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数控机创进给系统

数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。

数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。

一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成 ：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。

机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节 概 述

一、数控机床对进给传动系统的要求

1．减少摩擦阻力： 在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量

3．高的传动精度与定位精度 设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。

4．宽的进给调速范围 ：伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。

5．响应速度要快： 所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象

6．无间隙传动 ：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。

7．稳定性好、寿命长 ：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。 所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器

联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。

联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，

1．套筒联轴器 2．凸缘联轴器 3．挠性联轴器 ：在大转矩宽调速直流电转机及传递转矩较大的步进电动机的传动机构中，与丝杠之间可采用直接连接的方式，这不仅可简化结构、减少噪声，而且对减少间隙、提高传动刚度也大有好处

安全联轴器的作用是在进给过程中当进给力过大或滑板移动过载时，为了避免整个运动传动机构的零件损坏，安全联轴器动作，终止运动的传递。

在正常情况下，运动由联轴器传递到滚珠丝杠上，当出现过载时，滚珠丝杠上的转矩增大，这时通过安全联轴器端面上的三角齿传递的转矩也随之增加，以致使端面三角齿处的轴向力超过弹簧的压力，于是便将联轴器的右半部分推开，这时联接的左半部分和中间环节继续旋转，而右半部分却不能被带动，所以在两者之间产生打滑现象。

机床许用的最大进给力取决于弹簧的弹力。拧动弹簧的调整螺母可以调整弹簧的弹力。

在机床上采用了无触点磁传感器监测安全联轴器的右半部分的工作状况。 当右半部分产生滑移时，传感器产生过载报警信号，通过机床可编程序控制器使进给系统制动，并将此状态信号送到数控装置，由数控装置发出报警指标

第二节 齿轮传动副

一、齿轮传动副的任务、要求及设计内容

齿轮传动装置主要由齿轮传动副组成，其任务是传递伺服电动机输出的转矩和转速，并使伺服电动机与负载(工作台)之间的转矩和转速负载惯量相匹配，使伺服电动机的高速低转矩输出变为负载所要求的低速转矩。在开环系统中还可计算所需的脉冲当量。

对传动装置总的要求是传动精度高、稳定性好和灵敏度高(或响应速度快)，在设计齿轮传动装置时，也应从有利于提高这三个指标来提出设计要求。

对于开环控制而言，传动误差直接影响数控设备的工作精度，因而应尽可能的缩短传动链、消除传动间隙，以提高传动精度和刚度。

对于闭环控制系统，齿轮传动装置完全在伺服回路中，给系统增加了惯性环节，其性能参数将直接影响整个系统的稳定性。 无论是开环还是闭环控制，齿轮传动装置都将影响整个系统的灵敏度(响应速度)，从这个角度考虑应注意减少摩擦、减少转动惯量，以提高传动装置的加速度。

二、消除间隙的齿轮传动结构

在数控设备的进给驱动系统中，考虑到惯量、转矩或脉冲当量的要求，有时要在电动机到丝杠之间加入齿轮传动副，而齿轮等传动副存在的间隙，会使进给运动反向滞后于指令信号，造成反向死区而影响其传动精度和系统的稳定性。 因此，为了提高进给系统的传动精度，必须消除齿轮副的间隙。 1．直齿圆柱齿轮传动副 (1)偏心套调整法 (2)锥度齿轮调整法 (3)双片齿轮错齿调整法 2．斜齿圆柱齿轮传动副

(1)轴向垫片调整法 (2)轴向压簧调整法 3．锥齿轮传动副

(1)轴向压簧调整法 (2)周向弹簧调整法

第三节 数控机床用丝杠传动副 数控机床的进给运动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，采用丝杠螺母副是常用的方法之一。本节只介绍滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。 一、滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠副的特点是：

1)传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率，=0.92—0．96，比常规的丝杠螺母副提高3～4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1／4～1／3。

2)给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。

3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高。

4)有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。 5)磨损小，使用寿命长。

6)制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 7)不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故常需添加制动装置。 2．滚珠丝杠螺母副的循环方式

常用的循环方式有外循环与内循环两种。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。 3.螺旋滚道型面 (1)单圆弧型面 (2)双圆弧型面 (3)矩形滚道型面

4．滚珠丝杠螺母副间隙的调整

为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两上滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，用这种方发预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大。

预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩 短使用寿命。 (1)双螺母消隙 常用的双螺母丝杠消除间隙方法有： 1)垫片调隙式。2)螺纹调隙式 3)齿差调隙式。 (2)单螺母消隙

1)单螺母变位螺距预加负荷 2)单螺母螺钉预紧。

(3)滚珠丝杠螺母副预紧 对于滚珠丝杠螺母副，为保证传动精度及刚度，除消除传动间隙外，还要求预紧。 预紧力计算公式为:Fv=1/3Fmax

式中, Fmax为轴向最大工作载荷。