如图是双螺母齿差调隙式结构，在在两两个个螺螺母母2 2和和5 5凸凸缘缘上上各各制制有有一一个个圆圆柱柱齿齿轮轮，两两个个齿齿轮齿数只相差一个齿，即轮齿数只相差一个齿，即z z2 2-z-z1 1=1=1。两两个个内内齿齿圈圈1 1和和4 4与与外外齿齿轮轮齿齿数数分分别别相相同同，并并用用螺螺钉钉和和销钉固定在螺母座销钉固定在螺母座3 3两端。两端。数控机床进给系统介绍第17页调调整整时时先先将将内内齿齿圈圈取取下下，依依据据间间隙隙大大小小调调整整两两个个螺螺母母2 2、5 5分别向相同方向转过一个或多个齿。分别向相同方向转过一个或多个
15、齿。使使两两个个螺螺母母在在轴轴向向移移近近了了对对应应距距离离到到达达调调整整间间隙隙和和预紧目标。预紧目标。数控机床进给系统介绍第18页间隙消除量间隙消除量可用下式简便地计算出：可用下式简便地计算出：=nt/z=nt/z1 1/z/z2 2或或n=zn=z1 1z z2 2/t/t式中式中 n-n-螺母在同一方向转过齿数；螺母在同一方向转过齿数；t-t-滚珠丝杠导程；滚珠丝杠导程；z z1 1，z z2 2-齿轮齿数。齿轮齿数。比如，当比如，当z z1 1=99=99、z z2 2=100=100、t=10mmt=10mm时，时，假假如如两两个个螺螺母母向向相相同同方方向向各各转转过过一一
16、个个齿齿时时，其其相相对对轴轴向位移量为向位移量为s=ts=t(z(z1 1z z2 2)=10)=10(100*99)0.00lmm(100*99)0.00lmm，若若间间隙隙量量为为0.005mm0.005mm，则则对对应应两两螺螺母母沿沿同同方方向向转转过过 5 5个齿即可消除。个齿即可消除。n=(zn=(z1 1z z2 2)/t=/s=0.005/0.001=5)/t=/s=0.005/0.001=5。数控机床进给系统介绍第19页齿齿差差调调隙隙式式结结构构较较为为复复杂杂，尺尺寸寸较较大大，不不过过调调整整方方便便，可可取取得得准准确确调调整整量量，预预紧紧可可靠靠不不会会松松动动，适适合合用用于于高高精度传动。精度传动。数控机床进给系统介绍第20页
