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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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