現(xiàn)代制造裝備及自動化

現(xiàn)代制造裝備及自動化第五章進給傳動系統(tǒng)設計5.1進給傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求5.2機械進給傳動系統(tǒng)的設計特點5.3電氣伺服進給系統(tǒng)5.4伺服電動機25.1進給傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求一、進給傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求1、進給傳動系統(tǒng)的組成動力源變速機構換向機構運動分配機構過載保險機構運動轉換機構執(zhí)行件35.1進給傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求一、進給傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求2、進給傳動系統(tǒng)應滿足的基本要求具有足夠的靜剛度和動剛度；具有良好的快速響應性，做低速進給運動或微量進給時不爬行，運動平穩(wěn)，靈敏度高；抗振性好，不會因摩擦自振而引起傳動件的抖動或齒輪傳動的沖擊噪聲；具有足夠寬的調(diào)速范圍；傳動精度和定位精度要高；結構簡單，加工和裝配工藝性好。45.2機械進給傳動系統(tǒng)設計的特點因為進給系統(tǒng)是恒扭矩傳動，所以在各種進給速度下，末端輸出軸上受的扭矩是相同的。進給傳動件中各傳動件所受的扭矩為一、進給傳動是恒扭矩傳動二、進給傳動系統(tǒng)中各傳動件的計算轉速是其最高轉速Ti——第I個傳動件承受的扭矩；N末、ni——末端輸出軸和第i軸的轉速；Ui——第i個傳動件傳至末端輸出軸的傳動比。5三、進給傳動的變速范圍進給傳動系統(tǒng)速度低，受力小，消耗功率小，齒輪模數(shù)小，因此進給傳動變速組的變速范圍可取比主變速組較大的值。極限傳動比：傳動組的最大變速范圍：6四、進給傳動系統(tǒng)采用傳動間隙消除機構手動微量進給機構：主要用于調(diào)整精密機床的一些部件，坐標鏜床的工作臺和主軸箱。五、快速空行程的采用六、微量進給機構的采用自動微量進給機構：采用各種驅動元件使進給自主地進行。7最小進給量大于1μm的機構：蝸桿傳動、絲杠螺母、齒輪齒條等。七、微量進給機構的采用彈性力傳動：利用彈性元件的彎曲變形或彈性桿件的拉壓變形實現(xiàn)微量進給。磁致伸縮傳動：靠改變軟磁材料（如鐵鈷合金、鐵鋁合金等）的磁化狀態(tài)，使其尺寸和形狀產(chǎn)生變化。電致伸縮：壓電晶體的逆效應，將電能轉換為機械能以實現(xiàn)微量進給。熱應力傳動：利用金屬桿件的熱伸長驅使執(zhí)行件運動。最小進給量小于1μm的機構：85.3電氣伺服進給系統(tǒng)NC機床進給傳動屬伺服進給傳動。伺服（servo）——迅速而又準確的跟蹤控制指令，保證機床工作臺或刀架能正確定位或保證刀具和工件間有嚴格的運動關系。一、進給系統(tǒng)特點NC機床的進給傳動應滿足：調(diào)速范圍大;傳動精度高;動態(tài)響應快;穩(wěn)定性好。9根據(jù)要求，應具備以下特點：①機械傳動機構簡單：傳動精度高，動態(tài)響應速度快→快速跟蹤指令；電動機→絲杠電動機→齒輪→絲杠②傳動→滾動絲桿；工作臺部件→滾動導軌，貼塑導軌；③消除系統(tǒng)傳動元件的間隙；④傳動機構有足夠剛度→為避免爬行。10二、伺服進給系統(tǒng)的控制方式開環(huán)半閉環(huán)閉環(huán)11NC機床半閉環(huán)進給系統(tǒng)的三種形式如下：12三、進給系統(tǒng)驅動部件步進電動機;直流伺服電動機;交流伺服電動機;直線伺服電動機。13三、進給系統(tǒng)驅動部件1、步進電動機工作原理：磁力線力圖走磁阻最小的路徑。1415步進電動機的特點：1、脈沖控制；2、改變定子繞組的通電順序，轉子的旋轉方向將隨之改變。3、定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉子的轉速越高。4、只要維持控制繞組電流不變，不需要機械制動裝置。5、步距角與定子繞組的相數(shù)M，轉子齒數(shù)Z，通電方式K有關，K：三相三拍取1，三相三拍取2。161）感應式直線電動機原理2、直線電動機172）直線電動機進給驅動的主要優(yōu)點：速度高。最大進給速度可達80～180m／min。加速度大?？筛哌_2g～l0g。定位精度高。定位精度高達0．1～0．01μm。行程不受限制。183)直線電動機的類型以直流直線電動機、交流永磁(同步)直線電動機、交流感應(異步)直線電動機組成的高速進給系統(tǒng)應用較多。①直流直線電動機19②交流永磁直線電動機20四、滾珠絲杠及其支承1、特點：1）摩擦損失小，傳動效率高達85～95％，是普通滑動絲杠副的2～4倍；2）運動靈敏，低速時無爬行；3）具有傳動的可逆性；∵不自鎖∴升降運動，必須有制動裝置。4）軸向剛度高，反向定位精度高；∵可消除反向間隙并施加預載。5）使用期限長；6）工藝復雜，專門工廠制造。212、滾珠絲杠的工作原理按回珠方式，分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。滾珠在循環(huán)中，始終與絲杠接觸。流暢性好，一個循環(huán)中只有一圈滾珠，滾珠少，回程短。螺母徑向尺寸小，軸向剛度好，但不能用于多頭螺紋傳動。滾珠每一個循環(huán)稱為一列。內(nèi)循環(huán)常有三列（互成120度）四列（互成90度）內(nèi)循環(huán)特點：22外循環(huán)：每一列鋼珠轉幾圈后經(jīng)插管式回珠器返回，插管式回珠器位于螺母之外,滾珠在循環(huán)中，與絲杠脫離接觸.缺點：螺母體積較大;優(yōu)點：回珠器制造簡單。2324雙螺母法：a）左右螺母向兩頭撐開b）向中間擠緊

3、滾珠絲杠副的消除間隙和預加載荷。將左右螺母裝在一個共同的螺母體內(nèi)→一個整體，與絲杠間處于無間隙或過盈狀態(tài)以提高接觸剛度。25消除間隙和預加載荷的方法；（改變兩螺母的間距）墊片式：齒差式：兩螺母同向轉一個齒，則兩螺母的相對軸向位移為：這種調(diào)整方式，精確可靠，定位精度高，結構復雜，用于要求較高的地方。絲杠導程26預緊原則：使不受力側的螺母接觸變形為零的外載荷F≈3F。因此，滾珠絲杠的預加載荷F?！?/3F，預緊后的剛度提高為無預緊時的2倍。但預緊過大→F。↑→壽命↓→摩擦力矩加大。274、滾珠絲杠的計算：（自學）疲勞強度計算；剛度計算；壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速。285、滾珠絲杠的支承方式三種：a）為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。b）為一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝絲杠。c)為兩端固定，常用于長絲杠或高轉速、要求高精度、高剛度的地方。這種方式還可以預拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點顯著，但工藝上比較困難．29滾珠絲杠用滾動軸承：1）接觸角為60?的推力角接觸球軸承背靠背面對面302）滾針--推力圓柱滾子組合軸承多用于重載、要求剛度高的地方。x316、滾珠絲杠的預拉伸制造時：目標行程＝公稱行程－預拉伸量（行程補償量）拉伸后恢復公稱行程值。工作時發(fā)熱→熱膨脹→導程加大→影響定位精度。解決辦法：預拉伸量>熱膨脹量，發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分預拉伸量，使絲杠內(nèi)應力下降，長度不變。32x337、滾珠絲杠與伺服電動機的聯(lián)結齒輪副同步齒形帶34聯(lián)軸節(jié)：撓性聯(lián)軸節(jié)——可消除絲杠與電機軸之間的同軸度和垂直度誤差錐環(huán)摩擦聯(lián)接：優(yōu)點是不用制鍵槽，無反向間隙，軸與輪轂之間的位置可任意調(diào)節(jié)。摩擦聯(lián)接還有一定的安全作用。35NC機床進給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，反向時如果傳動鏈中的齒輪等傳動副存在間隙，就會造成進給運動的反向運動滯后于指令信號，從而影響其驅動精度。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒側間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整方法。它要求嚴格控制齒輪的齒厚及齒距公差，否則傳動的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動有較好的傳動剛度．而且結構比較簡單。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒側間隙可以自動補償?shù)恼{(diào)整方法。在齒輪的齒厚和周節(jié)有差異的情況下，仍可始終保持無間隙嚙合。但是影響其傳動平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結構比較復雜、傳動剛度低。二、減速機構及齒輪消隙361、圓柱齒輪傳動1）偏心軸套調(diào)整法電動機通過偏心軸套裝到殼體上，通過轉動偏心軸套的轉角，就能方便的調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，消除了圓柱齒輪正、反轉時的齒側隙。特點：結構簡單，但齒側隙調(diào)整后不能自動補償37兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個寬齒輪嚙合。兩個薄片齒輪套裝在一起，并可作相對回轉。由于正向和反向旋轉時，分別只有一片齒輪承受扭矩，因此承載能力受到了限制。在設計時必須計算彈簧的拉力，使它能夠克服最大扭矩，否則將失去消除間隙的作用。2）雙齒輪錯齒式調(diào)整法38墊片調(diào)整法：寬齒輪同時與兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪相嚙合，薄片齒輪經(jīng)平鍵與軸連接，相互間無相對回轉。斜齒輪1、2間加厚度為t的墊片。用螺母擰緊，使兩齒輪1、2的螺旋線產(chǎn)生錯位，其后兩齒面分別與寬齒輪4的齒面貼緊消除間隙，墊片t的厚度和齒側間隙Δ的關系可由下式算出：

β——斜齒輪的螺旋角；Δ——齒側間隙；t——墊片的厚度。2、斜齒圓柱齒輪傳動間隙的消除39齒輪1、2相互嚙合。在錐