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回转工作台的结构。

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图5-4 开环数控回转工作台结构

1 —偏心环; 2 、 6 —齿轮; 3 —步进电机; 4 —蜗杆; 5 —橡胶套; 7 —调整环 ; 8 、 10 —微动开头; 9 、 11 —挡块 ; 12 —双列短圆柱滚子轴承; 13 —滚珠轴承; 14 —油缸; 15 —蜗轮; 16 —柱塞; 17 —钢球; 18 、 19 —夹紧瓦; 20 —弹簧;

21 —底座; 22 —圆锥滚子轴承; 23 —调整套; 24 —支座

工作台由功率步进电机3驱动,经齿轮副2 、6,蜗轮副4、15,带动其作回转进给或分度运动。由于是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度,因此,对开环数控回转工作台的传动精度要求高,传动间隙应尽量小。为此,在传动结构上采用了消除间隙的措施。步进电机3 由偏心环 1 与底座连接,通过调整 偏心环 消除齿轮 2 和齿轮 6 的啮合间隙。蜗杆 4 为双导程 ( 变齿厚 ) 蜗杆,可以用轴向移动蜗杆的方法来消除蜗杆 4 和蜗轮15的啮合间隙。调整时,只要将调整环 7 的厚度改变,便可使蜗杆 4沿轴向移动。

为了消除累积误差,数控回转工作台设有零点。当它作返零控制时,先 由挡块 11 压合微动开关 10 ,发出从快速回转变为慢速回转信号,工作台慢速回转,再 由挡块 9 压合微动开关 8 进行第二欠减速,然后由无触点行程开关发出从慢速回转变为点动步进信号,最后由步进电机停在某一固定通电相位上,从而使工作台准确地停在零点位置上。

当数控回转工作台用于分度时,分度回转结束后,要把工作台夹紧。在蜗轮 15 下部的内、外两面装有夹紧瓦 18 和 19,底座 21 上固定的支座 24 内均布有 6 个油缸 14 。油缸 14 上腔进压力油 ,柱塞 16 下移,并通过钢球 17 推动夹紧瓦 18 和 19 ,将蜗轮夹紧,从而将工作台夹紧。不需要夹紧时,控制系统发出指令,使油缸 14 上腔油液流回油箱,在弹簧 20 的作用下把钢球 17 抬起,于是夹紧瓦 18 和 19 松开蜗轮15,这时启动步进电机,驱动工作台回转进给或分度。

该数控回转工作台的圆形导轨采用大型滚珠轴承 13 ,使回转运动灵活,双列短圆柱滚子轴承 12 及圆锥滚子轴承 22 保证回转精度和定心精度。调整轴承12的预紧力,可以消除回转轴的径向间隙,调整轴承22的调整套23的厚度,可以使大型滚珠轴承有适当的预紧力,保证导轨有一定的接触刚度。

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5.3 闭环数控回转工作台

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闭环数控回转工作台的结构与开环数控回转工作台基本相同,区别在于闭环数控回转工作台采用直流或交流伺服电机驱动,有转动角度测量元件 ( 圆光栅、圆感应同步器、脉冲编码器等 ) 。测量的结果反馈与指令值进行比较,按闭环控制原理进行工作,使工作台定位精度更高。

图5-5 为闭环数控回转工作台结构,该工作台采用直流伺服电机驱动,经两对齿轮副和一对 蜗轮副传动工作台。采用双片齿22消除齿轮啮合间隙,蜗杆为双导程蜗杆,伺服电机带有每转1000 个脉冲信号的编码器作为角度测量反馈元件。分度精度 25'' ,重复精度 4''。

工作台导轨为环形平面导轨,工作台与导轨面间粘贴有聚四氟乙烯导轨板 5 ,具有较好的摩擦特性。

夹紧工作台时,按控制信号要求,压缩空气从气通管接头 20 通过气液转换装置 11 内的电磁换向阀进入气缸右腔,使气缸里的活塞杆 13 向左移动,油腔14内的压力 油逐渐增压。这时,油缸活塞1压缩弹簧3并带动拉杆4向下移动,将工作台压紧在底座上,同时又移动触头10,压合刹紧信号 开关8,发出夹紧信号。松开工作台时,压缩空气进入气缸左腔,使活塞杆 13 向右移动,油腔 14 内的压力油减压,直至工作台松开,同时触头10压合松开信号开关 12 ,发出信号,伺服电机 17 可开始驱动工作台回转进给或分度。

图5-5 闭环数控回转工作台结构

1 —油缸活塞; 2 —储油腔; 3 —弹簧; 4 —拉杆; 5 —氟化乙烯导轨板; 6 —工作台; 7 —主轴;8 —刹紧 信号开关; 9 —手摇脉冲发生器; 10 —刹紧 、松开触头; 11 —气液 转换装置; 12 —松开信号开关; 13 —气缸活塞杆; 14 —油腔; 15 —气缸法兰盘; 16 — 储油管 油腔; 17 —伺服电机; 18 —伺服电机法兰盘; 19 —齿轮; 20 —气通 管接头; 21 —紧固螺钉; 22 —双片齿轮; 23 —双导程蜗杆; 24 —定位键; 25 —螺纹套; 26 —调整螺母

5.4 双导程蜗杆传动

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双导程蜗杆传动具有改变啮合侧隙的特点,能够始终保持正确的啮合关系;并且结构紧凑,调整方便,因而在要求连续精确分度的结构中被采用,以便调整啮合侧隙到最小程度。

双导程蜗杆副啮合原理与一般的蜗杆副啮合原理相同,蜗杆的轴向截面仍相当于基本齿条,蜗轮则相当于同它啮合的齿轮。双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距 ( 导程 ) 或者说齿的左、右两侧面具有不同的模数 m(m=t / π ) ,但同一侧齿距则是相等的,因此,该蜗杆的齿厚从一端到另一端均匀地逐渐增厚或减薄,故又称变齿厚蜗杆,可用轴向移动蜗杆的方法来消除或调整啮合间隙。因为同一侧面齿距相同,没有破坏啮合条件,所以当轴向移动蜗杆后,也能保证良好的啮合。

双导程蜗杆的齿形如图 5-6 所示,图中,t左 、t右分别为蜗杆左、右侧面轴向齿距;t 中为公称轴向齿矩; 错误!未找到引用源。左、错误!未找到引用源。右 分别为蜗杆左、右侧面齿形角;S为齿厚; C 为齿槽宽。

图5-6 双导程蜗杆齿形

双导程蜗杆的优点是:啮合间隙可调整得很小,根据实际经验,侧隙调整可以小至 0.01mm~0.015mm ,而普通蜗轮副一般只能达 0.03mm ~ 0.08mm ,因此,双导程蜗杆副能在较小的侧隙下工作,这对提高数控回转工作台的分度精度非常有利。由于普通蜗杆是用蜗杆沿蜗轮径向移动来调整啮合侧隙,因而改变了传动副的中心距 ( 中心距的改变会引起齿面接触情况变差,甚至加剧磨损,不利于保持蜗轮副的精度 ) ;而双导程蜗杆是用蜗杆轴向移动来调整啮合侧隙,不会改变传动副的中心距,可避免上述缺点。双导程蜗杆是用修磨调整环来控制调整量,调整准确,方便可靠;而普通蜗轮副的径向调整量较难掌握,调整时也容易产生蜗杆轴线歪斜。

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双导程蜗杆的缺点是:蜗杆加工比较麻烦,在车削和磨削蜗杆左、右齿面时,螺纹传动链要选配不同的两套挂轮,而这两种蜗距往往是烦琐的小数,对于精确配算挂轮很费时;同样,在制造加工蜗轮的滚刀时,应根据双导程蜗杆的参数设计制造,通用性差。

5.5 回转工作台参数计算

装置总体控制系统方案是用PLC控制器控制的,因此回转工作台也可以选择数控回转工作台来进行控制。可以通过PLC的程序控制伺服电机然后通过蜗轮蜗杆的传动来达到工作台的120错误!未找到引用源。的分度回转控制。其分度精度可达25'',重复精度可达4''。

蜗杆的分度圆直径选择为28mm,蜗轮的分度圆直径为160mm。根据普通蜗杆传动m和d得搭配值表查的涡轮模数m为2.5。

d=mz,所以蜗轮齿数z为64。

i12= 错误!未找到引用源。 ,其中z2为蜗轮齿数,z1为蜗杆头数。取蜗杆头数为2。得i12=32。

装置要求为平均30秒加工完成一个零件。因此初步选定工作台转速为10r/min。 因此直流伺服电机只需要达到320r/min 的转速即可。