现代制造装备及自动化

1、第五章 进给传动系统设计,5.1 进给传动系统设计应满足的基本要求 5.2 机械进给传动系统的设计特点 5.3 电气伺服进给系统 5.4 伺服电动机,1,现代制造装备及自动化,5.1 进给传动系统设计应满足的基本要求,一、进给传动系统设计应满足的基本要求,1、进给传动系统的组成 动力源 变速机构 换向机构 运动分配机构 过载保险机构 运动转换机构 执行件,2,现代制造装备及自动化,5.1 进给传动系统设计应满足的基本要求,一、进给传动系统设计应满足的基本要求,2、进给传动系统应满足的基本要求 具有足够的静刚度和动刚度； 具有良好的快速响应性，做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高

2、； 抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声； 具有足够宽的调速范围； 传动精度和定位精度要高； 结构简单，加工和装配工艺性好,3,现代制造装备及自动化,5.2 机械进给传动系统设计的特点,因为进给系统是恒扭矩传动，所以在各种进给速度下，末端输出轴上受的扭矩是相同的。 进给传动件中各传动件所受的扭矩为,一、进给传动是恒扭矩传动 二、进给传动系统中各传动件的计算转速是其最高转速,Ti第I 个传动件承受的扭矩； N末、ni 末端输出轴和第i轴的转速； Ui 第i个传动件传至末端输出轴的传动比,4,现代制造装备及自动化,三、进给传动的变速范围,进给传动系统速度低，受力小，消耗功

3、率小，齿轮模数小，因此进给传动变速组的变速范围可取比主变速组较大的值,极限传动比,传动组的最大变速范围,5,现代制造装备及自动化,四、进给传动系统采用传动间隙消除机构,手动微量进给机构：主要用于调整精密机床的一些部件，坐标镗床的工作台和主轴箱,五、快速空行程的采用,六、微量进给机构的采用,自动微量进给机构：采用各种驱动元件使进给自主地进行,6,现代制造装备及自动化,最小进给量大于1m的机构：蜗杆传动、丝杠螺母、齿轮齿条等,七、微量进给机构的采用,弹性力传动：利用弹性元件的弯曲变形或弹性杆件的拉压变形实现微量进给。 磁致伸缩传动：靠改变软磁材料（如铁钴合金、铁铝合金等）的磁化状态，使其尺寸和形状

4、产生变化。 电致伸缩：压电晶体的逆效应，将电能转换为机械能以实现微量进给。 热应力传动：利用金属杆件的热伸长驱使执行件运动,最小进给量小于1m的机构,7,现代制造装备及自动化,5.3 电气伺服进给系统,NC机床进给传动属伺服进给传动。 伺服（servo）迅速而又准确的跟踪控制指令， 保证机床工作台或刀架能正确定位或保证刀具 和工件间有严格的运动关系,一、进给系统特点,NC机床的进给传动应满足： 调速范围大; 传动精度高; 动态响应快; 稳定性好,8,现代制造装备及自动化,根据要求，应具备以下特点： 机械传动机构简单： 传动精度高，动态响应速度快快速跟踪指令； 电动机丝杠 电动机齿轮丝杠 传动滚

5、动丝杆；工作台部件滚动导轨，贴塑导轨； 消除系统传动元件的间隙； 传动机构有足够刚度为避免爬行,9,现代制造装备及自动化,二、伺服进给系统的控制方式,开环,半闭环,闭环,10,现代制造装备及自动化,NC机床半闭环进给系统的三种形式如下,11,现代制造装备及自动化,三、进给系统驱动部件,步进电动机; 直流伺服电动机; 交流伺服电动机; 直线伺服电动机,12,现代制造装备及自动化,三、进给系统驱动部件,1、步进电动机,工作原理：磁力线力图走磁阻最小的路径,13,现代制造装备及自动化,14,现代制造装备及自动化,步进电动机的特点： 1、脉冲控制； 2、改变定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向将随之改变

6、。 3、定子绕组通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。 4、只要维持控制绕组电流不变，不需要机械制动装置。 5、步距角与定子绕组的相数M，转子齿数Z，通电方式K有关,K：三相三拍取1，三相三拍取2,15,现代制造装备及自动化,1）感应式直线电动机原理,2、直线电动机,16,现代制造装备及自动化,2）直线电动机进给驱动的主要优点,速度高。最大进给速度可达80180mmin。 加速度大。可高达2gl0g。 定位精度高。定位精度高达01001m。 行程不受限制,17,现代制造装备及自动化,3)直线电动机的类型,以直流直线电动机、交流永磁(同步)直线电动机、交流感应(异步)直线电动机组成的高速进给系

7、统应用较多,直流直线电动机,18,现代制造装备及自动化,交流永磁直线电动机,19,现代制造装备及自动化,四、滚珠丝杠及其支承,1、特点,1）摩擦损失小，传动效率高达8595，是普通滑动丝杠副的24倍； 2）运动灵敏，低速时无爬行； 3）具有传动的可逆性； 不自锁升降运动，必须有制动装置。 4）轴向刚度高，反向定位精度高； 可消除反向间隙并施加预载。 5）使用期限长； 6）工艺复杂，专门工厂制造,20,现代制造装备及自动化,2、滚珠丝杠的工作原理,按回珠方式，分为内循环和外循环,滚珠在循环中，始终与丝杠接触。 流畅性好，一个循环中只有一圈滚珠，滚珠少，回程短。 螺母径向尺寸小，轴向刚度好，但不能

8、用于多头螺纹传动。 滚珠每一个循环称为一列。内循环常有三列（互成120度） 四列（互成90度,内循环特点,21,现代制造装备及自动化,外循环：每一列钢珠转几圈后经插管式回珠器返回，插管式回珠器位于螺母之外, 滚珠在循环中，与丝杠脱离接触. 缺点：螺母体积较大; 优点：回珠器制造简单,22,现代制造装备及自动化,23,现代制造装备及自动化,双螺母法： a）左右螺母向两头撑开 b）向中间挤紧,3、滚珠丝杠副的消除间隙 和预加载荷,将左右螺母装在一个共同的螺母体内一个整体，与丝杠间处于无间隙或过盈状态以提高接触刚度,24,现代制造装备及自动化,消除间隙和预加载荷的方法；（改变两螺母的间距） 垫片式：

9、 齿差式：两螺母同向转一个齿，则两螺母的相对轴向位移为,这种调整方式，精确可靠，定位精度高，结构复杂，用于要求较高的地方,丝杠导程,25,现代制造装备及自动化,预紧原则：使不受力侧的螺母接触变形为零的外载荷 F3F。 因此，滚珠丝杠的预加载荷F。1/3F，预紧后的刚度提高为无预紧时的2倍。 但预紧过大F。寿命摩擦力矩加大,26,现代制造装备及自动化,4、滚珠丝杠的计算：（自学,疲劳强度计算； 刚度计算； 压杆稳定性和临界转速,27,现代制造装备及自动化,5、滚珠丝杠的支承 方式三种,a）为一端轴向固定一端自由，常用于短丝杠和竖 直安装的丝杠。 b）为一端固定一端简支，常用于较长的卧式安装丝杠。

10、 c) 为两端固定，常用于长丝杠或高转速、要求高精度、高刚度的地方。这种方式还可以预拉伸。这种安装方式虽优点显著，但工艺上比较困难,28,现代制造装备及自动化,滚珠丝杠用滚动轴承,1）接触角为60的推力角接触球轴承,背靠背,面对面,29,现代制造装备及自动化,2）滚针-推力圆柱滚子组合轴承 多用于重载、要求刚度高的地方,x,30,现代制造装备及自动化,6、滚珠丝杠的预拉伸,制造时： 目标行程公称行程预拉伸量（行程补偿量） 拉伸后恢复公称行程值,工作时发热热膨胀导程加大影响定位精度。 解决办法：预拉伸量热膨胀量，发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内应力下降，长度不变,31,现代制造装备及

11、自动化,x,32,现代制造装备及自动化,7、滚珠丝杠与伺服电动机的联结,齿轮副 同步齿形带,33,现代制造装备及自动化,联轴节：挠性联轴节可消除丝杠与电机轴之间的同轴度 和垂直度误差 锥环摩擦联接：优点是不用制键槽，无反向间隙，轴与轮毂之间的位置可任意调节。摩擦联接还有一定的安全作用,34,现代制造装备及自动化,NC机床进给系统经常处于自动变向状态，反向时如果传动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会造成进给运动的反向运动滞后于指令信号，从而影响其驱动精度,刚性调整法是指调整之后齿侧间隙不能自动补偿的调整方法。它要求严格控制齿轮的齿厚及齿距公差，否则传动的灵活性将受到影响。但用这种方法调整的齿轮传动

12、有较好的传动刚度而且结构比较简单,柔性调整法是指调整之后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。在齿轮的齿厚和周节有差异的情况下，仍可始终保持无间隙啮合。但是影响其传动平稳性，而且这种调整法的结构比较复杂、传动刚度低,二、减速机构及齿轮消隙,35,现代制造装备及自动化,1、圆柱齿轮传动,1）偏心轴套调整法,电动机通过偏心轴套装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，就能方便的调整两啮合齿轮的中心距，消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙,特点：结构简单，但齿侧隙调整后不能自动补偿,36,现代制造装备及自动化,两个相同齿数的薄片齿轮与另一个宽齿轮啮合。两个薄片齿轮套装在一起，并可作相对回转。由于正向和反向旋转时，分别只有一片齿轮承受扭矩，因此承载能力受到了限制。在设计时必须计算弹簧的拉力，使它能够克服最大扭矩，否则将失去消除间隙的作用,2）双齿轮错齿式调整法,37,现代制造装备及自动化,垫片调整法： 宽齿轮同时与两个相同齿数的薄片齿轮相啮合，薄片齿轮经平键与轴连接，相互间无相对回转。斜齿轮1、2间加厚度为t的垫片。用螺母拧紧，使两齿轮1、2的螺旋线产生错位，其后两齿面分别与宽齿轮4的齿面贴紧消除间隙，垫片t的厚度和齿侧间隙的关系可由下式算出： 斜齿轮的螺旋角； 齿侧间隙； t垫片的厚度,2、斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除,38,现代制造装备及自动化,齿轮1、2相互啮合。在锥齿轮1的轴5上装有压簧3，用螺母