零傳動數(shù)控滾齒機(jī)通過取消傳統(tǒng)滾齒機(jī)中的傳動機(jī)構(gòu), 實現(xiàn)了電機(jī)與滾刀主軸以及電機(jī)與工作臺的直聯(lián), 大大縮短了傳動鏈, 減少了傳動元件的制造誤差以及間隙和裝配誤差對于
齒輪加工的影響, 它不僅可以大幅度提高
機(jī)床的加工
精度和加工速度, 同時, 由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單, 在設(shè)計時更有利于提高機(jī)床的剛性, 完全解決機(jī)械傳動鏈中存在的磨損問題, 進(jìn)而保持了精度的穩(wěn)定性。高精度滾齒機(jī)一般可達(dá)到5級精度。作為
數(shù)控機(jī)床, 零傳動數(shù)控滾齒機(jī)的加工精度與機(jī)床、
刀具、
夾具、工件類型、加工環(huán)境等一系列因素有關(guān)。由表1[ 5 ]可知, 機(jī)床誤差和加工過程誤差對加工精度的影響最為明顯。為了進(jìn)一步分析零傳動數(shù)控滾齒機(jī)的精度, 本文將主要從滾齒機(jī)機(jī)床誤差和滾齒加工誤差等兩方面分別進(jìn)行闡述。
cx1WGbZ 表1數(shù)控機(jī)床各誤差源對加工精度的影響程度
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mPw56> cfy/ *| 1.滾齒機(jī)機(jī)床誤差
{W:)oh> Hc_hO 滾齒機(jī)是傳動關(guān)系最為復(fù)雜的機(jī)床之一。傳統(tǒng)滾齒機(jī)通過內(nèi)、外聯(lián)傳動鏈實現(xiàn)滾削加工, 傳動鏈冗長, 這樣不但影響加工精度, 還影響精度的保持性。零傳動滾齒機(jī)采用電主軸形式實現(xiàn)電機(jī)與滾刀、電機(jī)與工作臺的直聯(lián), 機(jī)床其它各進(jìn)給軸則采用電機(jī)- 聯(lián)軸器- 滾珠絲杠副的形式實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動向直線運(yùn)動的轉(zhuǎn)換, 這樣就很大程度地縮短了機(jī)床傳動鏈, 甚至可以取消加工斜齒時所必需的差動傳動鏈, 最大限度地壓縮冗長傳動鏈對加工精度的影響程度。此外, 由于零傳動滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)簡單, 各軸均由數(shù)控系統(tǒng)控制, 較之傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)則更容易實現(xiàn)各軸之間的聯(lián)動, 從而提高機(jī)床的加工精度。零傳動滾齒機(jī)雖然消除了傳統(tǒng)機(jī)床中的一些誤差源, 但它采用的新的結(jié)構(gòu)形式也會為加工精度帶來新的影響, 本文將從主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三方面入手, 分析零傳動機(jī)床結(jié)構(gòu)對機(jī)床精度的影響。
#:Sy`G6!? ]y)R C-N 1.1 主軸系統(tǒng)
YiQeI|{oN kp<} 主軸系統(tǒng)是滾齒機(jī)的核心, 它在很大程度上影響著齒輪的加工精度。主軸部件的精度主要體現(xiàn)在主軸的回轉(zhuǎn)精度和剛度的提高, 而回轉(zhuǎn)精度與剛度又決定于主軸的形式及裝配形式。零傳動滾齒機(jī)的滾刀主軸和工件主軸均采用電主軸形式。由于電主軸內(nèi)部為雙支承支撐結(jié)構(gòu), 選用高剛度軸承支承可以提高電主軸剛度特性, 減小其彈性變形、回轉(zhuǎn)誤差和徑向誤差等, 從而保證電主軸的動靜態(tài)特性。為了進(jìn)一步提高電主軸精度, 對主軸支承軸承系統(tǒng)施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力, 這樣不僅消除軸承內(nèi)部的游隙, 還能使?jié)L動體產(chǎn)生一定量的彈性變形, 從而增加滾動體的接觸面積,提高軸承的回轉(zhuǎn)精度, 達(dá)到提高主軸精度的目的。除了支承軸承的影響以外, 另一個影響電主軸精度的重要因素就是電主軸的
散熱問題。電主軸工作狀態(tài)下,電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生大量的熱量, 并將傳遞到主軸上, 這些熱量不僅會影響主軸本身精度, 更重要的是, 它會引起主軸軸承的熱變形, 從而影響電主軸的熱特性。為了消除熱變形的影響, 電主軸中設(shè)計有循環(huán)冷卻系統(tǒng), 它可以帶走電機(jī)產(chǎn)生的大部分熱量以減少主軸及其支承的熱變形。
dg'CHxU cQ8$,fo 零傳動滾齒機(jī)主軸的設(shè)計中, 電機(jī)的選取對機(jī)床加工精度的影響至關(guān)重要。在傳統(tǒng)滾齒機(jī), 電機(jī)通過主運(yùn)動傳動鏈將運(yùn)動傳遞給滾刀, 并通過范成運(yùn)動傳動鏈分配滾刀和工件軸的運(yùn)動以滿足它們之間嚴(yán)格的傳動比關(guān)系。運(yùn)動傳遞中的大傳動比的精密傳動副可以減小滾齒機(jī)傳動誤差, 這點(diǎn)對滾齒機(jī)的工作臺的影響最為明顯。雖然零傳動滾齒機(jī)可以大大提高滾刀主軸的轉(zhuǎn)速, 但基于滾齒基本原理, 工作臺的速度仍然很低。在零傳動驅(qū)動的情況下, 電機(jī)誤差對工作臺的影響不可能通過減速傳動機(jī)構(gòu)減小, 因此對工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性要求很高, 不但能做大承載力的可控回轉(zhuǎn), 還能提供高
分辨率的精密低速運(yùn)動。另外, 零傳動驅(qū)動對電機(jī)的穩(wěn)定性要求也很高。結(jié)合電機(jī)的機(jī)械特性、矩頻特性、負(fù)載要求、調(diào)速要求等, 主軸電機(jī)一般選用效率高, 且高低速特性較好的交流同步電機(jī)。滾齒是斷續(xù)切削加工過程, 由于零傳動滾齒機(jī)可提供較高的滾刀轉(zhuǎn)速, 這就帶來較高切削振動頻率,為避免共振對齒輪加工的不良影響, 要求電主軸具有較高的固有頻率以遠(yuǎn)離激振區(qū), 由此, 對電機(jī)的固有頻率的要求也相應(yīng)提高。
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