机械传动与导向装置.

14.3、机械传动与导向装置2机械传动结构是进给伺服系统的重要组成部分，它包括减速齿轮、联轴节、滚珠丝杠螺母副、丝杠支承、导轨副、传动数控回转工作台的蜗杆蜗轮等机械环节。它们的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等，对执行件能否实现每一脉冲的微量移动有重要影响。另外，进给传动系统的驱动力矩很大，负载变化频繁，故对刚度也有特殊的要求。4.3、机械传动与导向装置3滚珠丝杠副的优点：4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副⑴传动效率高。达η=0.92～0.94，是普通滑动丝杠的3～4倍；⑵摩擦力小。因静、动摩擦因数小，因而传动灵敏、运动平稳、低速不易爬行、随动精度和定位精度高；⑶可预紧。经预紧后可消除轴向间隙，有助于定位精度和刚度提高，既使反向也没有空行程，反向定位精度高，且传动平稳；⑷有可逆性。因摩擦因数小，所以不仅可将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换为旋转运动，丝杠和螺母既可作为主动件，也可作为从动件；⑸使用寿命长。滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度达60～62HRC，表面粗糙度值小，而且是滚动摩擦，故磨损很小、使用寿命长。44.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副滚珠丝杠副的缺点：⑴制造工艺复杂，成本高；滚珠丝杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙度要求高，故制造成本高。如丝杠螺母上的螺旋槽滚道一般都要求磨削成形表面，工艺复杂。⑵不能实现自锁；由于其摩擦因数小而不能自锁，特别是垂直（立式）丝杠，由于自重和惯性或因突然停断电而容易造成主轴箱等下滑，所以需要添加制动装置。54.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副丝杠和螺母的螺纹滚道间装有承载滚珠，当丝杠或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。端盖循环插管循环61．滚珠的循环方式4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式常用的有外循环和内循环两种。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内循环。滚珠丝杠螺母副的每个循环称为一列，每个导程称为一圈。74.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副外循环外循环这种结构是在螺母体上轴向相隔2.5圈或3.5圈螺纹处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再用弧形铜管插入进口和出口内，形成滚珠返回通道，由弯管的端部来引导滚珠；这种弯管由两半合成，采用冲压件，工艺性好。外循环方式制造工艺简单、应用广泛，但螺母径向尺寸较大，因用弯管端部作挡珠器，故刚性差、易磨损，噪音较大。外循环的工作圈数是2.5圈或3.5圈，1～2列。84.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副内循环它采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽，反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保持对准螺纹滚道方向。在一个螺母上沿螺纹周向错开120°，轴向错开（t为导程），装三个反向器，形成三圈滚珠循环。内循环螺母结构紧凑，定位可靠，刚性好，不易磨损，反回滚道短，不易产生滚珠堵塞，摩擦损失小。缺点是结构复杂、制造较困难。内循环的工作圈数是3列。内循环92．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。通常采用双螺母预紧或单螺母（大滚珠、大导程）的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。102．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副双螺母预紧是使两个螺母产生轴向位移(相离或靠近)，以消除它们之间的间隙和施加预紧力，方法有三种:1)双螺母螺纹式2)双螺母垫片式3)双螺母齿差式112．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副1)双螺母螺纹式利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且可在使用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。122．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副2)双螺母垫片式通过改变垫片的厚度，使滚珠丝杠的左右螺母不相对旋转，只作轴向位移，实现预紧。这种方式结构简单、刚性好，应用最为广泛。132．滚珠丝杠螺母副的预紧5.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副3)双螺母齿差式在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1、Z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：142．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副单螺母预紧的方法有二种:1)增大滚珠直径法2)偏置导程法152．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副1)增大滚珠直径法为了补偿滚道的间隙，设计时将滚珠的尺寸适当增大，使其4点接触，产生预紧力，为了提高工作性能，可以在承载滚珠之间加入间隔钢球。丝杠侧螺母侧丝杠侧螺母侧承载滚珠间隔钢球162．滚珠丝杠螺母副的预紧4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副2)偏置导程法在螺母中部将其导程增加一个预压量Δ，以达到预紧的目的。导程导程+Δ导程丝杠侧螺母侧预拉方向预拉方向173．滚珠丝杠的支承结构4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副A、一端装止推轴承(固定－自由式)、（双推－自由式）1．轴向刚度低，与螺母位置有关；2．双推端可预拉伸安装；3．适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。183．滚珠丝杠的支承结构4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副B、一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承(固定－支承式)、（双推－简支）1．轴向刚度不高，与螺母位置有关；2．双推端可预拉伸安装；3．适宜中速、精度较高的长丝杠。193．滚珠丝杠的支承结构4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副C、两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）1．轴向刚度较高；2．预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命低；3．适宜中速、精度高。203．滚珠丝杠的支承结构4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副D、两端装双重止推轴承及深沟球轴承(固定－固定式)、（双推－双推式）1．轴向刚度最高；2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高3．适宜高速、高刚度、高精度。214．滚珠丝杠副的选用4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠副的精度，根据机床的载荷来选定丝杠的直径，并且要验算丝杠扭转刚度、压曲刚度、临界转速与工作寿命等。1）选用要点224．滚珠丝杠副的选用4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床，一般可选用D级，精密级数控机床选用C级精度的滚珠丝杠副。丝杠精度中的导程误差对机床定位精度影响最明显。而丝杠在运转中由于温升引起的丝杠伸长，将直接影响机床的定位精度。通常需要计算出丝杠由于温升产生的伸长量，该伸长量称为丝杠的方向目标。用户在定购滚珠丝杠时，必须给出滚珠丝杠的方向目标值。2）精度等级的选择234．滚珠丝杠副的选用4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副滚珠丝杠副的结构尺寸主要有：丝杠的名义直径D0、螺距t、长度L、滚珠直径d0等，尤其是名义直径与刚度直接相关，直径大、承载能力和刚度越大，但直径大转动惯量也随之增加，使系统的灵敏度降低。所以，一般是在兼顾二者的情况下选取最佳直径。3）结构尺寸的选择244．滚珠丝杠副的选用4.3、机械传动与导向装置4.3.1滚珠丝杠副有关资料推荐：名义直径D0：对于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心选用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滚珠丝杠，但通常应大于L/30--L/35；螺距t：t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但传动效率低，承载能力低，应折中考虑；丝杆长度L：一般为工作行程+螺母长度+（5～10）；滚珠直径d0越大，承载能力越高，尽量取大值。一般取d0=0.6t；滚珠的工作圈数、列数和工作滚珠总数对丝杆工作特性影响较大；当前面三项确定后，后两项也确定了，一般不用用户考虑。3）结构尺寸的选择254.3.1.1滚珠丝杠副的常见故障滚珠丝杠副故障大部分是由于运动质量下降、反向间隙过大、机械爬行、润滑不良等原因造成的。序号故障现象故障原因排除方法1加工件粗糙度值高导轨的润滑油不足够，致使溜板爬行加润滑油，排除润滑故障滚珠丝杆有局部拉毛或研损更换或修理丝杆丝杆轴承损坏，运动不平稳更换损坏轴承伺服电动机未调整好，增益过大调整伺服电动机控制系统4.3、机械传动与导向装置26序号故障现象故障原因排除方法2反向误差大,加工精度不稳定丝杆轴联轴器锥套松动重新紧固并用百分表反复测试丝杆轴滑板配合压板过紧或过松重新调整或修研，用0.03mm赛尺不入为合格丝杆轴滑板配合楔铁过紧或过松重新调整或修研，使接触率达70％以上，用0.03mm塞尺不入为合格滚珠丝杆预紧力过紧或过松调整预紧力，检查轴向窜动值，使其误差不大于0.015mm滚珠丝杆螺母端面与结合面不垂直，结合过松修理、调整或加垫处理丝杆支座轴承预紧力过紧或过松修理调整滚珠丝杆制造误差大或轴向窜动用控制系统自动补偿能消除间隙，用仪器测量并调整丝杆窜动润滑油不足或没有调节至各导轨面均有润滑油其他机械干涉排除干涉部位4.3.1.1滚珠丝杠副的常见故障4.3、机械传动与导向装置274.3.1.1滚珠丝杠副的常见故障序号故障现象故障原因排除方法3滚珠丝杆在运转中转矩过大二滑板配合压板过紧或研损重新调整或修研压板，使0.04mm塞尺塞不入为合格滚珠丝杆螺母反向器损坏，滚珠丝杆卡死或轴端螺母预紧力过大修复或更换丝杆并精心调整丝杆研损更换伺服电动机与滚珠丝杆联接不同轴调整同轴度并紧固连接座无润滑油调整润滑油路超程开关失灵造成机械故障检查故障并排除伺服电动机过热报警检查故障并排除4.3、机械传动与导向装置284.3.1.1滚珠丝杠副的常见故障序号故障现象故障原因排除方法4丝杆螺母润滑不良分油器是否分油检查定量分油器油管是否堵塞清除污物使油管畅通5滚珠丝杆副噪声滚珠丝杆轴承压盖压合不良调整压盖，使其压紧轴承滚珠丝杆润滑不良检查分油器和油路，使润滑油充足滚珠产生破损更换滚珠电动机与丝杆联轴器松动拧紧联轴器锁紧螺钉4.3、机械传动与导向装置294.3.1.1滚珠丝杠副的常见故障序号故障现象故障原因排除方法6滚珠丝杆运动不灵活轴向预加载荷过大调整轴向间隙和预加载荷丝杠与导轨不平行调整丝杠支座位置，使丝杠与导轨平行螺母轴线与导轨不平行调整螺母座位置丝杠弯曲变形调整丝杠4.3、机械传动与导向装置304.3.2数控机床导轨导轨的主要功能是导向和承载作用。导轨使运动部件沿一定的轨迹运动，从而保证各部件之间的相对位置精度。导轨承受运动部件及工件的重量和切削力。导轨在很大程度上决定了数控机床的刚度、精度与精度保持性。4.3、机械传动与导向装置314.3.2数控机床导轨（a）导向精度导向精度主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。影响它的因素有：导轨的几何精度、接触精度、结构形式、刚度、热变形、装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。4.3、机械传动与导向装置5.3.2.1导轨副应满足的基本要求324.3.2数控机床导轨（b）耐磨性是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。因导轨在工作过程中难免有所磨损，所以应力求减小磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。4.3、机械传动与导向装置5.3.2.1导轨副应满足的基本要求334.3.2数控机床导轨（c）疲劳和压溃导轨