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新型快速進(jìn)給系統(tǒng)
閱讀：146 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11新型快速進(jìn)給系統(tǒng)
傳統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)因剛度低、慣量大、傳動(dòng)效率低、傳動(dòng)誤差大、機(jī)械傳動(dòng)錨結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以獲得高的進(jìn)給速度和加速度，無(wú)法滿足高速機(jī)床的加工要求。針對(duì)傳統(tǒng)進(jìn)結(jié)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，世界上許多國(guó)家的研究單位和生產(chǎn)廠家對(duì)高速機(jī)床的新型進(jìn)緒系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，開(kāi)發(fā)出若干種適用于高速機(jī)床的新型進(jìn)給系統(tǒng)。目前，在高速切削機(jī)床上實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主要有兩種途徑，即采用滾珠絲扛?jìng)鲃?dòng)和直線電機(jī)傳動(dòng)。滾珠絲征與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能比
較見(jiàn)表8—3。
(1]高速滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)
由于直線電機(jī)存在價(jià)格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜、強(qiáng)磁對(duì)人體造成危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近期尚難以普及，所以，滾珠絲杠副仍是高速驅(qū)動(dòng)的優(yōu)先選擇。目前，國(guó)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(jī)床上使用滾珠絲扛副，機(jī)床快速移動(dòng)速度達(dá)到90m／mjn，加速度達(dá)到1．5f。
高速驅(qū)動(dòng)時(shí)的滾珠絲杠副存在噪聲、溫升、精度等問(wèn)題，噪聲產(chǎn)生的原因主要有滾珠在循環(huán)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及通過(guò)合理的工藝等方法使?jié)L珠絲扛副適應(yīng)高速驅(qū)動(dòng)的要求，
具體措施如下。
①絲杠采用中空結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行預(yù)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(dǎo)程和螺紋頭數(shù)，是提高滾珠絲杠螺母別的豆朗運(yùn)動(dòng)速度的有效途徑，日本NSK公司已開(kāi)發(fā)出公稱直徑×導(dǎo)程為15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm的超大導(dǎo)程滾珠絲杠副，快速進(jìn)給速度可達(dá)到180m／min。
②強(qiáng)制冷卻。將冷卻液通人空心絲杠內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻，減少高速滾珠絲杠副的發(fā)熱，保證滾珠絲杠副系統(tǒng)的桔度。
④對(duì)螺母結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)．如適當(dāng)減少滾珠直徑、鋼珠采用空心結(jié)構(gòu)、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(yōu)異的機(jī)械物理性朗，扛副傳動(dòng)系統(tǒng)的溫升和噪聲。
⑧對(duì)螺母預(yù)加載荷進(jìn)行自適應(yīng)控制。
⑦采用螺母旋轉(zhuǎn)、絲扛不動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式，可消除絲杠臨界轉(zhuǎn)速的限制在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。
⑧采用雙伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)絲杠和螺母。當(dāng)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向；加絲杠轉(zhuǎn)速時(shí)，可提高被驅(qū)動(dòng)部件的進(jìn)給速度一倍。
[2)直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)在第5章5l 2．4節(jié)已進(jìn)行了講述，下面主要介紹它的分類。
直線電機(jī)直接產(chǎn)生直線形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)(一維或二維)。直線電機(jī)按原理分為直流直線電機(jī)、交流水磁同步直線電機(jī)、交流感應(yīng)異步宣線電機(jī)、步進(jìn)式直線電機(jī)、磁阻式直線電
機(jī)、壓電式直線電機(jī)和平面電機(jī)等，其中，以直流直線電機(jī)、交流水磁(同步)直線電機(jī)、交流感應(yīng)(異步)直線電機(jī)組成的高速進(jìn)給系統(tǒng)在高速機(jī)床中應(yīng)用較多。目前，實(shí)用的平面電機(jī)只限于平面步進(jìn)電機(jī)。
①直線直流電機(jī) 永磁式直線直流電機(jī)是常用的直線直流電機(jī)，該電機(jī)分為動(dòng)因式和動(dòng)滋式兩種。磁場(chǎng)固定，電摳線圈可移動(dòng)，其結(jié)構(gòu)形式和工作原理與揚(yáng)聲器相似，因此又稱為音圖電機(jī)。動(dòng)磁式電機(jī)為電摳線圈固定，磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，適用于大行程的場(chǎng)合。直線直流電機(jī)目前用于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀器儀表、精密直流位移的機(jī)床、機(jī)器人以及制冷設(shè)
備中。
⑨直線異步電機(jī) 直線異步電機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)式異步電機(jī)的工作原理一樣，即定子合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(或合成移動(dòng)磁場(chǎng))與轉(zhuǎn)子(或動(dòng)子)的電流作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(或電磁力)，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)(或直線運(yùn)動(dòng))。
直線異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)包括定子、動(dòng)子和直線運(yùn)動(dòng)支撐導(dǎo)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(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)。動(dòng)于有三種形式：第一種是磁性動(dòng)于，由導(dǎo)磁材料制成，既起磁路作用，又作為籠形動(dòng)子起導(dǎo)電作用；第二種是非磁性動(dòng)子，只起
導(dǎo)電作用，這種結(jié)構(gòu)氣隙較大，勵(lì)磁電流大，損耗大；第三種是在動(dòng)子導(dǎo)磁材料上面覆蓋一層導(dǎo)電材料，覆蓋層作為籠形繞組。這三種形式中，磁性動(dòng)子結(jié)構(gòu)，動(dòng)子既為導(dǎo)磁體又作為導(dǎo)電體，甚至可作為結(jié)構(gòu)部件，應(yīng)用較廣。
直線異步電機(jī)分為扁平型和管型結(jié)構(gòu)，常用的為扁平型結(jié)構(gòu)。該種類型又可分為單邊和雙邊兩種形式d為了保證在運(yùn)動(dòng)行程范圍內(nèi)，定子和動(dòng)子之間有良好的電磁福臺(tái)，直線異步電機(jī)定子和動(dòng)于的鐵芯長(zhǎng)度不等，扁平型直線異步電機(jī)的定子制成長(zhǎng)定子和短定子兩種形
式。長(zhǎng)定子因成本高，很少采用。管型直線異步電機(jī)的定子和動(dòng)子的管筒可做成圓筒和矩形簡(jiǎn)兩種結(jié)構(gòu)。
直線異步電機(jī)的機(jī)械特性與旋轉(zhuǎn)異步電機(jī)的機(jī)械特性一樣，隨動(dòng)子的導(dǎo)電電阻和氣隙而變。其他特性也與旋轉(zhuǎn)異步電機(jī)相似。由于直線異步電機(jī)的特殊定子、動(dòng)子結(jié)構(gòu)，使電機(jī)定子勵(lì)磁電流分量較大，再加上氣隙磁通密度很低，導(dǎo)致直線異步電機(jī)的特性差t損耗大、效率低。
③直線同步電機(jī) 直線同步電機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)單極式同步電機(jī)一樣，即定子合成移動(dòng)磁場(chǎng)與動(dòng)子行波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩(或力)，帶動(dòng)負(fù)載做直線運(yùn)動(dòng)。直線同步電機(jī)分為勵(lì)磁式和永磁式兩種。由于直線同步電機(jī)的氣隙磁通密度可以取得很大，因此其比接力、功率因數(shù)和效率都比直線異步電機(jī)好。直線異步電機(jī)應(yīng)用的場(chǎng)合都可以用直線同步電機(jī)取代，且效果要好。
④直線步進(jìn)電機(jī) 直線步進(jìn)電機(jī)是由旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)演變而來(lái)，它通常制成感應(yīng)子式和磁阻式兩種形式，感應(yīng)子式直線步進(jìn)電機(jī)性能好，尺寸小，得到廣泛應(yīng)用。直線步進(jìn)電機(jī)是利用定子和動(dòng)子之間氣隙磁導(dǎo)的變化所產(chǎn)生的電磁力而工作的。
直線步進(jìn)電機(jī)的靜動(dòng)態(tài)特性與參數(shù)和旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的情況一樣，兩者的機(jī)械參數(shù)有類似的等效關(guān)系。如直線步進(jìn)電機(jī)的推力、直線步距和動(dòng)于質(zhì)量對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、步距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其他特性和參數(shù)也都類似，只是旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)有桔密的支承軸承，而直線步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有，一個(gè)好的解決辦法是采用氣浮和流體支承，從而減小振
動(dòng)和噪聲。
直線步進(jìn)電機(jī)使用較廣，如用在數(shù)控繪圖儀、記錄儀、數(shù)控刻固機(jī)、數(shù)控激光剪裁機(jī)、集成電路測(cè)量制造等設(shè)備上。
⑤平面式步進(jìn)電機(jī) 平面式步進(jìn)電機(jī)由兩個(gè)互相垂直運(yùn)動(dòng)的直線步進(jìn)電機(jī)組合而構(gòu)成。它具有x、Y兩個(gè)坐標(biāo)軸，能在平面內(nèi)各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其原理、結(jié)構(gòu)和特性可參考直線步進(jìn)電機(jī)。平面步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能好、成本低，在數(shù)控設(shè)備上得到較廣泛的應(yīng)用。
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