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(数控加工)数控机床进给
传动系统
数控机床进给模块之机械部件装配
壹.进给传动系统图
纵向和横向进给传动系统图
二.系统图的主要构造和功用
电动机:
1.步进电动机
步进电动机是壹种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。步进电动机
是壹种特殊的电动机,壹般电动机通电后都是连续转动的,而步进电动机则有定
位和运转俩种状态。当有壹个电脉冲输入时,步进电动机就回转壹个固定的角度,
这角度称为步距角,壹个步距角就是壹步,所以这种电动机称为步进电动机。又
由于它输入的是脉冲电流,也称作脉冲电动机。当电脉冲连续不断地输入,步进
电动机便跟随脉冲壹步壹步地转动,步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严
格成正比例,在时间上和输入脉冲同步。因此,只需控制输入脉冲的数量、频率
及电动机绕组的通电顺序,便可获得所需转角、转速和方向。在无脉冲输入时,
步进电动机的转子保持原有位置,处于定位状态。步进电动机的调速范围广、惯
量小、灵敏度高、输出转角能够控制,而且有壹定的精度,常用作开环进给伺服
系统的驱动元件。和闭坏系统相比,它没有位置速度反馈回路,控制系统简单,
成本大大降低,和机床配接容易,使用方便,因而在对精度、速度要求不十分高
的中小型数控机床上得到了广泛地应用。
2.直流伺服电动机
由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高,而直流电动机具有良好的调速特
性,因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中,得到较广泛地使用。直流进给伺服电
动机就其工作原理来说,虽然和普通直流电动机相同。然而,由于机械加工的特
殊要求,壹般的直流电动机是不能满足需要的。首先,壹般直流电动机转子的转
动惯量过大,而其输出转矩则相对较小。这样,它的动态特性就比较差,尤其在
低速运转条件下,这个缺点就更突出。在进给伺服机构中使用的是经过改进结构,
提高其特性的大功率直流伺服电动机,主要有以下俩种类型:
(1)小惯量直流电动机。主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小,因此
在结构上和普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。以此表现为转
子的转动惯量小,仅为普通直流电动机的 1/10 左右。因此,响应特别快,机电
时间常数能够小于 10ms ,和普通直流电动机相比,转矩和惯量之比要大出40~50
倍。且调速范围大,运转平稳,适用于频繁起动和制动,要求有快速响应(如数
控钻床、冲床等点定位)的场合。但由于其过载能力低,且且电动机的自身惯量
比机床相应运动部件的惯量小,因此应用时都要经过壹对中间齿轮副,才能和丝
杠相连接,在某些场合也限制了它广泛地使用。
(2)大惯量直流电动机。又称宽调速直流电动机,是在小惯量电动机的基础
上发展起来的。在结构上和常规的直流电动机相似,其工作原理相同。当电枢线
圈通过直流电流时,就会在定子磁场的作用下,产生带动负载旋转的电转矩。小
惯量电动机是从减小电动机转动转量来提高电动机的快速性,而大惯量电动机则
是在维持壹般直流电动机转动惯量的前提下,尽量提高转矩的方法来改善其动态
特性。它既具有壹般直流电动机便于调速、机械特性较好的优点,又具有小惯量
直流电动机的快速响应性能。因此,可归纳为以下特点:
1)转子惯量大。这种电动机的转子具有较大的惯量,容易和机床匹配。能够和
机床的进给丝杠直接连接,省掉了减速机构,故可使机床结构简单,即避免了齿
轮等传动机构产生的噪声和振动,又提高了加工精度。
2)低速性能好。这种电动机低速时输出转矩大,能满足数控机床经常在低速进
给时进给量大、转矩输出大的特点,如能在 1r/min 甚至 0.1r/min 下平稳运转。
3)过载能力强、动态响应好。由于大惯量直流电动机的转子有槽,热容量大,
同时采用了冷却措施后,提高了散热能力。因此能够过载运行30 分钟。另外,
电动机的定子采用矫顽力很高的铁氧体永磁材料,可使电动机过载 10 倍而不会
去磁,这就显著地提高了电动机的瞬间加速力矩,改善了动态响应,加减速特性
好。
4)调速范围宽。这种电动机机械特性和调速特性的线性度好,所以调速范围宽
而运转平稳。壹般调速范围可达 1 ∶10000 之上。
大惯量直流电动机尽管有上述优点,但仍有不如其它驱动元件的地方,如运行调
整不如步进电动机简便;快速响应性能不如小惯量电动机。这种驱动系统可直接
接有高精度检测元件,如壹些测量转速和转角等检测元件,实现半闭坏、闭环伺
服系统的精确定位。
3.交流伺服电动机
尽管直流伺服电动机具有优良的调速性能,但直流电动机存在着不可避免的缺点:
它的电刷和换向器易磨损,需经常维护
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