滚珠丝杠副在大重型机床上的应用

Functi0n Unlls功能部件 滚珠丝杠副在大重型机床上的应用 孙玉民 (中捷机床有限公司技术部，辽宁 沈阳110043) The application of ball screw in the large and heavy machine tools SUN Yumin ． (China—Czechoslovakia Machine Tool Co．，Ltd．，Shenyang l 10043，CHN) 滚珠丝杠副是数控机床进给系统的关键传动元 件。随着数控机床向高速化、高精度化的大重型方向 发展，高速、高精、大导程重载滚珠丝杠副应运而生，服 务于我国机械制造业。由于滚珠丝杠副具有定位精度 好、刚度高、摩擦系数小等优点，被广泛应用于大型数 控机床的直线驱动，替代齿轮齿条传动。 在经济快速发展的今天，大型设备的应用越来越 广泛，其中大规格重型数控落地式镗铣床是一个重要 的组成部分。大型数控落地式铣镗床各项行程都比较 大，特别是 向行程。但当滚珠丝杠副水平安装时， 由于丝杠的自重会产生弯曲变形，尽管很小，也会影响 机床定位精度，从而影响工件的加工精度。 为解决滚珠丝杠因自重产生弯曲变形影响机床定 位精度的问题，当机床 向直线行程大于6 m时，我 们通常采用给滚珠丝杠加辅助支撑。本文介绍了一种 新结构如图 1所示。 此结构主要由滚珠丝杠副、空心轴、滚珠丝杠支撑 轴承、圆锥滚子轴承、同步齿形带轮、丝杠座、连接键、 螺母、胀套联轴器、连接座、电动机座、隔套、压盖等零 件组成。丝杠座21和4l通过外六角螺栓固定在床身 上；丝杠副 39的螺母与空心轴 11由连接键 3O连接并 经灌胶定位；压盖 27、隔套 l5对螺母做轴向定位；轴 承座 16装入连接座 29内并用六角螺钉 固定；端盖 10、迷宫套9、螺母7分别对丝杠支撑轴承内外圈轴向 定位；连接座29固定在滑座上；定位键 2和 25的作用 是防止丝杠在丝杠座内圆周方向产生相对位移；螺母 23和42使丝杠轴向固定 ；止动圈 22防止螺母 23和 42松动；电动机座 31固定在滑座上，进给电动机通过 支承轴 36固定在电动机座 31上；带轮5和34经胀套 联轴器6分别安装在支承轴36和空心轴 11上；法兰 盖 32、压盖4轴向固定带轮。螺钉 43沿导向键28方 向调整两带轮中心距。 机床滑座的进给动力由进给电动机提供，经支承 轴、带轮降速传给空心轴，使空心轴旋转，带动丝杠螺 I 耋 u l 』 母旋转，使丝杠螺母沿丝杠轴向移动。滚珠丝杠移动 的轴向力作用在空心轴 1 1上，又经丝杠支撑轴承传至 轴承座 16、连接座 29直至滑座，使滑座完成轴向进给 运动。该结构在重型数控落地铣镗床 向进给系统 中得到验证，效果很好。 A．A放大 29 30 3l 3 3§ 36 37 38进给电动机 39 40 41 42 1一垫圈；2、25一定位键；& 20、26一调整垫；4、18、27一压盖；5、 34一带轮；6一胀套联轴器；7一螺母；8一止动圈；9一迷宫套；1O一端盖 11一空心轴；12～内隔套；13一外隔套；14、35一轴承；15一隔套；16、 37一轴承座；17一油封；19、4O一挡圈；21、41一丝杠座；22一止动圈； 23、42一螺母；24一垫圈；28一导向键；29一连接座；3O—连接键；3l～ 电动机座；32一法兰盖；33一齿形带；36一支承轴；38一螺纹环；39一丝 杠；43一螺钉。 图1新结构示意图 该结构的特点为： (1)结构简单，便于安装调试，空心轴、连接座等 对丝杠起到辅助支撑的作用，由于是丝杠固定，丝母旋 一 一 nz● 一 3 4 — 0 r、、 ， ／ 功能部件 Func№n units 论绝对编码器 龚仲华 (常州机电职业技术学院，江苏 常州i 213164) 摘 要：说明了数控机床所使用的增量编码器、旋转变压器、绝对值编码器、绝对编码器以及光栅编码器与磁 栅编码器的特点与区别，指出了绝对编码器的本质，介绍了绝对位置输出的方式与接口。 关键词：数控机床 编码器 中图分类号：TH712 文献标识码：A On the absolute encoders GONG Zhonghua (Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou 2 1 3 1 64，CHN) Abstract：This article illustrates the features of incremental encoder，resolver，absolute—value encoder，absolute encoder，grating encoder and magnetic grid encoder used on CNC machine tools，and their differences are explained as well，then points out the essence of the absolute rotary encoder and introduces the out— put method and interface for absolute positions． Keywords：CNC Machine Tool；Encoder 当代数控机床所使用的位置编码器形式众多，有 增量编码器、绝对值编码器、旋转变压器与绝对编码 器、光栅与磁栅编码器、串行编码器与并行编码器等， 以至于很多 CNC技术人员都不易辨别，特别是“绝对 值编码器”与“绝对编码器”的概念在很多场合均未深 入说明，易引起人们误解。本文将对以上问题进行分 析与说明。 1 增量编码与绝对值编码 编码器是用于电动机转子轴(或滚珠丝杠)角位 移的测量器件，其位置编码方式有增量计数与绝 对值输出两类，前者需要通过计算输出信号的数量来 确定实际位置(角度)，称增量编码器(Incremental En- coder)；后者的检测信号可以直接反映实际位置，称绝 对值编码器(Absolute—value Encoder)。 增量编码器的输出信号为两相计数脉冲(A／B 相)与零脉冲(z相)，通过对零脉冲的计数可确定电 动机轴(或丝杆)的回转圈数；A／B两相计数信号用来 确定360。范围内的相对角位移与鉴别转向。增量编 码器的三相信号并行传送，信号形式可为 啊L脉冲、 HTL脉冲或 1 Vpp正余弦信号。早期的增量编码器多 为TTL、HTL方波脉冲输出，外部只能进行 2或 4细 分，其位置分辨率通常在微米级；高精度增量编码器多 采用 1 Vpp正余弦输出，输出可根据幅值、相位进行细 分，细分倍率可高达2 (16 384，误差 1％以内)，检测 分辨率可达纳米级。一般意义上的增量编码器内部尢 存储器件，故不具有断电数据保持功能，数控机床必须 通过“回参考点”操作来确定计数基准与进行实际位 置“清零”。 绝对值编码器的输出可直接反映 360。范围内的 绝对角度，绝对位置可通过输出信号的幅值或光栅的 物理编码刻度 鉴别，前 者称旋转变压 器 (Rotating Transformer)；后者称绝对值编码器 (Absolute—value Encoder)。旋转变压器的输出通常为每转 l周期的正 余弦信号(多极旋转变压器可输出多个，『吉1期)，通过幅 值细分可得到绝对角度；旋转变压器的测量误差较大 转，消除了丝杠旋转因离心力产生的振动。 (2)由于有一对带轮减速，在进给电动机规格型 号相同情况下，机床可获得大的进给力。 (3)此结构适合于大、重型机床滑座及工作台直 线拖动系统。 (编辑 余 捷) (收稿日期：2011—04—22) 文章编号：l10742 如果您想发对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 脚 20毒11ZU I釜耋 平 f删