第四章 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

第4章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)4.3

數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)主傳動(dòng)的基本要求和變速方式主軸的聯(lián)接形式

主軸部件的支承電主軸與高速主軸系統(tǒng)主軸部件的結(jié)構(gòu)下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)

1、定義、功用、組成定義：

主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：指驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。主軸：指帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)且消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)軸。功用：傳遞動(dòng)力：傳遞切削加工所需要的動(dòng)力傳遞運(yùn)動(dòng)：傳遞切削加工所需要的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制：控制主運(yùn)動(dòng)的大小方向開(kāi)停組成：動(dòng)力源：電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)：定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速裝置運(yùn)動(dòng)控制裝置:離合器、制動(dòng)器等執(zhí)行件：主軸數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件4.3.1

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)與普通機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：(1)采用直流或交流主軸電動(dòng)機(jī)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)已不再采用普通的交流異步電動(dòng)機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，一般采用直流或交流主軸電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍廣，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，因此主軸箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。

（2）轉(zhuǎn)速高、功率大、變速范圍廣

數(shù)控機(jī)床適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件、小批量和形狀復(fù)雜工件，為了適應(yīng)各種不同材料的加工以及各種不同的加工方法，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要有較寬的轉(zhuǎn)速范圍及相應(yīng)的輸出力矩，一般＞100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床還應(yīng)能夠進(jìn)行大功率切削和高速切削，以實(shí)現(xiàn)高效率加工。

（3）主軸變速迅速可靠

數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用了可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，機(jī)械變檔一般又采用液壓缸推動(dòng)滑移齒輪實(shí)現(xiàn)，因此變速穩(wěn)定可靠。（4）主軸部件性能好

主軸部件直接裝夾刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，對(duì)加工質(zhì)量及刀具壽命有很大影響，并且在加工過(guò)程中不進(jìn)行人工調(diào)整，因此主軸部件必須具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、耐磨性。4.3.1主傳動(dòng)的基本要求和變速方式下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床一樣，主傳動(dòng)系統(tǒng)也必須通過(guò)變速，才能使主軸獲得不同的傳遞，以適應(yīng)不同的加工要求，并且，在變速的同時(shí)，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。

對(duì)主傳動(dòng)的要求1)足夠的轉(zhuǎn)速范圍2)足夠的功率和扭矩。各零部件應(yīng)具有足夠的精度、強(qiáng)度、剛度和抗振性、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)3)為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)件。4)在加工中心上，還必須具有安裝道具和刀具交換所需要的自動(dòng)夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手的正確嚙合。5)為了擴(kuò)大機(jī)床的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸（主軸回轉(zhuǎn)角度）的控制，主軸還需安裝位置檢測(cè)裝置，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍：有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分。現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床的主軸的調(diào)速范圍一般在：100～10000，且能無(wú)級(jí)調(diào)速。要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負(fù)載波動(dòng)時(shí)，速度應(yīng)穩(wěn)定。性能要求高

電機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)。要求有較長(zhǎng)時(shí)間（1~30min）和較大倍數(shù)的過(guò)載能力在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小。

速度響應(yīng)要快，升降速時(shí)間要短。

電機(jī)溫升低，振動(dòng)和噪音小。

可靠性高，壽命長(zhǎng)，維護(hù)容易。

體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易。4.3.1主傳動(dòng)的基本要求和變速方式主傳動(dòng)的變速方式主傳動(dòng)的無(wú)極變速通常有以下三種方法：1)采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，在早期的數(shù)控機(jī)床或大型數(shù)控機(jī)床（主軸功率超過(guò)100KW）上，也有采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況。2)在經(jīng)濟(jì)性、普及性數(shù)控機(jī)床上，為了降低成本，可以采用變頻帶變頻電動(dòng)機(jī)或普通交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的方式。3)在高速加工機(jī)床上，廣泛使用主軸和電動(dòng)機(jī)一體化的新穎功能部件---電主軸。電主軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體，無(wú)須任何傳動(dòng)件，可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速。不管采用任何形式，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要比普通機(jī)床簡(jiǎn)單得多。2.變頻器—交流電機(jī)—

機(jī)械變速—主軸部件

這種配置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，且在傳動(dòng)上能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求，但其調(diào)速范圍及特性相對(duì)于交、直流主軸電機(jī)系統(tǒng)而言要差一些。主要用于經(jīng)濟(jì)型或中低檔數(shù)控機(jī)床上。

3.交、直主軸電機(jī)

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主軸部件這種配置形式同上面一樣，但電機(jī)是性能更好交直流主軸電機(jī)，其變速范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000r/min，且控制功能豐富，可滿足中高檔數(shù)控機(jī)床的控制要求4.電主軸

電主軸又稱內(nèi)裝式主軸電機(jī)，即主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動(dòng)和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá)200000r/min。其缺點(diǎn)是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式電機(jī)主軸的關(guān)鍵問(wèn)題

車床用電主軸銑床用電主軸電主軸：主軸與電機(jī)制成一體，使主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。電主軸組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測(cè)元件。空心軸轉(zhuǎn)子，既是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，也是主軸。主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)定子轉(zhuǎn)子數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)電主軸結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)軸殼：通常將軸承座孔直接設(shè)計(jì)在軸殼上。電主軸為加裝電動(dòng)機(jī)定子，必須開(kāi)放一端。大型或特種電主軸，為方便制造、節(jié)省材料，可將軸殼兩端均設(shè)計(jì)成開(kāi)放型。轉(zhuǎn)軸：成品轉(zhuǎn)軸的形位公差和尺寸精度要求都很高。且必須對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡。

軸承：高速精密軸承。具有高速性能好、動(dòng)載荷承載能力高、潤(rùn)滑性能好、發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn)。定子與轉(zhuǎn)子：定子由具有高磁導(dǎo)率的優(yōu)質(zhì)矽鋼片疊壓而成，疊壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。定子通過(guò)一個(gè)冷卻套固裝在電主軸的殼體上。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成。位于前后軸承之間，用熱壓裝配法與主軸產(chǎn)生過(guò)盈配合，用由過(guò)盈力傳遞扭矩。電主軸制造商：國(guó)外：德國(guó)GMN公司；瑞士FISCHER公司、IBAG公司；國(guó)內(nèi)：洛陽(yáng)軸承研究所

發(fā)熱問(wèn)題的解決熱源：內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和主軸軸承的發(fā)熱?？捎醚h(huán)切削液冷卻。電主軸內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與散熱高速主軸單元的油-水冷卻系統(tǒng)電主軸數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)電主軸適合小孔鉆削Electrospindle,MotorSpindle,MotorizedSpindle,HighFrequencyspindle,DirectDriveSpindle電主軸，主軸單元4.3.2主軸的聯(lián)接形式用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)定傳動(dòng)比的聯(lián)接方式采用電主軸

常用聯(lián)接形式下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)4.3.2主軸的聯(lián)接形式用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)在大、中型數(shù)控機(jī)床上，為了使主軸在低速時(shí)獲得大轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，通常在使用無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，在增加兩級(jí)或三級(jí)輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)作為補(bǔ)充。通過(guò)分段變速方式，確保低速時(shí)的大扭矩，擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，滿足機(jī)床重切削時(shí)對(duì)扭矩的要求。輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理和普通機(jī)床相同，可以通過(guò)電磁離合器、液壓或氣動(dòng)帶動(dòng)滑移齒輪等方式實(shí)現(xiàn)。輔助變速的動(dòng)作控制，可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的“自動(dòng)傳動(dòng)級(jí)變換”功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的變速比應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)床的參數(shù)進(jìn)行選擇，并盡可能保持功率曲線的連續(xù)。4.3.2主軸的聯(lián)接形式定傳動(dòng)比的聯(lián)接方式下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)在小型數(shù)控機(jī)床上，主電動(dòng)機(jī)和主軸一般采用定傳動(dòng)比的聯(lián)結(jié)形式，或是主電動(dòng)機(jī)和主軸直接連接的形式。在使用定傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí)，為了降低噪聲與振動(dòng)，通常采用V帶和同步皮帶傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)和主軸直接連接的形式，可以大大簡(jiǎn)化主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有效提高主軸剛度和可靠性。但是，其主軸的輸出轉(zhuǎn)矩、功率、恒功率調(diào)速范圍決定于主電動(dòng)機(jī)本身。另外，主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸的精度有一定的影響。4.3.3主軸部件的支承錐孔雙列圓柱滾子軸承雙列推力角接觸球軸承雙列圓錐滾子軸承帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承

常用主軸軸承下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)主軸部件是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，它直接影響機(jī)床的加工質(zhì)量。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。

p153圖10主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承的精度有E級(jí)(高級(jí))、D級(jí)(精密級(jí))、C級(jí)(特精級(jí))、B級(jí)(超精級(jí))四種等級(jí)。前軸承的精度一般比后軸承高一個(gè)精度等級(jí)。數(shù)控機(jī)床前支承通常采用B、C級(jí)精度的軸承,后支承則常采用C、D級(jí)。三、主軸組件主軸組件包括主軸、主軸軸承、傳動(dòng)零件等。

1、主軸軸承一般采用滾動(dòng)軸承①軸承類型（a）

錐孔雙列圓柱滾子軸承：內(nèi)圈為1：12的錐孔，當(dāng)內(nèi)圈沿錐形軸軸向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈脹大，可以調(diào)整滾道間隙。滾子與內(nèi)外圈線性接觸，承載能力大，剛性好。允許極限轉(zhuǎn)速較高。對(duì)箱體孔、主軸頸的加工精度要求高，且只能承受徑向載荷。（b）雙列推力向心球軸承，接觸角為60°。球徑小、數(shù)量多，允許轉(zhuǎn)速高，軸向剛度較高，能承受雙向軸向載荷。該種軸承一般與雙列圓柱滾子軸承配套用作主軸的前支承。（c）雙列圓錐滾子軸承。這種軸承的特點(diǎn)是內(nèi)、外列滾子數(shù)量相差一個(gè)，能使振動(dòng)頻率不一致，因此，可以改善軸承的動(dòng)態(tài)性能。軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，通常用作主軸的前支承。（d）帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承。結(jié)構(gòu)和圖（c）相似，特點(diǎn)是滾子被做成空心，故能進(jìn)行有效潤(rùn)滑和冷卻；此外，還能在承受沖擊載荷時(shí)產(chǎn)生微小變形，增加接觸面積，起到有效吸振和緩沖作用。（e）高速電主軸軸承：隨著速度的提高，軸承的溫度升高，離心力增加,振動(dòng)和噪聲增大，壽命降低?？刹捎么鸥≥S承、液體動(dòng)靜壓軸承、陶瓷球軸承三種形式。磁浮軸承的高速性能好、精度高，容易實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但電磁測(cè)控系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜。液體動(dòng)靜壓軸承綜合了液體靜壓軸承和液體動(dòng)壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，但這種軸承必須根據(jù)具體機(jī)床專門進(jìn)行設(shè)計(jì)，單獨(dú)生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，維護(hù)保養(yǎng)也困難。應(yīng)用最多是混合陶瓷球軸承，即滾動(dòng)體使用熱壓或熱等靜壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈。滾動(dòng)體采用氮化硅陶瓷球的原因：①質(zhì)量輕，相當(dāng)于鋼球的40%，因而離心力下降；②彈性模量高，為鋼球的1.5倍，因而主軸和軸承的剛度、臨界轉(zhuǎn)速提高。③線膨脹系數(shù)低，約為鋼球的25%；④硬度高，1600-1700HV.為鋼球的2.5倍；⑤陶瓷與金屬不產(chǎn)生咬合。

②軸承配置：（a）后端定位：推力軸承布置在后支承兩側(cè)，并承受雙向軸向載荷。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化主軸端部結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)：主軸熱膨脹，向前端伸長(zhǎng)或橫向彎曲，影響精度。（b）前后兩端定位：推力軸承布置在前、后支承的兩外側(cè)，軸向載荷分別由前后支承承受。軸向間隙一般由后端調(diào)整。在主軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，會(huì)改變支承的軸向、徑向間隙，影響加工精度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)主軸的自動(dòng)預(yù)緊。(c)(d)均采用前端定位，推力軸承布置在前支承，軸向載荷由前支承承受。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度較高；主軸受熱伸長(zhǎng)，不會(huì)影響加工精度。圖(c)的推力軸承安裝在前支承兩側(cè)，會(huì)增加主軸的懸伸長(zhǎng)度，對(duì)提高剛度不利。圖(d)推力軸承均布置在前支承內(nèi)側(cè)，主軸的懸伸長(zhǎng)度小，剛度大。但前支承結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般用于高速精密數(shù)控機(jī)床。常見(jiàn)形式:特點(diǎn)（a）前支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸軸承組合，后支承采用成對(duì)角接觸球軸承。這種配置形式使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用這種配置形式。（b）前文承采用高精度雙列向心推力球軸承和角接觸球軸承組合。這種配置方式具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)4000r／min，但是軸承的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。（c）前后支承采用雙列圓維波子軸承和圓錐滾子軸承。這種軸承徑向軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較大的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能好。但是這種軸承配置方式限制了抽的最高轉(zhuǎn)速和精度，所以僅適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。4.3.3主軸部件的支承錐孔雙列圓柱滾子軸承雙列推力角接觸球軸承雙列圓錐滾子軸承帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承

常用主軸軸承下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)主軸部件是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，它直接影響機(jī)床的加工質(zhì)量。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。圖9主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承的精度有E級(jí)(高級(jí))、D級(jí)(精密級(jí))、C級(jí)(特精級(jí))、B級(jí)(超精級(jí))四種等級(jí)。前軸承的精度一般比后軸承高一個(gè)精度等級(jí)。數(shù)控機(jī)床前支承通常采用B、C級(jí)精度的軸承,后支承則常采用C、D級(jí)。4.3.3主軸部件的支承采用后端定位,推力軸承布置在后支承的兩側(cè),軸向載荷由后支承承受。采用前、后兩端定位,推力軸承布置在前、后支承的兩外側(cè),軸向載荷由前支承承受,軸向間隙由后端調(diào)整。采用前端定位,推力軸承布置在前支承,軸向載荷由前支承承受。軸承的配置

合理配置軸承,可以提高主軸精度,降低溫升,簡(jiǎn)化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機(jī)床上配制軸承時(shí),前后軸承都應(yīng)能承受徑向載荷,支承間的距離要選擇合理,并根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況配制軸向力的軸承。

下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)圖10幾種常見(jiàn)的軸承配置形式4.3.4電主軸與高速主軸系統(tǒng)下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)在高速加工機(jī)床上,大多數(shù)使用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸,可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)、甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速,主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、剛性更好。電主軸最早應(yīng)用于磨床上,隨著高速加工機(jī)床的發(fā)展,電主軸以其卓越的高速性能,被廣泛用于其他數(shù)控機(jī)床。雖然電主軸外形各不相同,但其實(shí)質(zhì)都是一只轉(zhuǎn)子中空的電動(dòng)機(jī)(如圖11所示)。外殼有進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的水槽,中空套筒用于直接安裝各種機(jī)床主軸。從而取消了從主電動(dòng)機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)(如傳動(dòng)帶、齒輪、離合器等),實(shí)現(xiàn)了主電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化,使機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動(dòng)”。4.3.4電主軸與高速主軸系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單,傳動(dòng)慣量小,因而快速響應(yīng)性好,能實(shí)現(xiàn)極高的速度、加(減)速度和定角度的快速準(zhǔn)停(C軸控制)。通過(guò)采用交流變頻調(diào)速或磁場(chǎng)矢量控制的交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置,輸出功率大,調(diào)速范圍寬,并有比較理想的轉(zhuǎn)矩—功率特性。可以實(shí)現(xiàn)了主軸部件的單元化。電主軸可獨(dú)立做成標(biāo)準(zhǔn)功能部件,并由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)；機(jī)床生產(chǎn)廠只需根據(jù)用戶的不同要求進(jìn)行選用,可很方便的組成各種性能的高速機(jī)床,符合現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)模塊化的發(fā)展方向。電主軸的主要特點(diǎn)

下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)主軸部件采用電主軸的傳動(dòng)方式有以下特點(diǎn):4.3.4電主軸與高速主軸系統(tǒng)主電動(dòng)機(jī)置于主軸前、后軸承之間。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是:主軸單元的軸向尺寸較短,主軸剛度高,出力大,較適用于中、大型高速加工中心,目前大多數(shù)加工中心都采用這種結(jié)構(gòu)形式。主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后,即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置(有的用聯(lián)軸器)。這種布局方式有利于減小電主軸前端的徑向尺寸,電動(dòng)機(jī)的散熱條件也較好。但整個(gè)主軸單元的軸向尺寸較大,常用于小型高速數(shù)控機(jī)床,尤其適用于模具型腔的高速精密加工。

電主軸的安裝形式

根據(jù)主電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對(duì)位置的不同,高速電主軸有兩種安裝形式:下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)4.3.4電主軸與高速主軸系統(tǒng)電主軸的發(fā)熱及其解決方法

下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)與一般的主軸部件不同,電主軸最突出的問(wèn)題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。由于主電動(dòng)機(jī)旁邊就是主軸軸承,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度。如果主電動(dòng)機(jī)的散熱問(wèn)題解決不好,就會(huì)影響機(jī)床工作的可靠性。為此,電主軸一般都采用外循環(huán)油一水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。即:在主電動(dòng)機(jī)定子的外面加工有帶螺旋槽的鋁質(zhì)外套(圖11),機(jī)床工作時(shí),冷卻水不斷在該螺旋槽中流動(dòng),從而把主電動(dòng)機(jī)的熱量及時(shí)、迅速地帶走。為了進(jìn)一步降低主軸軸承的溫升,軸承一般都采用油一氣潤(rùn)滑系統(tǒng)。4.3.4電主軸與高速主軸系統(tǒng)電主軸的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在10000r/min以上,甚至高達(dá)60000～100000r/min,主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量,都會(huì)引起巨大的離心力,造成機(jī)床的振動(dòng),影響加工精度和表面質(zhì)量,因此必須對(duì)電主軸進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡。采用電主軸后,主軸和主軸上的零件都要經(jīng)過(guò)十分精密的加工、裝配和調(diào)校,一般要使主軸組件動(dòng)平衡精度達(dá)到0.4級(jí)以上的水平。在設(shè)計(jì)電主軸時(shí),必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對(duì)稱性原則,鍵連接和螺紋連接在電主軸上被禁止使用。4.3.4電主軸與高速主軸系統(tǒng)提高軸承尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度。

采用角接觸球軸承取代圓柱滾子軸承和推力球軸承。

應(yīng)減小徑向截面尺寸,以減小系統(tǒng)的體積,并有利于系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)。應(yīng)盡量采用小而多的滾動(dòng)體,提高軸系的動(dòng)剛度。采用高強(qiáng)度、輕質(zhì)保持架,選擇合理的引導(dǎo)方式,。盡量采用配對(duì)軸承,以保證軸承的旋轉(zhuǎn)精度與剛度。高速主軸系統(tǒng)的軸承配置要求

下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)隨著機(jī)床主軸高速化的發(fā)展,在主軸傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)后,為適應(yīng)高速傳動(dòng),并使軸承可實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn),且溫升低、剛性好,它對(duì)機(jī)床用軸承提出了更為嚴(yán)格的要求,這些要求概括起來(lái)有以下幾點(diǎn):4.3.5主軸部件的結(jié)構(gòu)主軸和電動(dòng)機(jī)間采用的是傳動(dòng)帶聯(lián)接的定傳動(dòng)比傳動(dòng)方式采用電主軸兩種臥式車床的主軸部件結(jié)構(gòu)

下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)機(jī)床主軸部件的結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的機(jī)床有較大的差別4、主軸部件動(dòng)畫4.4

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式

直線電動(dòng)機(jī)與高速進(jìn)給單元滾珠絲杠螺母副的原理滾珠絲杠螺母副的支承滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)低摩擦傳動(dòng)副。如采用靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠等，以減小摩擦力。選用最佳的降速比，以達(dá)到提高機(jī)床分辨率，使工作臺(tái)盡可能大地加速以達(dá)到跟蹤指令、系統(tǒng)折算到驅(qū)動(dòng)軸上的慣量盡量小的要求?？s短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的方法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。如采用大轉(zhuǎn)矩寬調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)與絲杠直接相連應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定的、并可預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等辦法來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。無(wú)間隙傳動(dòng)，消除反向死區(qū)誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸器，采用有消除間隙措施的傳動(dòng)副等。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)二、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1、類型直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：通過(guò)絲杠螺母副（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠），將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)齒輪、齒條副，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。直接采用直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：除少數(shù)情況直接使用齒輪副外，一般都采用蝸輪蝸桿副。2、減速機(jī)構(gòu)通過(guò)降速來(lái)匹配進(jìn)給系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和獲得要求的輸出機(jī)械特性，對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，還起匹配所需的脈沖當(dāng)量的作用。一般采用齒輪機(jī)構(gòu)或同步齒形帶傳動(dòng)。近年來(lái)，由于伺服電機(jī)及其控制單元性能的提高，許多數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)去掉了降速齒輪副，直接將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠連接。

1.進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)作用進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部件的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)給系統(tǒng)組成:伺服電機(jī)及檢測(cè)元件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件

常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu):一到兩級(jí)傳動(dòng)齒輪和同步帶；

運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu):絲杠螺母副、蝸桿蝸輪副、齒輪齒條副等；

導(dǎo)向機(jī)構(gòu):滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、軸承等

8.4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)

8.4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)4.4.1

對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)作用

接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給脈沖，經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。2、傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)的區(qū)別傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)：多采用一個(gè)電機(jī)，執(zhí)行件之間采用大量的齒輪傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外傳動(dòng)鏈的各種傳動(dòng)比要求。故傳動(dòng)鏈很長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)鏈大大縮短，傳動(dòng)件大大減少，有利于減少傳動(dòng)誤差，提高傳動(dòng)精度4.4.1數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，提出如下要求。

1)減小系統(tǒng)的摩擦阻力

2)提高傳動(dòng)部件的剛度和精度。

3)減小傳動(dòng)部件的慣量。

4)穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)

3、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，減少爬行現(xiàn)象響應(yīng)性能：是進(jìn)給伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度運(yùn)動(dòng)精度：是機(jī)床的主要零、部件在以工作狀態(tài)的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度爬行現(xiàn)象：低速時(shí)運(yùn)動(dòng)不平衡的現(xiàn)象稱為爬行現(xiàn)象機(jī)床爬行現(xiàn)象一般發(fā)生在低速度、重載荷的運(yùn)動(dòng)情況下當(dāng)主動(dòng)件1作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，被動(dòng)件3往往會(huì)出現(xiàn)明顯的速度不均勻，產(chǎn)生跳躍式的時(shí)停時(shí)走的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或時(shí)快時(shí)慢現(xiàn)象提高傳動(dòng)精度和剛度措施1保證部件加工精度措施2在傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪—減小脈沖當(dāng)量，提高傳動(dòng)精度措施3預(yù)緊支撐絲杠的軸承—消除齒輪、蝸輪傳動(dòng)件間隙措施4預(yù)緊消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙3、對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求減小各運(yùn)動(dòng)零部件的慣量穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性好：保證低速時(shí)不產(chǎn)生爬行，外負(fù)載變化時(shí)不發(fā)生振動(dòng)壽命：是指數(shù)控機(jī)床保持傳動(dòng)精度和定位精度時(shí)間的長(zhǎng)短，即保持原制造精度的能力(車)滾珠絲杠螺母副+滾動(dòng)導(dǎo)軌副8.4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副+滑動(dòng)導(dǎo)軌8.4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分：滑動(dòng)絲杠螺母副：主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；滾珠絲杠螺母副：廣泛用于中、高檔數(shù)控機(jī)床；靜壓絲杠螺母副：主要用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。8.4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)4.4.4滾珠絲杠螺母副的原理下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，以減少摩擦。圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來(lái)，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。4.4.4滾珠絲杠螺母副的原理下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的滾珠絲杠副，可分為內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)兩類。外循環(huán)螺旋槽式滾珠絲杠副，在螺母的外圓上銑有螺旋槽，并在螺母內(nèi)部裝上擋珠器，擋珠器的舌部切斷螺紋滾道，迫使?jié)L珠流入通向螺旋槽的孔中而完成循環(huán)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，在螺母外側(cè)孔中裝有接通相鄰滾道的反向器，以迫使?jié)L珠翻越絲杠的齒頂而進(jìn)入相鄰滾道。

4.4.4滾珠絲杠螺母副的原理下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)型式有以下三種

墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊及單螺母鋼球過(guò)盈預(yù)緊方式。各種預(yù)緊方式的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)表2-24.4.5滾珠絲杠螺母副的支承下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)滾珠絲杠螺母副的支承形式滾珠絲杠螺母副的支承軸承

螺母座、絲杠的軸承及其支架等剛性不足，將嚴(yán)重地影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度。因此，螺母座應(yīng)有加強(qiáng)肋，以減少受力后的變形，螺母座與床身的接觸面積宜大，其連接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)高，定位銷要緊密配合，不能松動(dòng)。滾珠絲杠常用推力軸承支承，以提高軸向剛度（當(dāng)滾珠絲杠的軸向負(fù)載很小時(shí)，也可用深溝球軸承支承）滾珠絲杠的支承方式有以下幾種

一端裝推力軸承一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承兩端裝推力軸承兩端裝推力軸承及深溝球軸承4.4.6滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接下頁(yè)上頁(yè)返回圖庫(kù)滾珠絲杠螺母副與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的聯(lián)接形式主要有以下三種

聯(lián)軸器直接聯(lián)接通過(guò)齒輪聯(lián)接通過(guò)同步齒形帶聯(lián)接

5.3.2滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，它是利用螺旋面的升角使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，是數(shù)控機(jī)床的絲杠螺母副最常見(jiàn)的一種形式。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠，作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦。工作原理如圖5-15所示。在絲杠和螺母1上都加工有半圓弧形的螺旋槽，把它們套裝在一起邊形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道b，將螺旋滾道的兩端連接在一起構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自傳又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而迫使螺母（或絲杠）軸向移動(dòng)。

圖5-15滾珠絲杠副的原理圖

滾珠絲杠螺母副是滾動(dòng)摩擦，它的特點(diǎn)是：摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)效率高，所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)距??；磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好；靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；絲杠和螺母之間可通過(guò)預(yù)緊和間隙消除措施提高軸向剛度和反向精度；運(yùn)動(dòng)具有可逆性，既可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；制造工藝復(fù)雜，成本高；在垂直安裝時(shí)不能自鎖，需附加制動(dòng)機(jī)構(gòu)，常用的制動(dòng)方法有超越離合器，電磁摩擦離合器或者使用具有制動(dòng)裝置的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

1．滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副滾珠的循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。滾珠在返回過(guò)程中與絲杠脫離接觸的為外循環(huán)；滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終接觸的為內(nèi)循環(huán)。循環(huán)中的滾珠叫做工作滾珠，工作滾珠所走過(guò)的滾道圈數(shù)叫工作圈數(shù)。外循環(huán)常見(jiàn)的有插管式和螺旋槽式。

圖5-16(a)為插管式，它用彎管作為返回管道，這種形式結(jié)構(gòu)工藝性好，但管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。圖6-16(b)為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道。這種形式的結(jié)構(gòu)比插管式的結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較為復(fù)雜。圖5-16外循環(huán)滾珠絲杠(a)插管式(b)螺旋槽式

內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)如圖5-17所示。在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸鍵反向器，反向器上銑有S形回珠槽，將相鄰螺紋滾道聯(lián)結(jié)起來(lái)，滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過(guò)絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。一般一個(gè)螺母上裝有2~4個(gè)反向器，反向器沿螺母圓周均布。這種結(jié)構(gòu)徑向尺寸緊湊，剛性好，且不易磨損，因返程滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失小。但反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，且不能用于多頭螺紋傳動(dòng)。圖5-17內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠

2．滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。軸向間隙通常是指絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動(dòng)量。除了結(jié)構(gòu)本身所有的游隙之外，還包括施加軸向載荷后產(chǎn)生彈性變形所造成的軸向竄動(dòng)量。為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。用預(yù)緊方法消除間隙時(shí)應(yīng)注意，預(yù)加載荷能夠有效地減少?gòu)椥宰冃嗡鶐?lái)的軸向位移，但預(yù)緊力不易過(guò)大，過(guò)大的預(yù)緊載荷將增加摩擦力，使傳動(dòng)效率降低，縮短絲杠的使用壽命。所以，一般需要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整才能保證機(jī)床在適當(dāng)?shù)妮S向載荷下既消除了間隙又能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。

常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有：（1）墊片調(diào)隙式如圖5-18所示，在螺母處放入一墊片，調(diào)整墊片厚度使左右兩個(gè)螺母產(chǎn)生方向相反的位移，則兩個(gè)螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，但調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊，調(diào)整精度不高，僅適用于一般精度的數(shù)控機(jī)床。圖5-18墊片調(diào)隙式

（2）螺紋調(diào)隙式如圖5-19所示，左螺母外端有凸緣，右螺母右端加工有螺紋，用兩個(gè)圓螺母1、2把墊片壓在螺母座上，左右螺母通過(guò)平鍵和螺母座連接，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，擰緊圓螺母1使右螺母向右滑動(dòng)，就改變了兩螺母的間距，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺母2鎖緊。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用較廣，但調(diào)整預(yù)緊量不能控制。圖5-19螺紋調(diào)隙式

（3）齒差調(diào)隙式

如圖5-20所示，在兩個(gè)螺母的凸緣上加工有圓柱外齒輪，分別與緊固在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，左右螺母不能轉(zhuǎn)動(dòng)。兩螺母凸緣齒輪的齒數(shù)分別為Z1和Z2，且相差一個(gè)齒。調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒或多個(gè)齒，然后在插入內(nèi)齒圈并緊固在螺母座上，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生角位移，使兩個(gè)螺母軸向間距改變，實(shí)現(xiàn)消除隙和預(yù)緊。設(shè)滾珠絲杠的導(dǎo)程為t,兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座同方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒后，其軸向位移量為：圖5-20齒差調(diào)隙式

例如，Z1=99，Z2=100，滾珠絲杠的導(dǎo)程t=10mm時(shí)，則S=10/9900≈0.001mm，若間隙量為0.002mm,則相應(yīng)的兩螺母沿同方向轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒即可消除間隙。齒差調(diào)隙式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸較大，但是調(diào)整方便，可獲得精確的調(diào)整量，預(yù)緊可靠不會(huì)松動(dòng)，適用于高精度傳動(dòng)。

3．滾珠絲杠的支承方式數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠副本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及支承結(jié)構(gòu)的剛度也是非常重要的因素。如為了減少受力后的變形，螺母座應(yīng)有加強(qiáng)肋，增大螺母座與機(jī)床的接觸面積，并要聯(lián)結(jié)可靠。由于滾珠絲杠所承受的主要是軸向載荷，它的徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，常采用高剛度的推力軸承以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。常用的滾珠絲杠的支承方式如圖5-21所示.絲杠（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動(dòng)、迫使螺母（絲杠）軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。8.4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)１．工作原理和特點(diǎn)（1）滾珠絲桿螺母副由于在絲桿和螺母之間放入了滾珠，使絲桿與螺母間變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而大大地減小了摩擦阻力，提高了傳動(dòng)效率。圖示為滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)示意圖。絲桿１和螺母３上均制有圓弧型面的螺旋槽，將它們裝在一起便形成了螺旋滾道，滾珠４在其間既自轉(zhuǎn)又循環(huán)滾動(dòng)。

滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖例1-絲杠2-滾道3-螺母4-滾珠滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)

傳動(dòng)效率高，摩擦損失小滾珠絲桿螺母副的傳動(dòng)效率η＝0.92～0.96，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無(wú)爬行由于摩擦阻力小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差極小，故運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。傳動(dòng)精度高，反向時(shí)無(wú)空程滾珠絲桿副經(jīng)預(yù)緊后，可消除軸向間隙。磨損小精度保持性好，使用壽命長(zhǎng)。具有運(yùn)動(dòng)的可逆性可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲桿和螺母均可作主動(dòng)件或從動(dòng)件。滾珠絲杠螺母副的缺點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絲桿和螺母等元件的加工精度和表面質(zhì)量要求高，故制造成本高。由于不能自鎖，特別是垂直安裝的滾珠絲桿傳動(dòng)，會(huì)因部件的自重而自動(dòng)下降。當(dāng)部件向下運(yùn)動(dòng)且切斷動(dòng)力源時(shí)，由于部件的自重和慣性，不能立即停止運(yùn)動(dòng)。因此必須增加制動(dòng)裝置。

結(jié)論：由于其優(yōu)點(diǎn)顯著，雖成本較高，仍被廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上。

2．結(jié)構(gòu)類型（1）外循環(huán)

滾珠在循環(huán)過(guò)程結(jié)束后通過(guò)螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲桿螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。圖示為常見(jiàn)的外循環(huán)結(jié)構(gòu)形式。在螺母外圓上裝有螺旋形的插管口，其兩端插入滾珠螺母工作始末兩端孔中，以引導(dǎo)滾珠通過(guò)插管，形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。應(yīng)用最廣，也可用于重載傳動(dòng)系統(tǒng)。外循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例2．結(jié)構(gòu)類型（2）內(nèi)循環(huán)

靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道，使?jié)L珠成單圈循環(huán)，如圖所示。反向器２的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等。

結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小，但制造較困難。適用于高靈敏、高精度的進(jìn)給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動(dòng)中。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖例3．滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（1）為了保證滾珠絲杠反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除滾珠絲桿螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使每個(gè)螺母中的滾珠分別接觸絲桿滾道的左右兩側(cè)。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，預(yù)緊力一般應(yīng)為最大軸向負(fù)載的l/3。當(dāng)要求不太高時(shí)，預(yù)緊力可小于此值。3．滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（2）雙螺母墊片式消隙

如圖所示，此種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、剛度好，應(yīng)用最為廣泛，在雙螺母間加墊片的形式可由專業(yè)生產(chǎn)廠根據(jù)用戶要求事先調(diào)整好預(yù)緊力，使用時(shí)裝卸非常方便。雙螺母墊片調(diào)整法（中間加墊片）圖例雙螺母墊片調(diào)整法（端部加墊片）圖例3．滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（3）雙螺母螺紋式消隙如圖所示，利用一個(gè)螺母上的外螺紋，通過(guò)圓螺母調(diào)整兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位置實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，調(diào)整好后用另一個(gè)圓螺母鎖緊，這種結(jié)構(gòu)調(diào)整方便，且可在使用過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)整，但預(yù)緊力大小不能準(zhǔn)確控制。雙螺母螺紋消隙圖例3．滾珠絲桿副間隙的調(diào)整（4）齒差式消隙

如圖所示，在兩個(gè)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(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為Z1、Z2，并相差一個(gè)齒。調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于套筒同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生相對(duì)角位移，其軸向位移量為：式中Z1、Z2為齒輪的齒數(shù)，Ph為滾珠絲杠的導(dǎo)程。齒差式消隙圖例4．滾珠絲桿副的支承方式（1）一端裝止推軸承(固定－自由式)

如圖a所示。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲桿。4．滾珠絲桿副的支承方式（2）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承(固定－支承式)

如圖b所示。滾珠絲桿較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減少絲桿熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源。4．滾珠絲桿副的支承方式（3）兩端裝推力軸承（單推—單推式或雙推—單推式）如圖c所示。這種方式是對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸安裝。這樣做的好處是：減少絲杠因自重引起的彎曲變形；在推力軸承預(yù)緊力大于絲杠最大軸向載荷1/3的條件下，絲杠拉壓剛度可提高四倍；絲杠不會(huì)因溫升而伸長(zhǎng)，從而保持絲杠精度。4．滾珠絲桿副的支承方式（4）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承(固定－固定式)

如圖d所示。為提高剛度，絲桿兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲桿的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。滾珠絲杠副支承方式圖例（4）滾珠絲杠螺母副與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接①聯(lián)軸器直接聯(lián)接優(yōu)點(diǎn)：具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身無(wú)間隙，傳動(dòng)