Word修改版机床安装与调试课件.docx

Word修改版机床安装与调试课件.docx

《Word修改版机床安装与调试课件.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Word修改版机床安装与调试课件.docx（91页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Word修改版机床安装与调试课件

数控机床进给传动链组件之一

——联轴器

作为数控机床进给驱动机构，目前有下述几种常见连接形式：

①电机与滚珠丝杠直连

（目前广泛用于各类数控机床）

②电机与同步带轮相连接，同步带轮连接滚珠丝杠。

（早期数控机床）

③电机与蜗杆连接，蜗杆通过蜗轮副带动工作台回转。

（用于转台驱动）

当采用连接形式①和③时，电机作为主动轴，而滚珠丝杠和蜗杆轴作为被动轴，如何将主动轴上的扭矩精准的传递到被动轴上？

目前数控机床广泛采用“弹性联轴器”。

所谓联轴器就是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和被动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

联轴器可分为刚性的、和弹性的。

刚性的又可分固定式（套筒联轴器、凸缘联轴器等）可移式（齿轮联轴器、

十字滑块联轴器及万向联轴器等）

刚性联轴器的特点：

刚性联轴器不具有补偿被联两轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。

只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。

弹性联轴器的特点：

有很好的缓冲性、减震性，承载力适中，更重要的是弹性联轴器能够允许主动轴和被动轴之间存在一定的安装误差。

角度误差平行度误差

间隙误差

弹性联轴器根据结构不同分为：

①波纹管式联轴器

特点：

具有超强纠偏性。

顺、逆时针回转特性完全相同，可耐高温、免维护。

适用于小扭矩传动时，零回转间隙。

②梅花联轴器

特点：

工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲性能，具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长。

适用于中等扭矩传动时的连接

③膜片联轴器

特点：

承载能力大，适用范围广，传递扭矩范围可达30-8100000N.m使用寿命长，工作温度范围大（最高可达

+280℃），可在腐蚀介质中工作构简单，易于加工制造，没有磨损件，不需润滑，易于维修，震动小、无噪声。

靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移。

其适用于中等以上扭矩传动时，传动精度高，可靠性高，可高温下运转。

④齿形联轴器

内齿和外齿啮合，其适用于大扭矩传动时。

联轴器的连接

键槽

联轴器与轴相连时，又可分为不同连接形式。

主要有：

1.键连接

传动扭矩大，结构简单，成本低，空间尺寸小，但高速旋转时，其动平衡不好。

键连接工作原理与普通机械设备键连接相同

锁紧螺丝

2.夹紧式连接

结构简单，成本低，空间尺寸小。

但锁紧力不够时，会造成连轴器与轴之间轴向打滑。

卡紧连接是通过两端的紧固螺丝，将“开口”闭合，增大卡持力矩。

压紧Z1

型

胀环

3.胀环连接

传动力矩大，对相关加工尺寸要求高，结构复杂，联轴器体积大。

账环夹紧工作原理为：

通过端盖锁紧，当压紧端盖时，同时压紧了胀环，胀环分内圈和外圈，形状是成锥形的，所以当有压紧力时，它的内圈会压紧在轴上，外圈压紧在联轴器套筒上。

这样完成了轴与联轴器的连接。

力

十字滑块式联轴器当传递小扭矩时，通常采用十字滑块联轴器，十字滑块联轴器结构简单，体

积小，安装容易。

同时能够允许一定的轴线安装误差。

目前FANUC脉冲编码器

常采用十字滑块连接。

联轴器的常见故障：

⑴弹性联接器

弹性联接器是数控机床广泛采用的联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象。

在结构允许的条件下，大部分数控机床的伺服进给系统都采用弹性联接器结构。

但弹性联接器装配时很难把握锥套是否锁紧，如果锥形套胀开后摩擦力不足，就使丝杠轴头与电机轴头之间产生相对滑移扭转，造成数控机床工作运行中，被加工零件的尺寸呈现有规律的逐渐变化（由小变大或大变小），每次的变化值基本上是恒定的。

如果调整机床快速进给速度后，这个变化量也会起变化，此时CNC系统并不报警，因为电动机转动是正常的，编码器的反馈也是正常的。

一旦机床出现这种情况，单纯靠拧紧两端螺钉的方法不一定奏效。

解决方法是设法锁紧联轴器的弹性锥形套，若锥形套过松，可将锥形套轴向切开一条缝，拧紧两端的螺钉后，就能彻底消除故障。

⑵刚性联轴器

刚性联轴器目前主要采用联轴套加锥销的联接方法，而且大多进给电机轴上都备有平键。

这种连接，经过一段时间使用，圆锥销开始松动，键槽侧面间隙逐渐增大，有时甚至引起锥销脱落，造成零件加工尺寸不稳定。

解决的方法有两种：

①采用特制的小头带螺纹的圆锥销，用螺母加弹性垫圈锁紧，防止圆锥销因快速转换而引起的松动。

该方法能很好地解决圆锥销松动的问题，同时也减轻了平键所承受的扭矩。

当然，这种方法因圆锥销小头有螺母，必须确保联轴器有一定的回转空间。

②采用两只一大一小的弹性销取代圆锥销连接，这种方法虽然没有圆锥销的连接方法精度高，但能很好地解决圆锥销松动问题，弹性销具有一定的弹性，能分解部分平键承受的扭矩，而且结构紧凑，装配也十分方便。

经在维修中应用，效果很好。

但装配时要注意，大小弹性销要求互成180°装配，否则会影响零件加工的精度。

数控机床的进给机构，采用伺服电机或步进电机与滚珠丝杠连接，一般采用联轴器直连、齿形同步带连接或运用齿轮相连。

在许多场合，因结构上的限制，

特别是采用了伺服电机或混合式步进电机后，联轴器直连便成为电机与滚珠丝杠最为常见的连接方法。

由于数控机床进给速度较快，如快进、快退的速度有时高达20m/min以上，在整个加工过程中正反转换频繁。

联轴器承受的瞬间冲击较大，容易引起联轴器松动和扭转，随使用时间的增长,其松动和扭转的情况加剧。

在实际加工时，主要表现为各方向运动正常、编码器反馈也正常、系统无报警，而运动值却始终无法与指令值相符合，加工误差值越来越大，甚至造成加工的零件报废。

出现这种情况时，建议检查一下联轴器。

联轴器英语词汇

Coupling——联轴器Torque——力矩Transmission——传递

Torquetransmission——力矩传递Damping——抑制，阻尼Vibrations——震荡

Dampingoftorsionvibrations——抑制扭矩震荡

Compensation——补偿

Misalignments——不重合

Axialmisalignments——轴线不重合

Compensationforaxial,radialandangularshaftmisalignments——补偿轴向、径向和角度方向的误差（不重合度）

Axialplug-in——轴插入

easyassembly——安装容易maintenancefree——免维护Flexible——弹性的、柔性的Elastic——弹性的

Backlash——反向间隙Backlash-free——无反向间隙Prestress——预加应力

Easyblindassembly——便于盲装，非常容易安装。

Integratedclampingsystem——综合卡紧装置Flangeconnect——法兰连接

featherkeywayaccordingtoDIN6885——标准键了连接，遵循DIN6885标准。

FinishboreaccordingtoISOfitH7——联轴器孔精镗遵循ISO标准H7

数控机床进给传动链组件之二

——滚珠丝杠副

滚珠丝杠作为数控机床进给传动链中的重要组成部分，在整个传动链中起着

将旋转运动转化为直线运动的重要作用。

作为数控机床的进给驱动（不同于主轴传动），一般情况是伺服电机通过联轴器将动力直接传递给滚珠丝杠，丝杠旋转带动丝杠螺母横向移动，也有的进给机构是将动力传递给丝杠螺母，丝杠螺母旋转推动丝杠前后移动，完成将旋转运动转化为直线运动这一过程。

数控机床常用丝杠参见图s-1

图s-1数控机床用滚珠丝杠

1.滚珠丝杠的特点：

那么数控机床为什么不象普通机床那样使用梯形丝杠呢？

我们通过对两种

丝杠的比较，自然会得出结论。

图s-2滚珠丝杠结构图s-3梯形丝杠结构

通过上图s-2我们可以看出，滚珠丝杠副——丝杠与丝杠螺母之间是滚动摩擦，靠一连续的滚珠在滚道中产生相对运动，摩擦系数非常小，可达到

µ=0.003，在实际应用中由于滚珠丝杠是滚动摩擦，所以动态响应快，易于控制，精度高。

而从图s-3中我们得知，梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，从机械原理上讲，滑动摩擦的两物体之间必然会有间隙，包括渐开线齿轮、齿轮齿条等，所以梯形丝杠传递力矩时，摩擦力比滚珠丝杠大，间隙比滚珠丝杠大。

从两种不同丝杠的结构特点，不难看出滚珠丝杠的优势和特点：

滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦，高精度，高效率的机构。

它的机构效率（η=

0.92-0.96）比梯形丝杠（η=0.20-0.40）高3-4倍。

滚珠丝杠螺母副的动（静）

摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。

另外，滚珠丝杠生产过程中，在滚道和珠子之间施加预紧力，可以消除间隙，所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合。

基于这些特点数控机床广泛采用滚珠丝杠，并配合伺服电机达到高的动态响应和高定位精度。

2.滚珠丝杠的结构与预紧滚珠丝杠的内部结构如下图s-4所示

图s-4内循环滚珠丝杠

图s-5外循环滚珠丝杠

滚珠丝杠从循环形式上可分为：

内循环式和外循环式，参见图s-4和图s-5。

滚珠丝杠从螺母预紧形式上可分为：

单螺母和双螺母，参见图s-7。

内循环式滚珠丝杠结构尺寸小，但是由于循环器受尺寸所限，滚珠循环及散

热条件差，制约了丝杠高速旋转。

外循环式滚珠丝杠循环器有局部在丝母外，散

热好，但安装尺寸较大。

单螺母丝杠副的预紧力是在出厂时完成的，基本上是“一次性的”，也就是说进入使用阶段后很难再调整了。

图s-6单螺母内部预紧

而双螺母丝杠副的预紧力虽然在出厂时已经调好，但是进入使用环节后，特别是使用一段时间需要调整丝杠副间隙时，可以通过增减调整垫的厚度，进行再次的预紧。

图s-7双螺母结构滚珠丝杠

作为高精度进给驱动机构，为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。

其双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个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。

参见下图s-8

图s-7双螺母结构调整预紧力

其它常见的双螺母调整结构又有下述几种形式：

常用的双螺母丝杆间隙的调整方法有：

1.垫片调隙式结构；参见图s-8（A），原理是通过增加垫片厚度，使两个螺母在相

对的方向上产生轴向力，克服间隙，增加预紧力。

2.螺母调隙式结构；参见图

s-8（B），原理同上，只是调整的手段不是垫片，而是两个锁紧螺母。

3.齿差调隙式结构；参见图s-8（C）。

其原理是通过在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1、Z2，并相差一个齿。

调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：

式中Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。

（A）

（B）

（C）

图s-8双螺母滚珠丝杠预紧力调整

但是，目前最常见的调整预紧力结构是图s-7中所示的“双螺母加垫”预紧调整，所以我们在以后的学习中将重点关注这种结构。

滚珠丝杠支撑

——丝杠螺母在受到工作台的轴向力后为什么纹丝不动？

前面我们大致了解了滚珠丝杠的工作原理，那么它是怎样具体应用在机床上呢？

我们在这一节进行讨论。

首先我们了解一个典型的进给轴传动链，如图s-9所示：

图s-9

①——伺服电机轴②——滚珠丝杠③、⑤——联轴节压盖④——联轴节轴套

⑥⑦——Z1型涨环⑧——近端支撑轴承⑨——远端支撑轴承

从上图我们不难发现，最终支撑滚珠丝杠的是⑧近端支撑轴承和⑨远端支撑轴承，仔细观察这两组轴承是具有“方向性”的，这两组轴承通过相互的作用，将轴向力“顶住”，如图中轴承受力延长线所示。

所谓的“顶住”，是丝杠轴承巧妙的运用了“角接触轴承（又称向心推力轴承）”即可以承受径向力，又可以承受轴向力的双向受力特点。

内圈作用力

外圈作用力

图s-10

如图s-10所示，当轴承内档圈和外档圈受到一组相反方向的作用力时，轴承钢珠承受着一对互为相反的作用力，从静力学的角度上看，当物体静止时，这一对作用力大小相等，方向相反。

作为我们机床丝杠传动，来自工作台的轴向力是作用在轴承的内圈上，如果我们约束丝杠不窜动，只要在轴承外圈上作用一个方向相反、大小相等的力即可，这样轴向受力是平衡的。

又由于内、外圈之间是滚动摩擦，因而保证了丝杠灵活的转动。

对于数控机床丝杠传动，需要根据不同的情况控制轴承的游隙（钢珠与内外环之间的间隙），对于低速大扭矩的传动，需要这一游隙是过盈的，即要使钢珠在滚道内受挤压变形，从配合的角度讲，间隙是负值。

而对于高速小一点的负载，则需要游隙大一点，预留出高速运行后钢珠和内外圈的热膨胀系数。

为了实现这一目的，我们往往采用“过定位”的方式，即在轴承的内、外圈四个点均加上受力点，如图s-11所示

内圈

图s-11

内圈缩紧螺母

图s-12

这样滚珠丝杠就被牢牢的约束住了，这里请同学们注意，轴承游隙调整的过紧，机床驱动负载加大，轴承很快损坏。

轴承游隙调整的过松，间隙过大，丝杠在轴向窜动比较大，导致机床的定位精度和重复定位精度差。

如何将游隙调整到一个精确合理的尺度，是一项比较精细的实践活动，需要我们既有理论知识，又要有丰富的实践经验。

轴承补充知识

——角接触轴承组合

另外，根据机床的结构和要求不同、传动链的受力不同，轴承的组合也不尽相同，常见的组合如下：

双列组合其中第一个字母表示：

D——Duplex双列轴承其中第二个字母表示：

B——BacktoBack背对背F——FacetoFace面对面T——Tandem串联DF——双列面对面

图s-13

三列组合其中第一个字母表示：

T——Triplex三列轴承其中第二个字母表示：

B——BacktoBack背对背F——FacetoFace面对面T——Tandem串联TBT——三列背对背串联

图s-14

图s-15

四列组合其中第一个字母表示：

Q——Quadruple四列轴承其中第二个字母表示：

BT——BacktoBackTandem背对背接串联

FT——FacetoFaceTandem

面对面接串联

T——Tandem串联

图s-16

那么本节图-1中近端轴承组合是什么？

请同学们自己表示出来。

图s-17

那么本节图-1中远端轴承组合是什么？

请同学们自己表示出来。

图s-18

图s-19

滚珠丝杠支撑

——滚珠丝杠副的安装形式

上面我们仅介绍了一组轴承的约束，实际应用中正如我们图s-9所示，丝杠的近端和远端均有轴承支撑，那么数控机床进给轴常见的丝杠支撑有几种形式呢？

滚珠丝杠副的安装方式最常用的通常有以下几种：

①固定——自由方式

如图s-20所示，丝杆一端固定，另一端自由。

固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小的短丝杆或

者用于全闭环的机床，因为这种结构的机械定位精度是最不可靠的，特别是对于

长/径比大的丝杠（滚珠丝杠相对细长），热变性是很明显的，1.5米长的丝杠在冷、热的不同环境下变化0.05~0.10毫米是很正常的。

但是由于它的结构简单，安装调试方便，许多高精度机床仍然采用这种结构，但是必须加装光栅，采用全闭环反馈，如德国马豪的机床大都采用此结构。

1—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母图s-20

②固定——支承方式

如图s-21所示，丝杆一端固定，另一端支承。

固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴

向浮动，可以减少或避免因丝杆自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由地

向一端伸长。

这种结构使用最广泛，目前国内中小型数控车床、立式加工中心等均采用这种结构。

1—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母图s-21

③固定——固定方式如图s-22所示丝杆两端均固定。

固定端轴承都可以同时承受轴向力，这种支承方式，可以

对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的热变形。

对于大型机床，重型机床，以及高精度机床常采用此种方案。

图s-22

1—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母

但是，这种丝杠的调整比较繁琐，如果两端的预紧力过大，将会导致丝杠最终的行程比设计行程要长，螺距也要比设计螺距大。

如果两端锁母的预紧力不够，会导致相反的结果，并容易引起机床震荡，精度降低。

所以这类丝杠在拆装时一定要按照原厂商说明书调整，或借助仪器（双频激光测量仪）调整，参见下图

s-23。

图s-23

图s-24进给轴传动链——丝杠支撑与预紧

滚珠丝杠日常保养

——间隙消除与润滑

双螺母丝杠的工作原理我们已经在前面叙述，下面我们简述丝杠间隙调整步骤：

首先判断丝杠间隙：

如果丝杠无间隙，有一定的预紧力

时，转动丝母时会感觉到有一定的阻力，似乎有些“阻尼”，并且全行程均如此，说明丝杠

没有间隙，不需要调整。

相反，如果丝杠和丝母之

间会很松垮的配合，则说明丝

杠丝母之间存在间隙了，就需要调整了。

1.双螺母滚珠丝杠副的间隙消除：

图s-25

键销

步骤1：

将丝母上键式定位销固定螺钉松开，取下定位销。

注意丝母上相隔180度有两个键式定位销，均需要拆卸下来。

参见图s-26

步骤2：

将已经分离的前后螺母反方向旋转，将其完全松开，取下两个半月板。

参见图s-26

步骤3：

根据丝杠副之间的空载力矩情况（手感），选择塞尺与半月板同时插入两丝杠螺母之间，并将丝杠螺母锁紧到位。

锁紧到位的标志是键销定位槽对齐，这是再转动丝杠螺母，直至手感有些阻力，但同时键销定位槽又能够对齐，说明厚度测好。

参见图s-27

图s-26

键槽要对齐

图s-27

步骤4：

将两螺母松开，测量半月板和所插入塞尺的总厚度，画图从新制作半月板，试装。

步骤5：

如果厚度适宜，丝杠和丝杠螺母配合良好，安装丝杠螺母上的两个键销，上紧键销固定螺丝。

2.滚珠丝杠螺母副密封与润滑的日常检查滚珠丝杠螺母副的密封与润滑的日常检查是我们在操作使用中要注意的问

题。

对于丝杠螺母的密封，就是要注意检查密封圈和防护套，以防止灰尘和杂质

进入滚珠丝杠螺母副。

对于丝杠螺母的润滑，如果采用油脂润滑，则应按照机床厂说明书定期注入

润滑脂（不同型号的丝杠，使用不同的润滑脂，注油周期不同）。

如果使用稀油润滑时则要定期检查注油孔是否畅通，一般是在检修时观察丝杠上面的油膜即可。

这里需要注意的是，当采用稀油润滑时，一般导轨和丝杠采用的是同一个集中润滑系统，如图s-28所示，油路从集中润滑泵定量输出，通过分配器输送到各轴的导轨及丝杠润滑点。

油泵油路分配器润滑点图s-28导轨与丝杠稀油润滑

图s-30集中润滑泵在数控车床的实装位置

补充知识之一

——润滑泵

目前数控机床采用的导轨及丝杠的集中润滑箱主要有两大类：

⑴电控式定量集中润滑泵——通过外围PLC设备设定“供油时间”和“间歇时间”，通知油泵电机工作。

该泵结构简单，主要由齿轮泵、溢流阀、辅助手柄、箱体等组成。

溢流阀的作用是控制泵的工作压力，以保护泵的安全，并具有自动卸压等功能。

供油时间和间歇时间是通过外部PLC等自动化设备直接通知齿轮泵电机的旋转。

目前这种油泵使用最广泛。

图s-30

这种机械式定量的原理是通过齿轮泵①带动伞齿轮②和③转动，力矩通过齿轮③传递到凸轮

④，当齿轮③每转一转时，凸轮

④都会带动活塞杆⑤上下移动一次，而活塞杆每移动一次就将油腔⑧中的压力提高，当油腔中的压力足以推开油路单向阀⑨时，便开始向系统油路供油。

实际上此时仅输出几毫升的油滴，电机就这样往复不断的旋转，油一滴一滴的“挤”向系统油路，而流量的调整可以通过手柄⑩，锁紧上油腔的空间和溢流口大小，从而控制流量。

参见图s-31

这种集中供油的优点是不占用外围PLC点，但缺点是：

结构复杂，供油量调整不准，另外油泵电机和整个机械系统不停的运行，影响使用寿命。

⑵机械式定量集中润滑泵——依靠泵体本身的凸轮装置或柱塞装置，依靠机械的预调量，定期向系统供油。

图s-30

补充知识之二

——滚珠丝杠的应用以及国内外主要品牌

通过前面的学习讨论，我们对滚珠丝杠的结构、使用、调整、日常保养有了一定的基本认识。

但是滚珠丝杠这一实用技术并不是首先用于数控机床的，滚珠丝杠最早被成功的用于早期的飞机制造业：

如下图所示：

图s-30滚珠丝杠用于飞机双翼升降

60~70年代之后，被成功的用于数控机床的制造中，但是随着直线电机技术的成熟和在数控机床中的应用，滚珠丝杠也会渐渐的退出它在数控机床中的重要地位。

图s-31直线电机用于数控机床（滚珠丝杠消失）

国外主要丝杠生产品牌

滚珠丝杠补充知识

——相关英语

Ballscrew——滚珠丝杠

Nut——丝杠螺母

Ballscrewsupport——丝杠支撑

Pitch——螺距Diameter——直径Bearing——轴承

Contactangle——角接触

Bearingwith60degreecontactangle——60度角接触轴承Backtoback——背对背

Facetoface——面对面Tandem——串联，一顺Axialforce——轴向力

Highgradegrease——高级润滑脂

Axialrigidity——轴刚性

Backlash——反向间隙（丝杠背隙）

数控机床进给传动链组件之三

——数控机床导轨

从广义上讲：

导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。

在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不运动的一方叫做支承导轨。

动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。

图d-1数控机床直线导轨

那么针对我们数控机床