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縱向機床傳動部分的改造設計

日期：2010年01月12　來源：沈陽第一機床廠　關(guān)鍵字：機床
    改造X62銑床三個進給方向(X軸、Y軸、Z軸)，在改造中將這三個方向都改造成數(shù)控控制的進給系統(tǒng)。根據(jù)上面的分析，決定將三個軸都改造成開環(huán)控制的步進機床電動機伺服系統(tǒng)。
    改造過程中，首先將三相異步電動機改成步進電動機，z軸、x軸、Y軸的絲杠改為滾珠絲杠副。搖臂鉆床步進電動機與絲杠之間的傳動采用齒輪一級傳動式，在設計步進電動機與絲杠的連接時，盡量減少傳動間隙。由于滾珠絲杠不能自鎖，需在升降臺Z軸裝一個超越離合器及制動器，以防升降臺因重力下降。
    以縱向部分改造為例，簡單介紹改造思路。對縱向進給機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)進行改造時，首先將原機床的絲杠拆掉換成滾珠絲杠；把原機床的舊電動機更換成步進電動機。機床由于原機床的軸承已經(jīng)嚴重磨損，精度達不到要求，也一起更換。
    2．滾珠絲杠的選擇計算
    傳動系統(tǒng)的元件要能快速響應，因此傳動元件之間的摩擦阻力應盡可能小。滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動裝置，且它的傳動負載比梯形的滑動絲杠要大得多，精度又高，平穩(wěn)性好，因此滾珠絲杠副作為精密、高效的傳動元件在精密機床搖臂鉆床、數(shù)控機床中得到廣泛應用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個領(lǐng)域應用得很普遍，可用作精密定位、自動控制、動力傳遞和運動轉(zhuǎn)換。
    在對x62銑床的改造過程中，滾珠絲杠的選擇要根據(jù)機床的實際情況及工作負載情況，計算出絲杠工作時的最大動載荷及絲杠的工作壽命等參數(shù)進行選擇，機床最大動載荷必須小于絲杠的額定動載荷。滾珠絲杠螺母副是標準化生產(chǎn)，其規(guī)格型號都有按國家標準。
    3．傳動齒輪選擇及間隙調(diào)整
    開式齒輪傳動的齒輪完全暴露在外邊，而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的召輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體(機匣)內(nèi)，稱為閉式齒輪巾動(齒輪箱)[刨�？紤]到電動機轉(zhuǎn)速與機床所需轉(zhuǎn)速差距不大，搖臂鉆床依次取兩齒輪的召數(shù)一致；而且通過齒輪傳動，使該傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩加大，傳動更加平穩(wěn)。閉式齒勻傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，以多齒數(shù)為好，小召輪齒數(shù)可取Zl：20—40個齒。為了使各個相嚙合齒的相對磨損均勻，傳動平穩(wěn)取齒輪齒數(shù)Z1：24、Z：：24，齒輪模數(shù)m二2mm，機床齒輪傳動效率吁；：0．98。
    為了提高傳動精度和傳動平穩(wěn)性，避免齒輪在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生沖擊和噪聲，對于縱向、橫向齒輪都需要設計中心距的調(diào)整機構(gòu)。由于主、從動齒輪在制造過程中不可避免地存在著加工誤差，為使這一對相互嚙合的齒輪在安裝后的中心距達到標準中心距，采取如下措施：將主動輪安裝在步進電動機的軸上，而步進電動機1的端部用螺釘與偏心套2聯(lián)接，偏心套2裝在箱體上，轉(zhuǎn)動偏心套(這時步進電動機連同主動輪4一起轉(zhuǎn)動)，機床從而可以調(diào)整主、搖臂鉆床從動輪之間的中心距。
    4．滾動軸承的選擇
    傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性是檢測數(shù)控機床性能的一項重要指標。改造后的機床在進給速度方面會有一定的提高，如果支撐原件本身沒有好的剛性，那么將會影響加工的可靠性。軸承的剛度太高，則會造成物不盡其用，增加改造成本，太低會影響到絲杠的傳動精度和壽命。
    滾珠絲杠螺母副傳遞驅(qū)動力矩，驅(qū)動其來回移動，因此絲杠必須采用三點式支撐方式。原來的進給箱已經(jīng)拆除，改造時在絲杠的一端裝減速齒輪，需設計一個軸承座，用來安裝深溝球軸承；在另一端需預留兩個軸承座的位置，安裝角接觸球軸承。
    各方向傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，搖臂鉆床機床另一端浮動的結(jié)構(gòu)形式，使絲杠軸向留有移動的空間，這種安裝方式可以減少機床的振動和傳動的誤差，避免軸承卡死的情況發(fā)生，適用于較長的臥式安裝絲杠[引。固定端采用一對角接觸球軸承7602025TVP面對面組配，成對使用能限制兩個方向的軸向位移。浮動端支承采用6205／P5型深溝球軸承，只承受絲杠的重力。
    5．伺服系統(tǒng)選擇計算
    (1)伺服電動機選擇要求。伺服電動機的種類有很多，在經(jīng)濟型的數(shù)控化改造中常選用步進電動機。步進電動機是將電脈沖控制信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件，機床通過控制輸入點脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序等實現(xiàn)單位時間內(nèi)通過電脈沖越多，電動機的轉(zhuǎn)速越高。
    步進電動機按工作原理可分為反應式步進電動機、電磁式步進電動機、搖臂鉆床永磁感應式步進電動機。不同類型的步進電動機，其工作原理、驅(qū)動裝置也不完全一樣。步進電動機是受數(shù)字脈沖信號控制，輸出角位移與輸入脈沖成正比；轉(zhuǎn)向可以通過改變定子繞組通電順序來改變；易于直接與微機的I／O接口相連。由于步進電動機的這些優(yōu)點，且價格也較合適，所以在本設計中選用反應式步進電動機。
    選擇伺服電動機應考慮三個要求：
    1)最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電機床動機的額定轉(zhuǎn)矩。
    2)電動機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量相匹配(匹配條件可根據(jù)伺服電動機樣本。
    3)快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電動機的最大轉(zhuǎn)矩。
    (2)負載轉(zhuǎn)動慣量計算。負載轉(zhuǎn)動慣量估算可以通過折算到步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量估算，具體的估算方法可以通過式(2—32)計算。
    (5)伺服電動機驅(qū)動裝置選擇。搖臂鉆床步進電動機的驅(qū)動器一般是由脈沖分配器、功率放大器組成。驅(qū)動器將脈沖信號以及方向信號按要求的配電方式自動循環(huán)供給電動機各相繞組，從而驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)動。
    對舊機床的數(shù)控化改造是屬于經(jīng)濟型機床數(shù)控化改造，驅(qū)動元件是步進電動機，伺服系統(tǒng)選擇開環(huán)控制方式。這類控制五位置反饋，工作的實質(zhì)是數(shù)字脈沖到角位移的轉(zhuǎn)換，也無需位置檢測元件實現(xiàn)定位，機構(gòu)簡單，易于控制，適用于本設計的數(shù)控機床。
    根據(jù)以上所選的步進電動機的各項參數(shù)，選擇廣州數(shù)控設備有限公司生產(chǎn)的DY3B系列三相混合式步進電動機驅(qū)動裝置，其特點：
    1)正弦波驅(qū)動，數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)矢量細分，電動機旋轉(zhuǎn)定位精度高、運行平穩(wěn)、噪聲低。
    2)用戶可設置十五種電動機步距角(0．036‘-0．75‘)，應用靈活、適合精密控制。
    3)選用三菱公司第四代智能模塊(1PM)，耐電壓沖擊力強，穩(wěn)定性好，具有過載、短路、過壓、過熱等完善的保護功能。
    4)控制線路集成度高，可靠性好，搖臂鉆床機床整機結(jié)構(gòu)緊湊、合理。
    5)具有外部電流可調(diào)功能，用戶可根據(jù)負載情況靈活調(diào)節(jié)。
    6)采用DC310V驅(qū)動電壓，高速高轉(zhuǎn)矩輸出。
    7)機外風冷散熱設計，防護好。
    DY3B一28驅(qū)動器的保持轉(zhuǎn)矩及適配電動機類型都和前面計算所選的電動機型號相同。這樣就可以保證兼容性，且價格在同類產(chǎn)品中居中。機床因此，搖臂鉆床本改造設計選擇DY3B--28三相混合式步進電動機驅(qū)動裝置。

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