數(shù)控機床進給系統(tǒng)中的滾珠絲杠與導軌——數(shù)控技術基礎

數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動2

數(shù)控機床導軌3主要內容

數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)概述1數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)概述數(shù)控機床進給系統(tǒng)：

數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)常用伺服進給系統(tǒng)來工作。伺服進給系統(tǒng)是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來的指令信息，進行放大以后控制執(zhí)行部件的運動，不僅控制進給運動的速度，同時還要精確控制刀具相對于工件的移動位置和軌跡。傳動系統(tǒng)對數(shù)控機床的影響：

傳動系統(tǒng)的剛度和慣量，影響進給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度。傳動部件的精度與傳動系統(tǒng)的非線性，影響系統(tǒng)的位置精度和輪廓加工精度，在閉環(huán)系統(tǒng)中還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)概述數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的要求：減少摩擦阻力與運動慣量1高的傳動精度、定位精度和寬的進給調速范圍2響應速度要快、無間隙傳動3穩(wěn)定性好、壽命長及使用維護方便4數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)概述數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本結構進給傳動系統(tǒng)組成傳動機構——傳動齒輪或同步帶運動變換機構——絲杠螺母副、蝸桿蝸輪副、

齒輪齒條副等導向機構——滑動導軌、滾動導軌、靜壓導

軌、軸承執(zhí)行件——工作臺數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)概述數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)簡圖數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動工作原理：

滾珠絲杠螺母副的結構原理示意圖如圖4-14所示。在絲杠3和螺母1上都有半圓弧形的螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道a，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內將裝滿滾珠2。當絲杠旋轉時，滾珠在滾道內既自轉又沿滾道循環(huán)轉動，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動。數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副特點：滾珠絲杠螺母副具有傳動效率高達85%～96%，約為一般滑動絲杠副的2～4倍；啟動時無顫振，低速時無爬行；靜、動摩擦系統(tǒng)幾乎相等；壽命長，磨損小、精度保持性好；可預緊消隙，提高系統(tǒng)的剛度。數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副的結構：1-絲杠2-螺母3-滾珠4-回珠管5反向器數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式：1滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)2始終與絲杠保持接觸的稱內循環(huán)數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中回珠時與絲杠脫離接觸的結構；采用弧形銅管形成滾珠返回通道，由彎管的端部引導滾珠；其工作圈數(shù)是2.5圈或3.5圈，1～2列。絲桿數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動內循環(huán)

滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸的結構。采用圓柱凸鍵反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器嵌入螺母內。工作圈數(shù)是3列。1-絲杠2-螺母3-滾珠4-反向器數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副間隙的調整為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度，必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結構，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩上滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側面上，用這種方發(fā)預緊消除軸向間隙時，應注意預緊力不宜過大。預緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副間隙的調整雙螺母消隙墊片調隙式螺紋調隙式齒差調隙式單螺母消隙單螺母變位螺距預加負荷單螺母螺釘預緊滾珠絲杠螺母副間隙的調整分類：數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動（1）墊片調隙式

如圖4-18所示，調整墊片厚度使左右兩螺母產生軸向位移，即可消除間隙和產生預緊力。這種方法結構簡單，剛性好，但調整不便，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動（2)螺紋調隙式如圖4—19所示，螺母1的外端有凸緣，螺母7外端有螺紋，調整時只要旋動圓螺母6，即可消除軸向間隙，并可達到產生預緊力的目的數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動（3)齒差調隙式

如圖4-20所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為Z1和Z2,并相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉動一個齒，然后再插入內齒圈，則兩個螺母便產生相對角位移，其軸向位移量s=(1/Z1-1/Z2)Pn。例如:Z1=80，Z2=81，滾珠絲杠的導程為=6mm時，s=6/6480≈0.001mm，這種調整方法能精確調整預緊量，調整方便、可靠，但結構尺寸較大，多用于高精度的傳動。數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副的支承方式一端推力軸承結構一端止推軸承，另一端向心球軸承結構兩端止推軸承結構兩端止推軸承及向心球軸承結構數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動

近來出現(xiàn)一種滾珠絲杠專用軸承，其結構如圖4-24所示。這是一種能夠承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比，接觸角增大到60°，增加了滾珠的數(shù)目并相應減小滾珠的直徑。這種新結構的軸承比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上，使用極為方便。產品成對出售，而且在出廠時已經(jīng)選配好內外環(huán)的厚度，裝配調試時只要用螺母和端蓋將內環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經(jīng)調整好的預緊力。使用極為方便。

數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副的制動由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用(特別是滾珠絲杠處于垂直傳動時)，為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動

圖4-25為數(shù)控臥式鏜床主軸箱進給絲杠制動裝置示意圖。機床工作時，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開。運動由步進電動機經(jīng)減速齒輪傳給。絲杠，使主軸箱上下移動。當加工完畢，或中間停車時，步進電動機和電磁鐵同時斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能轉動，主軸箱便不會下落。

數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動滾珠絲杠螺母副的潤滑與密封：毛氈圈密封。毛氈圈的厚度為螺距的2～3倍，而且內孔做成螺紋的形狀，緊密地包住絲杠，并裝入螺母或套筒兩端的槽孔內。耐油橡皮或尼龍材料密封。為了避免密封圈增加滾珠絲杠副的摩擦阻力矩。可采用由硬質塑料制成的非接觸式迷宮密封圈，內孔做成與絲杠螺紋滾道相反的形狀，并留有一定間隙。（1）滾珠絲杠螺母副密封數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副傳動潤滑油。潤滑油通過注油孔注油。潤滑脂。一般在安裝過程中放進滾珠螺母的滾道內，為定期潤滑。（2）滾珠絲杠螺母副常用的潤滑

良好的潤滑可提高耐磨性及傳動效率，從而保持傳動精度，延長使用壽命。數(shù)控機床導軌數(shù)控機床導軌導軌主要用來支承和引導運動部件沿一定的軌道運動。在導軌副中，運動的一方叫做動導軌，不動的一方叫做支承導軌。動導軌相對于支承導軌的運動，通常是直線運動或回轉運動。數(shù)控機床導軌數(shù)控機床導軌的要求：要求其在高速進給時不發(fā)生振動，低速進給時不出現(xiàn)爬行；靈活性高，耐磨性好；

可在重載荷下長期連續(xù)工作；

精度保持性好。數(shù)控機床導軌數(shù)控機床導軌的分類：導軌運動軌跡工作性質受力情況摩擦性質直線運動導軌圓運動導軌主運動導軌進給運動導軌調整導軌開式導軌閉式導軌滑動導軌滾動導軌數(shù)控機床導軌常用數(shù)控機床導軌：（一）常用導軌的形狀1.直線運動滑動導軌的截面形狀如圖3-51所示，常用的有矩形、三角形、燕尾形及圓形截面。各個平面所起的作用也各不相同。在矩形和三角形導軌中，M面主要起支承作用，N面是保證政績移動精度的導向面，J面是防止運動部件招起的壓板面；在燕尾形導軌中，M面起導向和壓板作用，J面起支承作用。根據(jù)支隨導軌的凸凹狀態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類導軌。凸形需要有良好的潤滑條件。凹形容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于具有良好防護的環(huán)境。矩形導軌也稱為平導軌；而三角形導軌，在凸形時可稱為山形導軌；在凹形時，稱為V形導軌。數(shù)控機床導軌數(shù)控機床導軌（1）矩形導軌

如圖3-51（a）所示，易加工制造承載能力較大，安裝調整方便。M面起支承兼導向作用，起主要導向作用的N面磨損后不能自動補償間隙，需要有間隙調整裝置。它適用于載荷大且導向精度要求不高的機床。（2）三角形導軌

如圖3-51（b）所示，三角形導軌有兩個導向面，同時控制了垂直方向和水平方向的導向精度。這種導軌在載荷的作用下，自行補償消除間隙，導向精度較其他導軌高。（3）燕尾槽導軌

如圖3-51（c）所示，這是閉式導軌中接觸面最少的一種結構，磨損后不能自動補償間隙，需用鑲條調整。能承受顛覆力矩，摩擦阻力較大，多用于高度小的多層移動部件。數(shù)控機床導軌（4）圓柱形導軌

如圖3-51（d）所示，這種導軌剛度高，易制造，外徑可磨削，內孔可珩磨達到精密配合。但磨損后間隙調整困難。它適用于受軸向載荷的場合，如壓力機、珩磨機、攻螺紋機和機械手等。數(shù)控機床導軌2.直線導軌的組合

機床上一般都采用兩條導軌來隨載荷和導向。重型機床承載大，常采用3~4條導軌。導軌的組合形式取決于受載大小、導向精度、工藝性、潤滑和防護等因素。覺的導軌組合形式如圖3-52所示。（1）雙三角形導軌

如圖3-52（a）所示為雙V形導軌，導軌面同時起支承和導向作用。磨損后能自動補償，導向精度高。但裝配時要對四個導軌面進行刮研，其難度很大。由于超定位，所以制造、檢驗和維修都困難，它適用于精度要求高的機床，如坐標鏜床、絲杠車床。（2）雙矩形導軌

如圖3-52（b）所示，這種導軌加工制造，承載能力大，但導向精度差。側導向面需設調整鑲條，還需設置壓板，呈閉式導軌。常用于普通精度的機床。數(shù)控機床導軌（3）三角形——平導軌組合

如圖3-52（c）所示V形——平導軌組合不需用鑲條調整間隙，導軌精度高，加工裝配較方便，溫度變化也不會改變導軌面的接觸情況，但熱變形會使移動部件水平依稀，兩條導軌磨損也不一樣，因而對位置精度有影響，通常用于磨床、精密鏜床。（4）三角形——矩形導軌組合

如圖3-52（d）所示為臥式車床的導軌，三角導軌作主要導向面。矩形導軌面承載能力大，易加工制造，剛度高，應用普遍。數(shù)控機床導軌（5）平——平——三角形導軌組合

龍門銑床工作臺寬度大于3000mm時，為使工作臺中間撓度不致過大，可用三根導軌的組合。如圖3-52（e）所示為重型龍門刨床工作臺導軌，三角形導軌主要起導向作用，平導軌主要起承載作用。

從上述可知，各咱導軌的特點各不相同，因此選擇使用時應掌握以下原則。①要求導軌有圈套的剛度和承載能力時，用矩形導軌，中小型機床導軌采用山形和矩形組合，而重型機床則采用雙矩形導軌。②要求導向精度高的機床采用三角形導軌，三角形導軌工作面同時起承載和導向作用，磨損后能自動補償間隙，導向精度高。數(shù)控機床導軌目前數(shù)控機床使用的導軌主要有三種：塑料滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。1.塑料滑動導軌

為了提高數(shù)控機床的定位精度和運動平穩(wěn)性，現(xiàn)在在數(shù)控機床上已廣泛采用塑料滑動導軌。數(shù)控機床導軌（1）塑料滑動導軌的類型①貼塑導軌。近年來國內外已研制了數(shù)十種塑料基體的復合材料用于機床導軌，其中比較引人注目的為應用較廣的填充PTEE軟帶材料。由于這類導軌軟帶采用黏接方法，國內習慣上稱為貼塑導軌。如圖3-53所示。②注塑導軌。以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液關或膏關塑料的方法，國內習慣上稱為涂塑導軌或注塑導軌。如圖3-54所示。數(shù)控機床導軌（2）塑料滑動導軌的特點

塑料導軌與其他導軌相比，具有以下特點：①摩擦因數(shù)低而穩(wěn)定：比鑄鐵導軌副低一個數(shù)量級。②動靜摩擦因數(shù)相近：運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導軌副好。③吸收振動：具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導軌和易漂浮的靜壓導軌。④耐磨性好：有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。⑤化學穩(wěn)定性好：耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、強氧化劑及各種有機溶劑。⑥維護修理方便：軟帶耐磨，損壞后更換容易。⑦經(jīng)濟性好：結構簡單，成本低，約為滾動導軌成本的1/20，為三層復合材料DU導軌成本的1/4。數(shù)控機床導軌2.滾動導軌（1）滾動導軌的特點

滾動導軌作為滑動摩擦副的一類，其摩擦因數(shù)小（μ=0.002~0.005）,動、靜摩擦因數(shù)很接近，且不受運動速度變化的影響，因而運動輕便靈活，所需驅動功率小；摩擦發(fā)熱少、磨損小、精度保持性好；低速運動時，不易出現(xiàn)爬行，定位精度高；滾動導軌可以預緊，顯著提高了剛度。適用于要求移動部件運動平穩(wěn)、靈敏，以及實現(xiàn)精密定位的場合在精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器上得到了廣泛的應用。滾動導軌的不足是結構較復雜、制造較困難、成本較高。此外，滾動導軌對臟物較敏感，必須要有良好的防護裝置。數(shù)控機床導軌（2）滾動導軌的結構形式

滾動導軌可分為開式和閉式兩種。開式用于加工過程中載荷變化較小，顛覆力矩較小的場合。當顛覆力矩較大，載荷變化較大時則用閉式，此時采用預加載荷，能消除其間隙，減小工作時的振動，并大大提高了導軌的接觸剛度。

滾動導軌的滾動體，可采用滾珠、滾柱、滾針。滾珠導軌的承載能力小、剛度低，適用于運動部件質量不大、切削力和顛覆力矩都較小的機床；滾柱導軌的承載能力和剛度都比滾珠導軌大，適用于載荷較大的機床；滾針導軌的特點是滾針尺寸小、結構緊湊，適用于導軌尺寸受到限制的機床。數(shù)控機床導軌3.靜壓導軌

靜壓導軌分為開式靜壓導軌和閉式靜壓導軌兩類。（1）開式靜壓導軌

壓力油經(jīng)節(jié)流器進入導軌的各個油腔，使運動部件浮起，導軌面被油膜隔開，油腔中的油不斷地通過封油邊而流回油箱。當動導軌受到外載荷作用向下產生一個位移時，導軌間隙變小，增加了回油阻力，使油腔中的油壓升高，以平衡外載荷。（2）閉式靜壓導軌

在上、下導軌面上都開有油腔，可以承受雙向外載荷，保證運動部件工作平穩(wěn)。數(shù)控機床導軌

導軌間隙的調整、潤滑與防護

導軌面之間的間隙應當調整。如果間隙過小，則摩擦阻力大，導軌磨損加劇。間隙過大，則運動失去準確性和平穩(wěn)性，失去導向精度。因此，必須保證導軌具有合理的間隙。

1.間隙調整方法

(1)采用壓板來調整間隙并承受顛覆力矩

壓板用螺釘固定在動導軌上，如圖3-60所示為矩形導軌上常用的幾種壓板裝置。常用鉗工配合刮研及選用調整墊片、平鑲條等機構，使導軌面與支承面之間的間隙均勻，達到規(guī)定的接觸點數(shù)。普通機床壓板面每（25X25）mm2面積內為6~12個點。間隙過大，應修磨或刮研B面，如間隙過小或壓板與導軌壓得太緊，則可刮研或修磨A面。數(shù)控機床導軌（2）采用鑲條來調