进给传动系设计分析.pptx
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1、3.5进给传动系设计进给传动系设计一、进给传动系设计应满足的一、进给传动系设计应满足的基本要求基本要求(一一)进进给给传传动动系系的的组组成成(动动力力源源、变变速速机机构构、换换向向机机构构、运运动动分分配配机机构构、过载保险机构和运动转换机构)过载保险机构和运动转换机构)1、动力源、动力源单单独独使使用用电电动动机机,缩缩短短传传动动链链,实现几个方向进给和自动化。实现几个方向进给和自动化。与主传动共用动力源,保证与主传动共用动力源,保证主传动与进给运动之间的严格传动比。主传动与进给运动之间的严格传动比。2、变变速速机机构构:改改变变进进给给量量大大小小。其其方方式式有有:齿齿轮轮变变速速
2、,机机械械无无级级变变速速,伺服电机变速伺服电机变速。3、换向机构、换向机构:电电机机换换向向,换换向向方方便便,换换向向次次数不能频繁数不能频繁齿齿轮轮换换向向,换换向向可可靠靠,广广泛泛用用于机床于机床4、运运动动分分配配机机构构:转转换换传传动动路路线,常采用线,常采用离合器离合器。5、过过载载保保险险机机构构:过过载载时时自自动动断断开开进进给给运运动动,过过载载排排除除后后自自动动接接通通。常常用用牙牙嵌嵌离离合合器器,片片式式安安全全离离合器合器,脱落蜗杆。,脱落蜗杆。6、运运动动转转换换机机构构:转转换换运运动动类类型型(回回转转运运动动变变直直线线运运动动),齿齿轮轮齿条,蜗轮
3、蜗杆,丝杠螺母。齿条,蜗轮蜗杆,丝杠螺母。(二二)进进给给传传动动系系设设计计应应满满足足的的基基本要求本要求1、足够的静刚度和动刚度。、足够的静刚度和动刚度。2、良良好好的的快快速速响响应应性性,低低速速微微量量进进给给不不爬爬行行,运运动动平平稳稳,灵灵敏敏度度高。高。3、抗抗振振性性好好,不不会会因因摩摩擦擦自自振振而而引引起起传传动动件件的的抖抖动动或或齿齿轮轮传传动动冲冲击。击。4、足足够够的的调调速速范范围围:保保证证实实现现所所要要求求的的进进给给量量,适适应应不不同同材材料料,不不同同刀刀具具,不不同同零零件件要要求求的的加加工工,传递较大扭矩。传递较大扭矩。5、传动精度、定位
4、精度要高。、传动精度、定位精度要高。6、结结构构简简单单,加加工工、装装配配工工艺艺性性好好,调调整整维维修修方方便便,操操纵纵轻轻便便灵灵活。活。二、机械进给传动系的设计特点二、机械进给传动系的设计特点分类分类1、进给传动是恒扭矩传动、进给传动是恒扭矩传动切切削削加加工工中中,进进给给量量大大时时,背背吃吃刀刀量量小小;背背吃吃刀刀量量大大时时,进进给给量量小小。故故切切削削力力大大致致相相同同,进进给给力力是是切切削削力力在在进进给给方方向向的的分分力力,也也大大致致相相同同。所所以以驱驱动动进进给给运运动动的的传传动动件件是是恒恒扭扭矩矩传传动。动。2、进进给给传传动动系系中中各各传传动
5、动件件的的计计算转速是其最高转速算转速是其最高转速因因进进给给系系统统是是恒恒扭扭矩矩传传动动,在在各各种种进进给给速速度度下下,末末端端输输出出轴轴上上受受的的扭扭矩矩是是相相同同的的,设设为为T末末。故故各各传传动动件(包括轴和齿轮)受的扭矩为:件(包括轴和齿轮)受的扭矩为:Ti=T末末n末末/ni=T末末ui(3-21)式中:式中:Ti第第i个传动件受的扭矩个传动件受的扭矩n末末、ni末末端端输输出出轴轴和和i轴轴的的转转速速ui第第i个传动件传至输出轴个传动件传至输出轴的传动的传动ui()Ti=T末末n末末/ni=T末末ui由由上上式式知知:ui越越大大,传传动动件件承承受受的的扭扭矩
6、矩越越大大。在在进进给给传传动动系系的的最最大大升升速速链链中中,各各传传动动件件至至末末端端输输出出轴轴的的传传动动比比最最大大,承承受受的的扭扭矩矩也也最最大大。故故各各传动件的计算转速是其最大转速。传动件的计算转速是其最大转速。例:图例:图3-39升降台铣床进给系统的转速图升降台铣床进给系统的转速图由由电电动动机机经经332齿齿轮轮变变速速系系,然然后后通通过过1:1的的定定比比传传动动到到主主轴轴V可可得得到到9450r/min的的18种种进进给给速速度度,主主轴轴的的计计算算转转速速为为其其nmax=450r/min,其其余余各各轴轴的的计计算算转转速速在在其其最最高高升升速传动路线
7、上,如图速传动路线上,如图3-39示示3、进进给给传传动动的的转转速速图图为为前前疏疏后后密结构密结构传传动动件件至至末末端端输输出出轴轴的的传传动动比比越越大大,传传动动件件承承受受的的扭扭矩矩越越大大,进进给给传传动动系系转转速速图图的的设设计计刚刚好好与与主主传传动动系系相相反反,是是“前前疏疏后后密密”,即即采采用用扩扩大大顺顺序序与与传传动动顺顺序序不不一一致致的的结结构构,如如Z=16=28242221。这这样样可可使使进进给给系系内内更更多多的的传传动动件件至至末末端端输输出出轴轴的的传传动动比比较较小小,承承受受的的扭扭矩矩也也较较小小,从而减小各中间轴和传动件尺寸。从而减小各
8、中间轴和传动件尺寸。4、进给传动的变速范围、进给传动的变速范围进进给给传传动动系系速速度度低低,受受力力小小,消消耗耗功功率率小小,齿齿轮轮模模数数小小,故故进进给给传传动动系系的的变变速速范范围围可可取取比比主主变变速速组组较较大大的的值,即:值,即:降降,变速范围,变速范围Rn14。为为缩缩短短进进给给传传动动链链,减减小小进进给给箱箱的的受受力力,提提高高进进给给传传动动的的平平稳稳性性,进进给给传传动动系系的的末末端端常常采采用用降降速速很很大大的的传传动动机机构构,如如蜗蜗轮轮蜗蜗杆杆,丝丝杆杆螺螺母,行星机构。母,行星机构。5、进进给给传传动动系系采采用用传传动动间间隙隙消消除除机
9、构机构对对于于精精密密机机床床,数数控控机机床床的的进进给给传传动动系系,为为保保证证传传动动精精度度和和定定位位精精度度,尤尤其其是是换换向向精精度度,要要有有传传动动间间隙隙消消除除机机构构,如如齿齿轮轮传传动动间间隙隙消消除除机机构构,丝丝杠螺母传动间隙消除机构。杠螺母传动间隙消除机构。6、快速空程传动的采用、快速空程传动的采用为为缩缩短短进进给给空空行行程程时时间间,要要设设计计快快速速空空行行程程传传动动,快快速速与与工工进进需需在在带带负负载载运运行行中中变变换换,常常用用超超越越离离合合器,差动机构,电气伺服传动。器,差动机构,电气伺服传动。7、微量进给机构的采用、微量进给机构的
10、采用有时进给运动极为微量,如每次有时进给运动极为微量,如每次进给量小于进给量小于2m,或进给速度小于,或进给速度小于10mm/min,需采用微量进给机构,需采用微量进给机构,微量进给机构有手动和自动两类。微量进给机构有手动和自动两类。a、自自动动微微量量进进给给机机构构采采用用各各种种驱驱动元件使进给自动地进行动元件使进给自动地进行b、手手动动微微量量进进给给机机构构主主要要用用于于微微量调整精密机床的一些部件量调整精密机床的一些部件c、最最小小进进给给量量大大于于1m的的机机构构有有蜗蜗杆杆传传动动,丝丝杠杠螺螺母母,齿齿轮轮齿齿条条传传动动等等,适适用用于于进进给给行行程程大大,进进给给量
11、量、进进给速度变化范围宽的机床。给速度变化范围宽的机床。d、最最小小进进给给量量小小于于1m的的进进给给机机构构有有弹弹性性力力传传动动,电电致致伸伸缩缩传传动动,磁磁致致伸伸缩缩传传动动,热热应应力力传传动动等等,都都是是利利用用材材料料的物理性能实现微量进给。的物理性能实现微量进给。e、微微量量进进给给机机构构的的基基本本要要求求:灵灵敏敏度度高高,刚刚度度好好,平平稳稳性性好好,低低速速进进给给时时速速度度均均匀匀,无无爬爬行行,精精度度高高,重重复复定定位位精精度度好好,结结构构简简单单调调整整方方便便,操操作作方方便便灵活。灵活。三、电气伺服进给系统(一)分类(一)分类按有无检测和反
12、馈装置分:按有无检测和反馈装置分:开环系统开环系统 闭环系统闭环系统半闭环系统半闭环系统1、开环系统、开环系统典典型型的的开开环环伺服系系统统采用步进电机如如图图3-41。开开环环系系统统对对工工作作台台实实际际位位移移量量没没有有检检测测和和反反馈馈装装置置。数数控控装装置置发发来来的的每每一一个个进进给给脉脉冲冲由由步步进进电电机机直直接接变变换换成成一一个个转转角角(步步距距角角),再再通通过过齿齿轮轮(或或同同步步齿齿形形带带、滚滚珠珠丝丝杠杠螺母)带动工作台移动。螺母)带动工作台移动。对对应应一一个个进进给给脉脉冲冲,工工作作台台移移动动的距离称脉冲当量,用的距离称脉冲当量,用Q表示
13、表示Q=(L)/(U360)式中式中Q脉冲当量(脉冲当量(mm)步进电机的步进电机的步距角步距角()L滚珠丝杠的导程滚珠丝杠的导程mmU步步进进电电机机至至传传动动丝丝杠杠之之间的传动比间的传动比如如数数控控系系统统发发出出N个个进进给给脉脉冲冲,工作台的位移量为工作台的位移量为开开环环伺伺服服系系统统的的精精度度取取决决于于步步进进电电机机的的步步距距角角精精度度,步步进进电电机机至至执执行行部部件件间间的的传传动动系系的的传传动动精精度度。这这类类系系统统的的定定位位精精度度较较低低,一一般般在在(0.010.02)mm,但但系系统统简简单单,调调试试方方便便,成成本本低低。用用于于精精度
14、度要要求求不高的数控机床。不高的数控机床。2、闭环系统、闭环系统工工作作过过程程:闭闭环环系系统统使使用用位位移移检检测测元元件件测测量量机机床床执执行行部部件件的的移移(转转)动动量量,将将执执行行部部件件的的实实际际移移(转转)动动量量和和控控制制量量进进行行比比较较,比比较较后后的的差差值值用用信信号号反反馈馈给给控控制制系系统统,对对执执行行部部件件的的移移(转转)动动进进行行补补偿偿,直直至至差差值值为为0。为为提提高高系系统统的的稳稳定定性性,闭闭环环系系统统除除了了检检测测执执行行部部件件的的移移动动量量外外,还还检测其速度,检测反馈装置有:检测其速度,检测反馈装置有:a用用旋旋
15、转转变变压压器器作作为为位位置置反反馈馈,测测速发电机作为速度反馈。速发电机作为速度反馈。b用脉冲编码器兼作位置和速度馈,用脉冲编码器兼作位置和速度馈,多用此种。多用此种。特特点点:闭闭环环控控制制可可以以消消除除整整个个系系统统的的误误差差、间间隙隙和和失失动动,其其定定位位精精度度取取决决于于检检测测装装置置的的精精度度。其其控控制制精精度度、动动态态性性能能等等较较开开环环系系统统好好,但但系系统统比比较较复复杂杂,安安装装、调调试试、测测试试麻麻烦烦,成成本本高高,用用于于精精密密型型数数控控机床。机床。3、半闭环系统、半闭环系统如如果果检检测测元元件件不不是是直直接接安安装装在在执执
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