四坐标数控龙门加工中心进给传动系统设计

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1、四坐标数控龙门加工中心进给传动系统设计DesignofFeedDriveSystemin4-AxisCNCGantryMachiningCenter北京航空制造工程研究所王增新马岩王茜许翠芳【摘要】进给传动系统负责传递转矩和转速，是数控机床的重要组成部分，其传动精度、灵敏度和稳定性将直接影响工件的加工质量。为了保证机床的定位精度和工作的稳定性，进给传动系统需要具备无间隙、低摩擦、低惯量、高刚性、高谐振以及适宜的阻尼比等特点。关键词：加工中心进给传动系统滚珠丝杠反向间隙刚度预紧误差补偿【ABSTR

2、ACT】FeeddrivesystemisresponsiblefortransferringtorqueandspeedandisanimportantpartofCNCmachinet001．anditstransmissionaccuracy,sensi-tivityandstabilitywilldirectlyaffectthemanufacturingqualityofworkpieces．Itneedstohavecharacteristicsof13_Oclearance，low

3、friction，lowinertia，highrigidity,highresonanceandtheappropriatedampingratioinordertoensureitsaccuracyandstability．Keywords：MachiningcenterFeeddrivesystemBallscrewBacldashStiffnessPreloadErrorcompensation随着航空结构件的不断整体化和轻量化，钛合金在航空领域的应用越来越广泛，其切削加工特点是导热率低

4、和粘刀倾向较为严重，属于大扭矩强力切削。钛合金航空件的加工设备，有别于用于铝合金加工的机床：对机床除了具有更高的强度要求之外，还必须具备高精度、高刚性的进给驱动机构以满足强力切削的要求。如图l所示，四坐标数控龙I'】加工中心(以下简称G41230AJ)正是为了满足钛合金航空结构件的加工需求研制的，其结构配置合理，各坐标均具有较大的驱动扭矩，尤其是配备了大扭矩机械驱动A摆角进给机构，适用于形状复杂的航空零件的强力切削加工。1整体概述G41230AJ的总体结构为固定龙门工作台移动式，x、】，、Z、4

5、四轴四联动。先将床身水平布置，再将其同两侧的立柱连接并固定于地基上，最后与上部的横梁连接在一起形成刚性较好的封闭龙门结构。工作台沿床身导轨作纵向移动(X轴)，横向滑板在横梁上横向移动114航空制造技术·2010年第22期图1四坐标数控龙门加工中心Fig．1Four-axisCNCgantrymachiningcenter(Y轴)，垂向滑板在横滑板上作垂向移动(z轴)，摆角滑板在垂滑板上摆动(A轴)，主轴同定于摆角滑板上。G41230AJ各坐标均采用性能优越的数字交流伺服驱动，X、Y、z坐标由带预

6、载的进口高性能滚珠丝杠驱动，4坐标由同步带—蜗轮蜗杆一齿轮齿条传动机构消隙并预紧后进行驱动，其中z坐标和月坐标配备液压平衡系统，保证机床具有良好的动态性能。高刚性大扭矩的机械主轴由伺服电机经变速箱驱动，两级机械变速，并配备恒温冷却系统，满足机床大负载切削加工要求。G41230AJ的位置反馈均采用全闭环控制，X、l，、Z反馈元件采用高精度的HEIDENHAIN光栅尺，A坐标采用角度编码器进行反馈，并用压缩空气进行清洁防护，保证机床具有很好的定位精度和重复定位精度。2进给传动系统进给传动系统是数控机

7、床伺服系统的重要组成部分，其作用是传递转矩和转速。进给传动系统的传动精度、灵敏度和稳定性将直接影响工件的加工质量。因此，为了保证定位精度和工作的稳定性，机床的进给传动系统需要具备无间隙、低摩擦、低惯量、高刚性、高谐振以及适宜的阻尼比等特点。为了达到这些要求，G41230AJ的线性进给系统在设计中尽量采用低摩擦的传动副如线性导轨、滚珠丝杠等以减小摩擦力；采用预紧的办法来提高传动刚度；采FuNcTIoN从PARTDESIGN功能部件设计用消隙的方法来减小反向死区误差等。其中，提高进给传动刚度尤其重要

8、。下面介绍横、纵向(x、l，向)、A坐标进给传动系统中消除反向间隙、提高传动刚度的结构措施及方法。2．1胀紧联结套消除反向间隙为了优化传动系统，提高传动效率，C41230AJ的横、纵向进给传动系统均采用一级同步带减速，带动滚珠丝杠驱动运动部件。为了减少动力传递的反向间隙，伺服电机与小带轮2、大带轮7与滚珠丝杠之间的联结均采用胀紧联结套进行胀紧。图2为伺服电机l与小带轮2通过锥形胀紧联结套3联结的结构图。螺钉5通过压圈4对锥形胀紧联结套3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环分别产生径向弹性