十二 机床进给传动系统设计PPT课件

金属切削与机床MetalCutting蜗杆的误差分析和螺纹轴相同。 4 )传动部件总误差存在多个独立误差时，存在制造误差和装配误差，根据概率原理将误差定为正态分布，其总误差可近似均方根值，机床内的连接传动链、内连接传动链可保证传动精度。 因此，内连杆传动链的设计原则与外连杆传动链不同。 另一方面，误差源与传动规则2、误差传动规则、机床内与传动链相连，在传动链中，各传动部件的误差在整个传动链中以速度比依次传递，最终反映在末端部件上，使工件和刀具产生传动误差。 越是减小接近末端部件的传动副的齿轮比，减小之前的各传动部件的误差的影响的效果越显着，能够有效地减小传递到末端部件的总误差。 二、内联传动链设计原则1、缩短传动链设计传动链应尽量减少串联传动部件的数量，减少误差的原因。 2、合理分配传动副齿轮比应根据误差传递规律，传动链齿轮比应采用递减原则。 3、合理选择传动部件内的连接传动链，不得采用齿轮比不正确的副传动。 4 .合理确定传动副的精度端件上的传动副误差直接反映在驱动器上，对加工精度有最大影响。 因此，末端传动副的精度高于中间传动副。 采用机床内连杆传动链、二、内连杆传动链设计原则5、校准装置，机床内连杆传动链、校准装置是补偿传动误差的有效措施。 利用校正因素获得末端传动副所需的补偿运动，校正传动链传动误差，进一步提高机床加工精度。数控伺服进给系统、一、数控机床伺服进给传动系统的特征1 .进给传动是伺服电动机通过齿轮减速传动或直接驱动运动变换机构实现的，闭环系统需要位移测量装置。 机械传动机构比较简单。 2 .运动转换机构采用滚珠丝杠传动，工作台等驱动器采用滚动导轨、塑料导轨和静压导轨等。 3 .为了避免伺服系统失步或反转时的死区，必须尽量消除传动齿轮对、螺母对、联轴器及支撑件的间隙。 4 .传动机构需要足够的刚性，在满足刚性要求的前提下，尽量减少运动部件的质量。 NC伺服进给系统、伺服进给系统的驱动元件称为伺服驱动元件，是伺服系统控制的直接对象，是NC机床的重要组成部分。 二、伺服电机目前使用的伺服电机主要为步进电机、小惯性直流电机和大惯性直流电机、直线电机。 为了满足数控机床的加工质量和生产率等要求，伺服电机应具有以下性能：1)速度范围广，具有良好的稳定性，特别是低速时的平滑性。 2 )搭载特性坚硬，特别是低速时需要充分的负荷能力。 3 )响应速度快。 4 )可频繁启动、停止、转向。 NC伺服进给系统、二、伺服电机1和步进电机也称为脉冲电机，它们在每次接收从NC设备输出的电脉冲信号时，使电机轴旋转预定角度，并且称为步进角。 步进电机的角位移与输入脉冲的数目成比例，并且在时间上与输入脉冲同步。 2 .小惯性直流电机小惯性直流电机是由一般直流电机发展而来的，其特征是惯性矩小，反应快。 但是，由于额定转矩小，一般必须与齿轮减速装置一致的转子直径小，散热差，因此负荷增加时转子的温度上升快，因此电动机的过负荷能力差。 小惯性直流电机一般用于高速轻负荷的小型数控机床。 数控伺服进给系统、二、伺服电动机3、大惯性直流电动机也称为广调直流电动机，分为电磁励磁和永磁励磁两种，其中永磁励磁式不需要励磁电力，效率高，因此电动机低速时的输出转矩大，温度上升低，尺寸小，因此应用普遍。特征：输出转矩大，响应速度快，过载能力强，调速范围宽，运行平稳，调整简单。 NC伺服进给系统、二、伺服电动机4、交流伺服电动机1 )交流电动机没有电刷和换向器，因此无需经常进行维护。 2 )没有换向器，交流电机的转速不像直流电机那样受换向火花的限制，因此可以进一步提高转速，而且即使是高速也有很大的输出转矩。 3 )没有方向转换火花的问题，电机的使用环境不受限制。 4 )交流电机结构简单，体积小，重量轻，功率相同，重量为直流电机的7090%，体积相同时，输出功率提高110170%。 5 )交流电机的线圈位于定子上，绝缘可靠，散热容易，进一步提高系统整体的可靠性。 6 )通过使用伺服系统，可以抑制交流电机的噪音和振动。 数控伺服进给系统、二、伺服电动机5、伺服电动机的选择伺服电动机的主参数为功率，选择时不是功率，基于最大切削负荷转矩不能超过电动机的额定转矩这一指标的电动机的转子惯性JM换算成电动机轴的负荷等、NC伺服进给系统、3、进给伺服系统传动机构1、伺服系统传动型齿条齿轮传动同步带传动滚珠丝杠传动、NC伺服进给系统、3、进给伺服系统传动机构2、滚珠丝杠副原理、特征和分类的原理：分别为丝杠和螺母当螺钉相对于螺母旋转时，滚珠在螺旋轨道内滚动，强制两者在轴向上相对位移。 由于滚珠的存在，螺钉和螺母之间存在滚动摩擦，只有滚珠之间存在滑动摩擦。数控伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构2、滚珠丝杠副原理、特点及分类结构特点： (1)摩擦损失小，传动效率高。 (2)运动敏锐，低速无蠕变； (3)轴向刚性高，逆定位精度高。 (4)磨损小，寿命长，维护简单。 (5)传动具有可逆性，不能自锁。 (六)结构和工艺复杂，成本高；NC伺服进给系统、3、进给伺服系统的传动机构2、滚珠丝杠的副原理、特征和分类：截面形状滚珠循环方式为消除轴向间隙，调整施力的方式，NC伺服进给系统、3、进给伺服系统的传动机构2、滚珠丝杠的副原理、特征和分类为消除轴向间隙， 调整作用力的方式是通过调整两个滚珠螺母的轴向相对位置，将两个螺母的滚珠分别按压在螺旋轨道的两侧面上。 但是，滚珠丝杠螺母机构的间隙调整精度要求高，为了得到正确的间隙作用力，要求能够进行微调整。 常用方法： a、垫片调节间隙b、螺钉调节间隙c、齿上留有间隙。数控伺服进给系统、三、进给伺服系统的传动机构2、滚珠丝杠的副原理、特征以及消除轴向间隙、调整施力的方式通过调整双滚珠螺母的轴向相对位置，将两个螺母的滚珠分别按压在螺旋轨道的两侧面。 但是，滚珠丝杠螺母机构的间隙调整精度要求高，为了得到正确的间隙作用力，要求能够进行微调整。 常用方法： a、垫片调节间隙b、螺钉调节间隙c、齿上留有间隙。数控伺服进给系统、三、进给伺服系统的传动机构2、滚珠丝杠的副原理、特征以及消除轴向间隙、调整施力的方式通过调整双滚珠螺母的轴向相对位置，将两个螺母的滚珠分别按压在螺旋轨道的两侧面。 但是，滚珠丝杠螺母机构的间隙调整精度要求高，为了得到正确的间隙作用力，要求能够进行微调整。 常用方法： a、垫片调节间隙b、螺钉调节间隙c、齿上留有间隙。三、进给伺服系统传动机构3、滚珠丝杠副主要尺寸、精度和尺寸、数控伺服进给系统、d0-公称直径、d1-螺纹公称直径、d2-螺纹螺纹底径、Ph-公称导轨、d1-螺母螺纹内径、d2-螺母螺纹底径、Dw-滚珠直径、e-轨道圆弧偏心距离、Rr-螺母轨道圆弧半径、Rr-螺母轨道圆弧半径a-接触角三、进给伺服系统的传动机构3、滚珠丝杠副主要尺寸、精度和尺寸、NC伺服进给系统、主要尺寸称为直径、导程、螺旋升角等。 精度等级以JB316.2-91为基准，分为1、2、3、4、5等级(根据参考书有7等级，还有7、10等级)，1等级最高，5等级最低。 一般的动力传动系统是4、5级。 数控机床、精密机械或仪器选用1、2、3级。 三、进给伺服系统的传动机构4、滚珠丝杠副安装数控机床的进给系统要求较高的传动刚性，除了强化滚珠丝杠螺母机构本身的刚性外，滚珠丝杠的正确安装和支承的结构刚性也是不容忽视的要素。 滚珠丝杠螺母机构未正确安装及支承刚性不足，大幅度降低了滚珠丝杠的寿命。 支承方式：一端固定、另一端自由一端固定、另一端单纯支承两端固定、多轴承支承、NC伺服进给系统、三、进给伺服系统的传动机构4、滚珠丝杠副安装NC机床的进给系统要求较高的传动刚性，除了强化滚珠丝杠螺母机构自身的刚性以外，滚珠丝杠的正确安装和支承的结构刚性也不容忽视的要素滚珠丝杠螺母机构未正确安装及支承刚性不足，大幅度降低了滚珠丝杠的寿命。 支承方式：一端固定、另一端自由一端固定、另一端单纯支承两端固定、多轴承支承、NC伺服进给系统、三、进给伺服系统的传动机构4、滚珠丝杠副安装NC机床的进给系统要求较高的传动刚性，除了强化滚珠丝杠螺母机构自身的刚性以外，滚珠丝杠的正确安装和支承的结构刚性也不容忽视的要素滚珠丝杠螺母机构未正确安装及支承刚性不足，大幅度降低了滚珠丝杠的寿命。 支撑方式：一端固定、另一端自由一端固定、另一端单纯支撑两端固定、多轴承支撑、数控伺服进给系统、补偿热膨胀、减小自重引起的松弛、两端固定支撑需要预拉伸处理。 三、进给伺服系统传动机构5、考虑滚珠丝杠副预应力的要素：预应力为最大工作负荷的0.35倍的螺纹的预应力量应补偿螺纹的热变形，数控伺服进给系统为、三、进给伺服系统传动机构6、滚珠丝杠副结构选择、数控伺服进给系统常用于高精度的压力设备(导轨保证了导向精度)。 单圆弧螺纹轨道的双螺母螺纹副主要用于传递轻载荷、传递动力的平滑性和螺纹轴的刚性要求比高(作用力小)的小型设备。 双圆弧螺纹轨道的双螺母副主要用于重载，以传递动力和运动为主，对动力和运动稳定性要求高，用于传递精度高、螺纹刚性高、防尘效果好的高精度机械设备。 三、进给伺服系统传动机构7、滚珠丝杠副结构尺寸的选择，主要根据滚珠丝杠副传递的最大载荷、运动特性(传递速度)和范围(有效行程)、传递精度的要求，选择滚珠丝杠副的公称直径、基本导程及传递精度等级。 公称直径d0请根据轴向最大负荷在滚珠丝杠副尺寸系列中选择。 螺纹长度ls尽可能短，一般情况下ls/do优选小于30的基本引线lo (或间距t )根据负载能力、传递精度、传递速度进行选择，lo的负载能力也大，l0的传递精度高。 要求传递速度快时，可选择较大的导轨滚珠丝杠辅助。、数控伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构7、滚珠丝杠副结构尺寸选择基本参数确定原则：公称直径大，负载能力强，相反装载能力弱。 基本导程大，承载能力强，传动速度快，传动精度下降，相反承载能力弱，传动速度慢，传动精度高。 传递精度：决定设备的静态定位和运动精度、动态响应特性、动态稳定特性。数控伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构7、滚珠丝杠副结构尺寸选择滚珠丝杠的负荷计算动作负荷3F最小负荷Fmin最大负荷Fmax当量负荷Fm额定动作负荷3354、数控伺服进给系统3、进给伺服系统传动机构滚珠丝杠副结构尺寸选择滚珠丝杠的额定动负荷计算额定动负荷式中： nm丝杠副的平均转速(r/min)L运转寿命(h)fw负荷系数、数控伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构7、滚珠丝杠副结构尺寸选择螺纹产品系列表中所需的规格管理传动效率、刚性、工作稳定性。NC伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构7、滚珠丝杠副结构尺寸选择低速(n10r/min )传动以额定静负荷计算即可。NC伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构7、伺服系统减速比设计开环系统i=Ph/360脉冲当量、mm/p步进电机步进角闭环和半闭环i=vmax/nmaxPhvmax表最大minnmax电动机额定转速、r/min、NC伺服进给系统3、进给伺服系统传动机构8、伺服系统传动齿轮侧间隙去除NC机床的进给系统的减速齿轮，除了要求高的运动精度和功的稳定性以外，还要求去除啮合齿轮间的传动间隙。 齿轮间隙使反转运动迟于指令信号，产生反转“死区”，直接影响位移精度。 消除齿轮传动间隙的方法很多，一般采用刚性调整法和柔性调整法。NC伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构8、伺服系统传动齿轮的齿侧间隙去除刚性调整法：调整后的齿侧间隙不能自动补偿的调整方法。 该方法结构简单，传动刚度高，但不严格控制齿轮齿厚和齿距公差，就会影响运动的灵活性。 常见的刚度调整结构为NC伺服进给系统、三、进给伺服系统传动机构8、伺服系统传动齿轮的齿侧间隙消除挠性调整法：调整后的齿侧间隙可自动补偿的调整方法。 即使齿轮的齿厚与周节存在差异，也能始终保持无间隙的啮合。 该调节方法结构复杂，传动刚度低，影响传动稳定性。 挠性调整的结构有NC伺服进给系统、三个进给伺服系统传动机构8、伺服系统传动齿轮的齿侧间隙消除挠性调整法、调整后的齿侧间隙自动补偿的调整方法。 即使齿轮的齿厚与周节存在差异，也能始终保持无间隙的啮合。 该调节方法结构复杂，传动刚度低，影响传动稳定性。 柔性调整的