数控机床进给传动系统

数控机床进给传动系统一．进给传动体系图纵向和横向进给传动体系图二．体系图的重要构造和功用电念头：1. 步进电念头步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。

步进电念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。

当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。

又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。

当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。

是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。

在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。

步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。

与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。

2. 直流伺服电念头因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。

直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。

然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。

起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。

如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。

在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型：（1）小惯量直流电念头。

重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。

以此表示为转子的迁移转变惯量小，仅为通俗直流电念头的1/10阁下。

是以，响应特别快，机电时光常数可以小于10 ms，与通俗直流电念头比拟，转矩与惯量之比要大年夜出40~50倍。

且调速范围大年夜，运转安稳，实用于频繁起动与制动，请求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。

但因为其过载才能低，并且电念头的自身惯量比机床响应活动部件的惯量小，是以应用时都要经由一对中心齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地应用。

（2）大年夜惯量直流电念头。

又称宽调速直流电念头，是在小惯量电念头的基本上成长起来的。

在构造上和惯例的直流电念头类似，其工作道理雷同。

当电枢线圈经由过程直流电流时，就会在定子磁场的感化下，产生带动负载扭转的电转矩。

小惯量电念头是从减小电念头迁移转变转量来进步电念头的快速性，而大年夜惯量电念头则是在保持一般直流电念头迁移转变惯量的前提下，尽量进步转矩的办法来改良其动态特点。

它既具有一般直流电念头便于调速、机械特点较好的长处，又具有小惯量直流电念头的快速响应机能。

是以，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大年夜。

这种电念头的转子具有较大年夜的惯量，轻易与机床匹配。

可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉落了减速机构，故可使机床构造简单，即避免了齿轮等传念头构产生的噪声和振动，又进步了加工精度。

2）低速机能好。

这种电念头低速时输出转矩大年夜，能知够数控机床经常在低速进给时进给量大年夜、转矩输出大年夜的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下安稳运转。

3）过载才能强、动态响应好。

因为大年夜惯量直流电念头的转子有槽，热容量大年夜，同时采取了冷却办法后，进步了散热才能。

是以可以过载运行30分钟。

别的，电念头的定子采取矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电念头过载10倍而不会去磁，这就明显地进步了电念头的刹时加快力矩，改良了动态响应，加减速特点好。

4）调速范围宽。

这种电念头机械特点和调速特点的线性度好，所以调速范围宽而运转安稳。

一般调速范围可达1∶10000以上。

大年夜惯量直流电念头尽管有上述长处，但仍有不如其它驱动元件的处所，如运行调剂不如步进电念头简便；快速响应机能不如小惯量电念头。

这种驱动体系可直接接有高精度检测元件，如一些测量转速和转角等检测元件，实现半闭坏、闭环伺服体系的准肯定位。

3. 交换伺服电念头尽管直流伺服电念头具有优良的调速机能，但直流电念头存在着弗成避免的缺点：它的电刷和换向器易磨损，需经常保护；别的换向时易产生火花，使电机的最高转速受到限制，也使应用情况受到限制。

并且，直流电念头构造复杂，制造成本高。

跟着大年夜范围集成电路、计算机控制技巧及现代控制理论的成长与应用，80年代交换伺服驱动技巧取得了冲破性地进展，使得交换伺服电念头具备了调速范围宽、稳速、精度高、动态响应快以及其它优胜的技巧机能。

交换电念头转子惯量较直流电念头小，动态响应更好，在一般同样体积下，交换电念头的输出功率可比直流电念头进步10%~70%，是以交换电念头可选得大年夜一些，以达到更高的电压与转速。

交换伺服电念头采取了全封闭无刷构造，不须要按期检查与维修定子，省去了锻造件壳体，比直流电念头在外形尺寸上削减了50%，重量减轻近60%，转子惯量减至20%。

定子铁芯较一般电念头开槽多且深，绝缘靠得住，磁场平均。

还可对定子铁芯直接冷却，散热后果好。

因而传给机械部分的热量少，进步了全部体系的靠得住性。

转子采取具有周详磁极外形的永远磁铁，可获得高的转矩/惯量比。

是以交换伺服电念头可获得比直流伺服电念头更硬的机械机能和宽的调速范围，交换伺服以其高的机能、大年夜容量获得了广泛地应用。

交换伺服电念头进步机能的关键在于解决对交换电念头的调速控制与驱动。

对交换伺服电念头的调速，今朝用得较多的是计算机对交换电念头磁场作矢量变换控制，其基来源基本理是把交换电念优等效为直流电念头，从而使交换电念头像直流电念头一样进行有效地控制。

数控进给传动构造：在数控机床进给驱动体系中常用的机械传动装配重要有：滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆-蜗母条、预加载荷双齿轮-齿条及双导程蜗杆等。

1. 滚珠丝杠螺母副传动为了进步数控机床进给体系的快速响应机能和活动精度，必须削减活动件的摩擦阻力和动静摩擦力之差。

为此，在中小型数控机床中，滚珠丝杠螺母副是采取最广泛的构造。

(1）滚珠丝杠副的工作道理。

滚珠丝杠副是反转展转活动与直线活动互相转换的新型传动装配，是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。

其构造道理示意如图，图中丝杠和螺母上都加工有弧形螺旋槽，将它们套装在一路时，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成了螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。

当丝杠相对于螺母扭转时，滚珠则既自转又沿着滚道流动。

为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的滚道两端用返回装配（又称回珠器）连接起来，使滚珠滚动数圈后分开滚道，经由过程返回装配返回其进口持续参加工作，如斯来去轮回滚动。

（2）滚珠丝杠副的特点。

由以上滚珠丝杠螺母副传动的工作过程，可以明显看出滚动丝杠副的丝杠与螺母之间是经由过程滚珠来传递活动的，使之成为滚动摩擦，这是滚珠丝杠差别于通俗滑动丝杠的关键地点，其特点重要有以下几点：1）传动效力高。

滚珠丝杠副的传动效力高达95%~98%，是通俗梯形丝杠的3~4倍，功率消费削减2/3~3/4.2）灵敏度高、传动安稳。

因为是滚动摩擦，动静摩擦系数相差极小。

是以低速不易爬行，高速传动安稳。

3）定位精度高、传动刚度高。

用多种办法可以清除丝杠螺母的轴向间隙，使反向无空行程，定位精度高，恰当预紧后，还可以进步轴向刚度。

4）不克不及自锁、有可逆性。

即能将扭转活动转换成直线活动，也能将直线活动转换成扭转活动。

是以丝杠在垂直状况应用时，应增长制动装配或均衡块。

5）制造成本高。

滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度及外面粗拙度等请求高，制造工艺较复杂，成本高。

（3）滚珠丝杠副的轮回方法。

常用的轮回方法有两种：滚珠在轮回反向过程中，与丝杠滚道离开接触的称为外轮回；而在全部轮回过程中，滚珠始终与丝杠各外面保持接触的称为内轮回。

外轮回回流方法内轮回回流方法1）、外轮回外轮回是滚珠在轮回过程停止后经由过程螺母外表的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间从新进入轮回。

如图3-7所示，外轮回滚珠丝杠螺母副按滚珠轮回时的返回方法重要有端盖式、插管埋入式、插管凸起式和螺旋槽式。

如图3-7（a）所示为端盖式。

在螺母末尾加工出以纵向孔，作为滚珠的回程管道，螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成轮回。

如图3-7（b）所示为插管式。

它用弯管作为返回管道，在螺母外圆上装有螺旋形的插管口，其两端接入滚珠螺母工作始末两端孔中，以引导滚珠经由过程插管，形成滚珠的多圈轮回链。

这种情势构造简单，工艺性好，承载才能较高，但径向尺寸较大年夜。

今朝应用最为广泛，也可用于重载传动体系中。

如图3-7（c）所示为螺旋槽式。

它在螺母的外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹管道相切，形成返回通道，这种构造径向尺寸较小，但制造较复杂。

2）、内轮回如图3-8所示为内轮回滚珠丝杠。

内轮回均采取反向器实现滚珠轮回，它靠螺母上安装的反向器接通相邻两滚道，形成一个闭合的轮回回路，使滚珠成单圈轮回。

反向器2的数量与滚珠圈数相等，一般有2—4个，且沿圆周等疏分布。

这种类型的构造紧凑，刚度好，滚珠流畅性好，摩擦损掉小效力高；实用于高灵敏、高精度的进给体系，不宜用于重载传动，且制造较艰苦。

反向器有两种类型：圆柱凸键反向器和扁圆镶块反向器。

如图3-8（a）所示为圆柱凸键反向器，他的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。

反向槽靠圆柱外圆面及其上端的圆键定位，以包管对准螺纹滚道偏向。

如图3-8（b）所示为扁圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽，用镶块的外轮廓定位。

两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。

但这种反向器的外轮廓和螺母上的切槽尺寸精度请求较高。

滚珠丝杠的螺旋滚道型面螺旋滚道型面（即滚道法向截形）的外形有多种，常见的截形有单圆弧型面和双圆弧型面两种。

如图3-9所示为螺旋滚道型面的简图，图中钢球与滚道外面在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂线间的夹角称为接触角α，幻想接触角α=45°。

•（4）滚珠丝杠副轴向间隙调剂和预紧办法滚珠丝杠副的轴向间隙，是指负载时滚珠与滚道型面接触的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和，它直接影响其传动刚度和精度。

（5）滚珠丝杠副的应用防护。

滚珠丝杠副和其它滚动摩擦的传动元件一样，如有硬质的尘土或切屑等脏物落进滚道，就会妨碍滚珠的运转并加快磨损，是以有效地防护密封和保持润滑油的干净就显得十分须要。