数控机床的机械结构.docx
- 文档编号:27671159
- 上传时间:2023-07-03
- 格式:DOCX
- 页数:45
- 大小:105.78KB
数控机床的机械结构.docx
《数控机床的机械结构.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数控机床的机械结构.docx(45页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
数控机床的机械结构
第七章数控机床的机械结构
第一节概述
数控机床是高精度和高生产率的自动化机床,其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能,都是通过数字信息自动控制的,操作者在加工过程中无法干预,不能像在普通机床上加工零件那样,对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿,所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善,制造得更为精密。
为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求,数控机床的结构设计已形成自己的独立体系,在这一结构的完善过程中,数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。
与普通机床相比,数控机床机械结构有许多特点。
在主传动系统方面,具有下列特点:
(1)目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机,它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。
(2)转速高,功率大。
它能使数控机床进行大功率切削和高速切削,实现高效率加工。
(3)变速范围大。
数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围,一般Rn>100,以保证加工时能选用合理的切削用量,从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
(4)主轴速度的变换迅速可靠。
数控机床的变速是按照控制指令自动进行的,因此变速机构必须适应自动操作的要求。
由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善,不仅能够方便地实现宽范围的无级变速,而且减少了中间传递环节,提高了变速控制的可靠性。
在进给传动系统方面,具有下列特点:
(1)尽量采用低摩擦的传动副。
如采用静压导轨、滚动导滚和滚珠丝杠等,以减小摩擦力。
(2)选用最佳的降速比,以达到提高机床分辨率,使工作台尽可能大地加速以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。
(3)缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度。
如采用大扭矩宽调速的直流电机与丝杠直接相连应用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副,丝杠支承设计成两端轴向固定的、并可预拉伸的结构等办法来提高传动系统的刚度。
(4)尽量消除传动间隙,减小反向死区误差。
如采用消除间隙的联轴节(如用加锥销固定的联轴套、用键加顶丝紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等),采用有消除间隙措施的传动副等。
第二节数控机床的主传动系统
一、对主传动系统的要求
1.具有更大的调速范围,并能实现无级调速。
数控机床为了保证加工时能选用合理的切削用量,从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量,必须具有更大的调速范围。
对于自动换刀的数控机床,为了适应各种工序和各种加工材料的需要,主运动的调速范围还应进一步扩大。
2.有较高的精度和刚度,传动平稳,噪声低。
数控机床加工精度的提高,与主传动系统具有较高的精度密切相关。
为此,要提高传动件的制造精度与刚度,齿轮齿面应高频感应加热淬火以增加耐磨性;最后一级采用斜齿轮传动,使传动平稳;采用精度高的轴承及合理的支承跨距等,以提高主轴组件的刚性。
3.良好的抗振性和热稳定性。
数控机床在加工时,可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起的冲击力或交变力的干扰,使主轴产生振动,影响加工精度和表面粗糙度,严重时可能破坏刀具或主传动系统中的零件,使其无法工作。
主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形,降低传动效率,破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度,造成加工误差。
为此,主轴组件要有较高的固有频率,实现动平衡,保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。
二、主传动的变速方式
1.具有变速齿轮的主传动
这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。
通过几对齿轮降速,增大输出扭矩,以满足主轴输出扭矩特性的要求,见图7-1所示。
一部分小型数控机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。
图7-1XK5040型数控立式铣床主传动系统图
在带有齿轮变速的主传动系统中,液压拨叉和电磁离合器是两种常用的变速操纵方法。
(1)图7-2是三位液压拨叉的作用原理图。
通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮获得三个不同的变速位置。
这套机构除了液压缸和活塞杆之外,还增加了套筒4。
当液压缸1通压力油而液压缸5排油卸压时(图7-2a),活塞杆2带动拨叉3使三联齿轮移到左端。
当液压缸5通压力油而液压缸1排油卸压时(图7-2b),活塞杆2和套筒4一起向右移动,在套筒4碰到液压缸5的端部之后,活塞杆2继续右移到极限位置,此时三联齿轮被拨叉3移到右端。
当压力油同时进入左右两缸时(图7-2c),由于活塞杆2的两端直径不同,使活塞杆向左移动。
在设计活塞杆2和套筒4的截面面积时,应使油压作用在套筒4的圆环上向右的推力大于活塞杆2向左的推力,因而套筒4仍然压在液压缸5的右端,使活塞杆2紧靠在套筒4的右端,此时,拨叉和三联齿轮被限制在中间位置。
图7-2三位液压拨叉作用原理图
1、5-液压缸2-活塞杆3-拨叉4-套筒
液压拨叉变速必须在主轴停车之后才能进行,但停车时拨动滑移齿轮啮合又可能出现“顶齿”现象。
在XK5040型数控立铣中需按“点动”按钮使主电动机瞬时冲动接通,在其它自动变速的数控机床主运动系统中,通常增设一台微电机,它在拨叉移动滑移齿轮的同时带动各传动齿轮作低速回转,这样,滑移齿轮便能顺利啮合。
液压拨叉变速是一种有效的方法,但它增加了数控机床液压系统的复杂性,而且必须将数控装置送来的信号先转换成电磁阀的机械动作,然后再将压力油分配到相应的液压缸,因而增加了变速的中间环节,带来了更多的不可靠因素。
(2)电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件,由于它便于实现自动操作,并有现成的系列产品可供选用,因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。
电磁离合器用于数控机床的主传动,能简化变速机构,通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线,实现主轴的变速。
图7-3所示为THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图,该机床采用双速电机和六个电磁离合器完成18级变速。
图7-3THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图
2.通过带传动的主传动
通常选用同步齿形带或多楔带传动,这种传动方式多见于数控车床,它可避免齿轮传动时引起的振动和噪声。
图7-4是TND360型数控机床的主传动系统,主电动机一端经同步齿形带(m=3.183mm)拖动主轴箱内的轴Ⅰ,另一端带动测速发电机实现速度反馈。
主轴Ⅰ上有一双联滑移齿轮,经84/60使主轴得到800~3150r/min的高速段,经29/86使主轴得到7~760r/min的低速段。
主电动机为德国西门子公司的产品,额定转速为2000r/min,最高转速为4000r/min,最低转速为35r/min。
额定转速至最高转速之间为调磁调速,恒功率;最低转速至额定转速之间为调压调速,恒扭矩。
滑移齿轮变速采用液压缸操纵。
图7-4TND360型数控机床的主传动系统
3.由调速电机直接驱动的主传动
这种主传动是由电动机直接驱动主轴,即电动机的转子直接装在主轴上,因而大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高了主轴部件的刚度,但主轴输出扭矩小,电机发热对主轴的精度影响较大。
如图7-5所示。
图7-5用磁力轴承的高速主轴部件
1-刀具系统2、9-捕捉轴承3、8-传感器4、7-径向轴承5-轴向推力轴承
6-高频电机10-冷却水管路11-气-液压力放大器
近年来,出现了一种新式的内装电动机主轴,即主轴与电动机转子合为一体。
其优点是主轴组件结构紧凑,重量轻,惯量小,可提高起动、停止的响应特性,并利于控制振动和噪声。
缺点是电动机运转产生的热量亦使主轴产生热变形。
因此,温度控制和冷却是使用内装电动机主轴的关键问题。
日本研制的立式加工中心主轴组件,其内装电动机最高转速可达20000r/min。
三、主轴箱与主轴组件
1.主轴箱
对于一般数控机床和自动换刀数控机床(加工中心)来说,由于采用了电动机无级变速,减少了机械变速装置,因此,主轴箱的结构较普通机床简化,但主轴箱材料要求较高,一般用HT250或HT300,制造与装配精度也较普通机床要高。
对于数控落地铣镗床来说,主轴箱结构比较复杂,主轴箱可沿立柱上的垂直导轨作上下移动,主轴可在主轴箱内作轴向进给运动,除此以外,大型落地铣镗床的主轴箱结构还有携带主轴的部件作前后进给运动的功能,它的进给方向与主轴的轴向进给方向相同。
此类机床的主轴箱结构通常有两种方案,即滑枕式和主轴箱移动式。
(1)滑枕式
数控落地铣镗床有圆形滑枕、方形或矩形滑枕以及棱形或八角形滑枕。
滑枕内装有铣轴和镗轴,除镗轴可实现轴向进给外,滑枕自身也可作沿镗轴轴线方向的进给,且两者可以叠加。
滑枕进给传动的齿轮和电动机是与滑枕分离的,通过花键轴或其它系统将运动传给滑枕以实现进给运动。
1)圆形滑枕圆形滑枕又称套筒式滑枕,这种圆形断面的滑枕和主轴箱孔的制造工艺简便,使用中便于接近工件加工部位。
但其断面面积小,抗扭惯性矩较小,且很难安装附件,磨损后修复调整困难,因而现已很少采用。
2)矩形或方形滑枕滑枕断面形状为矩形,其移动的导轨面是其外表面的四个直角面,如图7-6所示。
这种形式的滑枕,有比较好的接近工件性能,其滑枕行程可做得较长,端面有附件安装部位,工艺适应性较强,磨损后易于调整。
抗扭断面惯性矩比同样规格的圆形滑枕大。
这种滑枕国内外均有采用,尤以长方形滑枕采用较多。
图7-6数控落地铣镗床的矩形滑枕
3)棱形、八角形滑枕棱形、八角形滑枕的断面工艺性较差。
与矩形或方形滑枕比较,在同等断面面积的情况下,虽然高度较大,但宽度较窄,如图7-7,这对安装附件不利,而且在滑枕表面使用静压导轨时,静压面小,主轴在工作过程中抗振能力较差,受力后主轴中心位移大。
图7-7棱形滑枕
a)滑枕外形b)滑枕截面
(2)主轴箱移动式
这种结构又有两种型式,一种是主轴箱移动式,另一种是滑枕主轴箱移动式。
1)主轴箱移动式主轴箱内装有铣轴和镗轴,镗轴实现轴向进给,主轴箱箱体在滑板上可作沿镗轴轴线方向的进给。
箱体作为移动体,其断面尺寸远比同规格滑枕式铣镗床大得多。
这种主轴箱端面可以安装各种大型附件,使其工艺适应性增加,扩大了功能。
缺点是接近工件性能差,箱体移动时对平衡补偿系统的要求高,主轴箱热变形后产生的主轴中心偏移大。
2)滑枕主轴箱移动式这种形式的铣镗床,其本质仍属于主轴箱移动式,只不过是把大断面的主轴箱移动体尺寸做成同等主轴直径的滑枕式而已。
这种主轴箱结构,铣轴和镗轴及其传动和进给驱动机构都装在滑枕内,镗轴实现轴向进给,滑枕在主轴箱内作沿镗轴轴线方向的进给。
滑枕断面尺寸比同规格的主轴箱移动式的主轴箱小,但比滑枕移动式的大。
其断面尺寸足可以安装各种附件。
这种结构型式不仅具有主轴箱移动式的传动链短、输出功率大及制造方便等优点,同时还具有滑枕式的接近工件方便灵活的优点。
克服了主轴箱体移动式的具有危险断面和主轴中心受热变形后位移大等缺点。
2.主轴组件
数控机床主轴组件的精度、刚度和热变形对加工质量有着直接的影响,由于数控机床在加工过程中不进行人工调整,这些影响就更为严重。
(1)主轴轴承的配置形式
目前主轴轴承的配置形式主要有三种,如图7-8所示。
图7-8数控机床主轴轴承配置形式
1)前支承采用双列圆柱滚子轴承和双列60o角接触球轴承组合,后支承采用成对角接触球轴承(图7-8a)。
此种配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高,可以满足强力切削的要求,因此普遍应用于各类数控机床的主轴中。
2)采用高精度双列角接触球轴承(图7-8b)。
角接触球轴承具有良好的高速性能,主轴最高转速可达4000r/min,但它的承载能力小,因而适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。
在加工中心的主轴中,为了提高承载能力,有时应用3个或4个角接触球轴承组合的前支承,并用隔套实现预紧。
3)采用双列和单列圆锥轴承(图7-8c)。
这种轴承径向和轴向刚度高,能承受重载荷,尤其能承受较强的动载荷,安装与调整性能好。
但这种轴承配置限制了主轴的最高转速和精度,因此适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。
随着材料工业的发展,在数控机床主轴中有使用陶瓷滚珠轴承的趋势。
这种轴承的特点是:
滚珠重量轻,离心力小,动摩擦力矩小;因温升引起的热膨胀小,使主轴的预紧力稳定;弹性变形量小,刚度高,寿命长。
缺点是成本较高。
在主轴的结构上,要处理好卡盘或刀具的装夹、主轴的卸荷、主轴轴承的定位和间隙的调整、主轴组件的润滑和密封以及工艺上的一系列问题。
为了尽可能减少主轴组件温升引起的热变形对机床工作精度的影响,通常利用润滑油的循环系统把主轴组件的热量带走,使主轴组件和箱体保持恒定的温度。
在某些数控铣镗床上采用专用的制冷装置,比较理想地实现了温度控制。
近年来,某些数控机床的主轴轴承采用高级油脂润滑,每加一次油脂可以使用7~10年,简化了结构,降低了成本且维护保养简单。
但需防止润滑油和油脂混合,通常采用迷宫式密封方式。
对于数控车床主轴,因为在它的两端安装着动力卡盘和夹紧液压缸,主轴刚度必须进一步提高,并应设计合理的联结端,以改善动力卡盘与主轴端部的联接刚度。
(2)主轴内刀具的自动夹紧和切屑清除装置
在带有刀库的自动换刀数控机床中,为实现刀具在主轴上的自动装卸,其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。
自动换刀立式铣镗床主轴的刀具夹紧机构如图7-9所示。
刀夹1以锥度为7:
24的锥柄在主轴3前端的锥孔中定位,并通过拧紧在锥柄尾部的拉钉2拉紧在锥孔中。
夹紧刀夹时,液压缸上腔接通回油,弹簧11推活塞6上移,处于图示位置,拉杆4在碟形弹簧5作用下向上移动;由于此时装在拉杆前端径向孔中的钢球12,进入主轴孔中直径较小的
处,见图7-9b,被迫径向收拢而卡进拉钉2的环形凹槽内,因而刀杆被拉杆拉紧,依靠摩擦力紧固在主轴上。
切削扭矩则由端面键13传递。
换刀前需将刀夹松开时,压力油进入液压缸上腔,活塞6推动拉杆4向下移动,碟形弹簧被压缩;当钢球12随拉杆一起下移至进入主轴孔直径较大的
处时,它就不再能约束拉钉的头部,紧接着拉杆前端内孔的台肩端面a碰到拉钉,把刀夹顶松。
此时行程开关10发出信号,换刀机械手随即将刀夹取下。
与此同时,压缩空气由管接头9经活塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔内,把切屑或脏物清除干净,以保证刀具的安装精度。
机械手把新刀装上主轴后,液压缸7接通回油,碟形弹簧又拉紧刀夹。
刀夹拉紧后,行程开关8发出信号。
图7-9自动换刀数控立式铣镗床主轴部件(JCS-018)
1-刀夹2-拉钉3-主轴4-拉杆5-碟形弹簧6-活塞7-液压缸
8、10-行程开关9-压缩空气管接头11-弹簧12钢球13-端面键
自动清除主轴孔中切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视的问题。
如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其它污物,在拉紧刀杆时,主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤,甚至使刀杆发生偏斜,破坏了刀具的正确定位,影响加工零件的精度,甚至使零件报废。
为了保持主轴锥孔的清洁,常用压缩空气吹屑。
图7-9的活塞6的中心钻有压缩空气通道,当活塞向左移动时,压缩空气经拉杆4吹出,将主轴锥孔清理干净。
喷气头中的喷气小孔要有合理的喷射角度,并均匀分布,以提高其吹屑效果。
3.主轴准停装置
在自动换刀数控铣镗床上,切削扭矩通常是通过刀杆的端面键来传递的,因此在每一次自动装卸刀杆时,都必须使刀柄上的键槽对准主轴上的端面键,这就要求主轴具有准确周向定位的功能。
在加工精密坐标孔时,由于每次都能在主轴固定的圆周位置上装刀,就能保证刀尖与主轴相对位置的一致性,从而提高孔径的正确性,这是主轴准停装置带来的另一个好处。
图7-9采用的是电气控制的主轴准停装置,这种装置利用装在主轴上的磁性传感器作为位置反馈部件,由它输出信号,使主轴准确停止在规定位置上,它不需要机械部件,可靠性好,准停时间短,只需要简单的强电顺序控制,且有高的精度和刚性。
这种主轴准停装置的工作原理如图7-10所示。
在传动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4,垫片上又装有一个体积很小的永久磁铁3。
在主轴箱箱体的对应于主轴准停的位置上,装有磁传感器2。
当机床需要停车换刀时,数控装置发出主轴停转指令,主轴电动机立即降速,在主轴5以最低转速慢转很少几转后,永久磁铁3对准磁传感器2时,后者发出准停信号。
此信号经放大后,由定向电路控制主轴电动机准确地停止在规定的周向位置上。
图7-10电气控制的主轴准停装置
1-多楔带轮2-磁传感器3-永久磁铁4-垫片5-主轴
第三节数控机床的进给传动系统
一、数控机床对进给传动系统的要求
为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等,在设计机械传动装置时,提出如下要求。
1.高的传动精度与定位精度
数控机床进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用,对采用步进电动机驱动的开环控制系统尤其如此。
无论对点位、直线控制系统,还是轮廓控制系统,传动精度和定位精度都是表征数控机床性能的主要指标。
设计中,通过在进给传动链中加入减速齿轮,以减小脉冲当量,预紧传动滚珠丝杠,消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法,可达到提高传动精度和定位精度的目的。
由此可见,机床本身的精度,尤其是伺服传动链和伺服传动机构的精度,是影响工作精度的主要因素。
2.宽的进给调速范围
伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下,应具有很宽的调速范围,以适应各种工件材料、尺寸和刀具等变化的需要,工作进给速度范围可达3~6000mm/min。
为了完成精密定位,伺服系统的低速趋近速度达0.1mm/min;为了缩短辅助时间,提高加工效率,快速移动速度应高达15m/min。
在多坐标联动的数控机床上,合成速度维持常数,是保证表面粗糙度要求的重要条件;为保证较高的轮廓精度,各坐标方向的运动速度也要配合适当;这是对数控系统和伺服进给系统提出的共同要求。
3.响应速度要快
所谓快速响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度,即跟踪指令信号的响应要快;定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求;工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令,进行单步或连续移动,在运行时不出现丢步或多步现象。
进给系统响应速度的大小不仅影响机床的加工效率,而且影响加工精度。
设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值,以提高进给系统的快速响应特性。
4.无间隙传动
进给系统的传动间隙一般指反向间隙,即反向死区误差,它存在于整个传动链的各传动副中,直接影响数控机床的加工精度;因此,应尽量消除传动间隙,减小反向死区误差。
设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。
5.稳定性好、寿命长
稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件,特别是在低速进给情况下不产生爬行,并能适应外加负载的变化而不发生共振。
稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系,适当选择各项参数,并能达到最佳的工作性能,是伺服系统设计的目标。
所谓进给系统的寿命,主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短,及各传动部件保持其原来制造精度的能力。
设计中各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理方法,对于滚珠丝杠和传动齿轮,必须具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式,以延长其寿命。
6.使用维护方便
数控机床属高精度自动控制机床,主要用于单件、中小批量、高精度及复杂件的生产加工,机床的开机率相应就高,因此,进给系统的结构设计应便于维护和保养,最大限度地减小维修工作量,以提高机床的利用率。
二、进给传动机构
数控机床中,无论是开环还是闭环伺服进给系统,为了达到前述提出的要求,机械传动装置的设计中应尽量采用低摩擦的传动副,如滚珠丝杠等,以减小摩擦力;通过选用最佳降速比来降低惯量;采用预紧的办法来提高传动刚度;采用消隙的办法来减小反向死区误差等。
下面从机械传动的角度对数控机床伺服系统的主要传动装置进行扼要介绍。
1.减速机构
(1)齿轮传动装置
齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动,各种机床中传动装置几乎都离不开齿轮传动。
在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个,一是将高转速低转矩的伺服电机(如步进电机、直流或交流伺服电机等)的输出,改变为低转速大转矩的执行件的输出;另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。
此外,对开环系统还可以保证所要求的精度。
1)速比的确定
①开环系统在步进电机驱动的开环系统中(如图7-11),步进电机至丝杠间设有齿轮传动装置,其速比决定于系统的脉冲当量、步进电机步矩角及滚珠丝杠导程,其运动平衡方程式为:
所以其速比可计算如下:
式中m——步进电机每转所需脉冲数(
);
α——步进电机步距角(º/脉冲);
δ——脉冲当量(mm/脉冲);
L——滚珠丝杠的导程(mm)。
因为开环系统执行件的运动位移决定于脉冲数目,故算出的速比不能随意更改。
图7-11开环系统丝杠传动
②闭环系统对于闭环系统,执行件的位置决定于反馈检测装置,与运动速度无直接关系,其速比主要是由驱动电动机的额定转速或转矩与机床要求的进给速度或负载转矩决定的,所以可对它进行适当的调整。
电动机至丝杠间的速比运动平衡方程式如下:
式中
——伺服电机的转速,
;
——脉冲频率(次/s);
——工作台在电动机转速为
时的移动速度
(mm/min)。
其余符号同前。
当负载和丝杠转动惯量在总转动惯量中所占比重不大时,齿轮速比可取上面算出的数值,即降速不必过多,这样不仅可以简化伺服传动链,且可降低伺服放大器的增益。
当主要考虑静态精度或低平滑跟踪时,可选降速多一些,这样,可以减小电机轴上的负载转动惯量,并且减少负载惯量对稳态差异的影响。
2)啮合对数及各级速比的确定
在驱动电动机至丝杠的总降速比一定的情况下,若啮合对数及各级速比选择不当,将会增加折算到电机轴上的总惯量,从而增大电机的时间常数,并增大要求的驱动扭矩。
因此应按最小惯量的要求来选择齿轮啮合对数及各级降速比,使其具有良好的动态性能。
图7-12两对齿轮降速传动
图7-12所示为机械传动装置中的两对齿轮降速后,将运动传到丝杠的示意图。
第一对齿轮的降速比为
,第二对齿轮的降速比为
,其中
及
均大于1。
假定小齿轮A、C直径相同,大齿轮B、D为实心齿轮。
这两对齿轮折算到电动机轴的总惯量为:
式中
——总降速比,
=
。
令
,可得最小惯量的条件:
将
代入,得两对齿轮间满足最小惯量要求的降速比关系式:
(
)
不同啮合对数时,亦可相应的得到各级满足最小惯量要求的降速比关系式,如若为三级传动,则可按上述方法求得三级传动比为:
计算出各级齿轮降速比后,还应进行机械进给装置的惯量验算。
对开环系统,机械传动装置折算到电动机轴上的负载转动惯量应小于电动机加速要求的允许值。
对闭环系统,除满足加速要求外,机械传动装置折算到电动机轴上的负载转动惯量应与伺服电机转子惯量合理匹配,如果电机转子惯量远小于机械进给装置的转动惯量(折算到电动机转子轴上),则机床进给系统的动态特性主要决定于负载特性,此时运动部件(包括工件)不同质量的各坐标的动态特性将有所不同,使系统不易调整。
根据实践经验推荐伺服电机转子转动惯量JM与机械进给装置折算到电动机轴上的转动惯量JL相匹配的合理关系为:
设电动机经一对齿轮传动丝杠时,若J1为小齿轮的转动惯量,J2为大齿轮的转动惯量,JS为丝杠的转动惯量,W为工作台重力,齿轮副降速比i(
),L为丝杠螺距,则
即
机械伺服进给系统选用的伺服电机,当工作台为最大进给速度时,其最大转矩Tmax应满足机床工作台的加速度要求。
若αmax为伺服电机能达到的最大加速度,常取:
一般要求α=2~5m/s2,则αmax≥4~10m/s2。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数控机床 机械 结构
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)