数控机床及编程：5-3 进给传动机构.doc

PAGE PAGE 23 5.4 数控机床的进给传动系统 数控机床的进给传动系统是伺服系统的重要组成部分，它将伺服电机的旋转运动通过机械传动结构转化为执行部件的直线或回转运动。一个典型的数控机床闭环控制的进给系统。通常由位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分组成，而其中的机械传动装置是位置控制环中的一重要环节。这里所说的机械传动装置，包括减速机构、联轴节、滚珠丝杠螺母副、丝杠支承、导轨滑块副等机械环节。 为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，对机械传动装置提出如下要求。 5.4.1、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力 为了提高数控机床进给系统的快速响应性和运动精度，必须减小运动部件的摩擦阻力和动、静摩擦力之差。为满足上述要求，在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。在减小摩擦阻力的同时，还必须考虑传动部件要有适当的阻尼，以保证系统的稳定性。 2．减少运动惯量 运动部件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有影响，尤其是处于高速运转的零、部件，其惯量的影响更大。因此，在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小运动部件的质量、减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的惯量。 3．高的传动精度与定位精度 数控机床的进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用，对采用步进电动机驱动的开环控制系统尤其如此。因此，传动精度和定位精度是数控机床最重要，也是最具有该类机床特征的指标，无论对点位、直线控制系统，还是轮廓控制，该项精度都很重要。设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。由此可见，机床本身的精度，尤其伺服传动链和伺服执行机构的精度，是影响工作精度的主要因素。 4．宽的进给调速范围 伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等工况变化的需要，工作进给速度范围可达3-6000mm／min(调速范围1：2000)。为了完成精密定位，伺服系统的低速趋近速度达0.1mm／min；为了缩短辅助时间，提高加工效率，快速移动速度应高达15m／min。如此宽的调速范围是伺服系统设计的— 5．无间隙传动 进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差．它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 6．响应速度要快 所谓快速响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系统响应速度的快慢不仅影响机床的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高伺服进给系统的快速响应性。 7．稳定性好、寿命长 稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适当选择各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服系统设计的目标。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。为此，组成进给机构的各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理方法，对于滚珠丝杠及传动齿轮。必须具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式，以延长其寿命。 8．使用维护方便 数控机床属高精度自动控制机床。主要用于单件、中小批量、高精度及复杂的生产加工，因而进给系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用率。 5.4.2、电机与丝杠之间的联接 数控机床进给驱动对位置精度、快速响应特性、调速范围等有较高的要求。实现进给驱动的电机主要有四种：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机以及直线电机。数控机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。电机与丝杠间的联接主要有三种形式，如图3-5所示。 1．带有齿轮传动的进给运动 如图5-5a），所示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）的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；另一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。 由于齿