数控技术-5优质PPT.ppt
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52数控机床的主运动与主轴部件数控机床的主运动与主轴部件一、主运动的转速、功率特性一、主运动的转速、功率特性数控机床的数控机床的主运动要求主运动要求:
速度高、变速范围更宽(:
速度高、变速范围更宽(100)、足够的功率,以)、足够的功率,以满足不同的加工要求,并能实现高速、强力切削,且通常能自动无级调速。
满足不同的加工要求,并能实现高速、强力切削,且通常能自动无级调速。
主运动可采用直流或交流调速电机(电气无级调速)主运动可采用直流或交流调速电机(电气无级调速)+机械变速(有级调速),机械变速(有级调速),机械变速环节一方面可扩大变速范围,另一方面可通过降速来提高输出转矩。
机械变速环节一方面可扩大变速范围,另一方面可通过降速来提高输出转矩。
对于主轴,其转速不仅取决于切削速度,还取决于工件或刀具的直径,统计对于主轴,其转速不仅取决于切削速度,还取决于工件或刀具的直径,统计表明表明:
较低转速较低转速时,多用于大直径工件或刀具,因而时,多用于大直径工件或刀具,因而输出转矩大输出转矩大;
较高转速时较高转速时,则常用于小直径工件或刀具,因而,则常用于小直径工件或刀具,因而输出转矩小输出转矩小。
即主轴即主轴主要以恒功率输出。
主要以恒功率输出。
对于对于更低的主轴转速更低的主轴转速,常用于一些特殊工序,如光整、精镗等,需要的输出,常用于一些特殊工序,如光整、精镗等,需要的输出功率较小,功率较小,为恒转矩输出为恒转矩输出。
主轴的功率(转矩)特性曲线如图主轴的功率(转矩)特性曲线如图518所示。
所示。
其中的其中的nj为为计算转速,计算转速,也是主轴输出最大功率的最低转速(最大转矩)。
也是主轴输出最大功率的最低转速(最大转矩)。
二、主运动的传动与变速二、主运动的传动与变速1、主运动的传动形式主运动的传动形式主要由主电机来实现主运动的调速,使得数控机床的主传动结构主要由主电机来实现主运动的调速,使得数控机床的主传动结构大大简化。
大大简化。
数控机床的主传动系统主要有三种传动形式(图数控机床的主传动系统主要有三种传动形式(图519):
):
(1)带变速齿轮()带变速齿轮(图图519a)13级降速,扩大调速范围,提高级降速,扩大调速范围,提高输出转矩。
输出转矩。
采用最多采用最多。
(2)皮带传动(皮带传动(图图519b)应用于小型数控机床上,传动平应用于小型数控机床上,传动平稳、结构简单,但只适用于稳、结构简单,但只适用于低转矩特低转矩特性性要求的数控机床上要求的数控机床上(3)电机直接驱动()电机直接驱动(图图519c、d)优点是结构紧凑、效率高、传动误差小。
但主轴的转速、变速范围、输出转优点是结构紧凑、效率高、传动误差小。
但主轴的转速、变速范围、输出转矩完全决定于电机本身,因而矩完全决定于电机本身,因而对电机要求较高。
对电机要求较高。
2。
主传动的自动变速。
主传动的自动变速对于采用对于采用带有变速齿轮带有变速齿轮的主传动形式的数控机床,主轴转速的无级变速是由的主传动形式的数控机床,主轴转速的无级变速是由电机的无级调速与齿轮有级变速相配合电机的无级调速与齿轮有级变速相配合来实现的。
来实现的。
要获得主轴的某一转速,不仅要将电机转速调到(调压或调磁)相应转速上,要获得主轴的某一转速,不仅要将电机转速调到(调压或调磁)相应转速上,而且还需要保证相应的齿轮传动比。
如图而且还需要保证相应的齿轮传动比。
如图521为某数控机床的主传动系统图,为某数控机床的主传动系统图,有两级变速(三档)有两级变速(三档).自己看书。
自己看书。
数控机床上通常采用数控机床上通常采用液压变速机构或电磁离合器液压变速机构或电磁离合器来自动操纵滑移齿轮块,以实来自动操纵滑移齿轮块,以实现主轴的自动变速。
现主轴的自动变速。
(1)液压变速机构液压变速机构在数控机床上应用较多。
需要停车在数控机床上应用较多。
需要停车变速。
变速。
基本原理是通过电磁换向阀改变油缸的通油方式,使油缸的活塞处于不同的位基本原理是通过电磁换向阀改变油缸的通油方式,使油缸的活塞处于不同的位置,置,活塞上的拨叉拨动滑移齿轮活塞上的拨叉拨动滑移齿轮,从而实现变速。
,从而实现变速。
图图521轴轴II上的三联滑移齿轮,需要有左、中、右三个啮合位置和两个空挡位上的三联滑移齿轮,需要有左、中、右三个啮合位置和两个空挡位置,如图置,如图523。
因此,需要一个五位液压变速机构,如图。
因此,需要一个五位液压变速机构,如图522。
表表55给出了各变速档对应的电磁铁和油缸的动作。
给出了各变速档对应的电磁铁和油缸的动作。
在自动变速的过程中,为保证顺利啮合而不顶齿,应使电机低速驱动传动系统在自动变速的过程中,为保证顺利啮合而不顶齿,应使电机低速驱动传动系统左、左、右左、左、右右、左、右右、左、右右、右、左右、右、左右、右、右右、右、右左、右、右左、右、右C1、C2、C3
(2)电磁离合器变速)电磁离合器变速利用电磁效应来接通或切断运动的元件。
利用电磁效应来接通或切断运动的元件。
易于实现自动操作易于实现自动操作。
如图如图524是采用电磁离合器变速的传动系统图,二级齿轮实现四档变速,其是采用电磁离合器变速的传动系统图,二级齿轮实现四档变速,其中中Z1、Z3、Z5、Z7四个齿轮空套在轴上,只有在四个齿轮空套在轴上,只有在离合器离合器M1、M2、M3、M4吸合时,吸合时,空套齿轮才能传动空套齿轮才能传动。
表。
表56为对应的为对应的4档变速。
档变速。
(2)电磁离合器变速)电磁离合器变速电磁离合器有电磁离合器有摩擦片式和牙嵌式摩擦片式和牙嵌式两种,两种,摩擦片式摩擦片式可实现不停车变速,但发热严重,结构尺寸大。
可实现不停车变速,但发热严重,结构尺寸大。
牙嵌式牙嵌式能传递较大扭矩,结构紧凑,发热少,啮合过程中无滑动。
能传递较大扭矩,结构紧凑,发热少,啮合过程中无滑动。
53进给传动系统进给传动系统进给运动是数字控制的直接对象进给运动是数字控制的直接对象,影响加工工件的最终精度。
,影响加工工件的最终精度。
进给传动链进给传动链:
电机电机(齿轮副)(齿轮副)蜗轮蜗杆副蜗轮蜗杆副导轨导轨工作台(刀具、工件)工作台(刀具、工件)丝杆螺母副丝杆螺母副齿齿轮齿条副轮齿条副蜗杆蜗条副蜗杆蜗条副其中其中各部分的作用各部分的作用:
53进给传动系统进给传动系统设计和选用进给系统的机械传动机构时,要求考虑:
设计和选用进给系统的机械传动机构时,要求考虑:
(1)减少摩擦阻力减少摩擦阻力为提高为提高快速响应特性。
摩擦阻力主要来自于传动机构和导轨快速响应特性。
摩擦阻力主要来自于传动机构和导轨
(2)提高传动精度和刚度,消除传动间隙)提高传动精度和刚度,消除传动间隙传动精度和刚度主要取决于丝杆螺母付等及其支承结构的刚度,传动精度和刚度主要取决于丝杆螺母付等及其支承结构的刚度,传动间隙主要来自于各传动付。
传动间隙主要来自于各传动付。
1减速传动减速传动降低降低提高精度提高精度2预紧预紧提高刚度,减少变形提高刚度,减少变形3消除传动间隙消除传动间隙(3)减少运动惯量(改善启、制动特性)减少运动惯量(改善启、制动特性)减少运动部件(尤其是高速运动部件)的质量。
减少运动部件(尤其是高速运动部件)的质量。
一、传动齿轮副一、传动齿轮副传动齿轮副的作用传动齿轮副的作用:
扩大变速范围、降速增大转矩、匹配进给系统的惯量、达到所需的脉冲当量。
数控机床中,对传动齿轮副主要考虑传动间隙对加工精度的影响。
传动间隙在进给换向时引起误差,且对于降速传动,末端件的间隙影响最大。
消除或减少齿轮间隙的原理,大致有两种:
一种是一种是减少两齿轮的径向距离减少两齿轮的径向距离,以减少间隙。
如图,以减少间隙。
如图546,图,图547另一种是采用另一种是采用双片薄齿轮结构双片薄齿轮结构,使两薄齿轮的左、右齿面分别贴在相啮合的厚,使两薄齿轮的左、右齿面分别贴在相啮合的厚齿轮的左、右齿面上,从而消除了齿侧间隙。
如图齿轮的左、右齿面上,从而消除了齿侧间隙。
如图548,图,图5491。
刚性调整法。
刚性调整法调整之后齿侧间隙不能自动补偿。
结构比较简单。
图调整之后齿侧间隙不能自动补偿。
图546,图,图547,图,图548为几种典型方法。
为几种典型方法。
柔性调整法。
柔性调整法调整之后齿侧间隙可自动补偿,但结构比较复杂,传动刚度低。
调整之后齿侧间隙可自动补偿,但结构比较复杂,传动刚度低。
如图如图549是是双齿轮错齿式双齿轮错齿式消除间隙结构。
弹簧消除间隙结构。
弹簧3的两头分别固接在两个薄齿轮的两头分别固接在两个薄齿轮上,弹簧的拉力使两薄齿轮错位,即上,弹簧的拉力使两薄齿轮错位,即两薄齿轮的左、右齿面分别贴在相啮合的厚两薄齿轮的左、右齿面分别贴在相啮合的厚齿轮的左、右齿面上,从而消除了齿侧间隙齿轮的左、右齿面上,从而消除了齿侧间隙。
弹簧的拉力可通过螺母。
弹簧的拉力可通过螺母6调节,然调节,然后可随间隙的变化在后可随间隙的变化在一定范围内一定范围内自动补偿。
自动补偿。
如图如图551是是斜齿轮斜齿轮消除间隙结构。
消除间隙结构。
二、滚珠丝杆螺母副二、滚珠丝杆螺母副丝杆螺母副是常用的将丝杆螺母副是常用的将回转运动转换为直线运动回转运动转换为直线运动的装置,其工作原理是当丝的装置,其工作原理是当丝杆相对于螺母旋转时,二者在轴向产生直线相对位移。
杆相对于螺母旋转时,二者在轴向产生直线相对位移。
在数控机床中用得较多的是滚在数控机床中用得较多的是滚珠丝杆螺母副,其结构原理如图珠丝杆螺母副,其结构原理如图538所示。
滚珠丝杆螺母副中是滚动摩擦,滚珠丝杆螺母副中是滚动摩擦,具有具有传动效率高、传动平稳、可传动效率高、传动平稳、可以预紧(消除间隙)等优点,但以预紧(消除间隙)等优点,但不能自锁,具有可逆性。
不能自锁,具有可逆性。
滚珠丝杆使用时必须具备可靠的轴向间隙消除结构、合理的安装结构和有效滚珠丝杆使用时必须具备可靠的轴向间隙消除结构、合理的安装结构和有效的防护装置。
的防护装置。
1。
轴向间隙的消除(及。
轴向间隙的消除(及预紧预紧)轴向间隙轴向间隙:
丝杆和螺母无相对转动时,丝杆和螺母之间的最大轴向窜动。
:
轴向间隙轴向间隙与齿轮间隙一样影响传动精度。
与齿轮间隙一样影响传动精度。
通过通过预紧预紧方法消除间隙,常采用方法消除间隙,常采用双螺母结构双螺母结构,基本原理类似于双片齿轮结构,基本原理类似于双片齿轮结构,都是使两个螺母产生轴向相对位移,以都是使两个螺母产生轴向相对位移,以消除轴向间隙,并施加消除
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