金属切削机床戴曙第九章数控机床进给系统精品PPT课件

目前常用的双螺母预紧结构形式有以下三种。 1) 用锁紧螺母预紧
图5.15 螺纹调间隙式滚珠丝杠螺母副 1—圆螺母 2—锁紧螺母
2) 修磨垫片调间隙
图5.16 垫片调隙式滚珠丝杠螺母副
3) 齿差式调整
图5.17 齿差调隙式滚珠丝杠螺母副 1、5—螺母 2—滚珠 3—套筒 4—丝杠 6—内齿圈
三、滚珠丝杠的计算：
方法：
1）制造时进行预拉伸，使目标行程=公称行程-预拉 伸量。
2）装配时进行预拉伸，使其恢复公称行程值。 3）热膨胀之后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，丝
杠内应力下降，但长度没变。
图9-9是丝杠预拉伸的一种结构图。 具体的方法是把套4换一个比原来略厚的套。 预拉伸量的计算：例９-１。 预拉伸力的计算：例９-２.
第九章 数控机床进给系统
第一节 运动设计 第二节 滚珠丝杠及其支承 第三节 伺服电动机 第四节 半闭环伺服系统 第五节 半闭环进给系统的精度 第六节 计算举例
第一节 运动设计
▪数控机床进给传动系统要求
❖1）提高传动精度和刚度 ❖2）减少各运动零件的惯量 ❖3）减少运动件的摩擦阻力 ❖4）响应速度快 ❖5）较强的过载能力 ❖6）稳定性好，寿命长 ❖7）使用维护方便
爬行； 3、可消除反向间隙并可施加预载； 4、由专门厂制造，可以外购。
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部分组成。按照滚珠 的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内循环方式和外循环方式两大类（见图512）。
图5.12 滚珠丝杠螺母副的循环方式
滚球丝杠的工作原理 1、按回珠方式分：图9-4。 内循环：回珠器位于螺母之内。 外循环：回珠器位于螺母之外。 2、按用途分： 定位滚珠丝杠副（P类） 传动滚珠丝杠副（T类）
精度等级：1、2、3、4、5、7、10七个等级。 数控机床进给系统用P1、P2表示。
二、滚珠丝杠副的消除间隙和预加载荷
1、消除间隙方法： 1）双螺母法：图9-5所示。左、右螺母接触
方向相反。
2）垫片式：图9-6a、b）所示。使垫片厚度 比零间隙时增厚或减薄。
3）齿差式：图9-6c）所示。
So=Ph/（Z1×Z2） ２、预紧载荷： Fo≥1/3×F
一、直流伺服电动机的半闭环伺服系统的组成
直流伺服电动机的基本性能：速度大小决定 输入的电压，负载转矩大小决定输入的电流。
二、用直流伺服电动机的半闭环伺服系统的 原理：图9-14所示。
分析 ： 1、位置偏差越大，要求伺服电动机的转速越
一、数控机床半闭环进给系统：所示。
二、 设计参数： 齿轮传动副3的传动比i 丝杆4的导程Ph(mm) 工作台最高速度Vman(m／min) 丝杆最高转速nman(m/min) 伺服电机最高转速nmman(r/min)
n man
1000 v man ph
i n man n mman
反馈装置有两种： （1）用旋转变压器作为位置反馈；用测速发
套４增加的厚度等于预拉伸量。
预拉伸力可按材料力学公式计算。
六、滚珠丝杠与伺服电动机的联接
联接方式： 1、齿轮副或同步齿形带；2、联轴节，图9-10所示。
柔性联轴节
锥环联接
两轴套的联接靠柔 性片４； 轴与轴套的联接靠 锥环３、４.
第三节 伺服电动机
一、伺服电动机特性 图9-11是FB-15型直流伺服电动机特性。
电机作为速度反馈。 （2）用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。 脉冲当量（增量或分辨率）：每一个脉冲所
对应的执行件移距。 设脉冲当量为ａ(mm/脉冲当量)，伺服电动 机每转一转，反馈装置应发出的脉冲数b为：
b＝(Ph／a)i
第二节 滚珠丝杆及其支承
一、滚珠丝杆的工作原理 特点： 1、传动效率高，但不能自锁； 2、静、动摩托车撺系数没有什么区别，可防
杆稳定性和临界转速计算：
受压丝杠应验算其稳定性，高速旋转长丝杠应 验算其临界转速。
四、滚珠丝杠的支承 1、滚珠丝杠常见的支承方式：图9-7所示。 1）一端轴向固定，一端自由； 2）一端轴向固定，一端简支； 3）两端固定。
(a)一端装推力轴承 (c)两端装推力轴承
(b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承 (d)两端装推力轴承及深沟球轴承
连续工作区：
1）用于长期工作； 2）基本上是恒转矩输出； 3）最大输出转矩为额定转矩。
加减速区和断续工作区
1）用于短期工作； 2）电动机在低速下提供的转矩远大于额定转
矩，是伺服电动机的最大转矩。
二、选择伺服电动机的三个指标
伺服电动机生参数是功率（KW），但不按 功率选择型号。
1）最大切削负载转矩不得超过电动机额定转矩； 即：TL≤T额定
1、疲劳强度计算：
计算当量动载荷Cm→确定额定载荷 Ca→选择滚珠丝杠规格尺寸。 2、刚度计算：
滚珠丝杠接触刚度：查样本或由样本 提供公式计算。不是定值，随载荷增加而 增加。
滚珠丝杠拉压刚度：
一端轴向固定：最小拉压刚度Kk：
Kk
AE l1
10 6
Kk
4AE l
10
6
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两端固定：最小拉压刚度产生在螺母处于中间位置。
求电动机最大切削负载转矩：
2）电动机转子惯量JM应与负载惯量JL匹配；
根据牛顿第二定理： Ta J Q
分析：A、若希望角加速度变化小，在加速转矩基本 不变条件下，那么应使系统转动惯量小；
B、因为J=JM+JL ，负载惯量JL不是一个定值， 若希望J变化小，那么最好JL所占的比例小，这就
是惯量匹配。
匹配的条件为：
3）快移时的加速性能：
根据额定转矩和惯量匹配条件，就可以选择 电动机型号，然后从样本上查出电动机的 最大输出转矩Tman机械常数Tm .
T man
J
Q
J
2
n man
60 t a
ta
J
2 60
n man T man
ta (3 ~ 4)tM
第四节 半闭环伺服系统
数控机床曲线加工，如图9-12所示。 直线段长短除取决于曲线形状和进给速度 外，不取决于插补时间。
图5.13 滚珠丝杠在机床上的支承形式
2、目前用得较多的轴承种类：图9-8所示。 1）接触角为60°的推力角接触球轴承； 2）滚针—推力圆柱滚子组合轴承。
简支端常用深沟球轴承，不用预紧。
背靠背
面对面
一对同向
右边一对同向与 左边一个面对面
五、滚珠丝杠的预拉伸
预拉伸的目的：是为了补偿热膨胀。预拉伸
量略大于热膨胀量。