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1、2.3 CNC2.3 CNC机床进给系统机床进给系统2.3.1 2.3.1 数控机床对进给系统的要求数控机床对进给系统的要求 1.1.进给传动系统的作用和要求进给传动系统的作用和要求 接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱动执行元件实现预期的成形运动。换后驱动执行元件实现预期的成形运动。进给传动系统进给传动系统承担承担了数控机床各了数控机床各直线坐标轴、直线坐标轴、回转坐标轴的定位回转坐标轴的定位，和切削进给系统的传动精度、和切削进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性，它灵敏度和稳定性，它直接影响直接影响被加工件的被加工件的最后最后轮轮廓精度和加工精度廓
2、精度和加工精度。1 1）作用）作用12）要求要求 为此，数控机床的进给传动系统必须满足下为此，数控机床的进给传动系统必须满足下列要求：列要求：（1 1）减少运动部件的摩擦阻力小；）减少运动部件的摩擦阻力小；（2 2）提高传动精度和刚度；）提高传动精度和刚度；（3 3）运动部件惯量小；）运动部件惯量小；3 3）方法与措施）方法与措施（1 1）变滑动丝杠为滚珠丝杠；）变滑动丝杠为滚珠丝杠；（2 2）使用滚动导轨、贴塑导轨、静压导轨；）使用滚动导轨、贴塑导轨、静压导轨；（3 3）减少传动间隙，对丝杠、支承进行预紧；）减少传动间隙，对丝杠、支承进行预紧；（4 4）传动件结构合理化，减少尺寸，降低惯量；
3、）传动件结构合理化，减少尺寸，降低惯量；22.2.进给传动系统的基本形式进给传动系统的基本形式直线和圆周直线和圆周进给运动两类。进给运动两类。直线进给运动实现方法：直线进给运动实现方法：滚珠丝杠螺母副、齿轮滚珠丝杠螺母副、齿轮齿条副、齿条副、直线电机直线电机；圆周进给运动实现方法：圆周进给运动实现方法：齿轮副、蜗轮蜗杆副；齿轮副、蜗轮蜗杆副；2 2）根据驱动电机又分为：）根据驱动电机又分为：(1)(1)步进电机伺服进给系统；步进电机伺服进给系统；(2)(2)直流电机伺服进给系统；直流电机伺服进给系统；(3)(3)交流电机伺服进给系统；交流电机伺服进给系统；(4)(4)直线电机伺服进给系统；直线
4、电机伺服进给系统；1 1）按进给运动分：）按进给运动分：3 (1)(1)有较高的工作精度；有较高的工作精度；(2)2)响应速度快；响应速度快；(3)(3)调速范围宽；调速范围宽；(4)(4)稳定性好；稳定性好；(5)(5)可靠性高；可靠性高；3.3.进给传动的组成部件及其要求进给传动的组成部件及其要求(1)(1)运动部件；运动部件；(如工作台、导轨、立柱等如工作台、导轨、立柱等)(2)伺服电动机；伺服电动机；(3)检测元件；检测元件；(4)联轴节；联轴节；(5)丝杠轴承；丝杠轴承；(6)滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副(或齿轮齿条副或齿轮齿条副)；(7)减速机构减速机构(齿轮副和带轮齿轮副和带轮)
5、；1）进给传动系统的主要机电部件有：）进给传动系统的主要机电部件有：2）对进给传动部件的要求：）对进给传动部件的要求：4伺服伺服电机电机支承支承轴承轴承丝杠丝杠滚珠滚珠丝杠丝杠螺母螺母3）半闭环进给伺服传动系统组成）半闭环进给伺服传动系统组成52.3.2 2.3.2 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副作用：将回转运动转换为直线运动；作用：将回转运动转换为直线运动；用途：各类中小型数控机床的直线进给；用途：各类中小型数控机床的直线进给；丝杠丝杠螺母螺母双双螺母螺母6滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副71)1)摩擦力小，传动效率高（摩擦力小，传动效率高（0.90.90.960.96）；）；2)2)传动灵敏，运
6、动平稳，低速时无爬行；传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行；3)3)磨损小，精度保持性好，寿命长；磨损小，精度保持性好，寿命长；4)4)经预紧可消除轴向间隙，无反向空行程，轴向经预紧可消除轴向间隙，无反向空行程，轴向 刚度高；刚度高；1.1.滚珠丝杠螺母副的传动特点滚珠丝杠螺母副的传动特点 5)5)传动有可逆性，不能实现自锁，立式时需要制传动有可逆性，不能实现自锁，立式时需要制 动装置和超程保护；动装置和超程保护；6)6)制造工艺复杂，成本高；制造工艺复杂，成本高；7)7)尺寸不能太大，不适应于长行程和大型机床；尺寸不能太大，不适应于长行程和大型机床；82.2.滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠螺母副的预紧
7、和预紧和间隙的调整间隙的调整 轴向间隙：轴向间隙：通常是指丝杠和螺母无相对转动时，通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。除了结构除了结构本身所有的游隙本身所有的游隙之外，还包括施加轴之外，还包括施加轴向载荷后产生向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量弹性变形所造成的轴向窜动量 1)1)原则：原则：预加载荷能有效减小弹性变形带来的轴向位移预加载荷能有效减小弹性变形带来的轴向位移为限度。为限度。预紧预紧是指是指配合配合在过盈的条件下工作，把弹性变在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度形量控制在最小限度 9 消隙方法比较灵活，维护简单
8、，但预紧时，消隙方法比较灵活，维护简单，但预紧时，必须注意：必须注意：a)a)螺母螺母预紧力也不宜过大预紧力也不宜过大 、过小；、过小；b)b)应该特别注意减小丝杠安装部分和应该特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。驱动部分的间隙。双螺母预紧：双螺母预紧：双螺母预紧双螺母预紧常用有以下三种方法：常用有以下三种方法：垫片调隙式；垫片调隙式；螺纹调隙式；螺纹调隙式；齿差调隙式。齿差调隙式。2)2)方法：方法：10v通过调整垫片的厚度使左、右螺母产生轴向位通过调整垫片的厚度使左、右螺母产生轴向位移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用 v简单、刚性好、装卸方便
9、、可靠简单、刚性好、装卸方便、可靠 v调整困难调整困难 ，调整精度不高，调整精度不高(1)(1)双螺母双螺母垫片预紧方式垫片预紧方式11v用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用圆螺母将其锁紧。之后用圆螺母将其锁紧。v简单紧凑，调整方便，但调整精度较差，且易于简单紧凑，调整方便，但调整精度较差，且易于松动松动 (2)(2)双螺母双螺母螺纹预紧方式螺纹预紧方式12(3)(3)双螺母双螺母齿差预紧方式齿差预紧方式 螺母螺母1 1和和2 2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮
10、，两的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个齿轮的齿数相差一个齿，两个内齿圈个齿轮的齿数相差一个齿，两个内齿圈3 3和和4 4与外齿与外齿轮齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母轮齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座的两端。座的两端。13(3)(3)双螺母双螺母齿差预紧方式齿差预紧方式 调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个螺母两个螺母1 1、2 2分别向相同的方向转过一个或多个齿，分别向相同的方向转过一个或多个齿，使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙和预紧的目地。和预紧的目地。143.3.
11、滚珠丝杠螺母副的安装滚珠丝杠螺母副的安装 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。主要是卧式丝杠的自重。1)1)支承轴承组合支承轴承组合向心球轴承圆锥滚子轴承；向心球轴承圆锥滚子轴承；双向推力双向推力角接触球角接触球轴承轴承(丝杠专用丝杠专用)角接触球轴承；角接触球轴承；6060角接触轴承角接触轴承(丝杠专用丝杠专用)圆锥滚子轴承；圆锥滚子轴承；15 图图a a所示是一端固定一端自由的支承形式。其所示是一端固定一端自由的支承形式。其特点：特点：是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠及垂直布置丝杠。一般用
12、于数控机床的调整环节及垂直布置丝杠。一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴和升降台式数控铣床的垂直坐标轴 2)2)支承固定方式支承固定方式16 图图b b所示所示是一端固定一端游动的支承形式是一端固定一端游动的支承形式，丝，丝杠轴向刚度与图杠轴向刚度与图a a形式相同，丝杠受热后有膨胀伸形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠杠或卧式丝杠 17 图图c c所示是所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚两端固定的支
13、承形式，丝杠的轴向刚度约为一端固定形式的度约为一端固定形式的4 4倍，倍，可预拉伸可预拉伸，这样既可，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂适用于长丝杠。适用于长丝杠。183)3)滚珠丝杠螺母副与电动机的联接滚珠丝杠螺母副与电动机的联接(1)(1)联轴器直接联接联轴器直接联接优点：优点：具有最大的刚度；本身无间隙，传动精度具有最大的刚度；本身无间隙，传动精度高；高；结构简单；适用中小型及高速结构简单；适用中小型及高速CNCCNC。19(2)(2)齿轮联接齿轮
14、联接特点：特点：可变速传动，转矩可调，机电匹配性好，可变速传动，转矩可调，机电匹配性好，布置灵活；布置灵活；但噪声大，摩擦增加，传动有间隙，但噪声大，摩擦增加，传动有间隙，闭环易振荡，传动效率降低。闭环易振荡，传动效率降低。20(3)(3)同步齿形带联接；同步齿形带联接；同步带传动装置同步带传动装置21同步带结构同步带结构带背带背强力层强力层带齿带齿22 同步齿形带传动同步齿形带传动是综合了带、链传动优点的新是综合了带、链传动优点的新型传动方式。具有：型传动方式。具有：(1)(1)传动效率高，可达传动效率高，可达9898以上。以上。(2)(2)无滑动，传动比准确。无滑动，传动比准确。(3)(3
15、)传动平稳，噪声小。传动平稳，噪声小。(4)(4)使用范围较广，速度可达使用范围较广，速度可达50m50ms s，速比可达，速比可达1010左右，传递功率由几瓦至数千瓦。左右，传递功率由几瓦至数千瓦。(5)(5)维修保养方便，不需要润滑。维修保养方便，不需要润滑。(6)(6)安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高较复杂，成本高 同步带传动特点：同步带传动特点：23 导轨是进给系统的重要环节，是机床结构导轨是进给系统的重要环节，是机床结构要素之一。机床的加工精度和使用寿命很大要素之一。机床的加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。程度
16、上取决于机床导轨的质量。2.3.3 2.3.3 机床导轨机床导轨 对导轨的要求：对导轨的要求：1）高的导向精度；）高的导向精度；2）良好的精度保持性；）良好的精度保持性；3）足够的刚度和良好的摩擦特性；）足够的刚度和良好的摩擦特性；4）灵敏度高、寿命长。）灵敏度高、寿命长。241 1、导轨的组成与导向原理、导轨的组成与导向原理1 1）导轨的组成和作用）导轨的组成和作用作用：作用：支承和引导运动部件沿支承和引导运动部件沿一定的直线或圆周轨道移动。一定的直线或圆周轨道移动。运动导轨运动导轨支承导轨支承导轨组成：组成：支承导轨、运动导轨。支承导轨、运动导轨。与支承件连成一体固定不动的与支承件连成一体
17、固定不动的导轨为导轨为支承导轨支承导轨。与运动部件连成一体的导轨为与运动部件连成一体的导轨为运动导轨运动导轨。2 2）导向原理）导向原理 限制运动部件的五个自由度，使其具有单方限制运动部件的五个自由度，使其具有单方向的导向性。向的导向性。251)1)滑动导轨滑动导轨 具有摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺具有摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、速度较低等特点。性好、速度较低等特点。分为：分为：普通滑动导轨普通滑动导轨-金属与金属相摩擦，摩擦系金属与金属相摩擦，摩擦系数大，一般在普通机床上数大，一般在普通机床上 塑料滑动导轨塑料滑动导轨-塑料与金属相摩擦，导轨的塑料与金属相摩擦，导轨的滑
18、动性好，在数控机床上广泛采用滑动性好，在数控机床上广泛采用 按运动轨迹分按运动轨迹分：直线运动导轨和圆周运动导轨直线运动导轨和圆周运动导轨按摩擦特性分按摩擦特性分：滑动导轨、滚动导轨和静压导轨滑动导轨、滚动导轨和静压导轨2 2、导轨的分类、导轨的分类263)3)静压导轨静压导轨 具有摩擦系数极小、承载大，刚性好，吸震不具有摩擦系数极小、承载大，刚性好，吸震不爬行，但需专门的供压装置等特点。根据介质的爬行，但需专门的供压装置等特点。根据介质的不同可不同可分为：分为：液压导轨和气压导轨液压导轨和气压导轨 2)2)滚动导轨滚动导轨 具有摩擦系数小、运动轻便、低速不易爬行、具有摩擦系数小、运动轻便、低
19、速不易爬行、定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高等特点。防护要求较高等特点。直线导轨分为：直线导轨分为：直线滚动导轨直线滚动导轨和和滚动导轨块滚动导轨块273 3、滑动导轨、滑动导轨矩形导轨：矩形导轨：承载能力大，制承载能力大，制造简单，水平方向和造简单，水平方向和垂直方向上的位置精垂直方向上的位置精度互不相关。度互不相关。侧面间隙不能自侧面间隙不能自动补偿，必须设置间动补偿，必须设置间隙调整机构隙调整机构 1)1)滑动导轨的结构滑动导轨的结构28三角形导轨：三角形导轨：三角形截面，有三角形截面，有两个导向面，同时控两个导向面，同
20、时控制垂直方向和水平方制垂直方向和水平方向的导向精度。向的导向精度。这种导轨在载荷这种导轨在载荷的作用下能自行补偿的作用下能自行补偿而消除间隙，导向精而消除间隙，导向精度较其他导轨高。度较其他导轨高。3 3、滑动导轨、滑动导轨1)1)滑动导轨的结构滑动导轨的结构293 3、滑动导轨、滑动导轨1)1)滑动导轨的结构滑动导轨的结构燕尾槽导轨：燕尾槽导轨：这种滑动导轨这种滑动导轨的高度值最小，能的高度值最小，能承受颠覆力矩，摩承受颠覆力矩，摩擦阻力也较大。擦阻力也较大。303 3、滑动导轨、滑动导轨1)1)滑动导轨的结构滑动导轨的结构圆柱形导轨：圆柱形导轨：这种滑动导轨制这种滑动导轨制造容易，磨损后
21、调造容易，磨损后调整间隙较困难。整间隙较困难。凹形导轨容易存油，但也易积尘屑，适用于防凹形导轨容易存油，但也易积尘屑，适用于防护良好的环境。凸形导轨对润滑条件要求高。护良好的环境。凸形导轨对润滑条件要求高。31数控机床上滑动数控机床上滑动导轨的形状组合导轨的形状组合主要为：主要为：三角形一矩形式；矩形一矩形式三角形一矩形式；矩形一矩形式 2)2)滑动导轨的材料滑动导轨的材料 导轨材料主要有：铸铁、钢、塑料以及有色金导轨材料主要有：铸铁、钢、塑料以及有色金属。常采用的塑料导轨有属。常采用的塑料导轨有注塑导轨注塑导轨和和贴塑导轨贴塑导轨两两种，种，塑料导轨的塑料导轨的 特点：特点：(1)(1)刚度
22、好；刚度好；(2)(2)动、静摩擦系数差值小；动、静摩擦系数差值小；(3)(3)耐磨性好，抗振性好；耐磨性好，抗振性好；(4)(4)低速无爬行；低速无爬行；(5)(5)寿命长，为普通铸铁导轨的寿命长，为普通铸铁导轨的810810倍。倍。324 4、滚动导轨、滚动导轨 滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦两导轨面之间形成滚动摩擦，具有低速运动平稳，具有低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高的特点。性好，移动精度和定位精度高的特点。滚动导轨的抗振性比滑动导轨差，滚动导轨的抗振性比滑动导轨差，结构复杂，结构复杂，对脏物也较为敏感，需
23、要良好的防护对脏物也较为敏感，需要良好的防护 直线滚动导轨副直线滚动导轨副 直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨，它直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨，它主要主要由导轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成由导轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。上。333435 直线滚动导轨直线滚动导轨除导向外还能承受颠覆力矩，除导向外还能承受颠覆力矩，它具有制造精度高，可高速运行，并能长时间保它具有制造精度高，可高速运行，并能长时间保持高精度的优点。持高精度的优点。通过预加负载可提高其刚性，且具有自调的能通过预加负载可提高其刚性
24、，且具有自调的能力，安装基面的许用误差大。力，安装基面的许用误差大。365 5、液体静压导轨、液体静压导轨 简称静压导轨，它在简称静压导轨，它在两个相对运动的导轨面间两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起通入压力油，使运动件浮起，导轨的工作面完全导轨的工作面完全处于纯液体摩擦下。处于纯液体摩擦下。1)1)特点：特点：1)1)导轨工作面摩擦系数极低导轨工作面摩擦系数极低(f=0.0005)(f=0.0005)；2)2)导轨运动不受限制，低速无爬行；导轨运动不受限制，低速无爬行；3)3)吸振，承载能力大、刚性好；吸振，承载能力大、刚性好；4)4)摩擦发热小，导轨温升小。摩擦发热小，导轨温升
25、小。2)2)缺点：缺点：1)1)结构复杂，需要一套液压系统，成本高；结构复杂，需要一套液压系统，成本高；2)2)油膜厚度难以保持恒定不变；油膜厚度难以保持恒定不变；3)3)主要用于大型、重型数控机床上。主要用于大型、重型数控机床上。376 6、导轨的润滑与防护、导轨的润滑与防护导轨润滑的目的导轨润滑的目的:减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降低高速时的温升。一般常用低高速时的温升。一般常用压力循环润滑和定时压力循环润滑和定时定量润滑两种定量润滑两种方式。数控机床上滑动导轨的润滑方式。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。主要采用压力润滑。导轨的防
26、护是防止或减少导轨副磨损，延长导轨导轨的防护是防止或减少导轨副磨损，延长导轨寿命的重要方法之一。寿命的重要方法之一。防护装置有刮板式、卷帘式防护装置有刮板式、卷帘式和伸缩式和伸缩式等。数控机床上大多采用伸缩式防护罩。等。数控机床上大多采用伸缩式防护罩。382.4 2.4 进给传动间隙消除进给传动间隙消除1 1）齿轮传动齿侧间隙；）齿轮传动齿侧间隙；2 2）键联接传动间隙；）键联接传动间隙；3 3）丝杠螺母副轴向间隙；）丝杠螺母副轴向间隙；4 4）导轨副传动间隙；）导轨副传动间隙；5 5）蜗轮蜗杆副传动间隙；）蜗轮蜗杆副传动间隙；6 6）齿轮齿条副传动间隙；）齿轮齿条副传动间隙；1.1.进给传动
27、间隙常见形式进给传动间隙常见形式2.4.1 2.4.1 进给传动间隙消除的重要性进给传动间隙消除的重要性392.2.进给传动间隙消除的重要性进给传动间隙消除的重要性1 1）防止开环系统中实际位移值滞后于指令值或）防止开环系统中实际位移值滞后于指令值或 丢失指令脉冲；丢失指令脉冲；2 2）防止进给运动方向改变时的反向运动死区；）防止进给运动方向改变时的反向运动死区；3 3）提高传动精度和闭环系统稳定性；）提高传动精度和闭环系统稳定性；402.4.2 2.4.2 齿轮传动间隙的消除齿轮传动间隙的消除刚性调整法：刚性调整法：调整之后齿侧间隙不能自动补偿调整之后齿侧间隙不能自动补偿 的调整方法。的调整方法。特点：有较高的传动刚度，结构简单。特点：有较高的传动刚度，结构简单。如：如：偏心轴套调整法、轴向垫片调整法偏心轴套调整法、轴向垫片调整法柔性调整法：柔性调整法：调整之后齿侧间隙可以自动补偿调整之后齿侧间隙可以自动补偿 的调整方法。的调整方法。特点：始终无间隙啮合，但传动刚度低，特点：始终无间隙啮合，但传动刚度低，结构复杂。结构复杂。如：如：轴向压簧调整法、周向拉簧调整法、浮动轴向压簧调整法、周向拉簧调整法、浮动 齿轮弹簧消隙齿轮弹簧消隙。双传动链消隙机构双传动链消隙机构：承载大，用于大型：承载大，用于大型CNCCNC41