一种高精度数控传动机构的制作方法
【专利摘要】一种高精度数控传动机构，其特征在于它包括电动主轴、托板、螺母、滚珠丝杠、伺服电机、双杆液压缸及液压伺服系统；所述电动主轴安装在托板上；所述托板与螺母和双杆液压缸连接；所述螺母与滚珠丝杠构成滚珠丝杠螺母副；所述伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠；所述双杆液压缸中的活塞杆分别固定机床滑动轨道始端和终端，双杆液压缸悬浮在滑动轨道上；所述液压伺服系统通过刚性油管连接双杆液压缸。优越性：提高了传动机构的可靠性、精度，降低磨损及振幅；保证运行平稳，噪声低；消除传动过程中局部磨损故障隐患；提高了整个加工系统可靠性，将滚珠丝杠故障间隔时间延长5倍以上，加工精度提高了50%，生产效率增加40%。
【专利说明】一种高精度数控传动机构
(-)【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及一种制造系统及数控加工技术，尤其是一种高精度数控传动机构。
(二)【背景技术】:
[0002]现代高精度金属加工技术是集优化机械结构、计算机技术、传感检测技术、液压气动技术、智能控制技术于一体，提高产品质量、降低机床故障、增加生产效率必不可少的物质手段。它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。
[0003]当今，数控设备制造商提供的机床(CNC)在三座标行程的长度仅考虑以机床原点至传动部件移动最大距离。整个加工过程是由电机驱动滚珠丝杆拖动加工件或主轴实现切削工艺。在加工过程中为了提高生产效率，一般在未切削工件时空行程，此时移动速度将达到100%。当刀具接触加工表面后运行速度降到工进速度，此时传动部件受力最大、磨损最严重。尤其是在高速低负载转换成低速大负载的位置处惯性大，振动幅值高，受损严重，反映出移动位置误差大于工件误差(即使通过编程对刀具进行补偿也无法修正)，造成工件废品率大幅增加，直至停产、停工，检修设备，更换零部件。其所造成的经济损失和社会影响均是不可挽回的。按照位置指令对移动工作台或主轴进行输出控制，以往是通过位置伺服集成块，其由位置控制块和速度控制块两部分组成，要使其与被检测的机械位置一致，根据CPU提供的位置指令和来自位置检测器的反馈脉冲信号，由位置控制块发出速度指令信号来完成；另外，要把来自检测器的速度反馈信号变成速度指令值，可以由速度控制块来控制电机速度，将这些控制信号送至伺服放大器来进行各坐标轴的动作控制。电机驱动滚珠丝杠全行程移动。如果制造产品数量达到几十万件或更多，将使滚珠丝杠局部磨损。
[0004]因此开发新型的机-液传动机构，在空行程时采用高速运行平稳的液压伺服系统装置；接触工件进行切削加工时选用传动精度高，刚度大的电控伺服驱动滚珠丝杠机械传动完成金属精密切削加工。
(三)实用新型内容:
[0005]本实用新型的目的在于设计一种高精度数控传动机构，它能够解决现有技术的不足，提高传动控制精度、运行平稳性，降低零部件磨损，延长使用寿命，提高加工质量和生产效率。
[0006]本实用新型的技术方案:一种高精度数控传动机构，其特征在于它包括电动主轴、托板、螺母、滚珠丝杠、伺服电机、双杆液压缸及液压伺服系统；所述电动主轴安装在托板上；所述托板与螺母和双杆液压缸连接；所述螺母与滚珠丝杠构成滚珠丝杠螺母副；所述伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠；所述双杆液压缸中的活塞杆分别固定机床滑动轨道始端和终端，双杆液压缸悬浮在滑动轨道上；所述液压伺服系统通过刚性油管连接双杆液压缸。[0007]所述电动主轴中空部位上安装刀具卡头，并与作为安放工件基座的工作台相对应。
[0008]本实用新型的工作原理:
[0009]本实用新型将行程分为两部分，一部分是长距离移动由液压伺服系统驱动；接触工件进行切削时通过伺服电机驱动滚珠丝杠完成。解决了长距离、空行程时快速运动，在接近工件时可迅速降低速度直到液压传动停止，充分发挥了液压缓冲功能，因此避免了巨大的惯性。在切削时采用有效加工距离进行低速进给，杜绝高低速瞬间转换而使滚珠丝杠剧烈振动、磨损，延长零部件使用寿命。一般零件产品加工面远远小于零件外形轮廓尺寸，为了方便工件夹具安装，因此空行程距离也远远大于切削距离。可使滚珠丝杠长度仅限于有效的加工尺寸长度。按照机床规格确定滚珠丝杠与油缸长度的比例关系。油缸的位移控制精度为0.02mm;滚珠丝杠(比其它数控机床短)的位移精度可达到0.001mm，综合两个传动精度为0.005mm，其寿命比同类型数控机床高4倍。噪声为30dB?40dB，低于国际数控机床标准。
[0010]本实用新型的使用方法:按照制品外形轮廓尺寸、加工尺寸、表面粗糙度和精度，选择不同行程长度的液压缸、滚珠丝杠；在机床轨道始端、终端将双杆油缸中的活塞杆固定；油缸一面固定在滑动轨道上，另一面连接托板；托板上安装了与螺母一起运动的旋转主轴；滚珠丝杠另一端通过联轴器与伺服电机安装一起，完成精密传动。
[0011]机床按照指令，在空行程时由液压伺服阀驱动双杆液压缸实现闭环控制系统，其拖动主轴快速运动接近加工区域，在距离5mm?IOmm时油缸速度Vttsi由高变低；伺服电机启动，滚珠丝杠旋转驱动螺母的直线速度由低变高。当时，液压伺服系统停止运动，而由精度更高一级的机械传动，实现精密加工。
[0012]工艺过程:机床发出位移指令一位置检测一CPU确定实际距离一液压伺服系统启动一空载快速移动一接近加工区域一启动伺服电机，液压系统停止一机械伺服系统到达工艺速度一精密切削一机械伺服系统停止前进开始后退，同时启动液压缸后退一机械、液压伺服系统同时退回一到达初始位置。
[0013]本实用新型的优越性:1、采用本实用新型既可以在充分发挥液压缸、滚珠丝杠各自传动功能外，也可保证加工零件质量符合技术要求；虽然在加工零件不同尺寸时其从机床原点到终点是分两部，但每次退回均是液压缸和滚珠丝杠两种传动的叠加，即速度比同一传动方式提高了 2倍以上；如果综合整个加工过程的退回时间将使生产率增加了近3倍；而传动机构磨损减少到最低程度；消除工作中不稳定因素，避免了冲击对工件加工精度的影响，提高了整个加工系统使用频次，降低传动机构的局部磨损；2、提高了传动机构的可靠性、精度，降低磨损及振幅；不论是在空行程中，还是在工进切削加工中，均保证运行平稳，噪声低；消除传动过程中局部磨损故障隐患；提高了整个加工系统可靠性，将滚珠丝杠故障间隔时间延长5倍以上，加工精度提高了 50%，减少制造成本，生产效率增加40% ;3、该装置应用在单自由度加工，比如:铣削或钻销；或专用精密端面加工，弥补了数控机床不适宜快速退回的缺陷，拓展了机-液一体化使用范围；虽然空间制造增加了 10 %，但加工效率递增85 %，可靠性提高200 %，振幅降低了 70%。
(四)【专利附图】
【附图说明】:[0014]附图为本实用新型所涉一种高精度数控传动机构的结构示意图。
[0015]其中，I为电动主轴，2为托板，3为螺母，4为滚珠丝杠，5为联轴器，6为伺服电机，7为双杆液压缸,8为刚性油管,9为液压伺服系统,10为工作台，11为刀具卡头。
(五)【具体实施方式】:
[0016]实施例:一种高精度数控传动机构(见附图)，其特征在于它包括电动主轴1、托板2、螺母3、滚珠丝杠4、伺服电机6、双杆液压缸7及液压伺服系统9 ;所述电动主轴I安装在托板2上；所述托板2与螺母3和双杆液压缸7连接；所述螺母3与滚珠丝杠4构成滚珠丝杠螺母副；所述伺服电机6通过联轴器5驱动滚珠丝杠4 ;所述双杆液压缸7中的活塞杆分别固定机床滑动轨道始端和终端，双杆液压缸7悬浮在滑动轨道上；所述液压伺服系统9通过刚性油管8连接双杆液压缸7。
[0017]所述电动主轴I中空部位上安装刀具卡头11，并与作为安放工件基座的工作台10相对应。
[0018]接到加工技术指令后，CPU按照工件加工尺寸及精度(包括质量)要求会自动计算出工进速度和主轴旋转速度，对空行程距离和速度、工进距离和速度进行优化计算，确定位置及相关的物理量；经实验统计分析空行程距离为工进距离3倍?4倍，即:Ss= (3?4)S工；根据工件质量m和惯性，计算出最大加速度a ;合理确定空行程速度vs以及由vs切换到V工；避免由于惯性量造成移动工作台或主轴剧烈振动，影响加工质量；在确定液压缸停止和滚珠丝杠启动位置和速度时，通过光栅尺或旋转编码器反馈的信号与CPU计算值进行比较，发出偏差值的转换电量给伺服阀放大电路板及功率驱动器(PWM)分别驱动液压缸和滚珠丝杠带动工作台和主轴移动，完成切削工艺；温度、刀具的补偿皆通过伺服电机驱动滚珠丝杠机构,在金属切削过程中完成；其最大补偿量为0.005mm?0.5mm。
[0019]将该装置布置在垂直或水平移动工作台或主轴底部空间；其运行的导轨选择承载力大、摩擦阻力小的滚珠直线导轨；在导轨的轴承支座上连接液体润滑系统。
[0020]对制造件材料、尺寸、精度、表面粗糙度及加工时间分析后，借助人机对话装置CRT编制加工程序；计算机通过预制程序合理确定液压伺服系统与伺服电机系统转换点和速度临界点；在机床原点处工作台或主轴由液压缸驱动快速接近工件，到达临界位置时液压缸由高速降到低速直至停止；而伺服电机未等到液压缸停止，即可启动且拖动滚珠丝杠达到工进速度完成切削工艺；当工作结束后由最后位置指令发讯，液压缸及伺服电机同时退回机床原点；等待加工下一个工件或加工面。
【权利要求】
1.一种高精度数控传动机构，其特征在于它包括电动主轴、托板、螺母、滚珠丝杠、伺服电机、双杆液压缸及液压伺服系统；所述电动主轴安装在托板上；所述托板与螺母和双杆液压缸连接；所述螺母与滚珠丝杠构成滚珠丝杠螺母副；所述伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠；所述双杆液压缸中的活塞杆分别固定机床滑动轨道始端和终端，双杆液压缸悬浮在滑动轨道上；所述液压伺服系统通过刚性油管连接双杆液压缸。
2.根据权利要求1所述一种高精度数控传动机构,其特征在于所述电动主轴中空部位上安装刀具卡头，并与作为安放工件基座的工作台相对应。
【文档编号】B23Q5/40GK203650067SQ201320693057
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】王金奎, 纪国群 申请人:天津市天锻液压有限公司