機械制造裝備設(shè)計（第2章-金屬切削機床設(shè)計4-進(jìn)給傳動） - 0000 - 圖文-

1、2.4機床進(jìn)給傳動設(shè)計一、三、電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給傳動系設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求二、機械進(jìn)給傳動系的設(shè)計特點(一進(jìn)給傳動系的組成可采用單獨電動機作為動力源;或與主傳動共用動力源。一般由動力源、變速機構(gòu)、換向機構(gòu)、運動分配機構(gòu)、過載保險機構(gòu)、運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)和執(zhí)行件等組成。變速機構(gòu)用來改變進(jìn)給量大小。常用的有交換齒輪變速、滑移齒輪變速、伺服電動機變速等。換向機構(gòu)有兩種:一種是進(jìn)給電動機換向,換向方便,但換向次數(shù)不能太頻繁。另一種是用齒輪換向,換向可靠,廣泛用在各種機床中。運動分配機構(gòu)用來轉(zhuǎn)換傳動路線,常采用離合器。過載保險機構(gòu)的作用是在過載時自動斷開進(jìn)給運動,過載排除后自動接通。常用的有牙嵌離合器、片式

2、安全離合器、脫落蝸桿等。運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)用來變換運動的類型(回轉(zhuǎn)運動變直線運動,如齒輪齒條、蝸桿渦輪、絲杠螺母等。(二進(jìn)給傳動系設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求1具有足夠的靜剛度和動剛度;2具有良好的快速響應(yīng)性,做低速進(jìn)給運動或微量進(jìn)給時不爬行,運動平穩(wěn),靈敏度高;3抗振性好,不會因摩擦自振而引起傳動件的抖動或齒輪傳動的沖擊噪聲;4具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍,保證實現(xiàn)所要求的進(jìn)給量(進(jìn)給范圍、數(shù)列,以適應(yīng)不同的加工材料,滿足不同的零件加工要求;5進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度要高;6結(jié)構(gòu)簡單,加工和裝配工藝性好。進(jìn)給運動速度低、受力小、消耗功率少。恒轉(zhuǎn)矩傳動。進(jìn)給量大時,一般采用較小的背吃刀量;背吃刀量較大時,多采用

3、較小的進(jìn)給量。所以,在各種不同進(jìn)給量的情況下,產(chǎn)生的切削力大致相同,進(jìn)給力是切削力在進(jìn)給方向的分力,也大致相同。因此,驅(qū)動進(jìn)給運動的傳動件做恒轉(zhuǎn)矩傳動。進(jìn)給運動數(shù)目多。不同的機床對進(jìn)給運動的種類和數(shù)量要求也不相同。進(jìn)給運動越多,機床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。進(jìn)給傳動系采用傳動間隙消除機構(gòu)對于精密機床、數(shù)控機床的進(jìn)給傳動系,為保證傳動精度和定位精度,尤其是換向精度,要有傳動間隙消除機構(gòu)?？焖倏粘虃鲃拥牟捎每焖倥c工進(jìn)需在帶負(fù)載運行中變換。采用超越離合器、差動機構(gòu)或電氣伺服進(jìn)給傳動等。好,平穩(wěn)性好,低速進(jìn)給時速度均勻,無爬行,精度高,重復(fù)定位精度好,結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整方便,操作方便靈活等。微量進(jìn)給機構(gòu)的采用微量進(jìn)給機

4、構(gòu)有自動和手動兩類:自動:采用各種驅(qū)動元件使進(jìn)給自動地進(jìn)行;手動:主要用于微量調(diào)整精密機床的一些部件。最小進(jìn)給量大于1um的機構(gòu)有蝸桿傳動、絲杠螺母、齒輪齒條傳動等,適用于進(jìn)給行程大、進(jìn)給量、進(jìn)給速度變化范圍寬的機床。小于1um的進(jìn)給機構(gòu)有彈性力傳動、磁致伸縮傳動、電致伸縮傳動、熱應(yīng)力傳動等。對微量進(jìn)給機構(gòu)的基本要求是靈敏度要高,剛度2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(一電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分類電氣伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床之間的聯(lián)系環(huán)節(jié),是以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。作用是接受來自數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給移位信號,經(jīng)變換和放大后驅(qū)動工作臺按規(guī)定的速度和距離移動。開環(huán)系統(tǒng)對工作臺實際位移量沒有

5、檢測和反饋裝置。采用步進(jìn)電動機。系統(tǒng)的精度主要取決于步進(jìn)電動機的步距角精度,定位精度較低。調(diào)試方便,成本低。適用于精度要求不高的數(shù)控機床中。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)2.閉環(huán)系統(tǒng)在閉環(huán)系統(tǒng)中,使用位移測量元件測量機床執(zhí)行部件的移(轉(zhuǎn)動量,將執(zhí)行部件的實際移(轉(zhuǎn)動量和控制量進(jìn)行比較,比較后的差值用信號發(fā)送給控制系統(tǒng),對執(zhí)行部件的移(轉(zhuǎn)動進(jìn)行補償,直至差值為零。可消除整個系統(tǒng)的誤差、間隙和失動,系統(tǒng)比較復(fù)雜,安裝、調(diào)整和測試比較麻煩,成本高,用于精密型數(shù)控機床上。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)檢測元件不是直接安裝在執(zhí)行部件上,而是安裝在進(jìn)給傳動系中間部位的旋轉(zhuǎn)部件,稱之為半閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的精

6、度比閉環(huán)差。由于慣性較大的工作臺在閉環(huán)之外,系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。與閉環(huán)相比,半閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整容易,價格低,所以應(yīng)用較多。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(二電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動部件進(jìn)給驅(qū)動部件的類型和特點1步進(jìn)電動機步進(jìn)電動機是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制,并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的控制電動機。直線位移量或角位移量與電脈沖數(shù)量成正比,電動機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。通過改變脈沖的頻率可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速,并能快速起動,制動和反轉(zhuǎn)。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)A B1C'B'三相單三拍A相通電使轉(zhuǎn)子1、3 齒和AA' 對齊42C3A A CB AC'

7、;1B1B22C434B'C3CA'B相通電,A轉(zhuǎn)子2、4C'B 齒和B相軸12線對齊C相通電,43轉(zhuǎn)子13B'C、齒和C相軸A'線對齊A1 423'A2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)2大慣量直流伺服電動機又稱寬調(diào)速直流伺服電動機。根據(jù)定子產(chǎn)生磁場的方式不同,可分為永磁式和他勵式。目前在數(shù)控機床上使用較多的是永磁調(diào)速直流電動機。直流伺服電動機可以內(nèi)裝速度檢測裝置(測速發(fā)電機、位移檢測裝置(旋轉(zhuǎn)變壓器,構(gòu)成精度較高的半閉環(huán)系統(tǒng)。特點:轉(zhuǎn)子慣量大、過載能力強、可直接驅(qū)動負(fù)載,功率較大、體積較小、重量較輕、效率高、調(diào)速范圍大,低速時仍能平滑轉(zhuǎn)動。常采用可控

8、硅調(diào)速電路和晶體管脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)(簡稱PWM驅(qū)動。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)+tEatt-U= 1Ta T0Ton TEa=Ea直流電機電壓的平均值:T脈沖周期,Ton導(dǎo)通時間UIa PWM驅(qū)動U T TonEaIaVD Ua M2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)3永磁同步交流伺服電動機交流伺服電動機按產(chǎn)生磁場的方式可分為:永磁式、電磁式等。在數(shù)控機床進(jìn)給驅(qū)動中大多采用的是永磁同步交流伺服電動機。交流伺服電動機特性:轉(zhuǎn)速范圍較窄、受頻率及極對數(shù)的限制、體積較大、重量較輕、效率低、功率小,運行可靠,摩擦力矩小。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)交流輸入交流電機C MVD濾波整流逆變(b交直交變頻控制:首

9、先將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電,再通過逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。該調(diào)頻方式所得交流電的波動小,調(diào)頻范圍比較寬,調(diào)節(jié)線性度好。(a4直線伺服電動機直線電機可將其看作為將旋轉(zhuǎn)電機沿圓周方向拉開展平的產(chǎn)物。對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機的定子部分,稱為直線電機的初級,而對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子部分,稱為直線電機的次級。當(dāng)多相交變電流通入多相對稱繞組時,會在直線電機初級和次級之間的氣隙中產(chǎn)生一個行波磁場,使初級和次級之間產(chǎn)生相對移動次級。次級初級初級初級次級(a短次級(b短初級2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)直線電機驅(qū)動的進(jìn)給系統(tǒng)157 68直線電機驅(qū)動的進(jìn)給系統(tǒng)特點1速度高。由于工作臺由電機直接驅(qū)動,沒有中間的

10、機械傳動元件,因而可達(dá)到很高的進(jìn)給速度,其值可達(dá)到80180m/min。2加速度大。由于直線電機結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、響應(yīng)速度快,因而可靈敏實現(xiàn)加速和減速,其加速度可達(dá)210g。4321次級冷卻板2滾動導(dǎo)軌3初級冷卻板4工作臺5位置測量系統(tǒng)6初級7次級8床身2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)直線電機驅(qū)動的進(jìn)給系統(tǒng)特點3定位精度高。由于直線電機進(jìn)給系統(tǒng)一般采用光柵尺作為工作臺的位置測量元件,且為閉環(huán)控制,因而定位精度高,可達(dá)0.10.01m。4行程不受限制。由于直線電機的次級是通過一段段連續(xù)拼接安裝在機床床身上的,因而不論多長,初級(即工作臺都可到達(dá),且對整個系統(tǒng)的剛度沒有影響。5動態(tài)剛度高。由于系統(tǒng)在動

11、力傳動中沒有低效率的中間傳動部件,因而可獲得很好的動態(tài)剛度。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)低于齒輪傳動。(三電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動部件電動機和絲杠聯(lián)接形式有:通過柔性聯(lián)軸器聯(lián)接,其特點為成本低,安裝、調(diào)整方便,無間隙傳動。通過齒輪聯(lián)接,主要用于步進(jìn)電動機、小慣量直流伺服電動機與絲杠的聯(lián)接。通過同步齒形帶聯(lián)接,齒形帶應(yīng)用場合和齒輪一樣,它成本低、噪聲小,但運行精度1機械傳動部件應(yīng)滿足的要求1機械傳動部件要采用低摩擦傳動。如導(dǎo)軌可以采用靜壓導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌;可采用滾珠絲杠螺母傳動;齒輪傳動采用磨齒齒輪。2伺服系統(tǒng)和機械傳動系匹配要合適。輸出軸上帶有負(fù)載的伺服電動機的時間常數(shù)與伺服電動機本身所具有的時間常

12、數(shù)不同,如果轉(zhuǎn)動慣量和齒輪等匹配不當(dāng),就達(dá)不到快速反應(yīng)的性能。1機械傳動部件應(yīng)滿足的要求3選擇最佳降速比來降低慣量。4采用預(yù)緊辦法來提高整個系統(tǒng)的剛度。5采用消除傳動間隙的方法,減小反向死區(qū)誤差,提高運動平穩(wěn)性和定位精度。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)2機械傳動部件設(shè)計(1最佳降速比確定L 360oQu=降速比步進(jìn)電機的步距角(°/脈沖L滾珠絲杠的導(dǎo)程(mmQ 脈沖當(dāng)量(mm/脈沖傳動副的最佳降速比應(yīng)按最大加速能力和最小慣量的要求確定,以降低機械傳動部件的慣量。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(2齒輪傳動間隙的消除剛性調(diào)整法是調(diào)整后的齒側(cè)間隙不能自動進(jìn)行補償,如偏心軸套調(diào)整法、變齒厚調(diào)整法

13、、斜齒輪軸向墊片調(diào)整法等。特點是結(jié)構(gòu)簡單,傳動剛度較高。柔性調(diào)整法是指調(diào)整后的齒側(cè)間隙可以自動進(jìn)行補償,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,傳動剛度低些,會影響傳動的平穩(wěn)性。主要有雙片直齒輪錯齒調(diào)整法,薄片斜齒輪軸向壓簧調(diào)整法,雙齒輪彈簧調(diào)整法等。l 2 4 (2齒輪傳動間隙的消除-· 圖3-48 雙片直齒輪錯齒問隙消除機構(gòu)1、2、3一齒輪 4、5一凸耳 6一拉資2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(3滾珠絲杠螺母副摩擦損失小,傳動效率可達(dá)0.900.96;絲杠螺母經(jīng)預(yù)緊后,可以完全消除間隙,提高了傳動剛度;2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(3滾珠絲杠螺母副不能自鎖,運動具有可逆性,絲杠垂直安置時,通常應(yīng)采取安全制動

14、措施。靜、動摩擦因數(shù)差異很小,運動靈敏度高,不易產(chǎn)生爬行;2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(3滾珠絲杠螺母副數(shù)控機床上常采用兩個螺母的滾珠絲杠螺母副,通過使兩個螺母產(chǎn)生軸向相對位移,以消除與絲杠之間的間隙,并產(chǎn)生預(yù)緊力。調(diào)整軸向間隙的方法有:螺紋調(diào)隙式、墊片調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)(3滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠主要承受軸向載荷,因此對絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高。常采用角接觸球軸承或雙向推力圓柱滾子軸承與滾針軸承的組合軸承方式。2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)（3）滾珠絲杠螺母副用于短絲杠和豎直絲杠。常用于較長的臥式安裝絲杠。用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速，要 求高拉壓剛度的場合。 2.4.3 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)4 （4） 滾珠絲杠螺母副 墊片調(diào)整式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡 單、剛度高、可靠性好；缺點 間隙消