对数控机床主传动_进给传动的探讨.pdf

河南科技2007.9上河南省职业技术学院赵军华曹和平MATERIALSCIENCE材料科学对数控机床主传动、进给传动的探讨数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床。主传动装置应具有很宽的变速范围,并能无级变速；进给传动装置应具有很高的传动精度、灵敏性和稳定性。本文结合数控机床的发展特点,对其机构性能进行分析探讨。一、主传动运动的变速系统数控机床的主传动运动是产生主切削力,速度较高,消耗的切削功率最大。例如,数控车床上主轴带动工件的旋转运动,立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀和砂轮等的旋转运动。数控机床的主传动运动是通过主传动电机拖动的。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。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善,不仅能方便地实现宽范围的无级变速,而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性。因此,在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。1.带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方式。通过少数几对齿轮减速,增大了输出扭矩,以满足主轴对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床采用此种传动方式,以获得强力切削时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。2.通过皮带传动的主传动。主要应用在小型数控机床上,可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。但它只适用于输出转矩较小的主轴。3.由调速电机直接驱动的主传动。这种主传动方式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,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。近年来,多采用交流伺服电动机。二、进给传动系统1.联轴器。联轴器是连接进给机构两根轴使之一起回转来传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多,有液力式、电磁式和机械式。其中,机械式联轴器的应用最为广泛。2.减速机构。(1)齿轮传动装置。各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。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。一是将高转速的转矩的伺服电机(如步进电机、直流和交流伺服电机等)的输出变为低转速大转矩的执行件的输入；另一个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,对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响,经常在结构上采取措施,以减小或消除齿轮副的空程误差。数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置,易产生低频振荡。因此,减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。(2)同步齿形带。同步齿形带传动是一种新型的带传动。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动力,因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点,且无相对滑动,平均传动比较准确,传动精度高,而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻,故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧,故作用在轴和轴承上的载荷小,传动效率也高,现已在数控机床上广泛应用。3.滚珠丝杠螺母副。为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行,必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此,形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠螺母副。它的作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。特点是传动效率高,摩擦力小,寿命长,经预紧后可消除轴向间隙,无反向空行程。滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元,在机床行业得到广泛运用,极大的推动了机床行业的数控化发展。滚珠丝杠副的传动效率高达90%以上,是普通滑动丝杠副的24倍。整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右,发热率得以大幅度的降低。滚珠丝杠副的摩擦角小于1,因此不能自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动(如主轴箱或升降台的升降),则必须有制动装置。滚珠丝杠的静