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进给传动系统
进给运动是数字控制的直接对象,被加工工件的最终位置精
度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。
因此,在设计传动结构,选用传动零件时应充分注意减小摩擦
阻力,提高传动精度和刚度,消除传动间隙和减小运动惯量。
数控机床的进给运动采用无级调速的伺服驱动方式,伺服
电机的动力和运动只需经过由最多一两级齿轮或带轮传动副和
滚珠丝杠螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副组成的传动系统传
动给工作台等运动执行部件。传动系统的齿轮副或带轮副的作
用主要是通过降速来匹配进给系统的惯量和获得要求的输出机
械特性,对开环系统,还起匹配所需的脉冲当量的作用。近年
来,由于伺服电机及其控制单元性能的提高,许多数控机床的
进给传动系统去掉了降速齿轮副,直接将伺服电机与滚珠丝杠
连接。滚珠丝杠螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副的作用是实
现旋转到直线的运动形式的转换。
一、滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型传
动装置。图5-38是滚珠丝杠螺母副的原理图。在丝杠和螺母
上加工有弧形螺旋槽,当它们套装在一起时形成了螺旋滚道,
并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时,两者发生轴
向位移,而滚珠则沿着滚道滚动,螺母螺旋槽的两端用回珠管
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连接起来,使滚珠能作周而复始的循环运动,管道的两端还起
着挡珠的作用,以防滚珠沿滚道掉出。
图5-38滚珠丝杠螺母副的原理图
由于滚珠丝杠具有传动效率高、运动平稳、寿命高以及可
以预紧(以消除间隙,并提高系统刚度)等特点,除了大型
数控机床因移动距离大而采用齿条或蜗条外,各类中、小型数
控机床的直线运动进给系统普遍采用滚珠丝杠。
数控机床进给系统所用的滚珠丝杠必须具有可靠的轴向间隙消
除结构、合理的安装结构和有效的防护装置。
1.轴向间隙的消除
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。除了结构本身的游隙之外,在施加轴向载
荷之后,轴向间隙还包括弹性变形所造成的窜动。
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通过预紧方法消除滚珠丝杠副间隙时应考虑以下情况:预
加载荷能够有效地减小弹性变形所带来的轴向位移,但过大的
预加载荷将增加摩擦阻力,降低传动效率,并使寿命大为缩短。
所以,一般要经过几次调整才能保证机床在最大轴向载荷下,
既消除了间隙,又能灵活运转。
除少数用微量过盈滚珠的单螺母结构消除间隙外,常用双
螺母结构消除间隙。
图5-39是双螺母齿差调隙式结构,在两个螺母的凸缘上各制
有圆柱外齿轮,而且齿数差为1,两个内齿圈的齿数与外齿轮
的齿数相同,并用螺钉和销钉固定在螺母座的两端,调整时先
将内齿圈取出,根据间隙的大小使两个螺母分别在相同方向转
过一个齿或几个齿,使螺母在轴向彼此移近(或移开)相应的
距离。
图5-39双螺母齿差调隙式结构
间隙消除量Δ可以用以下简单公式计算:
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(5-18)
式中,n——两螺母在同一方向转过的齿
数;
t
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