2017年5月23日

新型快速進給系統-高速加工中心

新型快速進給系統傳統進給系統因剛度低、慣量大、傳動效率低、傳動誤差大、機械傳動錨結構復雜，難以獲得高的進給速度和加速度，無法滿足高速機床的加工要求。針對傳統進結系統存在的問題，世界上許多國家的研究單位和生產廠家對高速機床的新型進緒系統進行了系統的研究，開發出若干種適用于高速機床的新型進給系統。目前，在高速切削機床上實現高速進給運動主要有兩種途徑，即采用滾珠絲扛傳動和直線電機傳動。滾珠絲征與直線電機驅動的性能比較見表8—3。 (1]高速滾珠絲杠副傳動系統由于直線電機存在價格昂貴、控制系統復雜、強磁對人體造成危害以及發熱等缺點，在近期尚難以普及，所以，滾珠絲杠副仍是高速驅動的優先選擇。目前，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。日本馬扎克公司在FF660機床上使用滾珠絲扛副，機床快速移動速度達到90m／mjn，加速度達到1．5f。高速驅動時的滾珠絲杠副存在噪聲、溫升、精度等問題，噪聲產生的原因主要有滾珠在循環回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、該道的粗糙度、絲杠的彎曲等。溫升原因主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦引起的。解決方法可從滾珠絲杠副的結構設計以及通過合理的工藝等方法使滾珠絲扛副適應高速驅動的要求，具體措施如下。 ①絲杠采用中空結構，并進行預拉伸處理，以改善滾珠與滾道的接觸等提高絲杠副的剛度。 ②在保證足夠剛度的前提下，增大絲杠螺母的導程和螺紋頭數，是提高滾珠絲杠螺母別的豆朗運動速度的有效途徑，日本NSK公司已開發出公稱直徑×導程為15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm的超大導程滾珠絲杠副，快速進給速度可達到180m／min。 ②強制冷卻。將冷卻液通人空心絲杠內部進行強制循環冷卻，減少高速滾珠絲杠副的發熱，保證滾珠絲杠副系統的桔度。 ④對螺母結構進行特殊設計．如適當減少滾珠直徑、鋼珠采用空心結構、將滾珠鏈中的鋼珠按大小間隔排列等。 ⑤采用陶瓷材料(如幼Nd)制造滾珠，利用其優異的機械物理性朗，扛副傳動系統的溫升和噪聲。 ⑧對螺母預加載荷進行自適應控制。 ⑦采用螺母旋轉、絲扛不動的運動形式，可消除絲杠臨界轉速的限制在高速轉動時所產生的一系列問題。 ⑧采用雙伺服電機分別驅動絲杠和螺母。當兩個電機轉速相同、轉向；加絲杠轉速時，可提高被驅動部件的進給速度一倍。 [2)直線電機進給驅動系統直線電機的結構和特點在第5章5l 2．4節已進行了講述，下面主要介紹它的分類。直線電機直接產生直線形式的機械運動(一維或二維)。直線電機按原理分為直流直線電機、交流水磁同步直線電機、交流感應異步宣線電機、步進式直線電機、磁阻式直線電機、壓電式直線電機和平面電機等，其中，以直流直線電機、交流水磁(同步)直線電機、交流感應(異步)直線電機組成的高速進給系統在高速機床中應用較多。目前，實用的平面電機只限于平面步進電機。 ①直線直流電機永磁式直線直流電機是常用的直線直流電機，該電機分為動因式和動滋式兩種。磁場固定，電摳線圈可移動，其結構形式和工作原理與揚聲器相似，因此又稱為音圖電機。動磁式電機為電摳線圈固定，磁場運動，適用于大行程的場合。直線直流電機目前用于計算機外圍設備、自動化儀器儀表、精密直流位移的機床、機器人以及制冷設備中。 ⑨直線異步電機直線異步電機的工作原理與旋轉式異步電機的工作原理一樣，即定子合成旋轉磁場(或合成移動磁場)與轉子(或動子)的電流作用產生電磁轉矩(或電磁力)，使電機旋轉(或直線運動)。直線異步電機的結構包括定子、動子和直線運動支撐導輪等三大部分。定子由定子鐵芯和定子繞組組成。它與交流電源相連產生移動磁場。動于有三種形式：第一種是磁性動于，由導磁材料制成，既起磁路作用，又作為籠形動子起導電作用；第二種是非磁性動子，只起導電作用，這種結構氣隙較大，勵磁電流大，損耗大；第三種是在動子導磁材料上面覆蓋一層導電材料，覆蓋層作為籠形繞組。這三種形式中，磁性動子結構最簡單，動子既為導磁體又作為導電體，甚至可作為結構部件，應用較廣。直線異步電機分為扁平型和管型結構，常用的為扁平型結構。該種類型又可分為單邊和雙邊兩種形式d為了保證在運動行程范圍內，定子和動子之間有良好的電磁福臺，直線異步電機定子和動于的鐵芯長度不等，扁平型直線異步電機的定子制成長定子和短定子兩種形式。長定子因成本高，很少采用。管型直線異步電機的定子和動子的管筒可做成圓筒和矩形簡兩種結構。直線異步電機的機械特性與旋轉異步電機的機械特性一樣，隨動子的導電電阻和氣隙而變。其他特性也與旋轉異步電機相似。由于直線異步電機的特殊定子、動子結構，使電機定子勵磁電流分量較大，再加上氣隙磁通密度很低，導致直線異步電機的特性差t損耗大、效率低。 ③直線同步電機直線同步電機的工作原理與旋轉單極式同步電機一樣，即定子合成移動磁場與動子行波磁場相互作用產生同步轉矩(或力)，帶動負載做直線運動。直線同步電機分為勵磁式和永磁式兩種。由于直線同步電機的氣隙磁通密度可以取得很大，因此其比接力、功率因數和效率都比直線異步電機好。直線異步電機應用的場合都可以用直線同步電機取代，且效果要好。 ④直線步進電機直線步進電機是由旋轉步進電機演變而來，它通常制成感應子式和磁阻式兩種形式，感應子式直線步進電機性能好，尺寸小，得到廣泛應用。直線步進電機是利用定子和動子之間氣隙磁導的變化所產生的電磁力而工作的。直線步進電機的靜動態特性與參數和旋轉步進電機的情況一樣，兩者的機械參數有類似的等效關系。如直線步進電機的推力、直線步距和動于質量對應旋轉步進電機的轉矩、步距角和轉子轉動慣量。其他特性和參數也都類似，只是旋轉步進電機有桔密的支承軸承，而直線步進電機沒有，一個好的解決辦法是采用氣浮和流體支承，從而減小振動和噪聲。直線步進電機使用較廣，如用在精工繪圖儀、記錄儀、精工刻固機、精工激光剪裁機、集成電路測量制造等設備上。 ⑤平面式步進電機平面式步進電機由兩個互相垂直運動的直線步進電機組合而構成。它具有x、Y兩個坐標軸，能在平面內各個方向運動。其原理、結構和特性可參考直線步進電機。平面步進電機結構簡單、性能好、成本低，在精工設備上得到較廣泛的應用。模具/零件高速加工中心鉆攻中心高速加工中心都歸屬精工機床系列本文由海天精工整理發表 www.97jkb.cn

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