数控机床典型进给驱动机构分析91502new

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1、数控机床典型进给驱动机构分析李运生(安阳鑫盛机床股份有限公司，河南安阳455000)摘要：阐述了数控机床典型进给驱动机构的工作原理及特点，对消隙机构进行研究并建立了相关的复映误差模型；分析了各驱动机构的使用范围，为数控机床进给系统结构设计提供参考和依据。关键词：进给驱动消隙机构误差AnalysisonCNCMachineTool’STypicalFeedDriveStructuresLIYunsheng(AnyangXinshengMachineToolCo．，Ltd．，Anyang455000

2、，CHN)Abstract：TheprincipleandfeaturesoftypicalfeeddrivestructuresofCNCmachinetoolsaredemonstrated．Inthispaper，theanti-backlashstructuresarestudiedandtherelativeerrormodelsareestablished．More．over，theapplicationsoftheseanti-backlashstructuresinCNCmach

3、inetoolsareanalyzedtomakeref-ereneeforthestructuredesignoffeeddrivesystems．Keywords：FeedDrive；Anti-backlashStructure；Error机床的性能在很大程度上取决于进给传动方式的式中：△。为滚珠丝杠相邻两螺牙的螺距误差为滚珠定性和定量特征。机械驱动机构是数控机床进给系统丝杠螺纹旋合长度内的螺距累积误差，即任意两牙之中位置控制的一个重要环节，对进给系统精度有直接间的实际轴向螺距与公称螺距之差

4、。的影响。目前，进给驱动机构主要有滚珠丝杠驱动、齿1．1丝杠转动结构轮齿条驱动和直线电动机驱动几种型式。滚珠丝杠驱丝杠转动结构，即丝杠随电动机转动，刀架托板跟动机构可以分为：丝杠转动结构和丝母转动结构两种随丝母移动，从而将旋转运动转化为直线运动。其设形式。齿轮齿条驱动可分为单齿轮驱动结构及双齿轮计制造相对简单，可以减小启动力矩、颤动及滞后时消隙驱动结构。机床的使用范围及精度要求不同，所间。常见的有采用伺服电动机与滚珠丝杠直联和伺服采用的进给驱动结构也会有很大差异。此外，数控机电动机通过齿轮减速机

5、构与丝杠相连。床的进给驱动还有并联虚拟轴等结构，但其应用还不1．1．1伺服电动机与滚珠丝杠直联结构具普遍性，在此不做具体介绍。直联结构(图1)的应用主要是基于以下几个方面的考虑：传动环节少，对精度影响小；步进电动机与步1滚珠丝杠驱动结构距角的匹配，齿轮传动布置困难等。在直联结构中，由滚珠丝杠具有高效率、高精度、高刚度及无问隙等于挠性联轴器能承受频繁的瞬间冲击，可补偿因同轴优点，目前，“旋转电动机+滚珠丝杠”的进给方式在数度及垂直度误差引起的干涉现象J，因此大部分数控控机床进给系统中得到了广泛应用

6、。滚珠丝杠作为机机床的伺服进给机构都采用挠性联轴器。但挠性联轴床传送动力及定位的关键部件，是机床性能的重要保器的弹性变形和微小振动等因素会影响滚珠丝杠的传证。动特性，限制工作台定位精度的提高J。下面将进一滚珠丝杠自身的精度对机床加工精度有很大的影步分析弹性变形对定位精度的影响。响，特别是在半闭环加工系统中，定位精度在很大程度以采用德国KTR的含尼龙弹性体的联轴器为例，上受到滚珠丝杠精度的影响¨j。滚珠丝杠本身螺距工作过程中，尼龙弹性体的弹性变形将复映到滚珠丝累积误差是造成机床目标值偏差的主要因素

7、。螺距误杠上，并对进给系统精度产生一定的影响。其弹性变差可按下式计算：形反映到进给执行部件上的误差为：=∑△(1)=(A0／360)×t(2)·53·iu1u上#弟朋设计与研究DeSignandResea『cn式中：△为挠性联轴器尼龙弹性体的扭转角度变形=f(,rrd)i×t(3)量；￡为滚珠丝杠的螺距；为联轴器弹性变形引起的式中：．为齿轮副侧隙；d为齿轮节圆直径；为滚珠丝进给误差。杠的螺距。和齿轮节圆周长相比，齿轮副侧隙微乎其微。从式(3)可以看出，在采用伺服电动机经齿轮传动与滚珠丝杠间接联接

8、的结构中，齿轮副侧隙复映到丝杠上的误差和滚珠丝杠螺距误差相比，不是一个数量级。因此对于一般精度需求的机床进给系统，齿轮消隙结图1伺服电动机与滚珠丝杠直联结构构的实际意义不是很大。联轴器尼龙弹性体的变形量非常小，由式(2)I．2丝母转动结构可知，其复映误差和单一的滚珠丝杠螺距误差相比，不丝母转动结构中，丝杠固定不动，拖板与丝母相连在一个数量级。因此这种驱动结构，对传动精度的影并随丝母转动而做直线进给运动，其结构如图4所示。响通常可以忽略不计。伺服电动机联轴节丝杠齿轮1．1．2伺服电动机经齿轮传动与