數(shù)控機(jī)床的主要功能部件

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

數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)系的紐帶，它接受數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和功率放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),使機(jī)床工作臺(tái)或主軸頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的成本、加工精度及可靠性。對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的要求主要有：a、定位精度高，指令位移與實(shí)際位移之差要?。籦、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(jī)負(fù)載特性要硬，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)輸出的速度基本不變；d、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。一、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)控裝置輸入的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)化成角位移的特殊電機(jī)，它每接受一個(gè)進(jìn)給脈沖步進(jìn)電機(jī)就走一步，轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。這個(gè)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(jìn)電機(jī)位移量大小。而控制輸入脈沖的頻率，便可控制步進(jìn)電機(jī)的速度。下面以反應(yīng)式功率步進(jìn)電機(jī)為例講解其動(dòng)作原理

所謂反應(yīng)式就是電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，步進(jìn)運(yùn)行靠定子繞組通入激磁電流產(chǎn)生反應(yīng)力矩而實(shí)現(xiàn)的。在電機(jī)的定子上有三相繞組，故稱三相步進(jìn)電機(jī)。

當(dāng)定子A相繞組通以直流電時(shí)，A相產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引在A相附近的1、3齒，轉(zhuǎn)子1、3齒與A相對(duì)齊，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)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(chǎng)消失，而B相產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)，在B相磁場(chǎng)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(duì)齊，轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)30°后停止。

按A→B→C→A→B…的順序連續(xù)通電，則步進(jìn)電機(jī)一步一步地沿逆時(shí)針?lè)较虿煌５匦D(zhuǎn)。這種通電方式稱為三拍控制。即三相三拍反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。若步進(jìn)電機(jī)按A→C→B→A→C→B→A…的順序通電，則電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。

此種通電方式在A相斷電B相尚未接通時(shí)，轉(zhuǎn)子齒不受磁場(chǎng)控制，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)通電.則定子附近轉(zhuǎn)子上的1-4齒,同時(shí)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(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)15°，這種通電方式稱為六拍控制方式。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子齒數(shù)不變,控制方式改變時(shí),步距角可以減小一半。這種通電方式的特點(diǎn)是它在整個(gè)通電過(guò)程中,始終有一相處于通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子齒始終有磁場(chǎng)吸引。2、步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)比及脈沖當(dāng)量的計(jì)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(dòng)齒輪1Z2、傳動(dòng)齒輪2i、傳動(dòng)比i=Z1/Z2脈沖當(dāng)量:步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)進(jìn)給脈沖,工作臺(tái)移動(dòng)的距離.一般工作臺(tái)縱向移動(dòng)的脈沖當(dāng)量在(0.005-0.01)通常選0.01便于計(jì)算；一般工作臺(tái)橫向移動(dòng)的脈沖當(dāng)量在(0.002-0.01)通常選0.005。舉例1):列出運(yùn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)步距角=0.90Zk蝸桿頭數(shù)Zk=1Zw蝸輪齒數(shù)Zw=60Z1傳動(dòng)齒輪1Z2傳動(dòng)齒輪2

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

Z2ZwZkα°圖b步進(jìn)電機(jī)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)舉例2：列出運(yùn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)使用齒輪傳動(dòng)，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(jī)床的主軸部件及主傳動(dòng)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(dòng)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(jī)床中，軸承一般都要同時(shí)承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合載荷的作用。對(duì)數(shù)控機(jī)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(dòng)還是進(jìn)給傳動(dòng)中均有廣泛的使用。現(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(jí)B級(jí)(超精級(jí))C級(jí)(特精級(jí))D級(jí)(精密級(jí))E級(jí)(高級(jí))普通精度機(jī)床前軸承常用C、D級(jí),后軸承常用D、E級(jí)2、主軸滾動(dòng)軸承的配置合理配置軸承對(duì)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(xì)長(zhǎng)主軸受軸向力容易彎曲變形,但前支座簡(jiǎn)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(diǎn)是軸承軸向間隙可以在后端方便地進(jìn)調(diào)整,對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度增加.影響主軸剛度,圖d兩個(gè)推力軸承安排在前支承的內(nèi)側(cè),克服了圖c的缺點(diǎn),一般高速精密機(jī)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(duì)滾動(dòng)軸承間隙的調(diào)整,通常是使軸承內(nèi),外圈作相對(duì)的軸向位移實(shí)現(xiàn)的常用的方法有:a、軸承內(nèi)圈移動(dòng)法；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)；b、修后座圈或隔套。二、主傳動(dòng)(變速)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)變速系統(tǒng)可以是有級(jí)的，也可以是無(wú)級(jí)的。通常的主軸電機(jī)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(jī)床切削的需要,在主軸與電機(jī)之間還要串聯(lián)一個(gè)變速箱其作用一是擴(kuò)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(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。近年來(lái)為了減化機(jī)械結(jié)構(gòu)，逐漸趨向采用大功率的交流主軸伺服電機(jī)來(lái)提高低速時(shí)的恒扭矩來(lái)滿足切削的要求。近年來(lái)由于技術(shù)的進(jìn)步也有一些恒功率范圍很寬的主軸伺服電機(jī)問(wèn)世，特別是內(nèi)裝式電主軸的出現(xiàn)更加強(qiáng)化了這種趨勢(shì)。1)交流主軸伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁式同步電動(dòng)機(jī)二種，而通常主軸電機(jī)采用鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī),常用永磁式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。交流主軸伺服電機(jī)與普通三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有很多地方都很相似。交流主軸伺服電機(jī)的定子雖然也是三相繞組，但是它的磁路設(shè)計(jì)與普通異步電動(dòng)機(jī)有很大的不一樣。因?yàn)榻涣髦鬏S伺服電機(jī)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