机械制造装备设计第2章-3b

1、第二章金属切削机床设计2.5进给传动系设计一、进给传动系设计应满足的基本要求三、电气伺服进给系统二、机械进给传动系的设计特点第二章金属切削机床设计2.5.1进给传动系设计应满足的基本要求进给传动系：完成进给或辅助运动。1、进给传动系的组成动力源：单独动力源或与主传动共用-便于联动变速机构：改变进给量大小，交换齿轮、滑移齿轮、齿轮离合器、机械无级变速、伺服电动机变速等运动分配机构：用来转换传动路线，常用离合器过载保险机构：过载时自动断开进给运动，不过载时自动接通，有牙嵌离合器、片式离合器等换向机构：进给电机换向或齿轮换向，多用后者运动转换机构和执行件：变换运动类型如齿轮齿条齿轮换向机构运动转换与执行机构第二章金属切削机床设计2.5.1进给传动系设计应满足的基本要求2、进给传动系设计应满足的基本要求具有足够的静刚度和动刚度；具有良好的快速响应性，不爬性；抗振性好；具有足够宽的调速范围；进给系统的传动精度和定位精度高；结构简单，加工和装配工艺性好。第二章金属切削机床设计2.5.2机械进给传动系的设计特点进给传动是恒扭矩传动：进给量与背吃刀量反向调整，切削力基本维持。

2、不变，进给力也基本维持不变进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速：恒扭矩传动，末端受力不变，末端转速越高，中间件受力越大第二章金属切削机床设计进给传动系“前疏后密”原则主轴：恒功率—速度高力就小，所以尽量往高速区靠拢。进给：恒扭矩，速度高，力一样，低速抗疲劳更好，所以往低速区靠拢。18=31X33X291410rpm电IIIIVIIIV浮动支撑但不滑移浮动支撑但不滑移原则：在满足性能要求条件下尽量简化结构。第二章金属切削机床设计进给传动的变速范围：Rn≦14，速度低、受力小，可用比主轴(8-10)更大的变速范围，为提高稳定性，末级常用大速降机构如：丝杠螺母、涡轮蜗杆第二章金属切削机床设计常采用传动间隙消除机构：主要是换向间隙的消除，采用齿轮间隙消除与丝杠螺母间隙消除机构齿轮间隙消除机构第二章金属切削机床设计快速空程传动的采用：缩短空程进给时间，设计快速空程传动，这时常用超越离合器、差动机构或电气伺服进给超越离合器第二章金属切削机床设计微量进给机构的采用机构型：蜗杆传动、丝杆螺母等，用于大于1μm的微量进给；物理特性型：磁致伸缩、弹性力传动、电致伸缩、热应力传动等，用。

3、于小于1μm的微量进给第二章金属切削机床设计2.5.3电气伺服进给系统1、电气伺服系统的分类电气伺服进给系统是数控装置与机床之间的联系环节：接收信号，按规定驱动工作台。分为：开环、闭环和半闭环系统。开环系统典型的开环系统采用步进电动机，其精度取决于步进电动机的步距角精度。这类系统的定位精度较低，但结构简单，调试方便，成本低。适用于精度要求不高的数控机床中。第二章金属切削机床设计闭环系统检测反馈装置有两类：用旋转变压器作为位置反馈，测速发电机作为速度反馈；用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。后者用的多。闭环控制的定位精度取决于检测装置的精度。其控制精度、动态性能都较好，但是较复杂，安装调试较麻烦，成本高，用于精密型的机床上。第二章金属切削机床设计半闭环系统半闭环控制是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移—不直接检测执行件的位移。半闭环的精度比闭环差，但系统稳定性好，且结构比较简单，调整容易，价格低。第二章金属切削机床设计2.5.3电气伺服进给系统2、电气伺服进给系统驱动部件分驱动与传动驱动：步进电动机、直流伺服电动机、交流。

4、伺服电动机等。传动：齿轮、滚珠丝杠螺母等。对进给驱动部件的基本要求调速范围宽，低速运行平稳，无爬行；快速响应性好—跟踪指令信号能力；抗负载振动能力强；可承受频繁启动、制动和反转；振动和噪声小，可靠性高，寿命长；调整维修方便。第二章金属切削机床设计进给驱动部件的类型和特点步进电动机简单、使用方便、成本低，用于精度不高场合。缺点是效率低，发热大，失步。直流伺服电动机有小惯量与大惯量之分，是交流伺服之前的主流。交流伺服电动机相同体积功率可比直流伺服高10-70%，价格仅直流伺服1/3。效率高、调速范围大、响应频率高。缺点是带动惯性负载能力差，需齿轮减速，多用于中小机床。发展：空心轴交流伺服电机—直联（丝杆安装于电机轴内），高刚度、高精度第二章金属切削机床设计直线伺服电动机第二章金属切削机床设计直线伺服电动机适应超高速加工需要而出现的新型电机直线驱动，可提高加减速能力10-20倍，提高速度3-4倍；直接驱动，减少摩擦，减小惯量、减少联接。刚度大、惯量小。存在问题：隔磁防磁、散热困难、成本高。第二章金属切削机床设计2.5.3电气伺服进给系统3、电气伺服进给传动。

5、系中的机械传动部件机械传动部件应满足的基本要求：采用低摩擦传动：静压导轨、滚动导轨、滚珠丝杆等；伺服系统和机械传动系匹配要合适；选择最佳降速比来降低惯量，最好采用直联传动方式；采用预紧办法提高整个系统的刚度；采用消除传动间隙的方法，减小反向死区误差,提高运动平稳性和定位精度。第二章金属切削机床设计机械传动部件设计对象：齿轮（或同步齿轮带）和丝杠螺母传动副。靠脉冲控制，要求动作灵敏、惯量低、定位精度好、无反向间隙等。最佳降速比的确定应使加速能力尽量大、系统惯量尽量小。设计量：电机最大转速、丝杠导程、工作台最大运行速度。u=𝑛𝑑𝑚𝑎𝑥𝐿𝑣𝑚𝑎𝑥第二章金属切削机床设计齿轮传动间隙的消除齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类。刚性调整法是调整后尺侧间隙不能自动进行补偿；柔性调整法是指调整后的尺侧间隙可以自动进行补偿。第二章金属切削机床设计滚珠丝杠及其支承滚珠丝杠结构特点：摩擦系数小，传动效率高。第二章金属切削机床设计支承：角接触球轴承或双向推力圆柱滚子轴承与滚针轴承的组合。前者一般用在中、小型数控机床，后者则用在轴向刚度高的场合。三种。

6、支承方式：一端固定，另一端自由；一端固定，另一端简支承；两端固定。第二章金属切削机床设计第二章金属切削机床设计丝杠的拉压刚度计算丝杠的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度，支承刚度和螺母刚度三部分组成。A—螺纹小径处截面积；E—材料弹性模量L1—螺母到固定端距离；L—两固定端距离一端固定时：两端固定时：第二章金属切削机床设计滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧同齿轮的传动副一样，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高螺母丝杠副的接触刚度。第二章金属切削机床设计滚珠丝杠的预拉伸滚珠丝杠常采用预拉伸的方式，以提高其拉压刚度和补偿丝杠的热变性。一方面：为保证最大载荷条件下仍受拉，所以预拉伸力比最大工作载荷大0.35倍；另一方面：热变形∆L1=𝑎𝐿∆𝑡其中：a-膨胀系数L-丝杆长度∆t-丝杆与床身温度差，一般2-3℃预拉伸量应大于热膨胀量。∆L=𝐹0𝐿𝐴𝐸第二章金属切削机床设计第二章金属切削机床设计2.6机床控制系统设计本节不讲第二章金属切削机床设计“进给传动系设计”思考题：进给传动系的设计特点。第二章金属切削机床设计“第二章金属切削机床设。

7、计”内容回顾：2.1概述机床设计应满足的基本要求机床模块化设计方法2.2金属切削机床设计的基本理论运动学原理发生线：母线、导线**发生线形成方法：**机床运动分类：直/回、非/成形、独立/复合*主运动、形状创成运动、进给运动*坐标系**运动功能式***运动原理图***运动功能分配**传动原理图第二章金属切削机床设计“第二章金属切削机床设计”内容回顾：精度刚度振动热变形*噪声低速平稳性*2.3金属切削机床总体设计机床系列型谱的制订*机床运动功能的设置总体结构方案设计机床主要参数的设计主参数与尺寸参数*运动参数：nmax、nmin、R、φ、Z**动力参数：主电机功率、进给电机功率**第二章金属切削机床设计“第二章金属切削机床设计”内容回顾：2.4主传动系设计主传动系设计应满足的基本要求主传动系分类与传动方式*分级变速主传动系设计转速图***结构式***变速范围与极限传动比***转速图设计一般原则：***设计转速图***特殊情况：多速电机驱动、交换齿轮、公用齿轮*扩大变速范围的方法：加组、背轮、双公比、分支传动**齿轮齿。

8、数的确定**计算转速***变速箱空间布置与计算：轴向固定、刚度第二章金属切削机床设计“第二章金属切削机床设计”内容回顾：无级变速主传动系无级变速装置的分类*无级变速主传动系设计原则*数控机床主传动系设计特点电机无级调速**驱动电机与主轴功率特性匹配设计***数控机床转速图设计***高速主轴部件标准化、模块化设计柔性化、复合化并联机床第二章金属切削机床设计“第二章金属切削机床设计”内容回顾：2.5进给传动系设计应满足的基本要求组成应满足的基本要求进给传动系设计特点恒扭矩**计算转速是最高转速**转速图前疏后密**变速范围*间隙消除快速空程微量进给第二章金属切削机床设计“第二章金属切削机床设计”内容回顾：电气伺服进给系统分类：开环、闭环、半开环*驱动部件：步进、直流伺服、交流伺服、直线电机*伺服进给系统的机械部件速降比齿轮传动间隙消除滚珠丝杠及其支承拉压刚度计算*滚珠丝杠间隙消除*滚珠丝杠的预拉伸*Theend!。