数控车床进给系统传动系统设计(5)

cf

C

fgFWFF 2.3 )

305060(05.050F kgf57

2)9.02/(8.057mcT

m

1mkgf10N

为满足运行条件，应根据数据选择电动机，其负载力矩在不切削时应大于0.1Nm，最高

转速应小于2000r1

-min。交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求

不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考

虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。 www.docin.com徐州工程学院毕业设计(论文) 9 2.2.2.3 伺服电机选择

综上所述，选择FANUC系列交流伺服电动机，电动机的型号为FANUC4-0该类型伺

服电动机是由日本法纳克公司为满足CNC机床和工业机器人的需要开发的，这种伺服交

流电动机都是永磁式同步型伺服电动机，其特点都是定子为三相绕组，转子为永久磁铁。

其结构、性能特点是转矩大、转速低，机械特性线性度好低速性能良好，可直接与丝杠连

接。我们选用的FANUC4-0，其数据见表2-3。其特点如下： 1 2 3/ 4

5

表2-3FANUC4-0的技术数据 型 输出功率

KW

额定转矩

Nm

最大转矩

(Nm)

最高转速

(r/min)

转动惯量

(kg/2m)

机械时间

常数(ms)

热时间 常数

(min) 质量

(kg)

4-0 0.05 0.25 1.1 3000 5

-107.3

11 15 1.2 2.3 滚珠丝杠副介绍 2.3.1 滚珠丝杠副概述 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产

品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚

珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。

由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是

工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或

将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点

常用的循环方式有两种：外循环和内循环。滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的

循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列

1.5圈、2.5圈和3.5圈等几种。

1 外循环外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝

杠螺母间重新进入循环。外循环滚珠丝杠螺母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、

插管式和螺旋槽式。 www.docin.com徐州工程学院毕业设计(论文) 10 2 内循环内循环滚珠丝杠。内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种

类型。

丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，

制造成本低，具有自锁功能。但其摩擦阻力大，传动效率低。滚动丝杠螺母机构虽然结构

复杂制造成本高。但其最大优点是摩擦阻力小，传动效率高，因此选用滚动丝杠螺母机构。

根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式一共可分为四种类型，其类型如下： 1起着支承作用，消除了丝

杆轴承可能产生的附加轴向窜动，结构比较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸

不已太长，刚性较差。因此只适合用于行程较小的场合。

2

点是结构紧凑、丝杆刚性较好。适用于工作行程较大的场合。 3

较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。 4在多数情况下，

使用极不方便，故很少应用。

根据工作台运动情况，应选择丝杠传动螺母移动的形式，该传动形式需要限制螺母的

转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好，适用于工作行程较大的场合。 2.3.2 滚珠丝杠副特点 滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动

元件—滚珠。滚珠丝杠螺母机构由丝杠，螺母，滚珠，和反向器等四部分组成。当丝杠转

动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有

滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。其主要有如

下特点：

(1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很

多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到

1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。

(2)高精度的保证。滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来

的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制，

由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。

(3)微进给可能。滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运

动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。

(4)无侧隙、刚性高。滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而

得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥www.docin.com徐州工程学院毕业设计(论文) 11 力可使丝母部的刚性增强)。

(5)高速进给可能。滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。 2.3.3 滚珠丝杠副结构

表2-4滚珠的循环方式

类别 形式 特点

内循环

优点:返回通道短,一个循环只有一

圈钢球,流畅性好,摩擦损失小,效率高,径

向尺寸小,刚性好

缺点:返向器钢球返回通道的曲面

加工复杂

外循环

端盖式

优点:结构紧凑,工艺性好

缺点:循环回路长,流畅性差,钢球通

过短槽时易卡住

螺旋槽式

优点:结构简单,制造方便,承载能力 大

缺点:钢球流畅性较差,挡珠器较易

磨损

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