數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)

1、數(shù)控機(jī)創(chuàng)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)常用伺服進(jìn)給系統(tǒng)來工作。 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來的指令信息，進(jìn)行放大以后控制執(zhí)行部件的運(yùn)動，不僅控制進(jìn)給運(yùn)動的速度，同時還要精確控制刀具相對于工件的移動位置和軌跡。因此，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，尤其是輪廓控制系統(tǒng)，必須對進(jìn)給運(yùn)動的位置和運(yùn)動的速度兩方面同時實(shí)現(xiàn)自動控制。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計要求除了具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。 一個典型的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)組成 ：位置比較、放大元件、驅(qū)動單元、機(jī)械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分。 機(jī)械傳動裝置：是指將驅(qū)動源旋運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_直線

2、運(yùn)動的整個機(jī)械傳動鏈，包括減速裝置、絲杠螺母副等中間傳動機(jī)構(gòu)。 第一節(jié) 概 述一、數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給傳動系統(tǒng)的要求1減少摩擦阻力： 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副，滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。2減少運(yùn)動慣量3高的傳動精度與定位精度 設(shè)計中，通過在進(jìn)給傳動鏈中加入減速齒輪，以減小脈沖當(dāng)量(即伺服系統(tǒng)接收一個指令脈沖驅(qū)動工作臺移動的距離)，預(yù)緊傳動滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪等傳動件的間隙等辦法，可達(dá)到提高傳動精度和定位精度的目的。4寬的進(jìn)給調(diào)速范圍 ：伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承擔(dān)全部工作負(fù)載的條件下，應(yīng)具有很寬的調(diào)速范圍，以適應(yīng)各工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，工作進(jìn)給速度范圍可

3、達(dá)36000mmmin(調(diào)速范圍1：2000)。5響應(yīng)速度要快：所謂快響應(yīng)特性是指進(jìn)給系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度，即跟蹤指令信號的響應(yīng)要快；定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度要滿足要求；工作臺應(yīng)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確地跟蹤指令，進(jìn)行單步或連續(xù)移動，在運(yùn)行時不出現(xiàn)丟步或多步現(xiàn)象6無間隙傳動：進(jìn)給系統(tǒng)的傳動間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個傳動鏈的各傳動副中，直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此，應(yīng)盡量消除傳動間隙，減小反向死區(qū)誤差。設(shè)計中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動副等方法。7穩(wěn)定性好、壽命長 ：穩(wěn)定性是伺服進(jìn)給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的條件，

4、特別是在低速進(jìn)給情況下不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加負(fù)載的變化而不發(fā)生共振。 所謂進(jìn)給系統(tǒng)的壽命，主要指其保持?jǐn)?shù)控機(jī)床傳動精度和定位精度的時間長短，即各傳動部件保持其原來制造精度的能力。8使用維護(hù)方便二、聯(lián)軸器 聯(lián)軸器是用來連接進(jìn)給機(jī)構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動的一種裝置。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，被連接的兩軸不能分離，只有停車后，將聯(lián)軸器拆開，兩軸才能脫開。聯(lián)軸器的類型：有液壓式、電磁式和機(jī)械式；而機(jī)械式聯(lián)軸器是應(yīng)用最廣泛的一種，它借助于機(jī)械構(gòu)件相互間的機(jī)械作用力來傳遞轉(zhuǎn)矩， 1套筒聯(lián)軸器2凸緣聯(lián)軸器3撓性聯(lián)軸器 ：在大轉(zhuǎn)矩寬調(diào)速直流電轉(zhuǎn)機(jī)及傳遞轉(zhuǎn)矩較大的步進(jìn)電動機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)中，與絲杠之間可采用直接

5、連接的方式，這不僅可簡化結(jié)構(gòu)、減少噪聲，而且對減少間隙、提高傳動剛度也大有好處安全聯(lián)軸器的作用是在進(jìn)給過程中當(dāng)進(jìn)給力過大或滑板移動過載時，為了避免整個運(yùn)動傳動機(jī)構(gòu)的零件損壞，安全聯(lián)軸器動作，終止運(yùn)動的傳遞。 在正常情況下，運(yùn)動由聯(lián)軸器傳遞到滾珠絲杠上，當(dāng)出現(xiàn)過載時，滾珠絲杠上的轉(zhuǎn)矩增大，這時通過安全聯(lián)軸器端面上的三角齒傳遞的轉(zhuǎn)矩也隨之增加，以致使端面三角齒處的軸向力超過彈簧的壓力，于是便將聯(lián)軸器的右半部分推開，這時聯(lián)接的左半部分和中間環(huán)節(jié)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而右半部分卻不能被帶動，所以在兩者之間產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。機(jī)床許用的最大進(jìn)給力取決于彈簧的彈力。擰動彈簧的調(diào)整螺母可以調(diào)整彈簧的彈力。 在機(jī)床上采用了無觸

6、點(diǎn)磁傳感器監(jiān)測安全聯(lián)軸器的右半部分的工作狀況。 當(dāng)右半部分產(chǎn)生滑移時，傳感器產(chǎn)生過載報警信號，通過機(jī)床可編程序控制器使進(jìn)給系統(tǒng)制動，并將此狀態(tài)信號送到數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置發(fā)出報警指標(biāo)第二節(jié) 齒輪傳動副一、齒輪傳動副的任務(wù)、要求及設(shè)計內(nèi)容齒輪傳動裝置主要由齒輪傳動副組成，其任務(wù)是傳遞伺服電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動機(jī)與負(fù)載(工作臺)之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速負(fù)載慣量相匹配，使伺服電動機(jī)的高速低轉(zhuǎn)矩輸出變?yōu)樨?fù)載所要求的低速轉(zhuǎn)矩。在開環(huán)系統(tǒng)中還可計算所需的脈沖當(dāng)量。 對傳動裝置總的要求是傳動精度高、穩(wěn)定性好和靈敏度高(或響應(yīng)速度快)，在設(shè)計齒輪傳動裝置時，也應(yīng)從有利于提高這三個指標(biāo)來提出設(shè)計要求。 對

7、于開環(huán)控制而言，傳動誤差直接影響數(shù)控設(shè)備的工作精度，因而應(yīng)盡可能的縮短傳動鏈、消除傳動間隙，以提高傳動精度和剛度。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動裝置完全在伺服回路中，給系統(tǒng)增加了慣性環(huán)節(jié)，其性能參數(shù)將直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 無論是開環(huán)還是閉環(huán)控制，齒輪傳動裝置都將影響整個系統(tǒng)的靈敏度(響應(yīng)速度)，從這個角度考慮應(yīng)注意減少摩擦、減少轉(zhuǎn)動慣量，以提高傳動裝置的加速度。二、消除間隙的齒輪傳動結(jié)構(gòu) 在數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中，考慮到慣量、轉(zhuǎn)矩或脈沖當(dāng)量的要求，有時要在電動機(jī)到絲杠之間加入齒輪傳動副，而齒輪等傳動副存在的間隙，會使進(jìn)給運(yùn)動反向滯后于指令信號，造成反向死區(qū)而影響其傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

8、因此，為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。1直齒圓柱齒輪傳動副 (1)偏心套調(diào)整法(2)錐度齒輪調(diào)整法(3)雙片齒輪錯齒調(diào)整法2斜齒圓柱齒輪傳動副(1)軸向墊片調(diào)整法(2)軸向壓簧調(diào)整法3錐齒輪傳動副(1)軸向壓簧調(diào)整法(2)周向彈簧調(diào)整法第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床用絲杠傳動副數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動鏈中，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的方法很多，采用絲杠螺母副是常用的方法之一。本節(jié)只介紹滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。一、滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠副的特點(diǎn)是：1)傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率，=0.92096，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1413

9、。2)給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。3)運(yùn)動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。4)有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。 5)磨損小，使用壽命長。6)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7)不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立即停止運(yùn)動，故常需添加制動裝置。2滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)兩種。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)

10、循環(huán)。3.螺旋滾道型面(1)單圓弧型面 (2)雙圓弧型面 (3)矩形滾道型面4滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度，必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩上滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上，用這種方發(fā)預(yù)緊消除軸向間隙時，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大。 預(yù)緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮 短使用壽命。 (1)雙螺母消隙 常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有：1)墊片調(diào)隙式。2)螺紋調(diào)隙式 3)齒差調(diào)隙式。(2)單螺母消隙1)單螺母變位螺距預(yù)加負(fù)荷2)單螺母螺釘預(yù)緊。(3)滾珠絲杠螺母副預(yù)緊 對

11、于滾珠絲杠螺母副，為保證傳動精度及剛度，除消除傳動間隙外，還要求預(yù)緊。預(yù)緊力計算公式為:Fv=1/3Fmax 式中, Fmax為軸向最大工作載荷。5滾珠絲杠的支承與制動(1)支承方式1)一端裝推力軸承2)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承 3)兩端裝推力軸承 4)兩端裝推力軸承及深溝球軸承(2)制動方式 由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用(特別是滾珠絲杠處于垂直傳動時)，為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。 其他制動方式有：1)用具有剎車作甩的制動電動機(jī)。2)在傳動鏈中配置逆轉(zhuǎn)效率低的高減速比系統(tǒng)，如齒輪、蝸桿減速器等。此法靠摩擦損失達(dá)到制動目的，故不經(jīng)濟(jì)。 3)采用超越離合器。 7滾珠

12、絲杠副的參數(shù)(1)公稱直徑 (2)導(dǎo)程L絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。(3)基本導(dǎo)程 絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)2時，螺母上的基準(zhǔn)點(diǎn)軸向位移。(4)接觸角 在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想接觸角等于=45°。(5)滾珠直徑(6)滾珠的工作圈數(shù)I(7)滾珠的總數(shù)N(8)其他參數(shù) 除了上述參數(shù)外，滾珠絲杠副還有絲杠螺紋大徑d、寸絲杠螺紋小徑，螺紋全長L、螺母詠紋大徑D、螺母螺紋小徑、滾道圓弧偏心距e、滾道圓弧半徑R等參數(shù)。 8滾珠絲杠副的標(biāo)注與精度 (1)滾珠絲杠副的標(biāo)注方法 螺紋旋向?yàn)橛倚卟粯?biāo)，為左旋者標(biāo)記代號為“LH”。

13、P類為定位滾珠絲杠副，即通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量的串珠絲杠副；T類為傳動滾珠絲杠副，它是與旋轉(zhuǎn)角度無關(guān)，用于傳遞動力的滾珠絲杠副。 CDM50103P3表示為外循環(huán)插管式，雙螺母墊片預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠副，公稱直徑為50mm，基本導(dǎo)程為10mm，螺紋旋向?yàn)橛倚?，?fù)荷總?cè)?shù)3圈，精度等級為3級。 (2)滾珠絲杠螺母副的精度(3)滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型(5)滾珠絲杠副的選擇方法承載能力選擇；絲杠穩(wěn)定性核算；對于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的滾珠絲杠，無需計算最大動載荷值，而只考慮其最大靜負(fù)載是否充分大于最大工作負(fù)載；剛度的驗(yàn)算。二、靜壓絲杠螺母副機(jī)構(gòu)(1)靜壓絲杠的主要優(yōu)點(diǎn) 1)摩擦因數(shù)小；2)因油膜層具

14、有一定的剛度，故可大大減小反向時的傳動間隙。3)油膜層可以吸振4)油膜層介于絲杠螺紋和螺母螺紋之間，5)承載能力與供油壓力成正比(2)靜壓絲杠的不足之處1)對原無液壓系統(tǒng)的機(jī)床2)有時需考慮必要的安全措施按油腔開在螺紋面上的形式和節(jié)流控制方式的不同，目前機(jī)床上采用的靜壓絲杠有以下三種：1)在螺紋面中徑上開一條連通的螺旋溝槽油腔。2)在螺紋面每側(cè)中徑上開34個油腔，每個油腔用一個節(jié)流器控制稱為分散阻尼節(jié)流。3)在螺紋面每側(cè)中徑上開34個油腔，按節(jié)流形式不同，目前機(jī)床上采用的靜壓絲杠有以下兩種：1)毛細(xì)管節(jié)流式(屬于固定節(jié)流)。2)薄膜雙面反饋式(屬于可變節(jié)流)第四節(jié) 齒輪齒條副與雙導(dǎo)程蝸桿副傳動

15、一、齒輪齒條傳動二、雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副數(shù)控機(jī)床上當(dāng)要實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動或大降速比的傳動要求時，常采用蝸桿蝸輪副。蝸桿蝸輪副的嚙合側(cè)隙對傳動、定位精度影響很大，因此，消除其側(cè)隙就成為設(shè)計中的關(guān)鍵問題。為了消除傳動側(cè)隙，可采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪。 1雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副的特點(diǎn)雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副在具有回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動或分度運(yùn)動的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛，是因?yàn)槠渚哂型怀鰞?yōu)點(diǎn)： 1)嚙合間隙可調(diào)整得很小，2)普通蝸輪副是以蝸桿沿蝸輪作徑向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙，3)雙導(dǎo)程蝸桿是用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(diào)整量4)雙導(dǎo)程蝸輪副的蝸桿支承直接做在支座上第五節(jié) 靜壓蝸桿蝸輪條與直線電動機(jī)傳動一、靜壓蝸桿蝸輪條傳動特點(diǎn) 靜壓蝸桿蝸輪條傳動由于既

16、有純液摩擦的特點(diǎn)，又有蝸桿蝸輪條機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，因此特別適合在重型機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)上應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是：1)摩擦阻力小，起動摩擦因數(shù)小于00005，功率消耗少，傳動效率高，可達(dá)094098，在很低的速度下運(yùn)動也很平穩(wěn)。2)使用壽命長。齒面不直接接觸，不宜摩損，能長期保持精度。3)抗振性能好。油腔內(nèi)的壓力油層有良好的吸振能力。4)有足夠的軸向剛度。5)蝸輪條能無限接長，因此，運(yùn)動部件的行程可以很長，不像滾珠絲杠受結(jié)構(gòu)的限制。二、直線電動機(jī)系統(tǒng)在常規(guī)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，仍一直采用“旋轉(zhuǎn)電動機(jī)+滾珠絲杠”的傳動體系在常規(guī)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，仍一直采用“旋轉(zhuǎn)電動機(jī)+滾珠絲杠”的傳動體系2使用直線電動機(jī)的高速機(jī)加

17、工系統(tǒng)1)使用直線伺服電動機(jī)2)直線電動機(jī)上裝配全數(shù)字伺服系統(tǒng)3)直線電動機(jī)系統(tǒng)在動力傳動中由于沒有低效率的中介傳動部件而能達(dá)到高效率，4)直線電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)由于無機(jī)械零件相互接觸5)由于直線電動機(jī)的動件(初級)已和機(jī)床的工作臺合二為一，第六節(jié) 機(jī)床導(dǎo)軌一、對導(dǎo)軌的要求1導(dǎo)向精度高2耐磨性好及壽命長導(dǎo)軌的磨損形式可綜合為以下三種：(1)硬粒磨損 (2)咬合和熱焊(3)疲勞和壓潰3.足夠的剛度4低速運(yùn)動的平穩(wěn)性5工藝性好二、導(dǎo)軌的技術(shù)要求(1)導(dǎo)軌的精度要求(2)導(dǎo)軌的熱處理三、導(dǎo)軌的基本類型及特點(diǎn)1常用導(dǎo)軌的形狀(1)直線滑動導(dǎo)軌的截面形狀1)矩形導(dǎo)軌。2)三角形導(dǎo)軌。3)燕尾形導(dǎo)軌。4)圓柱

18、形導(dǎo)軌。(2)直線導(dǎo)軌的組合1)雙三角形導(dǎo)軌。2)雙矩形導(dǎo)軌。3)三角形平導(dǎo)軌組合。4)三角形矩形導(dǎo)軌組合。5)平平-三角形導(dǎo)軌組合。從上所述可知，各種導(dǎo)軌的特點(diǎn)各不相同，因此選擇使用時應(yīng)掌握以下原則：1)要求導(dǎo)軌有較大的剛度和承載能力時，2)要求導(dǎo)向精度高的機(jī)床采用三角形導(dǎo)軌3)矩形、圓形導(dǎo)軌工藝性好，制造、檢驗(yàn)都方便4)要求結(jié)構(gòu)緊湊、高度小及調(diào)整方便的機(jī)床(3)圓運(yùn)動導(dǎo)軌 2塑料導(dǎo)軌(1)塑料導(dǎo)軌軟帶的類型及特點(diǎn)1)摩擦因數(shù)低而穩(wěn)定 比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個數(shù)量級。2)動、靜摩擦因數(shù)相近 運(yùn)動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。3)吸收振動。具有良好的阻尼性。優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。4)耐磨性好。有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作。灰塵磨粒的嵌人性好。5)化學(xué)穩(wěn)定性好。耐磨、耐低溫，耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑。 6)維護(hù)