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数控技术华中科技大学机械科学与工程学院15.1概述5.2数控机床的主运动5.3数控机床的进给运动5.4数控机床的换刀运动第5章运动系统与典型机构2传动系统对数控机床的影响：传动系统的刚度和惯量，影响进给系统的稳定性和灵敏度。传动部件的精度与传动系统的非线性，影响系统的位置精度和轮廓加工精度，在闭环系统中还影响系统的稳定性。5.3数控机床的进给运动3数控机床对机械传动系统的要求：刚度好；惯量小；间隙小；摩擦小。5.3数控机床的进给运动45.3.1数控机床进给传动系统的基本结构进给传动系统组成传动机构——传动齿轮或同步带运动变换机构——丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副等导向机构——滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承执行件——工作台5.3数控机床的进给运动5数控车床的进给传动系统简图5.3数控机床的进给运动65.3.2齿轮传动副齿轮传动设计主要考虑问题：1．齿轮副的传动级数和速比分配齿轮传动的传动级数和速比分配，一方面影响传动件的转动惯量大小，同时还影响执行件的传动效率。增加传动级数，可以减小传动惯量，但导致传动装置的结构复杂，降低了传动效率，增大噪声，同时加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。5.3数控机床的进给运动72．齿轮副传动间隙的消除（1）刚性调整法偏心轴套式间隙调整结构轴向垫片间隙调整结构刚性调整法是指调整后能暂时清除齿侧间隙，但使用之后不能自动补偿的调整方法。5.3数控机床的进给运动8柔性调整法是指调整后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。（2）柔性调整法蝶形弹簧消除斜齿轮间隙调整结构双齿轮错齿式间隙调整结构5.3数控机床的进给运动93．齿轮齿条副传动间隙的消除5.3数控机床的进给运动10工作原理：丝杆（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杆）轴向移动5.3.2滚珠丝杠螺母副5.3数控机床的进给运动11滚珠丝杠螺母副具有传动效率高达85%～96%，约为一般滑动丝杠副的2～4倍；启动时无颤振，低速时无爬行；静、动摩擦系统几乎相等；寿命长，磨损小、精度保持性好；可预紧消隙，提高系统的刚度。滚珠丝杠螺母副特点：5.3数控机床的进给运动121．滚珠丝杠螺母副的结构1-丝杠2-螺母3-滚珠4-回珠管5反向器5.3数控机床的进给运动13滚珠在循环过程中回珠时与丝杠脱离接触的结构；采用弧形铜管形成滚珠返回通道，由弯管的端部引导滚珠；其工作圈数是2.5圈或3.5圈，1～2列。2.滚珠丝杠螺母副的分类（1）外循环丝杆5.3数控机床的进给运动14（2）内循环1-丝杠2-螺母3-滚珠4-反向器滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触的结构。采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器嵌入螺母内。工作圈数是3列。5.3数控机床的进给运动153．滚珠丝杠螺母副轴向间隙调整轴向间隙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。（1）双螺母垫片调隙式5.3数控机床的进给运动16（2）双螺母齿差调隙式1-内齿轮2-外齿轮5.3数控机床的进给运动174．滚珠丝杠螺母副的支承方式一端推力轴承结构一端止推轴承，另一端向心球轴承结构两端止推轴承结构两端止推轴承及向心球轴承结构5.3数控机床的进给运动185．滚珠丝杠螺母副的润滑与密封毛毡圈密封。毛毡圈的厚度为螺距的2～3倍，而且内孔做成螺纹的形状，紧密地包住丝杠，并装入螺母或套筒两端的槽孔内。耐油橡皮或尼龙材料密封。为了避免密封圈增加滚珠丝杠副的摩擦阻力矩。可采用由硬质塑料制成的非接触式迷宫密封圈，内孔做成与丝杠螺纹滚道相反的形状，并留有一定间隙。（1）滚珠丝杠螺母副密封5.3数控机床的进给运动19润滑油。润滑油通过注油孔注油。润滑脂。一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，为定期润滑。（2）滚珠丝杠螺母副常用的润滑良好的润滑可提高耐磨性及传动效率，从而保持传动精度，延长使用寿命。5.3数控机床的进给运动205.3.3同步带1.构成：由梯形齿型带与有齿带轮组成。5.3数控机床的进给运动21无相对滑动，传动比准确；齿型带薄而轻，惯量较小，可用于高速传动，圆周速度可达40m／s；由于靠啮合传动，齿型带不需太大的预紧力小，减小了轴与轴承所受载荷，延长了齿型带和其它零件的使用寿命；因为啮合传动，小轮包角可减小，传动比大可达10～20，传动功率可达200KW，传动效率可达98%左右；制造和安装精度高，中心距要求严格。2.同步带传动与v带传动相比有以下特点：5.3数控机床的进给运动225.3.4数控机床的导轨要求其在高速进给时不发生振动，低速进给时不出现爬行；灵活性高，耐磨性好；可在重载荷下长期连续工作；精度保持性好。数控机床导轨的要求：5.3数控机床的进给运动231．塑料滑动导轨摩擦系数小，且动、静摩擦因数差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性，抗撕伤能力强；加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低；有良好的自润滑和抗震性，经济效益显著等特点。（1）塑料导轨的特点：5.3数控机床的进给运动24（2）塑料滑动导轨的分类：贴塑导轨1-床身2-工作台3-下压板4-导轨软带5-帖有塑料软带的镶条5.3数控机床的进给运动25注塑导轨用涂敷工艺或压注成形工艺将塑料预先加在成锯齿形的导轨上。注塑导轨的材料是以环氧树脂和二硫化钥为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固化剂为另一组分的双组份塑料，称为环氧树脂耐磨涂料。5.3数控机床的进给运动262．滚动导轨灵敏度高、摩擦系数小（一般在0.0025～0.005的范围内）；动、静摩擦系数基本相同，因而运动平稳，不易出现爬行现象；定位精度高，重复定位误差可达0.2μm；精度保持性好，寿命长。滚动导轨抗振性能差，对防护要求高，结构复杂，制造比较困难，成本较高。滚动导轨的特点是：5.3数控机床的进给运动27滚动导轨常见结构类型：滚动导轨块和直线滚动导轨。（1）滚动导轨块1-防护板2-端盖3-滚柱4-导向片5-保持器6-本体5.3数控机床的进给运动28（2）直线滚动导轨滚动导轨组件形式、结构5.3数控机床的进给运动29直线滚动导轨5.3数控机床的进给运动30弧形滚动导轨5.3数控机床的进给运动31两维直线滚动导轨5.3数控机床的进给运动32组成结构1、4、5、8-回珠（回柱）；2、3、6、7-负载滚珠（滚柱）9-保持体10-端部密封垫11-滑块12-导轨体5.3数控机床的进给运动333．静压导轨1、4-滤油器2-油泵3-溢流阀5-节流阀6-运动部件7-固定部件8-油箱5.3数控机床的进给运动345.3.5回转工作台分辨率高、定位精度高、运动平稳、动作迅速、转台刚性好；在多轴联动实现曲线和曲面的加工时，回转工作台必须能进行连续的圆周进给运动。数控机床对回转工作台的要求：5.3数控机床的进给运动351.分度工作台分度工作台只能实现分度运动。通常分度工作台的运动只能限于某些规定的角度，不能实现任意角度的分度。常用的定位方式：销定位、反靠定位、齿盘定位和钢球定位等。立式数控回转分度盘5.3数控机床的进给运动36齿盘定位分度工作台1-弹簧2、10、11-轴承3-蜗杆4-蜗轮5、6-齿轮7-管道8-活塞9-工作台12液压缸13、14-齿盘5.3数控机床的进给运动37工作台抬起。压力油进入升降液压缸12下腔，带动工作台9也向上抬起;回转分度。液压马达通过蜗轮蜗杆副3、4和齿轮副5、6带动工作台9进行分度回转运动;工作台下降定位夹紧。压力油进入升降液压缸12上腔，推动活塞8带动工作台下降。齿盘定位分度工作台的结构与工作原理：5.3数控机床的进给运动382．数控回转工作台数控回转工作台能按数控系统的指令，带动工件实现连续回转运动。回转速度是无级、连续可调的，同时，能实现任意角度的分度定位。按控制的性质可分为开环和闭环；按应用范围可分为立式和卧式。数控回转工作台的分类：5.3数控机床的进给运动39立式数控回转工作台可倾斜数控回转工作台5.3数控机床的进给运动40（1）开环数控回转工作台结构与工作原理5.3数控机床的进给运动41回转工作台的连续圆周进给运动。柱塞16运动到上位时，发出信号，功率步进电机启动并按指令脉冲的要求，驱动数控回转工作台实现圆周进给运动。回转工作台的定位。回转工作台的固定支座24内均匀安装了6个液压缸14。液压缸14上端进压力油时，柱塞16向下运动，通过钢球17推动夹紧瓦18和19将蜗轮夹紧，从而实现精确分度定位回转工作台的回零。回零操作时，工作台先快速回转，当转至挡块11压合微动开关10时，工作台由快速转动变为慢速转动，最后由功率步进电机控制停在某一固定的通电相位上（称为锁相），从而使数控回转工作台准确地停在零点位置上。5.3数控机床的进给运动42（2）闭环数控回转工作台结构与工作原理闭环回转工作台采用圆光栅或圆感应同步器，将实际转动角度反馈至系统，与指令值进行比较，通过差值控制回转工作台的运动，提高了圆周进给运动精度。工作台的连续圆周进给运动。回转工作台由伺服电动机15驱动，通过齿轮14、16及蜗杆12、蜗轮13带动工作台1回转。工作台的转角位置由圆光栅9测量。工作台的定位与夹紧。当控制系统发出夹紧指令时，液压缸5上腔进压力油，活塞6向下移动，通过钢球8推开夹紧瓦3和4，从而将蜗轮13夹紧。5.3数控机床的进给运动435.3数控机床的进给运动44课后思考:1.比较传统机床与数控机床传动系统的区别；2.查阅资料，收集两到三个数控机床传动系统结构图，并了解其构成。5.3数控机床的进给运动结束