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縱向機(jī)床傳動部分的改造設(shè)計(jì)
日期：2010年01月12 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：機(jī)床
改造X62銑床三個進(jìn)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(jìn)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(jìn)機(jī)床電動機(jī)伺服系統(tǒng)。
改造過程中，首先將三相異步電動機(jī)改成步進(jìn)電動機(jī)，z軸、x軸、Y軸的絲杠改為滾珠絲杠副。搖臂鉆床步進(jìn)電動機(jī)與絲杠之間的傳動采用齒輪一級傳動式，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電動機(jī)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(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時，首先將原機(jī)床的絲杠拆掉換成滾珠絲杠；把原機(jī)床的舊電動機(jī)更換成步進(jìn)電動機(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
傳動系統(tǒng)的元件要能快速響應(yīng)，因此傳動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)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動裝置，且它的傳動負(fù)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(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)品等各個領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍，可用作精密定位、自動控制、動力傳遞和運(yùn)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(jī)床的實(shí)際情況及工作負(fù)載情況，計(jì)算出絲杠工作時的最大動載荷及絲杠的工作壽命等參數(shù)進(jìn)行選擇，機(jī)床最大動載荷必須小于絲杠的額定動載荷。滾珠絲杠螺母副是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其規(guī)格型號都有按國家標(biāo)準(zhǔn)。
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(jī)床、航空發(fā)動機(jī)等所用的召輪傳動，都是裝在經(jīng)過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(齒輪箱)[刨�？紤]到電動機(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(jī)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(shè)計(jì)中心距的調(diào)整機(jī)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中心距，采取如下措施：將主動輪安裝在步進(jìn)電動機(jī)的軸上，而步進(jìn)電動機(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)動偏心套(這時步進(jìn)電動機(jī)連同主動輪4一起轉(zhuǎn)動)，機(jī)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(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(diǎn)式支撐方式。原來的進(jìn)給箱已經(jīng)拆除，改造時在絲杠的一端裝減速齒輪，需設(shè)計(jì)一個軸承座，用來安裝深溝球軸承；在另一端需預(yù)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(jī)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(jī)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(jì)算
(1)伺服電動機(jī)選擇要求。伺服電動機(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)電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖控制信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件，機(jī)床通過控制輸入點(diǎn)脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機(jī)繞組通電相序等實(shí)現(xiàn)單位時間內(nèi)通過電脈沖越多，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。
步進(jìn)電動機(jī)按工作原理可分為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)、電磁式步進(jìn)電動機(jī)、搖臂鉆床永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。不同類型的步進(jìn)電動機(jī)，其工作原理、驅(qū)動裝置也不完全一樣。步進(jìn)電動機(jī)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(jī)的I／O接口相連。由于步進(jìn)電動機(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)電動機(jī)。
選擇伺服電動機(jī)應(yīng)考慮三個要求：
1)最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過電機(jī)床動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。
2)電動機(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)伺服電動機(jī)樣本。
3)快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。
(2)負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算。負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量估算可以通過折算到步進(jìn)電動機(jī)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(jì)算。
(5)伺服電動機(jī)驅(qū)動裝置選擇。搖臂鉆床步進(jìn)電動機(jī)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(jī)各相繞組，從而驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)動。
對舊機(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)動元件是步進(jìn)電動機(jī)，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(shí)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(shí)現(xiàn)定位，機(jī)構(gòu)簡單，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)電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特點(diǎn)：
1)正弦波驅(qū)動，數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)矢量細(xì)分，電動機(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，具有過載、短路、過壓、過熱等完善的保護(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)動器的保持轉(zhuǎn)矩及適配電動機(jī)類型都和前面計(jì)算所選的電動機(jī)型號相同。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)電動機(jī)驅(qū)動裝置。
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