进给系统定位精度影响因素分析

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1、进给系统定位精度影响因素分析　　摘要：进给系统一般由伺服电机、联轴器、直线滚动导轨副、滚珠丝杠副、工作台等机械部件组成一套进给系统。与机床的加工件直接接触的部分，机械传动系统的特性是影响零部件加工精度的关键因素，同时也是影响机床高速高精度的关键因素，因此对于进给系统进行研究是十分重要的。　　关键词：Z向进给系统，X向进给传动系统　　本研究对象为全功能重型卧式数控车床，主要用于重型机械、发电设备、造船、冶金、等行业，利用高速钢或硬质合金刀具，对大型轴类零件（或筒形零件）的内外圆柱表面、外曲线表面、锥面、螺纹、端面、切槽等粗、精加

2、工。　　1.Z向进给系统基本情况　　某重型卧式数控车床进给传动系统由X向传动和Z向传动系统组成。X向为“旋转电机+滚珠丝杠”的进给传动方式，Z向进给传动采用6对直齿轮系、斜齿轮系与齿条相结合的传动方式，来实现刀架的进给和快速移动。X和Z向均采用西门子1FT6132系列伺服电动机驱动。　　其中，轴Ⅳ上的参数为（m=5，Z=85）齿轮的端面上有齿廓，其主要目的是将轴Ⅳ上的三个齿轮通过端面齿廓啮合传递动力，通过其啮合保持轴Ⅴ和轴Ⅶ上的斜齿轮分别与齿条齿廓侧面接触紧密，以达到消除间隙的目的。4　　2.X向进给传动系统介绍　　重型卧式数

3、控车床X向进给传动系统如图2.1所示，采用交流伺服电动机经二级齿轮减速机构带动高精度滚珠丝杠实现工作台的直线运动，选用贴塑导轨，运动过程为滑动摩擦。两级齿轮传动，齿轮精度均为5级，齿轮1和2为直齿轮，齿轮3，4为双片斜齿轮，目的是为了消除齿轮啮合间隙，齿轮具体参数如表2.1所示，与Z向进给传动系统相比，X向传动系统的传动链较短，传动机构比较简单。　　滚珠丝杠基本参数为：总长为1200mm，两端固定支撑，导轨摩擦系数为0.1，工作台重6T，最大轴向载荷为6000N，滚珠丝杠螺母副间隙是通过预载方式加以消除。采用全闭环控制，将脉冲

4、编码器安装在交流伺服电动机上，用于检测电动机转速并反馈旋转速度。工作台上装有光栅尺，直接测量工作台的直线位移，并反馈电流信号。　　3.X向位置精度影响因素分析　　如图2.1所示，为某重型卧式数控车床X向进给系统示意图，工作台的定位精度由其组成部零部件制造误差，安装间隙、变形、热变形等因素作用的综合作用的结果，根据重型卧式数控车床定位精度实验结果对比分析，热变形引起的工作台定位误差没有考虑，针对X向进给系统的定位精度，查阅相关资料，主要分析齿轮传动精度δ1，滚珠丝杠支撑轴承轴向变形量δ2，丝杠轴向变形量δ3，丝杠螺母轴向变形量δ

5、4，丝杠和螺母螺距累积误差δ5这几个因素。　　3.1变形量及不确定度计算4　　不确定度是测量、设计制造结果中数据量值与估计值的可能误差。根据以上分析，影响工作台定位精度的主要因素，分别进行其标准不确定度计算。　　（1）二级齿轮副传动精度变形量δ1的标准不确定度计算根据相关资料，齿轮传动副的传动精度主要有齿轮制造原始误差和齿轮装配精度。由图2.1可知，齿轮对1，2的传动精度（齿轮副转动一圈传动误差的最大值）为：　　式中：FZ1，FZ2为齿轮1，2的切向综合误差，μm；M为齿轮1，2的模数，Z2为齿轮2的齿数。　　假设齿轮切向误差

6、服从正态分布，其标准不确定为：u（δ11）=3δ1；同理，u（δ12）=3δ1　　（2）丝杠支撑轴承轴向变形量标准不确定度计算　　在轴向载荷作用下，轴承会产生轴向变形，产生一定的变形量，为：δ2=Fα/RαL　　式中：Fα为轴向载荷，N；RαL为轴承刚度，N/μm；　　按照稳定载荷阶段时的变形量考虑，即按照均匀分布处理，其标准不确定度为：u（δ2）=δ2/　　（3）滚珠丝杠轴向变形量的标准不确定度计算　　3.2测量结果分析　　利用标准不确度法对某重型卧式数控车床X向进给系统的定位精度影响因素进行了分析，可以得出：4　　（1）从

7、图3.1可以看出，对车床定位精度影响大小依次为：齿轮精度、滚珠丝杠变形、螺距误差、轴承变形、螺母变形，其中，齿轮精度对传动系统定位精度影响最大。　　（2）车床滚珠丝杠刚度引起的变形对工作台定位精度的影响不容忽视。　　（3）要提高车床进给系统的定位精度，对传动齿轮精度的合理布置、支撑轴承的合理选择比较重要。　　参考文献　　[1]张耀满.高速机床进给系统的性能研究[J].机械工程师.2004（5）：7-9　　[2]杨祖孝.进给滚珠丝杠副传动刚度的计算[J].制造技术与机床.1999（7）：12-144