C6150機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含3張CAD圖
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附錄 1 外文譯文
數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)減速器/齒輪箱間隙減小系統(tǒng)
摘要:
CNC 機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿是在閉環(huán)循環(huán)中建立的,它們的結(jié)構(gòu)包括減速器/ 變速箱。由于齒輪齒側(cè)面之間的機(jī)械間隙,在運(yùn)動(dòng)連桿整體性能(速度和位置環(huán)) 方面出現(xiàn)干擾,從而導(dǎo)致不穩(wěn)定。這項(xiàng)工作提出了一種新的系統(tǒng),以減少機(jī)械側(cè)隙的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)具有錐形齒的新型圓柱齒輪,允許齒側(cè)面之間的間隙調(diào)整。還詳細(xì)闡述了減小進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)中減速器齒隙的作用方式。 1.介紹
目前數(shù)控機(jī)床的制造進(jìn)展主要取決于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)性能的不斷提高,提供了更好的動(dòng)態(tài)性能,定位精度和速度變化范圍寬。這樣的要求將機(jī)床設(shè)計(jì)者永久地適應(yīng)新的性能條件,特別是在輪廓曲線數(shù)值控制的情況下,其中在兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上施加嚴(yán)格的相關(guān)性,以獲得越來(lái)越多的運(yùn)動(dòng)。復(fù)雜的平面和空間輪廓[1, 2]。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)聯(lián)軸器存在的問(wèn)題主要是通過(guò)改進(jìn)靜、動(dòng)態(tài)參數(shù),通過(guò)定位精度、軌跡誤差和運(yùn)動(dòng)軸的穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。靜態(tài)參數(shù)在運(yùn)動(dòng)連桿的類型、機(jī)床的類型和用途方面有不同的功能。在實(shí)現(xiàn)靜態(tài)參數(shù)時(shí),主要由機(jī)床內(nèi)的減速器的質(zhì)量所保持,該機(jī)械減速器位于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿結(jié)構(gòu)中,在大多數(shù)情況下,位于位置環(huán)的內(nèi)部,直接影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿的閉環(huán)循環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間特性受減速器機(jī)械側(cè)隙值的影響,因此在輸入和輸出信號(hào)之間產(chǎn)生時(shí)間差[3]。在與響應(yīng)時(shí)間相關(guān)的情況下,由于機(jī)械間隙的存在而影響進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。第二個(gè)因素是整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)速度和位置電路離開(kāi)穩(wěn)定平衡狀態(tài)之后,當(dāng)輸入(4)上的變化消失后,系統(tǒng)返回到固定模式時(shí),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿與速度和位置電路進(jìn)一步穩(wěn)定直到輸入變化。
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿中的齒隙的存在導(dǎo)致滑塊偏離編程值或在編程的定位點(diǎn)的固定值,在其周圍永久振蕩。減速器中機(jī)械側(cè)隙的大小取決于減速器內(nèi)的齒輪的數(shù)量, 最終取決于減速器的傳動(dòng)比。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)可以是線性或圓形的,其中機(jī)械減速器的存在是不可缺少的。因此,在圓形進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的情況下,特別是在銑床、鏜床、銑床和鉆床的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上,使用高傳動(dòng)比(I=100)的減速器,這導(dǎo)致機(jī)械間隙的高值。在使用齒條齒輪機(jī)構(gòu)作為將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的最后元件的線性進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的情況下,在伺服電機(jī)之后放置減速器。
2.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿的分塊結(jié)構(gòu)
在圖 1 中示出了減速器進(jìn)入直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿的塊結(jié)構(gòu)的位置,在這里它集
成在位置環(huán) BP 內(nèi)。在塊 C 中,將表示命令的預(yù)設(shè)部分的控制信號(hào) E1 與位置編碼器 TP 發(fā)射的信號(hào) E0 進(jìn)行比較,其結(jié)果是差分信號(hào)“E1-E0”被放大到變頻器 CF 中,從而輸出電流 I 被應(yīng)用到交流。電動(dòng)機(jī) MCA。該電機(jī)在其輸出處產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩 MT,進(jìn)一步施加在減速器 R 的輸入軸上。在減速器 R 的輸出軸上獲得的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) Th 被傳遞到滾珠絲杠,然后轉(zhuǎn)換成滑塊 S 的線性速度??梢宰⒁獾?,速度環(huán) BV 從位于電機(jī) MCA 的轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)編碼器電視拾取其信號(hào)。將該信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較,并將它們的差值施加到電動(dòng)機(jī),直到誤差被取消,從而在電阻轉(zhuǎn)矩可變時(shí)保持 RPM 在電機(jī)軸上恒定。從圖 1 中可以看出進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿的每個(gè)部件的結(jié)構(gòu)位置:比較器 C 屬于數(shù)控;轉(zhuǎn)換器 CF 位于電氣柜中;電機(jī) MCA、減速器 R 和滾珠絲杠位于機(jī)床上。
圖 1 聯(lián)動(dòng)與速度環(huán)和位置
圖 2 環(huán)型進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與聯(lián)動(dòng)
圖 2 示出了進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu),其中可以找到與線性元件相同的元件, 但是位置編碼器 TP 是旋轉(zhuǎn)編碼器,并且直接位于減速器 R 的輸出軸上。在這種情況下,減速器的輸出 RPM 與表旋轉(zhuǎn)的快速 RPM 和電機(jī)所產(chǎn)生的最大 RPM 之間的比率決定了減速器 R 的傳動(dòng)比的最大值。兩個(gè)方塊圖的結(jié)構(gòu)中的每個(gè)元素都有其自身的傳遞函數(shù),在此基礎(chǔ)上可以得到整個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿的傳遞函數(shù)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的響應(yīng)由其部件的值決定。在決定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿最合適的響應(yīng)時(shí),可以應(yīng)用兩個(gè)準(zhǔn)則:
a)運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)快速響應(yīng)給定的輸入信號(hào),并且在靜態(tài)條件下的振蕩應(yīng)被最小化。
該標(biāo)準(zhǔn)適用于僅進(jìn)行定位的機(jī)床,如鉆床和車床等。在這種情況下,減速器的質(zhì)量是重要的,但在機(jī)械間隙方面卻不是很苛刻。實(shí)現(xiàn)定位的機(jī)床的主要方法, 是使用具有大于 6 分鐘響應(yīng)時(shí)間的機(jī)械間隙的減速器。
b)運(yùn)動(dòng)連桿應(yīng)快速響應(yīng)給定的輸入信號(hào)和圍繞 A 的振蕩。
靜態(tài)條件應(yīng)消除。這一準(zhǔn)則適用于輪廓振動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu),其中光在振蕩上的存在是不可接受的,因?yàn)樵谳喞尚芜^(guò)程中,任何振蕩都會(huì)改變所需的輪廓,以及加工表面的粗糙度。在這種情況下,要求間隙盡可能低,甚至在可能的情況下消除。在這樣的輪廓進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿上使用的減速器具有非常低的齒隙率,即 2-4 分鐘[5]。
3.機(jī)械側(cè)隙對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性的影響
減速器中的機(jī)械間隙是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連桿的循環(huán)周期的一個(gè)組成部分的存在,使得輸出信號(hào)在輸入信號(hào)發(fā)生后的一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生。
4.圓柱齒輪傳動(dòng)
這種新型傳動(dòng)裝置用于減小齒側(cè)之間的機(jī)械間隙。現(xiàn)有的解決方案,以減少齒側(cè)之間的齒隙是已知的;它們使用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分支,使得在它們的相對(duì)角旋轉(zhuǎn)期間,齒隙減小。這種解決方案的缺點(diǎn)在于運(yùn)動(dòng)傳遞的方向。最終,才生意一個(gè)巨大的運(yùn)慣性。
圓錐齒輪的圓柱齒輪由兩個(gè)齒輪 1 和 2 組成,它們的齒是錐形的;它們的兩側(cè) A 和 B 分別不同,即側(cè)面 A 是直的,而側(cè)面 B 在 2°到 5°之間具有傾斜角度, 在一個(gè)意義上具有齒輪 1 的傾斜。齒輪 2 在相反的方向上,圖 5。通過(guò)一個(gè)齒輪 1 和 2 的軸向運(yùn)動(dòng),輪齒側(cè)之間的齒隙減小。齒的兩個(gè)側(cè)面 A 和 B 的存在導(dǎo)致執(zhí)行兩個(gè)齒輪,其中兩個(gè)齒輪在同一傳動(dòng)裝置的軸之間具有兩個(gè)不同的距離,并且為了使傳動(dòng)裝置成為可能,即保持軸線之間的相同距離,一個(gè)傳動(dòng)裝置將在角度方面進(jìn)行校正。在建立校正指標(biāo)值之和時(shí),必須考慮軸間距離的差異,并在獲得相同幾何元素的基礎(chǔ)上,根據(jù)以下推理的階段來(lái)獲得各校正指標(biāo)的值。兩個(gè)齒輪 1 和 2 為側(cè)面 A 和 B:外徑、內(nèi)徑和齒高。
圖 5 漸開(kāi)線圓柱齒輪傳動(dòng)
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c6150
機(jī)床
進(jìn)給
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結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
cad
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