数控激光切割机传动系统的研究.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2012)01—0022—03数控激光切割机传动系统的研究胡金龙，周鹏飞，翟东升。钟异(江苏扬力数控机床有限公司，江苏扬州225127)摘要：目前国内绝大多数数控激光切割机的传动系统均采用齿轮齿条传动方式。文章对传动系统的惯量匹配、减速箱传动偏差、齿轮齿条运动副刚度以及横梁等环节进行了分析和研究，得到的方法和结论对数控激光切割机的设计和开发具有一定的理论参考价值。关键词：机械制造；传动系统；数控激光切割机；研究；有限元中图分类号：TG485文献标识码：B1引言的分析和研究。随着制造业及应用科技的快速发展，激光切割凭借其割缝细、热影响区小、切面

2、质量好等优点，已2系统惯量经成为一种常用的工艺方法，并在很多领域取得了惯量比是指系统中负载总惯量与伺服电机自身广泛应用。高动态响应、高定位精度一直是数控激光惯量之间的比值，所有的系统参数中，惯量比是最重切割机的重要性能体现，而对高动态性能和高定位要也是最基础的参数。惯量比决定了系统的可控性，精度的追求则始终贯穿于激光切割机的发展历程之惯量比越小，对高速动态过程的控制就越灵敏精确。中。激光切割机的动态特性和定位精度受多方面因反之亦然。如果没有合理的惯量匹配关系，一味追求素的影响，其中受传动系统的影响最大，因此，对激高加速度、高速度毫无意义，不但不能获得高的动态光切割机的传动

3、系统进行系统深入的研究，具有重响应速度，其定位精度也难以保证。要意义。在伺服电机和运动部件重量一定的前提下，减数控激光切割机常用的传动方式主要有滚珠丝速箱的不同速比将获得不同的系统惯量比和最高移杠、齿轮齿条以及直线电机三种，其中齿轮齿条传动动速度。而系统的惯量比与最高的移动速度问存在方式应用最广。齿轮齿条传动成本低，动态响应速度内在的联系，下面通过理论推导来确定二者之间的较高，精度虽然不及直线电机和滚珠丝杠，只要系统关系。根据系统惯量转化遵循动能相等理论，有：设计合理，能够满足一般使用要求。相比之下，齿轮删2=；齿条传动是一种性价比最高的传动方式，国内绝大运动部件重量转化

4、到减速器输出轴的惯量为：多数激光切割机都采用这种方式。这里仅对齿轮齿条传动的数控激光切割机传动系统进行研究。=m(旦一)z(2)nJ2数控激光切割机的传动系统主要包括伺服电J~=mR(3)机、减速箱、齿轮齿条运动副、运动部件等，其中各个运动部件重量转化到电机输出轴上的惯量为：环节对设备的动态响应速度和定位精度都有不同程I，l：拿：(拿)2m(4)度的影响。设备要想获得较好的动态性能和精度，传的各个部分需要科学合理的匹配。通过对前系统的负载惯量为：的总结，结合自身在数控激光切割机设计方+：(娶)2m+Jr(5)验，这里对传动系统的各个环节进行了系统运动部件的最高速度为：豢2

5、'rrR(6)2011—07—15由式(6)得：胡金龙(1981一)，男，工程师，硕士，从事数控激光切割机研肇：(7)究开发将式(7)代入式(5)可得系统的负载惯量：矩才能够使输出轴转动1Aremin。扭转刚度引起的传动偏差为：()2rnvz+(8)，rrn6l=R(10)式中：m——运动部件的重量，kg；IL,t21——运动部件的最高移动速度，m／s；式中：6——扭转刚度引起的传动偏差；．，厂运动部件重量转化到减速箱输出轴的G。——扭转刚度；惯量，kg·m；ar一一运动部件的加速度。ccJ：——小齿轮的转动角速度，rad／s；由式(10)可知，减速箱扭转刚度引起的传动偏

6、R——驱动小齿轮半径，m；差是以传动齿轮半径R为自变量，为斜率q'Jt21——减速箱的速比；的二次函数，一般0．O03mm≤≤0．O15mm。——运动部件重量转化到电机输出轴(减速机输入轴)的惯量，kg·mz；4齿轮齿条运动副刚度的有限元分析——。减速箱的惯量，kg·ITI；齿轮齿条运动副在整个系统中是一个相对薄弱．严一系统负载总惯量，kg·m；的环节。当激光切割机进行加、减速运动时，由于惯n——司服电机转速，r／rain。性载荷的作用，齿轮齿条运动副会产生弹性变形，这由式(8)可知，在伺服电机和负载重量一定的前种弹性变形对定位精度会产生一定的影响。齿轮齿提下，系统的负载

7、惯量I，是以最高移动速度为自条运动副的刚度计算是典型的接触非线性问题，传变量，以减速箱惯量为常量，()2m为斜率的统经验公式是无法对其进行计算校核的，本文运用n有限元分析软件ANSYSx,-j其刚度进行分析和计算。二次函数。最高移动速度越高，系统的负载惯量越齿轮齿条的啮合是一个动态的变化过程，啮合大；最高移动速度越小，系统的负载惯量越小。一般的位置随着齿轮的转动时刻发生着变化，如果利用情况下不需要进行加速扭矩的计算校核，只要惯量有限元方法对该动态的非线性过程进行模拟，会出匹配合理，加速扭矩一般不超过电机额定扭矩的现计算时间过长