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縱向機(jī)床傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)
日期：2010年01月12 來(lái)源：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：機(jī)床
改造X62銑床三個(gè)進(jìn)給方向(X軸、Y軸、Z軸)，在改造中將這三個(gè)方向都改造成數(shù)控控制的進(jìn)給系統(tǒng)。根據(jù)上面的分析，決定將三個(gè)軸都改造成開(kāi)環(huán)控制的步進(jìn)機(jī)床電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。
改造過(guò)程中，首先將三相異步電動(dòng)機(jī)改成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，z軸、x軸、Y軸的絲杠改為滾珠絲杠副。搖臂鉆床步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間的傳動(dòng)采用齒輪一級(jí)傳動(dòng)式，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接時(shí)，盡量減少傳動(dòng)間隙。由于滾珠絲杠不能自鎖，需在升降臺(tái)Z軸裝一個(gè)超越離合器及制動(dòng)器，以防升降臺(tái)因重力下降。
以縱向部分改造為例，簡(jiǎn)單介紹改造思路。對(duì)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時(shí)，首先將原機(jī)床的絲杠拆掉換成滾珠絲杠；把原機(jī)床的舊電動(dòng)機(jī)更換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。機(jī)床由于原機(jī)床的軸承已經(jīng)嚴(yán)重磨損，精度達(dá)不到要求，也一起更換。
2．滾珠絲杠的選擇計(jì)算
傳動(dòng)系統(tǒng)的元件要能快速響應(yīng)，因此傳動(dòng)元件之間的摩擦阻力應(yīng)盡可能小。滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，且它的傳動(dòng)負(fù)載比梯形的滑動(dòng)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(dòng)元件在精密機(jī)床搖臂鉆床、數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)械工業(yè)、交通運(yùn)輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍，可用作精密定位、自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。
在對(duì)x62銑床的改造過(guò)程中，滾珠絲杠的選擇要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況及工作負(fù)載情況，計(jì)算出絲杠工作時(shí)的最大動(dòng)載荷及絲杠的工作壽命等參數(shù)進(jìn)行選擇，機(jī)床最大動(dòng)載荷必須小于絲杠的額定動(dòng)載荷。滾珠絲杠螺母副是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其規(guī)格型號(hào)都有按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
3．傳動(dòng)齒輪選擇及間隙調(diào)整
開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的齒輪完全暴露在外邊，而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的召輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過(guò)精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)內(nèi)，稱為閉式齒輪巾動(dòng)(齒輪箱)[刨�？紤]到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與機(jī)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(guò)齒輪傳動(dòng)，使該傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩加大，傳動(dòng)更加平穩(wěn)。閉式齒勻傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以多齒數(shù)為好，小召輪齒數(shù)可取Zl：20—40個(gè)齒。為了使各個(gè)相嚙合齒的相對(duì)磨損均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)取齒輪齒數(shù)Z1：24、Z：：24，齒輪模數(shù)m二2mm，機(jī)床齒輪傳動(dòng)效率吁；：0．98。
為了提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性，避免齒輪在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生沖擊和噪聲，對(duì)于縱向、橫向齒輪都需要設(shè)計(jì)中心距的調(diào)整機(jī)構(gòu)。由于主、從動(dòng)齒輪在制造過(guò)程中不可避免地存在著加工誤差，為使這一對(duì)相互嚙合的齒輪在安裝后的中心距達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中心距，采取如下措施：將主動(dòng)輪安裝在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軸上，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(dòng)偏心套(這時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連同主動(dòng)輪4一起轉(zhuǎn)動(dòng))，機(jī)床從而可以調(diào)整主、搖臂鉆床從動(dòng)輪之間的中心距。
4．滾動(dòng)軸承的選擇
傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性是檢測(cè)數(shù)控機(jī)床性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。改造后的機(jī)床在進(jìn)給速度方面會(huì)有一定的提高，如果支撐原件本身沒(méi)有好的剛性，那么將會(huì)影響加工的可靠性。軸承的剛度太高，則會(huì)造成物不盡其用，增加改造成本，太低會(huì)影響到絲杠的傳動(dòng)精度和壽命。
滾珠絲杠螺母副傳遞驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)其來(lái)回移動(dòng)，因此絲杠必須采用三點(diǎn)式支撐方式。原來(lái)的進(jìn)給箱已經(jīng)拆除，改造時(shí)在絲杠的一端裝減速齒輪，需設(shè)計(jì)一個(gè)軸承座，用來(lái)安裝深溝球軸承；在另一端需預(yù)留兩個(gè)軸承座的位置，安裝角接觸球軸承。
各方向傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，搖臂鉆床機(jī)床另一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，使絲杠軸向留有移動(dòng)的空間，這種安裝方式可以減少機(jī)床的振動(dòng)和傳動(dòng)的誤差，避免軸承卡死的情況發(fā)生，適用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠[引。固定端采用一對(duì)角接觸球軸承7602025TVP面對(duì)面組配，成對(duì)使用能限制兩個(gè)方向的軸向位移。浮動(dòng)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(jì)算
(1)伺服電動(dòng)機(jī)選擇要求。伺服電動(dòng)機(jī)的種類有很多，在經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控化改造中常選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件，機(jī)床通過(guò)控制輸入點(diǎn)脈沖的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序等實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)電脈沖越多，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按工作原理可分為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、搖臂鉆床永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。不同類型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其工作原理、驅(qū)動(dòng)裝置也不完全一樣。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是受數(shù)字脈沖信號(hào)控制，輸出角位移與輸入脈沖成正比；轉(zhuǎn)向可以通過(guò)改變定子繞組通電順序來(lái)改變；易于直接與微機(jī)的I／O接口相連。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格也較合適，所以在本設(shè)計(jì)中選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
選擇伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)考慮三個(gè)要求：
1)最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)電機(jī)床動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。
2)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配(匹配條件可根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)樣本。
3)快速移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。
(2)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算可以通過(guò)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算，具體的估算方法可以通過(guò)式(2—32)計(jì)算。
(5)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置選擇。搖臂鉆床步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器一般是由脈沖分配器、功率放大器組成。驅(qū)動(dòng)器將脈沖信號(hào)以及方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)循環(huán)供給電動(dòng)機(jī)各相繞組，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
對(duì)舊機(jī)床的數(shù)控化改造是屬于經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控化改造，驅(qū)動(dòng)元件是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，伺服系統(tǒng)選擇開(kāi)環(huán)控制方式。這類控制五位置反饋，工作的實(shí)質(zhì)是數(shù)字脈沖到角位移的轉(zhuǎn)換，也無(wú)需位置檢測(cè)元件實(shí)現(xiàn)定位，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，適用于本設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床。
根據(jù)以上所選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，選擇廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DY3B系列三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特點(diǎn)：
1)正弦波驅(qū)動(dòng)，數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)矢量細(xì)分，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)定位精度高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低。
2)用戶可設(shè)置十五種電動(dòng)機(jī)步距角(0．036‘-0．75‘)，應(yīng)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(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有過(guò)載、短路、過(guò)壓、過(guò)熱等完善的保護(hù)功能。
4)控制線路集成度高，可靠性好，搖臂鉆床機(jī)床整機(jī)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(fù)載情況靈活調(diào)節(jié)。
6)采用DC310V驅(qū)動(dòng)電壓，高速高轉(zhuǎn)矩輸出。
7)機(jī)外風(fēng)冷散熱設(shè)計(jì)，防護(hù)好。
DY3B一28驅(qū)動(dòng)器的保持轉(zhuǎn)矩及適配電動(dòng)機(jī)類型都和前面計(jì)算所選的電動(dòng)機(jī)型號(hào)相同。這樣就可以保證兼容性，且價(jià)格在同類產(chǎn)品中居中。機(jī)床因此，搖臂鉆床本改造設(shè)計(jì)選擇DY3B--28三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
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