一種高精度數控傳動機構的制作方法
【專利摘要】一種高精度數控傳動機構，其特征在于它包括電動主軸、托板、螺母、滾珠絲杠、伺服電機、雙桿液壓缸及液壓伺服系統(tǒng)；所述電動主軸安裝在托板上；所述托板與螺母和雙桿液壓缸連接；所述螺母與滾珠絲杠構成滾珠絲杠螺母副；所述伺服電機通過聯(lián)軸器驅動滾珠絲杠；所述雙桿液壓缸中的活塞桿分別固定機床滑動軌道始端和終端，雙桿液壓缸懸浮在滑動軌道上；所述液壓伺服系統(tǒng)通過剛性油管連接雙桿液壓缸。優(yōu)越性：提高了傳動機構的可靠性、精度，降低磨損及振幅；保證運行平穩(wěn)，噪聲低；消除傳動過程中局部磨損故障隱患；提高了整個加工系統(tǒng)可靠性，將滾珠絲杠故障間隔時間延長5倍以上，加工精度提高了50%，生產效率增加40%。
【專利說明】一種高精度數控傳動機構
(-)【技術領域】:
[0001]本實用新型涉及一種制造系統(tǒng)及數控加工技術，尤其是一種高精度數控傳動機構。
(二)【背景技術】:
[0002]現(xiàn)代高精度金屬加工技術是集優(yōu)化機械結構、計算機技術、傳感檢測技術、液壓氣動技術、智能控制技術于一體，提高產品質量、降低機床故障、增加生產效率必不可少的物質手段。它的廣泛使用給機械制造業(yè)生產方式、產業(yè)結構、管理方式帶來深刻的變化，它的關聯(lián)效益和輻射能力更是難以估計。
[0003]當今，數控設備制造商提供的機床(CNC)在三座標行程的長度僅考慮以機床原點至傳動部件移動最大距離。整個加工過程是由電機驅動滾珠絲桿拖動加工件或主軸實現(xiàn)切削工藝。在加工過程中為了提高生產效率，一般在未切削工件時空行程，此時移動速度將達到100%。當刀具接觸加工表面后運行速度降到工進速度，此時傳動部件受力最大、磨損最嚴重。尤其是在高速低負載轉換成低速大負載的位置處慣性大，振動幅值高，受損嚴重，反映出移動位置誤差大于工件誤差(即使通過編程對刀具進行補償也無法修正)，造成工件廢品率大幅增加，直至停產、停工，檢修設備，更換零部件。其所造成的經濟損失和社會影響均是不可挽回的。按照位置指令對移動工作臺或主軸進行輸出控制，以往是通過位置伺服集成塊，其由位置控制塊和速度控制塊兩部分組成，要使其與被檢測的機械位置一致，根據CPU提供的位置指令和來自位置檢測器的反饋脈沖信號，由位置控制塊發(fā)出速度指令信號來完成；另外，要把來自檢測器的速度反饋信號變成速度指令值，可以由速度控制塊來控制電機速度，將這些控制信號送至伺服放大器來進行各坐標軸的動作控制。電機驅動滾珠絲杠全行程移動。如果制造產品數量達到幾十萬件或更多，將使?jié)L珠絲杠局部磨損。
[0004]因此開發(fā)新型的機-液傳動機構，在空行程時采用高速運行平穩(wěn)的液壓伺服系統(tǒng)裝置；接觸工件進行切削加工時選用傳動精度高，剛度大的電控伺服驅動滾珠絲杠機械傳動完成金屬精密切削加工。
(三)實用新型內容:
[0005]本實用新型的目的在于設計一種高精度數控傳動機構，它能夠解決現(xiàn)有技術的不足，提高傳動控制精度、運行平穩(wěn)性，降低零部件磨損，延長使用壽命，提高加工質量和生產效率。
[0006]本實用新型的技術方案:一種高精度數控傳動機構，其特征在于它包括電動主軸、托板、螺母、滾珠絲杠、伺服電機、雙桿液壓缸及液壓伺服系統(tǒng)；所述電動主軸安裝在托板上；所述托板與螺母和雙桿液壓缸連接；所述螺母與滾珠絲杠構成滾珠絲杠螺母副；所述伺服電機通過聯(lián)軸器驅動滾珠絲杠；所述雙桿液壓缸中的活塞桿分別固定機床滑動軌道始端和終端，雙桿液壓缸懸浮在滑動軌道上；所述液壓伺服系統(tǒng)通過剛性油管連接雙桿液壓缸。[0007]所述電動主軸中空部位上安裝刀具卡頭，并與作為安放工件基座的工作臺相對應。
[0008]本實用新型的工作原理:
[0009]本實用新型將行程分為兩部分，一部分是長距離移動由液壓伺服系統(tǒng)驅動；接觸工件進行切削時通過伺服電機驅動滾珠絲杠完成。解決了長距離、空行程時快速運動，在接近工件時可迅速降低速度直到液壓傳動停止，充分發(fā)揮了液壓緩沖功能，因此避免了巨大的慣性。在切削時采用有效加工距離進行低速進給，杜絕高低速瞬間轉換而使?jié)L珠絲杠劇烈振動、磨損，延長零部件使用壽命。一般零件產品加工面遠遠小于零件外形輪廓尺寸，為了方便工件夾具安裝，因此空行程距離也遠遠大于切削距離?？墒?jié)L珠絲杠長度僅限于有效的加工尺寸長度。按照機床規(guī)格確定滾珠絲杠與油缸長度的比例關系。油缸的位移控制精度為0.02mm;滾珠絲杠(比其它數控機床短)的位移精度可達到0.001mm，綜合兩個傳動精度為0.005mm，其壽命比同類型數控機床高4倍。噪聲為30dB?40dB，低于國際數控機床標準。
[0010]本實用新型的使用方法:按照制品外形輪廓尺寸、加工尺寸、表面粗糙度和精度，選擇不同行程長度的液壓缸、滾珠絲杠；在機床軌道始端、終端將雙桿油缸中的活塞桿固定；油缸一面固定在滑動軌道上，另一面連接托板；托板上安裝了與螺母一起運動的旋轉主軸；滾珠絲杠另一端通過聯(lián)軸器與伺服電機安裝一起，完成精密傳動。
[0011]機床按照指令，在空行程時由液壓伺服閥驅動雙桿液壓缸實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其拖動主軸快速運動接近加工區(qū)域，在距離5mm?IOmm時油缸速度Vttsi由高變低；伺服電機啟動，滾珠絲杠旋轉驅動螺母的直線速度由低變高。當時，液壓伺服系統(tǒng)停止運動，而由精度更高一級的機械傳動，實現(xiàn)精密加工。
[0012]工藝過程:機床發(fā)出位移指令一位置檢測一CPU確定實際距離一液壓伺服系統(tǒng)啟動一空載快速移動一接近加工區(qū)域一啟動伺服電機，液壓系統(tǒng)停止一機械伺服系統(tǒng)到達工藝速度一精密切削一機械伺服系統(tǒng)停止前進開始后退，同時啟動液壓缸后退一機械、液壓伺服系統(tǒng)同時退回一到達初始位置。
[0013]本實用新型的優(yōu)越性:1、采用本實用新型既可以在充分發(fā)揮液壓缸、滾珠絲杠各自傳動功能外，也可保證加工零件質量符合技術要求；雖然在加工零件不同尺寸時其從機床原點到終點是分兩部，但每次退回均是液壓缸和滾珠絲杠兩種傳動的疊加，即速度比同一傳動方式提高了 2倍以上；如果綜合整個加工過程的退回時間將使生產率增加了近3倍；而傳動機構磨損減少到最低程度；消除工作中不穩(wěn)定因素，避免了沖擊對工件加工精度的影響，提高了整個加工系統(tǒng)使用頻次，降低傳動機構的局部磨損；2、提高了傳動機構的可靠性、精度，降低磨損及振幅；不論是在空行程中，還是在工進切削加工中，均保證運行平穩(wěn)，噪聲低；消除傳動過程中局部磨損故障隱患；提高了整個加工系統(tǒng)可靠性，將滾珠絲杠故障間隔時間延長5倍以上，加工精度提高了 50%，減少制造成本，生產效率增加40% ;3、該裝置應用在單自由度加工，比如:銑削或鉆銷；或專用精密端面加工，彌補了數控機床不適宜快速退回的缺陷，拓展了機-液一體化使用范圍；雖然空間制造增加了 10 %，但加工效率遞增85 %，可靠性提高200 %，振幅降低了 70%。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】:[0014]附圖為本實用新型所涉一種高精度數控傳動機構的結構示意圖。
[0015]其中，I為電動主軸，2為托板，3為螺母，4為滾珠絲杠，5為聯(lián)軸器，6為伺服電機，7為雙桿液壓缸,8為剛性油管,9為液壓伺服系統(tǒng),10為工作臺，11為刀具卡頭。
(五)【具體實施方式】:
[0016]實施例:一種高精度數控傳動機構(見附圖)，其特征在于它包括電動主軸1、托板2、螺母3、滾珠絲杠4、伺服電機6、雙桿液壓缸7及液壓伺服系統(tǒng)9 ;所述電動主軸I安裝在托板2上；所述托板2與螺母3和雙桿液壓缸7連接；所述螺母3與滾珠絲杠4構成滾珠絲杠螺母副；所述伺服電機6通過聯(lián)軸器5驅動滾珠絲杠4 ;所述雙桿液壓缸7中的活塞桿分別固定機床滑動軌道始端和終端，雙桿液壓缸7懸浮在滑動軌道上；所述液壓伺服系統(tǒng)9通過剛性油管8連接雙桿液壓缸7。
[0017]所述電動主軸I中空部位上安裝刀具卡頭11，并與作為安放工件基座的工作臺10相對應。
[0018]接到加工技術指令后，CPU按照工件加工尺寸及精度(包括質量)要求會自動計算出工進速度和主軸旋轉速度，對空行程距離和速度、工進距離和速度進行優(yōu)化計算，確定位置及相關的物理量；經實驗統(tǒng)計分析空行程距離為工進距離3倍?4倍，即:Ss= (3?4)S工；根據工件質量m和慣性，計算出最大加速度a ;合理確定空行程速度vs以及由vs切換到V工；避免由于慣性量造成移動工作臺或主軸劇烈振動，影響加工質量；在確定液壓缸停止和滾珠絲杠啟動位置和速度時，通過光柵尺或旋轉編碼器反饋的信號與CPU計算值進行比較，發(fā)出偏差值的轉換電量給伺服閥放大電路板及功率驅動器(PWM)分別驅動液壓缸和滾珠絲杠帶動工作臺和主軸移動，完成切削工藝；溫度、刀具的補償皆通過伺服電機驅動滾珠絲杠機構,在金屬切削過程中完成；其最大補償量為0.005mm?0.5mm。
[0019]將該裝置布置在垂直或水平移動工作臺或主軸底部空間；其運行的導軌選擇承載力大、摩擦阻力小的滾珠直線導軌；在導軌的軸承支座上連接液體潤滑系統(tǒng)。
[0020]對制造件材料、尺寸、精度、表面粗糙度及加工時間分析后，借助人機對話裝置CRT編制加工程序；計算機通過預制程序合理確定液壓伺服系統(tǒng)與伺服電機系統(tǒng)轉換點和速度臨界點；在機床原點處工作臺或主軸由液壓缸驅動快速接近工件，到達臨界位置時液壓缸由高速降到低速直至停止；而伺服電機未等到液壓缸停止，即可啟動且拖動滾珠絲杠達到工進速度完成切削工藝；當工作結束后由最后位置指令發(fā)訊，液壓缸及伺服電機同時退回機床原點；等待加工下一個工件或加工面。
【權利要求】
1.一種高精度數控傳動機構，其特征在于它包括電動主軸、托板、螺母、滾珠絲杠、伺服電機、雙桿液壓缸及液壓伺服系統(tǒng)；所述電動主軸安裝在托板上；所述托板與螺母和雙桿液壓缸連接；所述螺母與滾珠絲杠構成滾珠絲杠螺母副；所述伺服電機通過聯(lián)軸器驅動滾珠絲杠；所述雙桿液壓缸中的活塞桿分別固定機床滑動軌道始端和終端，雙桿液壓缸懸浮在滑動軌道上；所述液壓伺服系統(tǒng)通過剛性油管連接雙桿液壓缸。
2.根據權利要求1所述一種高精度數控傳動機構,其特征在于所述電動主軸中空部位上安裝刀具卡頭，并與作為安放工件基座的工作臺相對應。
【文檔編號】B23Q5/40GK203650067SQ201320693057
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】王金奎, 紀國群 申請人:天津市天鍛液壓有限公司