金属切削机床戴曙第九章数控机床进给系统精品PPT课件

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
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）
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
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
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。
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
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
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。
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：
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。
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：来自一端轴向固定：最小拉压刚度Kk：
Kk
AE l1
10 6
Kk
4AE l
10
6
两端固定：最小拉压刚度产生在螺母处于中间位置。
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
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。
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.