數(shù)控機床的主要功能部件

數(shù)控機床的主要功能部件數(shù)控機床的驅(qū)動裝置(伺服單元略)

數(shù)控機床的驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置與機床聯(lián)系的紐帶，它接受數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和功率放大后，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn),使機床工作臺或主軸頭實現(xiàn)進給運動。它在很大程度上決定了數(shù)控機床的成本、加工精度及可靠性。對進給驅(qū)動裝置的要求主要有：a、定位精度高，指令位移與實際位移之差要??；b、調(diào)速范圍寬，為了加工不同尺寸和材料的零件的需要；c、電機負載特性要硬，當(dāng)負載變化時，電機輸出的速度基本不變；d、動態(tài)響應(yīng)快。一、步進電機1、步進電機的結(jié)構(gòu)原理步進電機是一種能將數(shù)控裝置輸入的進給脈沖轉(zhuǎn)化成角位移的特殊電機，它每接受一個進給脈沖步進電機就走一步，轉(zhuǎn)過一定的角度。這個角度稱為步距角，用α表示。只要控制輸入脈沖的數(shù)量，便可控制步進電機位移量大小。而控制輸入脈沖的頻率，便可控制步進電機的速度。下面以反應(yīng)式功率步進電機為例講解其動作原理

所謂反應(yīng)式就是電機轉(zhuǎn)子上無繞組，步進運行靠定子繞組通入激磁電流產(chǎn)生反應(yīng)力矩而實現(xiàn)的。在電機的定子上有三相繞組，故稱三相步進電機。

當(dāng)定子A相繞組通以直流電時，A相產(chǎn)生磁場，吸引在A相附近的1、3齒，轉(zhuǎn)子1、3齒與A相對齊，電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)30°后停止。然后A相斷電，B相通電。則定子A相磁場消失，而B相產(chǎn)生磁場，此時，在B相磁場的作用下又吸引了最靠近B相的2、4齒。2、4齒與定子B相對齊，轉(zhuǎn)子又逆時針方向旋轉(zhuǎn)30°后停止。

按A→B→C→A→B…的順序連續(xù)通電，則步進電機一步一步地沿逆時針方向不停地旋轉(zhuǎn)。這種通電方式稱為三拍控制。即三相三拍反應(yīng)式步進電機。若步進電機按A→C→B→A→C→B→A…的順序通電，則電機反向旋轉(zhuǎn)。

此種通電方式在A相斷電B相尚未接通時，轉(zhuǎn)子齒不受磁場控制，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)。如果把通電方式改為A相通電后，再A–B兩相同時通電.則定子附近轉(zhuǎn)子上的1-4齒,同時受到A﹑B兩相磁極的吸引，1-4齒將位于A﹑B兩相磁極之間。當(dāng)以A→AB→B→BC→C→CA→A的順序通電，步進電機每接受一個脈沖逆時針方向旋轉(zhuǎn)15°，這種通電方式稱為六拍控制方式。當(dāng)步進電機定轉(zhuǎn)子齒數(shù)不變,控制方式改變時,步距角可以減小一半。這種通電方式的特點是它在整個通電過程中,始終有一相處于通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子齒始終有磁場吸引。2、步進電機進給系統(tǒng)傳動比及脈沖當(dāng)量的計算(已知條件如下)

α、步距角α=0.9°t、絲杠導(dǎo)程(或螺距)一般縱向絲杠導(dǎo)程取(6﹑8﹑10)mm，橫向絲杠導(dǎo)程取(4～5)mmZ1、傳動齒輪1Z2、傳動齒輪2i、傳動比i=Z1/Z2脈沖當(dāng)量:步進電機每接受一個進給脈沖,工作臺移動的距離.一般工作臺縱向移動的脈沖當(dāng)量在(0.005-0.01)通常選0.01便于計算；一般工作臺橫向移動的脈沖當(dāng)量在(0.002-0.01)通常選0.005。舉例1):列出運動方程式設(shè)α°=0.9°t=6mm代入數(shù)據(jù)若A=80mm(中心距)m=2A=m(Z1+Z2)/2Z1+Z2=80Z1/Z2=4/6聯(lián)立求解得Z1=32Z2=48∴Z1/Z2=32/48已知：

步進電機步距角=0.90Zk蝸桿頭數(shù)Zk=1Zw蝸輪齒數(shù)Zw=60Z1傳動齒輪1Z2傳動齒輪2

轉(zhuǎn)臺脈沖當(dāng)量，取0.010一般為（或0.0020～0.0050）求Z1=?，Z2=?步進電機α°Z1

Z2ZwZkα°圖b步進電機數(shù)控轉(zhuǎn)臺舉例2：列出運動方程式：將已知條件帶入：若A=60mm，m=2,則，則z1+z2=60聯(lián)立：z2=36,z1=24

結(jié)論：步進電機的進給系統(tǒng)使用齒輪傳動，一是為了求得所需要的脈沖當(dāng)量，二是可以起增大轉(zhuǎn)矩的作用。數(shù)控機床的主軸部件及主傳動系統(tǒng)一、主軸部件(典型車床及銑床主軸部件結(jié)構(gòu),略)

1、主軸部件常用滾動軸承的類型雙列推力向心球軸承,接觸角為60°,球徑小,數(shù)目多,能承受雙向軸向載荷，調(diào)整中間隔套能予緊軸承調(diào)整間隙，允許轉(zhuǎn)速高。在數(shù)控機床中，軸承一般都要同時承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合載荷的作用。對數(shù)控機床主軸而言，主軸通徑，精度，剛度及加速度，溫升等參數(shù)是更為重要的要求。所以大接觸角的角接觸球軸承不論在主傳動還是進給傳動中均有廣泛的使用?，F(xiàn)在開發(fā)的專用數(shù)控主軸軸承及滾珠絲杠專用軸承均是角接觸軸承。雙列推力向心球軸承,通常與雙列圓柱滾子軸承配套一起用作主軸的前支承。帶凸肩雙列園柱滾子軸承也常作主軸的前支承。其滾子是空心的；有吸振，緩沖，起有效冷卻的作用。

軸承精度級B級(超精級)C級(特精級)D級(精密級)E級(高級)普通精度機床前軸承常用C、D級,后軸承常用D、E級2、主軸滾動軸承的配置合理配置軸承對提高主軸部件的剛度,精度,降低支承溫升有很大的作用.圖a后端定位,推力軸承在后支承的兩側(cè),主軸熱變形向前伸.細長主軸受軸向力容易彎曲變形,但前支座簡單。圖b兩端定位,推力軸承分別布置到兩支承的外側(cè)。優(yōu)點是軸承軸向間隙可以在后端方便地進調(diào)整,對主軸熱變形敏感,適合于短主軸。圖c,d都是前支承固定.前支承剛度較高,主軸熱伸長后另一端為自由端,不影響主軸精度.圖c推力軸承在前支承兩側(cè),使主軸的懸伸長度增加.影響主軸剛度,圖d兩個推力軸承安排在前支承的內(nèi)側(cè),克服了圖c的缺點,一般高速精密機床的主軸多采用該方案。3、主軸軸承的預(yù)緊采用予緊方法,合理選擇予緊量可以提高主軸部件的剛度和抗振性。對滾動軸承間隙的調(diào)整,通常是使軸承內(nèi),外圈作相對的軸向位移實現(xiàn)的常用的方法有:a、軸承內(nèi)圈移動法；結(jié)構(gòu)簡單,予緊量不易控制帶鎖緊的園螺母,右端的園螺母限制了軸承內(nèi)圈的移動；b、修后座圈或隔套。二、主傳動(變速)系統(tǒng)數(shù)控機床的主傳動變速系統(tǒng)可以是有級的，也可以是無級的。通常的主軸電機的恒功率的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之比為1︰3或1︰4，為了機床切削的需要,在主軸與電機之間還要串聯(lián)一個變速箱其作用一是擴大調(diào)速比，二是提升恒扭矩段的力矩。變速箱內(nèi)齒輪換擋，采用液壓拔叉或電磁離合器來實現(xiàn)自動化。近年來為了減化機械結(jié)構(gòu)，逐漸趨向采用大功率的交流主軸伺服電機來提高低速時的恒扭矩來滿足切削的要求。近年來由于技術(shù)的進步也有一些恒功率范圍很寬的主軸伺服電機問世，特別是內(nèi)裝式電主軸的出現(xiàn)更加強化了這種趨勢。1)交流主軸伺服電機的結(jié)構(gòu)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)有鼠籠式感應(yīng)電動機和永磁式同步電動機二種，而通常主軸電機采用鼠籠式感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)，進給伺服電動機,常用永磁式同步電機的結(jié)構(gòu)形式。交流主軸伺服電機與普通三相異步電動機的結(jié)構(gòu)有很多地方都很相似。交流主軸伺服電機的定子雖然也是三相繞組，但是它的磁路設(shè)計與普通異步電動機有很大的不一樣。因為交流主軸伺服電機要求在不同轉(zhuǎn)速下工作,各轉(zhuǎn)速的磁損都要盡可能小。另外為了方便定子在空氣中散熱，定