数控机床进给系统的机械传动结构.ppt

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第八章第八章数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统机械设备数控技术本章主要内容本章主要内容l对数控机床进给系统机械结构的要求对数控机床进给系统机械结构的要求l齿轮传动副齿轮传动副l滚珠丝杆螺母副滚珠丝杆螺母副l数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台l数控机床分度工作台数控机床分度工作台一、对数控机床进给系统一、对数控机床进给系统机械结构的要求机械结构的要求1高传动刚度高传动刚度l进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杆螺母进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杆螺母副副（直线运动直线运动）或蜗轮蜗杆副或蜗轮蜗杆副（回转运动回转运动）及其支承及其支承部件的刚度。

刚度不足与摩擦阻力一起会导致工部件的刚度。

刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生作台产生爬行现象爬行现象以及造成以及造成反向死区反向死区，影响传动，影响传动准确性。

准确性。

l提高传动刚度的有效途径提高传动刚度的有效途径缩短传动链缩短传动链合理选择丝杆尺寸合理选择丝杆尺寸对丝杆螺母副及支承部件等预紧对丝杆螺母副及支承部件等预紧2高谐振高谐振l为提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有为提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有高高的固有频率的固有频率和和合适的阻尼合适的阻尼，一般要求机械传动系，一般要求机械传动系统的固有频率应统的固有频率应高于伺服驱动系统固有频率的高于伺服驱动系统固有频率的23倍。

倍。

3低摩擦低摩擦l进给传动系统要求进给传动系统要求运动平稳，定位准确，快速响运动平稳，定位准确，快速响应特性好应特性好，必须减小运动件的，必须减小运动件的摩擦阻力摩擦阻力和和动、静动、静摩擦系数之差摩擦系数之差，在进给传动系统中现普遍采用，在进给传动系统中现普遍采用滚滚珠丝杆螺母副珠丝杆螺母副。

4低惯量低惯量l进给系统由于经常需进行起动、停止、变速或反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，会增大负载并使系向，若机械传动装置惯量大，会增大负载并使系统统动态性能动态性能变差。

因此在满足强度与刚度的前提变差。

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下，应尽可能减小运动部件的重量重量以及各传动元以及各传动元件的件的尺寸尺寸，以，以提高传动部件对指令的快速响应能提高传动部件对指令的快速响应能力力。

5无间隙无间隙l机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要原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：

因，因此对传动链的各个环节，包括：

齿轮副、齿轮副、丝杆螺母副、联轴器及其支承部件等丝杆螺母副、联轴器及其支承部件等均应采用消均应采用消除间隙的结构措施。

除间隙的结构措施。

二、齿轮传动副二、齿轮传动副引言引言l数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来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。

一对啮合的齿达到一定的降速比和转矩的要求。

一对啮合的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。

轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。

l齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控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，形成系统指令要求，形成跟随误差跟随误差甚至是甚至是轮廓误差。

轮廓误差。

l对闭环系统来说，对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定齿侧间隙也会影响系统的稳定性性。

因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措。

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。

不同的方法。

齿侧间隙消除方法齿侧间隙消除方法l圆柱齿轮传动消除齿侧间隙方法圆柱齿轮传动消除齿侧间隙方法l斜齿轮传动消除齿侧间隙方法斜齿轮传动消除齿侧间隙方法1圆柱齿轮传动消除间隙（圆柱齿轮传动消除间隙

（1）l偏心轴套偏心轴套调整法调整法如图所示，齿轮装在电动机如图所示，齿轮装在电动机轴上，调整偏心轴套可以改变齿轮和之间轴上，调整偏心轴套可以改变齿轮和之间的中心距，从而消除齿侧间隙。

的中心距，从而消除齿侧间隙。

偏心套消隙图例偏心套消隙图例1-齿轮齿轮2-偏心套偏心套3-齿轮齿轮1圆柱齿轮传动消除间隙（圆柱齿轮传动消除间隙

（2）l锥度齿轮锥度齿轮调整法调整法如如图所示将一对齿轮和的图所示将一对齿轮和的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴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。

调整时向稍有变化。

调整时改变垫片的厚度改变垫片的厚度就能改变就能改变齿轮和的轴向相对位置齿轮和的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。

，从而消除齿侧间隙。

锥度齿轮消隙法图例锥度齿轮消隙法图例1圆柱齿轮传动消除间隙（圆柱齿轮传动消除间隙（3）l双片齿轮双片齿轮错齿调整法错齿调整法图示是双片齿轮周向可调图示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。

两个相同齿数的弹簧错齿消隙结构。

两个相同齿数的薄片齿轮薄片齿轮1和和2与另与另个个宽齿轮啮合宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回，两薄片齿轮可相对回转。

在两个薄片齿轮转。

在两个薄片齿轮1和和2的端面均匀分布着四的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳个螺孔，分别装上凸耳3和和8。

齿轮。

齿轮1的端面还有的端面还有另外四个通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧另外四个通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧4的的两端分别钩在凸耳两端分别钩在凸耳3和调节螺钉和调节螺钉7上。

通过螺母上。

通过螺母5调节弹簧调节弹簧4的拉力，调节完后用螺母的拉力，调节完后用螺母6锁紧。

锁紧。

弹弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左右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除了齿侧间隙。

1圆柱齿轮传动消除间隙（圆柱齿轮传动消除间隙（4）l双片齿轮双片齿轮错齿调整法错齿调整法图示为另一种双片齿轮周图示为另一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮1和和2套装一套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱面上装有短柱3，用来安装弹簧，用来安装弹簧4。

装配时。

装配时使弹使弹簧簧4具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。

双齿错齿可调弹簧式消隙法图例双齿错齿可调弹簧式消隙法图例12薄片齿轮薄片齿轮38凸耳凸耳4弹簧弹簧5螺母螺母6锁紧螺母锁紧螺母7调节螺钉调节螺钉双齿错齿周向弹簧式消隙法图例双齿错齿周向弹簧式消隙法图例12薄片齿轮薄片齿轮3短柱短柱4弹簧弹簧l圆柱齿轮传动消除间隙的方法圆柱齿轮传动消除间隙的方法

（1）偏心轴套调整法）偏心轴套调整法

（2）锥度齿轮锥度齿轮调整法调整法（3）双片齿轮双片齿轮错齿调整法错齿调整法2斜齿轮传动消除间隙（斜齿轮传动消除间隙

（1）l基本思想基本思想斜齿轮传动消除侧隙的方法与直齿圆柱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不同的方法使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距离后离后，相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开螺旋线错开了一定的角度了一定的角度。

两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负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），起到消除侧隙的责不同的方向（正向和反向），起到消除侧隙的作用作用。

2斜齿轮传动消除间隙（斜齿轮传动消除间隙

（2）l轴向垫片轴向垫片调整法调整法如图所示是斜齿轮垫片错齿消如图所示是斜齿轮垫片错齿消隙结构。

宽齿轮隙结构。

宽齿轮4同时与两个相同薄片齿轮同时与两个相同薄片齿轮1和和2啮合，薄片齿轮由平键和轴联接，互相不能相对啮合，薄片齿轮由平键和轴联接，互相不能相对回转。

斜齿轮回转。

斜齿轮1和和2的齿形拼装后一起加工，并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之间装入厚度为的垫片的垫片3，使薄片齿轮，使薄片齿轮1、2的的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮4的齿贴紧，消除齿侧间隙。

的齿贴紧，消除齿侧间隙。

斜齿轮轴向垫片消隙图例斜齿轮轴向垫片消隙图例12薄片齿轮薄片齿轮3垫片垫片4宽齿轮宽齿轮2斜齿轮传动消除间隙（斜齿轮传动消除间隙（3）l轴向压簧轴向压簧调整法调整法如图所示是斜齿轮轴向压簧错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整法相似，所不同的是利用齿轮2右面的弹簧压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。

图消除齿侧间隙。

图a采用的是压簧，图采用的是压簧，图b采用的采用的是碟形弹簧。

是碟形弹簧。

斜齿轮轴向压簧消隙法图例斜齿轮轴向压簧消隙法图例a轴向压簧法轴向压簧法b蝶形弹簧法蝶形弹簧法问题：

比较两种斜齿轮消隙法的优缺点问题：

比较两种斜齿轮消隙法的优缺点轴向垫片轴向垫片调整法调整法轴向压簧轴向压簧调整法调整法三、滚珠丝杆螺母副三、滚珠丝杆螺母副工作原理和特点（工作原理和特点

（1）l滚珠丝杆滚珠丝杆螺母副由于在丝杆和螺母之间放入了滚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。

丝杆和螺母上均制有丝杆副的结构示意图。

丝杆和螺母上均制有圆弧型面的螺旋槽，将它们装在一起便形成了螺圆弧型面的螺旋槽，将它们装在一起便形成了螺旋滚道，滚珠在其间既自转又循环滚动。

旋滚道，滚珠在其间既自转又循环滚动。

滚珠丝杠螺母副结构图例滚珠丝杠螺母副结构图例1-丝杠丝杠2-滚道滚道3-螺母螺母4-滚珠滚珠滚珠丝杠螺母副的优点l传动效率高，摩擦损失小传动效率高，摩擦损失小滚珠丝杆螺母副的传滚珠丝杆螺母副的传动效率动效率0.920.96，可实现高速运动。

可实现高速运动。

l运动平稳无爬行运动平稳无爬行由于摩擦阻力小，动、静摩擦由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。

系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。

l传动精度高，反向时无空程传动精度高，反向时无空程滚珠丝杆副经预紧滚珠丝杆副经预紧后，可消除轴向间隙。

后，可消除轴向间隙。

l磨损小磨损小精度保持性好，使用寿命长精度保持性好，使用寿命长。

l具有运动的可逆性具有运动的可逆性可以将旋转运动转换成直线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。

和螺母均可作主动件或从动件。

滚珠丝杠螺母副的缺点滚珠丝杠螺母副的缺点l由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和由于结构复杂，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。

表面质量要求高，故制造成本高。

l由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杆传动，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。

即停止运动。

因此必须增加制动装置。

结论：

结论：

由于其优点显著，虽成本较高，仍被广由于其优点显著，虽成本较高，仍被