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机床纵向机械部分设计计算
已阅[355]次[2010/1/14]

数控机床要求机械传动系统尽量采用低摩擦的传动副机床尽量消除传动间隙,以减小反向行程误差;缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度摇臂钻床选用最佳的降速比;为达到数控机床所要求的脉冲当量,使运动位移尽可能快速地达到跟踪指令。
    对纵向(X向)进给机构的机械结构进行改造时,将原机床的丝杠拆掉换成滚珠丝杠;把原机床的旧电动机更换成步进电动机。由于原机床的轴承已经严重磨损,精度达不到要求,也一起更换。改造后机床纵向机械传动如图3-11所示。
    1.切削力计算
    切削力是对机床传动系统影响最大的因素。它的大小直接关系到机床三个方向联动协调动作,影响丝杠的型号选择。因此,根据机床现有的条件计算切削力的大小,是对机械系统改造的第一步。
    2.滚珠丝杠副的选择计算
    滚珠丝杠的选择要根据机机床床的实际情况及工作负载情况,计算出丝杠工作时的最大动载荷及丝杠的工作寿命等参数,然后根据这些参数进行选择。最大动载荷必须小于丝杠的额定动载荷。滚珠丝杠螺母副是标准化生产,其规格型号都是按国标查表得出的。
    轴承的选择。滚珠丝杠的左端设计了一个专用轴承支承座,采用一个轴套式滑动轴承作为径向支承,在滑动轴承的两侧分别布置一对推力球轴承,承受两个方向的轴向力。滚珠丝杠右端通过联轴套和减速箱的输出轴连接,在丝杠托架上布置一个轴套式滑动轴承作为径向支承。滚珠丝杠的中间支承为滚珠螺母,与床鞍直接连接。
    为了满足机床所要求的精度及刚度,传动系统的机床丝杠采用一端轴向固定,另一端浮动的结构形式,使丝杠的轴向位移留有移动的空间,这样可以减小机床的振动和传动的误差,避免轴承卡死以及丝杠受热伸长变形情况的发生,这种安装方式适用于较长的卧式安装丝杠。固定端采用一对角接触球轴承,选择7602035TVP轴承面对面组配,成对使用,能限制两个方向的轴向位移。  
    根据一般的设计原则,为了提高传动精度,应尽量减少传动级数,并且尽量避免采用升速的传动比。为了提高传动的平稳性,减小冲击振动,同时也防止外来的废屑进入到齿轮中,采用闭式设计装置。
    由于滚珠丝杠随工作台运动,而伺服电动机不随工作台运动,这样给运动的传递造成困难。如果x轴与丝杠之间也需要相对运动,会增加传动齿轮与丝杠之间的传动间隙,且机床不易消除。在本设计中,使用一级传动来实现设计的要求。但为了消除传动间隙、尽可能减小误差,要采用一系列措施来消隙,以保证传动平稳。具体说明在后续设计中会详细论述。
    3.伺服电动机选择计算
    伺服电动机作为伺服系统的执行元件,应该具有精度高、响应快、调速范围广及转矩大等特性。数控机床还有一个很重要的特点是要实现无级调速,这是异步或者同步电动机无法实现的。经过改造的X63铣床,要实现轮廓的控制,就必须有能快速响应且调速性能好的伺服电动机。在进给系统中,对进给伺服电动机的要求主要有以下几点:
    1)调速范围宽和低速平稳性,要求速比应大于1:10机床000,速度达0.1r/min时无爬行。
    2)负载特性要硬。要求即使在低速时也具有大的负载能力和过载能力。
    3)反应速度快,保证电动机在0.2s以内以静止起动,升速到1500r/min,因此要求电动机惯量小、堵转力矩大、机电时间常数和起动电压小、加速度达4000rad/s2以上。
    4)可以频繁起动、制动和反转。
    从经济性及系统要求方面综合考虑,选用步进电动机作为伺服系统的执行元件。
    (4)步进电动机驱动器的选择机床。选用步进电动机时,通常希望步进电动机的输出转矩大,起动频率和运行频率高,步距误差小,性能价格比高。但从数控装置输出口或环形分配器输出的信号输出功率很小,需进行功率放大,使脉冲电流达1—10A才足以驱动步进电动机旋转。

 

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