数控机床进给系统常用消隙结构分析

李涛

广东科杰机械自动化有限公司

摘要：在机床加工的时候最为关键的构成就是数控机床的进给系统，在对零件加工的过程中，进给系统与被加工的零件加工精度有着密切的联系。所以若要使零件加工的精度得以保证，有比较积极提高加工的质量，而这也意味着要对机床进给系统出现的间隙能够科学的认识，与此同时也要利用专业的技术与结构方法来对此进行调整，这样才能够使间隙消除，进而使位移与运动的精度得到一定程度的提升，使加工的质量更高。本文主要对数控机床进给系统常用消隙结构进行简要的分析。

关键词：数控机床；进给系统；滚珠丝杠；齿轮传动

引言：

在加工零件的过程中运用数控机床能够使工作效率得到提升，而且可以使零件更加统一，可是在运用的过程中也发现很多不足，而机床间隙对于零件加工的影响比较大，所以有必要利用科学的方法对机床间隙进行消除处理，这样可以让零件加工的精确程度更高，如今机床消隙的方法主要有滚珠丝杠传动以及齿轮传动。

1滚珠丝杠传动

滚珠丝杠传动是最为普遍运用的传动模式，一般状态下这样的方式的效率比较高，而且运动效果更加平衡，有着很好的灵活程度，而且使用年限比较长，可是因为自身DN参数值与最高转速的限制，这样技术一般在中小行程的数控机床中运用。

1.1双螺母消隙丝杠

双螺母间隙消除丝杠结构也是滚珠丝杠技术的一种主要是通过两个螺母与一个调整垫片组成（如图1）。这样能够对机床运动的位移的精准程度与切削抗力进行预知，能够把预紧力实现通过计算得出，而且可以基于对垫片的调整把螺母预紧力变反，这样可以使螺母与丝杠全部向轴移动，这样就可以使间隙消除的成果体现出来，也可以使丝杠的刚性得到提升。

图1双螺母消隙丝杠结构图

这种结构是国内目前运用比较普遍的一种方式间隙消除结构，而且使用比较简单，出现问题的时候维修方法也比较便利，尤其是在使用时间变长出现磨损的时候只需要调整垫片就可以，不需要对其整体进行换置，而且也可以保证使用过程的精准程度。

1.2复合螺母消隙丝杠

复合螺母间隙消除丝杠的工作方式非常接近双螺母螺钉的预紧结构，只是它采用位移引线预紧的方法，这种预紧方式由CNC高精度控制外圆磨床磨削过程中使螺母与丝杠的两个循环形成反向位移，从而获得预紧力消除差距。该结构有效地消除了双螺母结构中存在的形状和位置误差，从而整体螺母结构更加紧凑，重量更轻，结构更简单，能够满足一定的要求加工精度要求。然而，这种结构不适用于加工精度要求高的数控机床该设备在长时间使用后，导致精度下降，维护复杂，只需更换螺母可以完成维护[1]。

1.3低预紧无间隙单螺母丝杠

该类结构丝杠滚道截面是双圆弧形，这样方式的丝杠对于螺母以及丝杠滚道行成的直径要大很多，此时，用螺母和丝杠有四个接触点，通常称为“X接触”。确保组装方便地，该干涉值通常不是很大，因此螺母的预紧力小于前两种结构。结构相对简单，螺母长度最小。因为螺杆的许多接触点，操作期间温度升高并且通常用于机床的垂直轴或倾斜轴[2]。

2齿轮传动

齿轮传动模式对间隙消除运用的场景更加普遍，而且可以在大行程直线进给系统间隙消除工作中运用，也可以在回转系统间隙消除工作中运用。这种结构的设计理论上不存在间隙，但是具体工作过程中，若要保证加工安装等环节误差最小，使卡死的现象尽可能不出现，有必要在齿轮不是工作面内事先处理空间，这样可以在热度过高的时候使齿轮卡死的现象减少发生几率，还可以使润滑油有空间放置，但是这样的机构也有缺点比如会出现定位不准确的现象，所以有必要减少间隙，使不良影响的效果最低化[3]。

2.1双片斜齿轮轴向弹簧消隙

根据这种结构（如图2），齿轮和齿轮同时安装在传动轴上，两个齿轮穿过平键的轴向固定时，弹簧安装在两个齿轮中间，以扩大两个齿轮，在两个齿轮之间留有余量。然而此后，预载由端部弹簧和螺母调节。组装时，首先调整齿轮和齿条的中心距离，使齿轮和齿条间隙不大于0.1mm，然后调整螺母来控制齿轮和齿车轮的轴向位移导致两个齿轮啮合位置的齿面分别支撑齿条的前齿面和后齿面，并消除齿面间隙以获得适当的预载扭矩，此类间隙消除方法结构相对简单，而且具体的调整也比较方便[4]。

图2双片斜齿轮轴向弹簧消隙结构图

2.2机械预载双齿轮消隙

这种间隙消除结构主要是通过伺服电机使减速箱驱动，而且两组减速箱在一个箱体上安装，传动轴中间的扭矩联轴器使两个齿轮具有相对的侧面两个齿轮分别与啮合齿条的前表面和后表面接触，以通过对齿轮施加预载荷来消除齿隙。这种方法易于安装，只需要一个电机驱动，它不需要什么数控系统，但确实需要齿条和小齿轮的精度要求很高[5]。

2.3电气预载双齿轮消隙

在电气控制技术和功能部件的快速发展的同时，这种结构被创造出来，间隙消除的原理与机械预载的原理基本相同，两者都使用两个齿轮反向预加载扭矩分别作用在齿条的前侧和后侧，以消除间隙。在数控系统中，双电机的间隙由主从轴控制系统功能，当机床静止时驱动轴和制动轴之间产生张力，使两者成为一体齿轮分别作用在齿条的前侧和后侧，以消除齿隙。当机床加速时，驱动轴在输出过程中，制动轴的张力降低到零，然后与驱动轴同时反向供应[6]。

结束语

总而言之，本文主要对间隙消除结构进行了总结分析，这些结构的科学利用科学对间隙误差进行一定程度的缓解，而且在进给系统设计的过程中，要与机床加工的精准度结合，这样才可以进行设计。

参考文献：

[1]陈林江，郑雷，董香龙，李证凯，仇刚，佘金海，张晨，韦文东.数控机床进给系统选型设计[J].现代制造技术与装备，2018（07）：125-128.

[2]邓超，陶志奎，吴军，钱有胜，夏爽.基于性能退化的数控机床剩余寿命预测[J].机械工程学报，2018，54（17）：181-189.

[3]齐习娟.数控机床伺服进给系统动力学特性研究[A].中国振动工程学会非线性振动专业委员会.第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C].中国振动工程学会非线性振动专业委员会：中国力学学会，2015：1.

[4]孟祥宇.数控机床进给系统常用消隙结构分析[J].科技与企业，2015（06）：107.

[5]乔保中.数控机床进给系统传动消隙结构分析[J].现代制造技术与装备，2010（01）：56-57.

[6]宣贺，华青松，张洪信，程联军，赵清海，张鉴，张昊，张晨.立卧进给系统多柔体模型丝杠振动仿真分析[J].组合机床与自动化加工技术，2018（03）：71-74.