第四章数控机床进给传动系统

数控机床机械结构第四章数控机床进给传动系统第一节数控机床进给传动系统基本要求☞高的传动精度与定位精度：传动精度与定位精度直接影响机床工作精度。措施：提高传动件制造精度，采用减速传动减小脉冲当量，消除传动间隙。☞宽进给调速范围：适应各种工件材料、尺寸和刀具变化的需要。调速范围1：2000以上。措施：提高数控系统与伺服系统技术。☞高响应速度：对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。措施：控制工作台及传动机构的刚度、间隙、摩擦、转动惯量等的最佳匹配。☞无隙传动：进给系统传动间隙即反向间隙引起反向死区误差，影响加工精度。措施：采用消隙联接与消隙传动副。☞稳定性好，寿命长：低速不爬行，负载变化不共振，能长期保持机床原有传动精度和定位精度。措施：适当控制选择系统惯量、刚性、阻尼及增益等参数，选择合适的传动部件及其材料、加工工艺、热处理方法，注意润滑防护。☞使用维护方便：进给系统结构设计应便于维护保养，提高机床利用率。措施：提高自动化程度和可靠性，最大限度减少人工维护工作量。第二节传动与联接☞联轴器：连接两传动轴使之一起回转，以传递扭矩和运动的装置。运转时不能分离。☞联轴器类型：液力式、电磁式、机械式，以机械式应用最为广泛。☞机械式联轴器分类。—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—金属弹性件联轴器—簧片联轴器、膜片联轴器及波形管联轴器等—非金属弹性件联轴器—轮胎式联轴器、整圈橡胶联轴器、橡胶块联轴器等刚性式弹性式套筒联轴器结构简单，径向尺寸小，装卸困难，对联接轴同轴度要求高。经济型改造等场合使用。L≈3dD≈1.5dd0＝(0.25~0.3)de≈0.75d材料:45钢无间隙键联接凸缘联轴器结构简单，成本低，传递扭矩大，对联接轴同轴度要求高。适合低转速、无冲击、轴刚性大且对中性好的场合。材料:HT250或碳钢高速重载采用铸钢或锻钢消隙联轴器传递扭矩大，无间隙，对联接轴同轴度要求高。适合高转速、带冲击、轴刚性大且对中性好的场合。无隙联接锥环膜片弹性联轴器传递扭矩大，转速高，寿命长，无间隙，对联接轴同轴度要求低，能承受振动和冲击，安装维护方便，应用广泛。弹性联轴器第三节传动减速与速比匹配☞传动装置的作用将高速低转矩输入转换成低速高转矩输出。减少滚珠丝杆和工作台等的转动惯量在系统中所专比例。调整脉冲当量，保证运动精度。☞传动装置的结构形式齿轮传动齿形带传动☞开环系统传动速比的确定：m步进电机一转脉冲数360/α，α步距角δ脉冲当量，L滚珠丝杆导程LLmi360利用齿形带齿形与带轮轮齿依次啮合传递运动或动力。无相对滑动，平均传动比正确，传动精度高。齿形带强度高，厚度小，重量轻，可用于高速传动。无需特别张紧，作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率高。同步齿形带传动同步齿形带传动同步齿形带传动同步齿形带结构同步齿形带齿形同步带传动布局同步带传动参数同步齿形带轮无挡边带挡边为了减少转动惯量，带轮尽量采用轻质材料。控制带轮最小直径(最小齿数)，保证一定的包角和啮合齿数，延长寿命。为了补偿带长制造误差，齿形带传动必须预加载荷。对较长的自由齿形带，为减少带振动，必须采用张力轮。张力轮一般采用圆筒形滚轮外张紧，以增大包角。为了减少噪声，可使用背面抛光的齿形带。同步齿形带传动注意事项失效原因——强度不构由于强力层的强度不够引起的强力层弯曲疲劳破损。在冲击载荷作用下，强力层产生断裂，或从齿背中抽出。由于强力层伸长，使齿形带的齿距改变，引起爬齿。带齿的磨损、弯曲、剪断和老化龟裂等。同步齿形带失效形式第四节齿轮传动消隙措施偏心轴套式消隙结构带锥度齿轮消隙结构双片齿轮弹簧错齿调整消隙结构斜齿薄片齿轮错齿调整消隙结构压簧调整结构垫片调整结构锥齿轮传动消隙结构双齿盘周向弹性消隙结构轴向压簧消隙结构双齿轮—齿条传动消隙原理大型数控机床由于行程长，丝杆容易下垂，且扭转精度低，故常采用齿轮齿条传动。齿条输入轴双齿轮—齿条传动消隙原理预紧装置第五节滚珠丝杆副☞工作原理：通过在具有圆弧形螺旋槽的丝杆和螺母间装入滚珠作为中间传动元件，将丝杆传动的滑动摩擦转化成滚动摩擦。☞特点传动效率高，摩擦损失小，功耗小。传动精度高，运动平稳灵敏，无爬行。传动刚度高，定位精度高，反向死区小(预紧)。具传动可逆性，不自锁。旋转——直线直线——旋转磨损小，精度保持性好，使用寿命长。制造工艺复杂，成本高。——专业生产。滚珠丝杆副工作原理与特点☞公称直径d0：滚珠丝杆副特征尺寸，是滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。根据承载要求确定，并大于工作长度的1/30。☞基本导程L0：丝杆相对螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。根据机床加工精度要求确定。精度高，导程取小，但同时承载力与传动效率下降。☞接触角β：在螺纹滚道法向剖面内，滚珠与滚道在接触点处的公法线与螺纹轴线垂线间的夹角。理想值为45º。滚珠丝杆副参数与选择滚珠丝杆滚道型面单圆弧型面：滚道由单一圆弧段组成，半径略大于滚珠半径，单点接触，接触角随轴向负荷大小而变化。双圆弧型面：滚道由两段圆弧组成，两相切点接触，接触角不变。双圆弧型面单圆弧型面滚珠循环方式外循环内循环滚珠丝杆副预加载荷•齿差调隙预加负荷垫片调隙预加负荷滚珠丝杆支承方式G-Z：低速，短杆G-J：中速，高精度J-J：中速G-G：高速，高精度滚珠丝杆预拉伸提高刚性，提高精度，提高热稳定性滚珠丝杆支承轴承滚珠丝杆副润滑与密封防护☞滚珠丝杆副润滑油润滑：90～180＃透平油，140＃主轴油。脂润滑：锂基脂☞滚珠丝杆副密封橡胶尼龙密封圈接触密封塑料迷宫圈非接触密封☞滚珠丝杆副防护锥形套管伸缩套管折叠塑料或人革护罩螺旋钢带护罩滚珠丝杆副精度☞滚珠丝杆副精度等级：CJBP由高到低。☞滚珠丝杆副精度内容：导程误差——2π弧度内，300长度内，全长范围内。滚珠丝杆副形位公差立式传动的平衡技术第六节先进进给传动单元滚珠丝杆电动机转子滚珠螺母电滚珠丝杆单元Ⅰ电动滚珠丝杆单元Ⅱ滚珠丝杆与直线电机传动对比直线电机驱动性能优以滚珠丝杆驱动直线电机驱动成本高以滚珠丝杆驱动滚珠丝杆与直线电机传动对比直线电机驱动优点：系统惯性矩小，可提高运动速度(150m/min)、加速度(5g)和精度，避免振动的产生。采用拼装次级部件可以实现很长的运动距离。运动功率传递为非接触，没有机械磨损。直线电机驱动缺点：效率低，功率损耗大，发热量大。通常必须采用循环强制冷却或隔热措施。交流感应异步直线电机工作原理将旋转感应异步电机转子和定子间的电磁作用力从圆周展开为平面，在一有槽的矩形初级部件中镶三相绕组(定子)，在板状次级部件中镶短路棒(笼形转子)，依靠两者间产生的电磁作用力使其产生相对移动西门子1FN1系列直线电机