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1、第五章 进给传动系统设计5.1 进给传动系统设计应满足的基本要求5.2 机械进给传动系统的设计特点5.3 电气伺服进给系统5.4 伺服电动机1现代制造装备及自动化5.1 进给传动系统设计应满足的基本要求一、进给传动系统设计应满足的基本要求1、进给传动系统的组成 动力源 变速机构 换向机构 运动分配机构 过载保险机构 运动转换机构 执行件2现代制造装备及自动化5.1 进给传动系统设计应满足的基本要求一、进给传动系统设计应满足的基本要求2、进给传动系统应满足的基本要求 具有足够的静刚度和动刚度；具有良好的快速响应性，做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高；抗振性好，不会因摩擦自振而引
2、起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声；具有足够宽的调速范围；传动精度和定位精度要高；结构简单，加工和装配工艺性好。3现代制造装备及自动化5.2 机械进给传动系统设计的特点 因为进给系统是恒扭矩传动，所以在各种进给速度下，末端输出轴上受的扭矩是相同的。进给传动件中各传动件所受的扭矩为一、进给传动是恒扭矩传动二、进给传动系统中各传动件的计算转速是其最高转速T i 第I 个传动件承受的扭矩；N末、ni 末端输出轴和第i 轴的转速；Ui 第i 个传动件传至末端输出轴的传动比。4现代制造装备及自动化三、进给传动的变速范围 进给传动系统速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数小，因此进给传动变速组的变速范围可取
3、比主变速组较大的值。极限传动比：传动组的最大变速范围：5现代制造装备及自动化四、进给传动系统采用传动间隙消除机构手动微量进给机构：主要用于调整精密机床的一些部件，坐标镗床的工作台和主轴箱。五、快速空行程的采用六、微量进给机构的采用自动微量进给机构：采用各种驱动元件使进给自主地进行。6现代制造装备及自动化最小进给量大于1m的机构：蜗杆传动、丝杠螺母、齿轮齿条等。七、微量进给机构的采用u 弹性力传动：利用弹性元件的弯曲变形或弹性杆件的拉压变形实现微量进给。u 磁致伸缩传动：靠改变软磁材料（如铁钴合金、铁铝合金等）的磁化状态，使其尺寸和形状产生变化。u 电致伸缩：压电晶体的逆效应，将电能转换为机械能
4、以实现微量进给。u 热应力传动：利用金属杆件的热伸长驱使执行件运动。最小进给量小于1m的机构：7现代制造装备及自动化5.3 电气伺服进给系统NC 机床进给传动属伺服进给传动。伺服（servo）迅速而又准确的跟踪控制指令，保证机床工作台或刀架能正确定位或保证刀具 和工件间有严格的运动关系。一、进给系统特点NC 机床的进给传动应满足：调速范围大;传动精度高;动态响应快;稳定性好。8现代制造装备及自动化根据要求，应具备以下特点：机械传动机构简单：传动精度高，动态响应速度快快速跟踪指令；电动机丝杠 电动机齿轮丝杠 传动滚动丝杆；工作台部件滚动导轨，贴塑导轨；消除系统传动元件的间隙；传动机构有足够刚度为
5、避免爬行。9现代制造装备及自动化二、伺服进给系统的控制方式开环半闭环闭环10现代制造装备及自动化NC 机床半闭环进给系统的三种形式如下：11现代制造装备及自动化三、进给系统驱动部件 步进电动机;直流伺服电动机;交流伺服电动机;直线伺服电动机。12现代制造装备及自动化三、进给系统驱动部件1、步进电动机工作原理：磁力线力图走磁阻最小的路径。13现代制造装备及自动化14现代制造装备及自动化步进电动机的特点：1、脉冲控制；2、改变定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向将随之改变。3、定子绕组通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。4、只要维持控制绕组电流不变，不需要机械制动装置。5、步距角与定子绕组的相数
6、M，转子齿数Z，通电方式K 有关，K：三相三拍取1，三相三拍取2。15现代制造装备及自动化1）感应式直线电动机原理2、直线电动机16现代制造装备及自动化2）直线电动机进给驱动的主要优点：速度高。最大进给速度可达80 180m min。加速度大。可高达2g l0g。定位精度高。定位精度高达0 1 0 01m。行程不受限制。17现代制造装备及自动化3)直线电动机的类型以直流直线电动机、交流永磁(同步)直线电动机、交流感应(异步)直线电动机组成的高速进给系统应用较多。直流直线电动机18现代制造装备及自动化交流永磁直线电动机19现代制造装备及自动化四、滚珠丝杠及其支承1、特点：1）摩擦损失小，传动效率
7、高达85 95，是普通滑动丝杠副的2 4 倍；2）运动灵敏，低速时无爬行；3）具有传动的可逆性；不自锁升降运动，必须有制动装置。4）轴向刚度高，反向定位精度高；可消除反向间隙并施加预载。5）使用期限长；6）工艺复杂，专门工厂制造。20现代制造装备及自动化2、滚珠丝杠的工作原理按回珠方式，分为内循环和外循环。滚珠在循环中，始终与丝杠接触。流畅性好，一个循环中只有一圈滚珠，滚珠少，回程短。螺母径向尺寸小，轴向刚度好，但不能用于多头螺纹传动。滚珠每一个循环称为一列。内循环常有三列（互成120 度）四列（互成90 度）内循环特点：21现代制造装备及自动化外循环：每一列钢珠转几圈后经插管式回珠器返回，插
8、管式回珠器位于螺母之外,滚珠在循环中，与丝杠脱离接触.缺点：螺母体积较大;优点：回珠器制造简单。22现代制造装备及自动化23现代制造装备及自动化双螺母法：a）左右螺母向两头撑开 b）向中间挤紧 3、滚珠丝杠副的消除间隙 和预加载荷。将左右螺母装在一个共同的螺母体内一个整体，与丝杠间处于无间隙或过盈状态以提高接触刚度。24现代制造装备及自动化消除间隙和预加载荷的方法；（改变两螺母的间距）垫片式：齿差式：两螺母同向转一个齿，则两螺母的相对轴向位移为：这种调整方式，精确可靠，定位精度高，结构复杂，用于要求较高的地方。丝杠导程25现代制造装备及自动化预紧原则：使不受力侧的螺母接触变形为零的外载荷 F3
9、F。因此，滚珠丝杠的预加载荷F。1/3F，预紧后的刚度提高为无预紧时的2 倍。但预紧过大F。寿命摩擦力矩加大。26现代制造装备及自动化4、滚珠丝杠的计算：（自学）疲劳强度计算；刚度计算；压杆稳定性和临界转速。27现代制造装备及自动化5、滚珠丝杠的支承 方式三种：a）为一端轴向固定一端自由，常用于短丝杠和竖 直安装的丝杠。b）为一端固定一端简支，常用于较长的卧式安装丝杠。c)为两端固定，常用于长丝杠或高转速、要求高精度、高刚度的地方。这种方式还可以预拉伸。这种安装方式虽优点显著，但工艺上比较困难28现代制造装备及自动化滚珠丝杠用滚动轴承：1）接触角为60 的推力角接触球轴承背靠背面对面29现代制
10、造装备及自动化2）滚针-推力圆柱滚子组合轴承 多用于重载、要求刚度高的地方。x30现代制造装备及自动化6、滚珠丝杠的预拉伸制造时：目标行程公称行程预拉伸量（行程补偿量）拉伸后恢复公称行程值。工作时发热热膨胀导程加大影响定位精度。解决办法：预拉伸量 热膨胀量，发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内应力下降，长度不变。31现代制造装备及自动化x32现代制造装备及自动化7、滚珠丝杠与伺服电动机的联结 齿轮副 同步齿形带33现代制造装备及自动化联轴节：挠性联轴节可消除丝杠与电机轴之间的同轴度 和垂直度误差锥环摩擦联接：优点是不用制键槽，无反向间隙，轴与轮毂之间的位置可任意调节。摩擦联接还有一定的
11、安全作用。34现代制造装备及自动化 NC 机床进给系统经常处于自动变向状态，反向时如果传动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会造成进给运动的反向运动滞后于指令信号，从而影响其驱动精度。刚性调整法是指调整之后齿侧间隙不能自动补偿的调整方法。它要求严格控制齿轮的齿厚及齿距公差，否则传动的灵活性将受到影响。但用这种方法调整的齿轮传动有较好的传动刚度而且结构比较简单。柔性调整法是指调整之后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。在齿轮的齿厚和周节有差异的情况下，仍可始终保持无间隙啮合。但是影响其传动平稳性，而且这种调整法的结构比较复杂、传动刚度低。二、减速机构及齿轮消隙35现代制造装备及自动化1、圆柱齿轮传动1）
12、偏心轴套调整法 电动机通过偏心轴套装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，就能方便的调整两啮合齿轮的中心距，消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。特点：结构简单，但齿侧隙调整后不能自动补偿36现代制造装备及自动化 两个相同齿数的薄片齿轮与另一个宽齿轮啮合。两个薄片齿轮套装在一起，并可作相对回转。由于正向和反向旋转时，分别只有一片齿轮承受扭矩，因此承载能力受到了限制。在设计时必须计算弹簧的拉力，使它能够克服最大扭矩，否则将失去消除间隙的作用。2）双齿轮错齿式调整法37现代制造装备及自动化垫片调整法：宽齿轮同时与两个相同齿数的薄片齿轮相啮合，薄片齿轮经平键与轴连接，相互间无相对回转。斜齿轮1、2 间加厚度
13、为t 的垫片。用螺母拧紧，使两齿轮1、2 的螺旋线产生错位，其后两齿面分别与宽齿轮4 的齿面贴紧消除间隙，垫片t 的厚度和齿侧间隙的关系可由下式算出：斜齿轮的螺旋角；齿侧间隙；t 垫片的厚度。2、斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除38现代制造装备及自动化 齿轮1、2 相互啮合。在锥齿轮1 的轴5 上装有压簧3，用螺母4 调整压簧3 的弹力。锥齿轮1 在弹力作用下沿轴向移动，可消除锥齿轮1 和2 的间隙。3、锥齿轮传动 轴向压簧调整法4、双导程蜗杆传动39现代制造装备及自动化思考题1、什么是开环、闭环和半闭环的伺服进给系统？其特点如何？2、数控机床为什么应用滚珠丝杠？为什么要进行轴向消隙和预紧？3、滚珠丝杠的支撑型式有哪些？为什么要进行预拉伸？4、为什么要消除齿轮传动间隙？有哪些主要方法？40现代制造装备及自动化