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1、第章第章 数控机床的机械系统数控机床的机械系统n n61 数控机床的结构特点n n62 数控机床的主传动系统及主轴部件n n63 数控机床的进给传动系统及部件n n64 刀具系统及换刀机构n n65 分度工作台和回转工作台 n n 学习目标n n 本章小结学习目标学习目标n n掌握数控机床机械系统的组成、工作原理和调整方法。61 数控机床的结构特点数控机床的结构特点n n6.1.16.1.1数控机床机械系统的结构应满足的要求数控机床机械系统的结构应满足的要求数控机床机械系统的结构应满足的要求数控机床机械系统的结构应满足的要求n n6.1.26.1.2数控机床机械系统结构特点数控机床机械系统结构
2、特点数控机床机械系统结构特点数控机床机械系统结构特点6.1.1数控机床机械系统的结构应满足的要求n n（1）具有大的切削功率和高的刚度n n（2）减少运动件的摩擦和消除传动间隙n n（3）具有良好的热稳定性n n（4）具有实现辅助操作自动化的结构部件（1）具有大的切削功率和高的刚度）具有大的切削功率和高的刚度n n在数控机床上加工工件时，一切都是按预先编制的加工程在数控机床上加工工件时，一切都是按预先编制的加工程序自动进行，在加工过程中，由数控装置根据程序指令和序自动进行，在加工过程中，由数控装置根据程序指令和机床位置检测装置的测量结果，控制刀具和工件的相对位机床位置检测装置的测量结果，控制刀
3、具和工件的相对位置，从而达到控制工件尺寸的目的。这样，机床置，从而达到控制工件尺寸的目的。这样，机床刀具刀具工件的工艺系统的弹性变形及产生的误差，在加工过程中工件的工艺系统的弹性变形及产生的误差，在加工过程中不能进行人为调整和补偿。同时，由于数控机床初次投资不能进行人为调整和补偿。同时，由于数控机床初次投资较大，为取得相应的经济效益，应使数控机床的使用率高、较大，为取得相应的经济效益，应使数控机床的使用率高、传动效率大、承载能力大。机床上通常采用重切削，最大传动效率大、承载能力大。机床上通常采用重切削，最大限度地提高切削效率。因此，要求数控机床的结构具有良限度地提高切削效率。因此，要求数控机床
4、的结构具有良好的刚度、抗振能力和承载能力，以便把移动部件的重量好的刚度、抗振能力和承载能力，以便把移动部件的重量和切削力所引起的弹性变形控制在最小限度之内，保证所和切削力所引起的弹性变形控制在最小限度之内，保证所要求的加工精度与表面质量。要求的加工精度与表面质量。（2）减少运动件的摩擦和消除传动间隙）减少运动件的摩擦和消除传动间隙n n数控机床的运动精度和定位精度不仅受到机床零数控机床的运动精度和定位精度不仅受到机床零件部件的加工精度和装配精度、刚度及热变形的件部件的加工精度和装配精度、刚度及热变形的影响，而且与运动件的摩擦特性有关。同时，由影响，而且与运动件的摩擦特性有关。同时，由于数控机床
5、进给系统设定的脉冲当量（或称最小于数控机床进给系统设定的脉冲当量（或称最小设定单位）一般为设定单位）一般为0.01mm0.001mm0.01mm0.001mm，要求运动件，要求运动件能以极低的速度运动。要提高运动精度和定位精能以极低的速度运动。要提高运动精度和定位精度，必须设法提高进给运动的低速运动的平衡性。度，必须设法提高进给运动的低速运动的平衡性。如采用降低运动件的质量；减少运动件的静、动如采用降低运动件的质量；减少运动件的静、动摩擦力之差；减少传动间隙，缩短传动链等措施，摩擦力之差；减少传动间隙，缩短传动链等措施，以提高传动精度。以提高传动精度。（3）具有良好的热稳定性）具有良好的热稳定
6、性n n数控机床的热变形是影响加工精度的重要因素。数控机床的热变形是影响加工精度的重要因素。引起机床热变形的热源主要是机床的内部热源，引起机床热变形的热源主要是机床的内部热源，如电动机发热、摩擦热以及切削热等。热变形影如电动机发热、摩擦热以及切削热等。热变形影响加工精度的原因，主要是由于热源分布不均，响加工精度的原因，主要是由于热源分布不均，各处零部件的质量不均匀，形成各部位的温升不各处零部件的质量不均匀，形成各部位的温升不一致，从而产生不均匀的热膨胀变形，以致影响一致，从而产生不均匀的热膨胀变形，以致影响刀具与工件的正确相对位置。刀具与工件的正确相对位置。n n机床的热稳定性是多方面综合的结
7、果。如机床内机床的热稳定性是多方面综合的结果。如机床内部热源和发热量的多少；机床散热和隔热条件的部热源和发热量的多少；机床散热和隔热条件的好坏；机床结构和布局的对称性与否等等。好坏；机床结构和布局的对称性与否等等。（4）具有实现辅助操作自动化的）具有实现辅助操作自动化的结构部件结构部件n n为了提高数控机床的生产率，在提高切削效率、缩短切削时间的同时，在数控机床上还采取各种措施来缩短辅助时间（包括装卸刀具、装卸搬运工件、测量工件尺寸、调整机床等辅助时间）。如自动换刀机构、自动排屑装置、自动交换工作台等。6.1.2数控机床机械系统结构特点n n数控机床的机械系统与普通机床相比其结构特点如下：数控
8、机床的机械系统与普通机床相比其结构特点如下：n n（1 1）主运动常用交流或直流电动机拖动，简化了主传动）主运动常用交流或直流电动机拖动，简化了主传动系统的机械结构。系统的机械结构。n n（2 2）主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的新）主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的新型结构。型结构。n n（3 3）采用了摩擦系数很低的塑料滑动导轨、滚动导轨和）采用了摩擦系数很低的塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨，以提高机床动静运动的灵敏性。静压导轨，以提高机床动静运动的灵敏性。n n（4 4）进给传动中，一方面采用无间隙的传动装置和元件，）进给传动中，一方面采用无间隙的传动装置和元件，另一
9、方面采取消除间隙措施。另一方面采取消除间隙措施。n n（5 5）采用了多主轴、多刀架的结构，以提高单位时间内）采用了多主轴、多刀架的结构，以提高单位时间内的切削效率。的切削效率。n n（6 6）具有自动换刀和自动交换工件的装置，以减少停机）具有自动换刀和自动交换工件的装置，以减少停机时间。时间。n n（7 7）采用自动排屑、自动润滑装置等。）采用自动排屑、自动润滑装置等。6.2 数控机床的主传动系统及主轴部件n n主传动系统是机床重要的组成部分之一。它由主主传动系统是机床重要的组成部分之一。它由主轴、轴承及其传动组件等组成。机床工作时，由轴、轴承及其传动组件等组成。机床工作时，由主轴夹持工件或
10、刀具直接参加表面成形运动。所主轴夹持工件或刀具直接参加表面成形运动。所以主轴组件的工作性能，对加工质量和机床生产以主轴组件的工作性能，对加工质量和机床生产率有重要的影响。率有重要的影响。n n6.2.16.2.1数控机床主传动的特点数控机床主传动的特点数控机床主传动的特点数控机床主传动的特点n n6.2.26.2.2数控机床的主轴变速方式数控机床的主轴变速方式数控机床的主轴变速方式数控机床的主轴变速方式n n6.2.36.2.3主轴部件主轴部件主轴部件主轴部件6.2.1数控机床主传动的特点n n为了满足数控机床加工精度高、加工柔性好、自动化程度为了满足数控机床加工精度高、加工柔性好、自动化程度
11、高等要求，所以主传动系统具有下列特点：高等要求，所以主传动系统具有下列特点：n n1 1、主传动系统精度高。、主传动系统精度高。n n2 2、转速高、功率大。、转速高、功率大。n n3 3、调速范围宽。、调速范围宽。n n4 4、主轴速度的变换迅速可靠。、主轴速度的变换迅速可靠。n n5 5、选用新型电动机。、选用新型电动机。6.2.2数控机床的主轴变速方式n n主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。n n1、带有变速齿轮的主传动n n2、通过带传动的主传动n n3、调速电动机直接驱动的主传动n n4
12、、电磁离合器变速1、带有变速齿轮的主传动、带有变速齿轮的主传动n n数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。大、中型数控机床常采用变速，使之成为分段无级变速。大、中型数控机床常采用如图如图6.16.1所示的变速方式。所示的变速方式。n n采用的变速机构采用的变速机构n n (1)(1)滑动齿轮的移位大都采用液压缸和拔叉或直接由滑动齿轮的移位大都采用液压缸和拔叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。如图液压缸带动齿轮来实现。如图6.26.2。n n (2)(2)可采用数控系统控制主轴电动机慢速转动或振动可采用数控系统
13、控制主轴电动机慢速转动或振动来解决液压拨叉可能产生的顶齿问题。来解决液压拨叉可能产生的顶齿问题。n n (3)(3)可采用在传动链上安置一个微电机。如图可采用在传动链上安置一个微电机。如图6.36.3。2、通过带传动的主传动、通过带传动的主传动n n带传动应用在小型数控机床和数控车床上，如图带传动应用在小型数控机床和数控车床上，如图6.46.4所示，所示，由交流电动机通过由交流电动机通过V V型带直接带动主轴。型带直接带动主轴。n n可以避免齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭可以避免齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。矩特性要求的主轴。3、调速电动机直接驱动的主
14、传动、调速电动机直接驱动的主传动n n直接驱动的主传动直接驱动的主传动,如图如图6.56.5所示，简化了主轴箱体与主轴所示，简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响大。小，电动机发热对主轴影响大。4、电磁离合器变速、电磁离合器变速n n在数控机床主传动中，使用电磁离合器能够简化变速机构，在数控机床主传动中，使用电磁离合器能够简化变速机构，通过安装在各传动轴上离合器的吸合与分离，形成不同的通过安装在各传动轴上离合器的吸合与分离，形成不同的运动组合传动路线，实现主轴变速。运动组合传动路线，实现主
15、轴变速。n n在数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和牙嵌式在数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和牙嵌式电磁离合器。电磁离合器。6.2.3主轴部件n n数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度，影响工件的加工精度；它的件，它的回转精度，影响工件的加工精度；它的功率大小与回转速度，影响加工效率；它的自动功率大小与回转速度，影响加工效率；它的自动变速、准停、换刀等，影响机床的自动化程度。变速、准停、换刀等，影响机床的自动化程度。n n主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等，主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等，对于加工中心
16、，主轴部件还包括刀具自动夹紧装对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴装刀孔吹净装置。置、主轴准停装置和主轴装刀孔吹净装置。n n6.2.3.16.2.3.1主轴结构主轴结构主轴结构主轴结构n n6.2.3.26.2.3.2主轴轴承及配置主轴轴承及配置主轴轴承及配置主轴轴承及配置n n6.2.3.36.2.3.3自动刀具夹紧结构自动刀具夹紧结构自动刀具夹紧结构自动刀具夹紧结构6.2.3.1主轴结构n n数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等，数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等，对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴对于加工中心，主
17、轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴装刀孔吹净装置。准停装置和主轴装刀孔吹净装置。n n车床主轴结构如图车床主轴结构如图6.66.6所示所示,主轴轴承如图主轴轴承如图6.76.7、6.86.8、6.96.9所所示示n n加工中心主轴结构如图加工中心主轴结构如图6.106.10所示所示6.2.3.2主轴轴承及配置n n1、主轴轴承n n2、主轴轴承的配置形式1、主轴轴承、主轴轴承n n主轴的结构中应根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中、小规格的数控机床（如车床、铣床、钻镗床、加工中心、磨床）的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承，重型数控机床采用液体静压轴承，高精度数控机床
18、（如坐标磨床）采气体静压轴承，转速达210 x104r/min的主轴可采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。2、主轴轴承的配置形式、主轴轴承的配置形式n n数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：n n（1 1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和600600角接触双列向心推力球轴承，后支承采用角接触双列向心推力球轴承，后支承采用向心推力球轴承，如图向心推力球轴承，如图6.76.7所示。该种配置主轴刚性好，可以满足强力切削的要求，广所示。该种配置主轴刚性好，可以满足强力切削的要求，广泛用于各类数控机床的主轴。泛用于各类数控机床
19、的主轴。n n（2 2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图6.86.8所示。该种配置的承载能力小，所示。该种配置的承载能力小，适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。n n（3 3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图6.96.9所示。该所示。该种配置的承载能力强，安装和调整方便，但主轴的转速不能太高，适用于中等精度、种配置的承载能力强，安装和调整方便，但主轴的转速不能太高，适用于中等精度、低速和重载的数控机床。低速和重载的数
20、控机床。n n图图6.76.7主轴轴承的配置主轴轴承的配置(1)(1)n n图图6.86.8主轴轴承的配置主轴轴承的配置(2)(2)n n图图6.96.9主轴轴承的配置主轴轴承的配置(3)(3)n n因此，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高的回转精度、刚度、抗振性、因此，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高的回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升；在结构上，必须很好地解决轴承间隙调整、润滑密封等问题。耐磨性和低的温升；在结构上，必须很好地解决轴承间隙调整、润滑密封等问题。n n为减少主轴的发热，必须改善轴承的润滑方式，一般采用高级油脂封入式润滑，也有为减少主轴的发热，必须改善轴
21、承的润滑方式，一般采用高级油脂封入式润滑，也有用油气润滑，除少量润滑油外，还引入压缩空气，使滚动体上包有油膜起到润滑作用，用油气润滑，除少量润滑油外，还引入压缩空气，使滚动体上包有油膜起到润滑作用，再用空气循环冷却。再用空气循环冷却。6.2.3.3自动刀具夹紧结构n n在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有自动夹紧机构。如图有自动夹紧机构。如图6-106-10所示，加工用的刀具通过刀柄所示，加工用的刀具通过刀柄1 1安装在主轴安装在主轴上，刀柄上，刀柄1 1以以7 7：2424的锥度在主轴的锥度在主轴3 3前端
22、的孔中定位，并通过拉钉前端的孔中定位，并通过拉钉2 2拉紧。拉紧。夹紧刀柄时，液压缸上腔接通回油路，弹簧夹紧刀柄时，液压缸上腔接通回油路，弹簧1111推动活塞推动活塞6 6上移，拉杆上移，拉杆4 4在碟形弹簧在碟形弹簧5 5作用下向上移动；由于此时装在拉杆前端径向孔中的四作用下向上移动；由于此时装在拉杆前端径向孔中的四个钢球个钢球1212进入主轴孔中直径较小的进入主轴孔中直径较小的d2d2处，被迫径向收拢而卡进拉钉处，被迫径向收拢而卡进拉钉2 2的环形凹槽内，因而刀柄被拉杆拉紧。切削扭矩由端面键的环形凹槽内，因而刀柄被拉杆拉紧。切削扭矩由端面键1313传递。换传递。换刀前需将刀柄松开，压力油进
23、入液压缸的上腔，活塞刀前需将刀柄松开，压力油进入液压缸的上腔，活塞6 6推动拉杆推动拉杆4 4向下向下移动，碟形弹簧被压缩；当钢球移动，碟形弹簧被压缩；当钢球1212随拉杆一起下移进入主轴孔径较大随拉杆一起下移进入主轴孔径较大的的d1d1处时，它就不能再约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的台肩处时，它就不能再约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的台肩端面端面a a碰到拉钉，把刀柄松开。此时，行程开关碰到拉钉，把刀柄松开。此时，行程开关1010发出信号，换刀机发出信号，换刀机械手随即将刀柄取下。与此同时，压缩空气由压缩空气管接头械手随即将刀柄取下。与此同时，压缩空气由压缩空气管接头9 9经活经活塞
24、和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔中，把切屑或脏物清除干净，以塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔中，把切屑或脏物清除干净，以保证刀具的安装精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸保证刀具的安装精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸7 7接通回油，接通回油，碟形弹簧又拉紧刀柄。刀柄拉紧后，行程开关碟形弹簧又拉紧刀柄。刀柄拉紧后，行程开关8 8发出信号。发出信号。6.3 数控机床的进给传动系统及部件n n数控机床的进给系统是指将驱动源旋转运动变为工作台直数控机床的进给系统是指将驱动源旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动的线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母
25、副及导向元件等。减速装置常采用齿轮机构和带丝杠螺母副及导向元件等。减速装置常采用齿轮机构和带轮机构，导向元件常采用导轨。进给系统的精度，灵敏度轮机构，导向元件常采用导轨。进给系统的精度，灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。和稳定性，将直接影响工件的加工精度。n n6.3.16.3.1对进给传动系统的性能要求对进给传动系统的性能要求对进给传动系统的性能要求对进给传动系统的性能要求n n6.3.26.3.2齿轮副及间隙调整齿轮副及间隙调整齿轮副及间隙调整齿轮副及间隙调整n n6.3.36.3.3丝杠螺母副丝杠螺母副丝杠螺母副丝杠螺母副n n6.3.46.3.4静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副静压蜗
26、杆蜗条副和齿轮齿条副静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副n n6.3.56.3.5导轨导轨导轨导轨6.3.1对进给传动系统的性能要求n n数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终坐标位置精度和轮廓精度都与其加工工件的最终坐标位置精度和轮廓精度都与其传动结构的几何精度、传动精度、灵敏度和稳定传动结构的几何精度、传动精度、灵敏度和稳定性密切相关。为此，对数控机床的进给传动系统性密切相关。为此，对数控机床的进给传动系统提出如下要求：提出如下要求：n n（1 1）摩擦阻力小摩擦阻力小n n（2 2）提高传动精度和刚度提高传动精度
27、和刚度 消除传动间隙消除传动间隙n n（3 3）减小运动惯量减小运动惯量（1）摩擦阻力小）摩擦阻力小n n为了提高数控机床进给系统的快速响应性能和运动精度，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦阻力之差。机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨等。为了减小摩擦阻力，普遍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。在减小摩擦阻力的同时，还必须考虑传动部件有足够的阻尼，以保证它们抗干扰的能力。（2）提高传动精度和刚度）提高传动精度和刚度 消除传动消除传动间隙间隙n n进给传动系统的传动精度和刚度，主要取决于丝进给传动系统的传动精度和刚度，主要取决于丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副
28、（圆周进给时）及其支承杠螺母副、蜗杆蜗轮副（圆周进给时）及其支承结构的刚度。在传动链中设置减速齿轮，可以减结构的刚度。在传动链中设置减速齿轮，可以减小脉冲当量，从系统设计的角度来分析，可以提小脉冲当量，从系统设计的角度来分析，可以提高传动精度。加大丝杠直径，以及对丝杠螺母副、高传动精度。加大丝杠直径，以及对丝杠螺母副、支承部件、丝杠本身加预紧力，是提高传动刚度支承部件、丝杠本身加预紧力，是提高传动刚度的有效措施。刚度不足还会导致工作台（或拖板）的有效措施。刚度不足还会导致工作台（或拖板）产生爬行和振动。传动间隙主要来自传动齿轮副、产生爬行和振动。传动间隙主要来自传动齿轮副、蜗轮副、联轴节、丝杠
29、螺母副及其支承部件之间，蜗轮副、联轴节、丝杠螺母副及其支承部件之间，应施加预紧力或采取消除间隙的结构措施。应施加预紧力或采取消除间隙的结构措施。（3）减小运动惯量）减小运动惯量n n传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有影响，尤其是处于高速运转的零件，其惯性的影响更大。因此，在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的重量，减小旋转零件的直径和重量，以减小运动部件的惯量。6.3.2齿轮副及间隙调整n n进给系统采用齿轮传动装置，是为了使丝杠、工件台的惯进给系统采用齿轮传动装置，是为了使丝杠、工件台的惯量在系统中占有较小的比重；同时可使高转速低转矩的伺量在系统中占有较小的比重；同时可
30、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，从而可以适应驱动服驱动装置的输出变为低转速大扭矩，从而可以适应驱动执行元件的需要。执行元件的需要。n n由于数控机床的进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环由于数控机床的进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后指令值；反向时，会系统中会造成进给运动的位移值滞后指令值；反向时，会出现反向死区，影响加工精度。在闭环系统中，由于有反出现反向死区，影响加工精度。在闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量虽可得到补偿，但反向时会使伺服系统产馈作用，滞后量虽可得到补偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。为了提高数控机床伺服系统的性
31、能，因生振荡而不稳定。为了提高数控机床伺服系统的性能，因此，在设计时必须采取相应的措施，使间隙减小到允许的此，在设计时必须采取相应的措施，使间隙减小到允许的范围内，通常采取下列方法消除间隙。范围内，通常采取下列方法消除间隙。n n1 1、刚性调整法刚性调整法刚性调整法刚性调整法n n2 2、柔性调整法柔性调整法柔性调整法柔性调整法1、刚性调整法n n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。n n（1）偏心轴调整法偏心轴调整法n n（2）轴向垫片调整法轴向垫片调整法（1）偏心轴调整法
32、n n如图6.11所示，齿轮1装在偏心轴套2上，调整套2可以改变齿轮1和齿轮3之间的中心距，从而消除了齿侧间隙。（2）轴向垫片调整法n n如图如图6.126.12所示，一对啮合着的圆柱齿轮，若它们的节圆直所示，一对啮合着的圆柱齿轮，若它们的节圆直径沿着齿厚方向制成一个较小的锥度，只要改变垫片径沿着齿厚方向制成一个较小的锥度，只要改变垫片3 3的的厚度就能改变齿轮厚度就能改变齿轮2 2和齿轮和齿轮1 1的轴向相对位置，从而消除了的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。齿侧间隙。n n如图如图6.136.13所示，在两个薄片斜齿轮所示，在两个薄片斜齿轮3 3和齿轮和齿轮4 4之间加一垫片之间加一垫片2
33、 2，将垫片厚度增加或减小，将垫片厚度增加或减小tt，薄片齿轮，薄片齿轮3 3和和4 4的螺旋线就会的螺旋线就会错位，分别与宽齿轮错位，分别与宽齿轮1 1的齿槽左、右侧面都可贴紧，消除的齿槽左、右侧面都可贴紧，消除了间隙。了间隙。n n垫片的厚度采用测试法确定，一般要经过几次修磨垫片厚垫片的厚度采用测试法确定，一般要经过几次修磨垫片厚度，直至既消除齿侧间隙使齿轮转动灵活为止。这种调整度，直至既消除齿侧间隙使齿轮转动灵活为止。这种调整法结构简单，但调整费事，齿侧间隙不能自动补偿，同时，法结构简单，但调整费事，齿侧间隙不能自动补偿，同时，无论正、反向旋转时，分别只有一个薄齿轮承受载荷，故无论正、反
34、向旋转时，分别只有一个薄齿轮承受载荷，故齿轮的承载能力较小。齿轮的承载能力较小。2、柔性调整法n n柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。这种方法一般都采用调整压力弹簧的压调整法。这种方法一般都采用调整压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，并在齿轮的齿厚和周节有变力来消除齿侧间隙，并在齿轮的齿厚和周节有变化的情况下，也能保持无间隙啮合，但这种结构化的情况下，也能保持无间隙啮合，但这种结构较复杂，轴向尺寸大、传动刚度低，同时，传动较复杂，轴向尺寸大、传动刚度低，同时，传动平稳性也差。平稳性也差。n n（1 1）轴向压簧调整法轴向压簧调整法轴向压簧调整
35、法轴向压簧调整法n n（2 2）周向弹簧调整法周向弹簧调整法周向弹簧调整法周向弹簧调整法（1）轴向压簧调整法n n如图6.14所示，两个薄片斜齿轮1和2用键4滑套在轴6上，用螺母5来调节压力弹簧3的轴向压力，使齿轮1和齿轮2的左、右齿面分别与宽斜齿轮7的齿槽的左右侧面贴紧。弹簧力需调整适当，过松消除不了间隙，过紧则齿轮磨损过快。（2）周向弹簧调整法n n如图如图6.156.15所示，两个齿数相同的薄片齿轮所示，两个齿数相同的薄片齿轮1 1和齿轮和齿轮2 2与另一个宽齿轮相啮合，齿轮与另一个宽齿轮相啮合，齿轮1 1空套在齿轮空套在齿轮2 2上，上，可以相对回转。每个齿轮端面分别均匀装有四个可以相
36、对回转。每个齿轮端面分别均匀装有四个螺纹凸耳螺纹凸耳3 3和和8 8，齿轮，齿轮1 1的端面还有四个通孔，凸耳的端面还有四个通孔，凸耳8 8可以从中穿过，弹簧可以从中穿过，弹簧4 4分别钩在调节螺钉分别钩在调节螺钉7 7和凸耳和凸耳3 3上。旋转螺母上。旋转螺母5 5和和6 6可以调整弹簧可以调整弹簧4 4的拉力，弹簧的拉力，弹簧的拉力可以使薄片齿轮错位，即两片薄齿轮的左、的拉力可以使薄片齿轮错位，即两片薄齿轮的左、右齿轮面分别与宽齿轮齿槽的右、左贴紧，消除右齿轮面分别与宽齿轮齿槽的右、左贴紧，消除了齿侧间隙。了齿侧间隙。n n对于圆锥齿轮传动的间隙消除方法，其原理与上对于圆锥齿轮传动的间隙消
37、除方法，其原理与上述方法相同。述方法相同。6.3.3丝杠螺母副n n数控机床的进给传动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，采用丝杠螺母副是常用的方法之一。滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动相互转换的新型传动装置。n n6.3.3.1滚珠丝杠螺母副工作原理与特点滚珠丝杠螺母副工作原理与特点n n6.3.3.2静压丝杠螺母副静压丝杠螺母副6.3.3.1滚珠丝杠螺母副工作原理与特点n n1、滚珠丝杠螺母副工作原理与特点滚珠丝杠螺母副工作原理与特点n n2、滚珠丝杠螺母副的循环方式滚珠丝杠螺母副的循环方式n n3、滚珠丝杠副的预紧方法滚珠丝杠副的预紧方法n n4、滚珠丝杠螺母副的选用滚珠丝杠螺母
38、副的选用n n5、滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式1、滚珠丝杠螺母副工作原理与特点n n滚珠丝杠副的结构原理示意图如图滚珠丝杠副的结构原理示意图如图6.166.16所示。在丝杠所示。在丝杠3 3和螺母和螺母1 1上都有上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起便形成了滚珠的螺旋滚道。螺半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道母上有滚珠回路管道b b，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠循环滚道，并在滚道内装满滚珠2 2。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既。当丝
39、杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。可知，自转又沿滚道循环转动。因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。可知，滚珠丝杠螺母副中是滚动摩擦，它具有以下特点：滚珠丝杠螺母副中是滚动摩擦，它具有以下特点：1 1）摩擦损失小，）摩擦损失小，传动效率高，可达传动效率高，可达0.90.960.90.96；n n2 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；）丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度；n n3 3）摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保）摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生
40、低速爬行现象。磨损小、寿命长、精度保持好；证运动平稳，不易产生低速爬行现象。磨损小、寿命长、精度保持好；n n4 4）不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直）不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动。因此，丝杠立式使用时，应增加制动装置。线运动转换为旋转运动。因此，丝杠立式使用时，应增加制动装置。2、滚珠丝杠螺母副的循环方式n n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为内循环。n n（1）外循环）外循环n n（2）内循环）内循环（1）外循环n n图图6.176.17所示为常用的一种外循环
41、方式，这种结构所示为常用的一种外循环方式，这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再在螺母螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母处表面装一内进出口处各装一挡珠器，并在螺母处表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。外循环结构制套筒，这样构成封闭的循环滚道。外循环结构制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生难做
42、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。卡珠现象，噪声也较大。（2）内循环n n内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种型式。内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种型式。如图如图6.186.18（a a）所示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分）所示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽嵌入螺母内，端部开有反向槽2 2。反向槽靠圆柱外圆面及。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键其上端的凸键1 1定位，以保证对准螺纹滚道方向。图定位，以保证对准螺纹滚道方向。图6.186.18（b b）为扁圆镶嵌块反向器，反向器为一半圆头平键形）为扁圆镶嵌块反向器，反
43、向器为一半圆头平键形镶嵌块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽镶嵌块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3 3，用镶块的外廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从用镶块的外廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸并缩短了轴向尺寸。但这种反向而减小了螺母的径向尺寸并缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。n n内循环反向器和外循环反向器相比，其结构紧凑，定位可内循环反向器和外循环反向器相比，其结构紧凑，定位可靠，刚性好，且不易磨损，返回滚道短，不易发生滚珠堵靠，刚性好，且不易磨损，返回滚道短，不易发生
44、滚珠堵塞，摩擦损失小。其缺点是反向器结构复杂，制造较困难，塞，摩擦损失小。其缺点是反向器结构复杂，制造较困难，且不能用于多头螺纹传动。且不能用于多头螺纹传动。3、滚珠丝杠副的预紧方法n n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。施加预紧力。n n图图6.19 6.19 调整垫片预紧调整垫片预紧n n（1 1）图）图6.196.19所示结构，是通过改变垫片的厚度，使螺母产生轴向位移。这种结构简单所示结构，是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
45、较费时间，且不能在工作中随意调整。可靠，刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。n n（2 2）图）图6.206.20所示为利用螺纹来调整实现预紧的结构，两个螺母以平键与外套相联，其所示为利用螺纹来调整实现预紧的结构，两个螺母以平键与外套相联，其中右边一个螺母外伸部分有螺纹。用两个锁紧螺母中右边一个螺母外伸部分有螺纹。用两个锁紧螺母1 1，2 2能使螺母相对丝杠作轴向移动。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。但调整位移量不易精确控这种结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用较广。但调整位移量不易精确控制，因此，预紧力也不能准确控制。制，因此
46、，预紧力也不能准确控制。n n（3 3）图）图6.216.21所示为齿差式调整结构。在两个螺母的凸缘上分别切出齿数为所示为齿差式调整结构。在两个螺母的凸缘上分别切出齿数为Z1Z1、Z2Z2的齿的齿轮，而且轮，而且Z1Z1与与Z2Z2相差一个齿。两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合。内齿圈紧固相差一个齿。两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合。内齿圈紧固在螺母座上，预紧时脱开内齿圈，使两个螺母同向转过相同的齿数，然后再合上内齿在螺母座上，预紧时脱开内齿圈，使两个螺母同向转过相同的齿数，然后再合上内齿圈。两个螺母的轴向相对位置发生变化从而实现间隙的调整和施加预紧力。如果其中圈。两个螺母的轴向相对位置
47、发生变化从而实现间隙的调整和施加预紧力。如果其中一个螺母转过一个齿时，则其轴向位移量为一个螺母转过一个齿时，则其轴向位移量为s=t/Z1s=t/Z1（t t丝杠螺距，丝杠螺距，Z1Z1为齿轮齿数）。如为齿轮齿数）。如两齿轮沿同方向各转过一个齿时，其轴向位移量两齿轮沿同方向各转过一个齿时，其轴向位移量s=s=（1/Z1-1/Z21/Z1-1/Z2）t t（Z2Z2为另一齿数）。为另一齿数）。当当Z1=99Z1=99，Z2=100Z2=100，t=10mmt=10mm时，则时，则s=10/9900=1s=10/9900=1u umm，即两个螺母在轴向产生，即两个螺母在轴向产生1 1u umm的位移
48、。的位移。这种调整方式的结构复杂，但调整准确可靠，精度较高。这种调整方式的结构复杂，但调整准确可靠，精度较高。4、滚珠丝杠螺母副的选用n n目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级：普通级目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级：普通级P P、标准级、标准级B B、精密级、精密级J J和超精密级和超精密级C C。各级精度。各级精度所规定的各项允差可查有关手册。一般的数控机床可选用标准级所规定的各项允差可查有关手册。一般的数控机床可选用标准级B B，精密数控机床可选精密级，精密数控机床可选精密级J J或超或超精密级精密级C C。n n在设计和选用滚珠丝杠螺母副时，首先要确定螺距在设计和选用滚珠丝杠螺
49、母副时，首先要确定螺距t t、名义直径、名义直径D0D0、滚珠直径、滚珠直径d0d0等主要参数。在确等主要参数。在确定后两个参数时，采用与验算滚珠轴承相似的方法，即规定在最大轴向载荷定后两个参数时，采用与验算滚珠轴承相似的方法，即规定在最大轴向载荷Q Q作用下，滚珠丝杠能作用下，滚珠丝杠能以以33.3r/min33.3r/min的转速运转的转速运转500500小时而不出现点蚀。小时而不出现点蚀。n n选择螺距选择螺距t t时，一般应根据丝杠的承载能力和刚度要求，首先确定名义直径时，一般应根据丝杠的承载能力和刚度要求，首先确定名义直径D0D0，然后根据名义直径，然后根据名义直径D0D0尽量取较大
50、的螺距。常用的螺距尽量取较大的螺距。常用的螺距t=4t=4、5 5、6 6、8 8、1010、12mm12mm。螺距愈小，在一定轴向力作用下摩。螺距愈小，在一定轴向力作用下摩擦力矩愈小；但擦力矩愈小；但t t小时（滚珠也小），导致滚珠丝杠承载能力下降。另外，如丝杠名义直径小时（滚珠也小），导致滚珠丝杠承载能力下降。另外，如丝杠名义直径D0D0一定一定时，时，t t减小、螺距升角减小、螺距升角 随之减小，传动效率也随之降低。丝杠名义直径随之减小，传动效率也随之降低。丝杠名义直径D0D0是指滚珠中心圆的直径，是指滚珠中心圆的直径，根据承受的载荷来选取。根据承受的载荷来选取。D0D0愈大，丝杠承载能