数控激光切割机传动系统的研究.docxVIP

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文章编号:1672-0121(2012)01-0022-03数控激光切割机传动系统的研究胡金龙,周鹏飞,翟东升,钟升(江苏扬力数控机床有限公司,江苏 扬州 225127)摘要:目前国内绝大多数数控激光切割机的传动系统均采用齿轮齿条传动方式。文章对传动系统的惯量匹配、减速箱传动偏差、齿轮齿条运动副刚度以及横梁等环节进行了分析和研究,得到的方法和结论对数控 激光切割机的设计和开发具有一定的理论参考价值。关键词:机械制造;传动系统;数控激光切割机;研究;有限元中图分类号:TG485文献标识码:B1 引言随着制造业及应用科技的快速发展 文章编号:1672-0121(2012)01-0022-03 数控激光切割机传动系统的研究 胡金龙,周鹏飞,翟东升,钟 升 (江苏扬力数控机床有限公司,江苏 扬州 225127) 摘要:目前国内绝大多数数控激光切割机的传动系统均采用齿轮齿条传动方式。文章对传动系统的惯量 匹配、减速箱传动偏差、齿轮齿条运动副刚度以及横梁等环节进行了分析和研究,得到的方法和结论对数控 激光切割机的设计和开发具有一定的理论参考价值。 关键词:机械制造;传动系统;数控激光切割机;研究;有限元 中图分类号:TG485 文献标识码:B 1 引言 随着制造业及应用科技的快速发展,激光切割 凭借其割缝细、热影响区小、切面质量好等优点,已 经成为一种常用的工艺方法,并在很多领域取得了 广泛应用。高动态响应、高定位精度一直是数控激光 切割机的重要性能体现,而对高动态性能和高定位 精度的追求则始终贯穿于激光切割机的发展历程之 中。激光切割机的动态特性和定位精度受多方面因 素的影响,其中受传动系统的影响最大,因此,对激 光切割机的传动系统进行系统深入的研究,具有重 要意义。 数控激光切割机常用的传动方式主要有滚珠丝 杠、齿轮齿条以及直线电机三种,其中齿轮齿条传动 方式应用最广。齿轮齿条传动成本低,动态响应速度 较高,精度虽然不及直线电机和滚珠丝杠,只要系统 设计合理,能够满足一般使用要求。相比之下,齿轮 齿条传动是一种性价比最高的传动方式,国内绝大 多数激光切割机都采用这种方式。这里仅对齿轮齿 条传动的数控激光切割机传动系统进行研究。 数控激光切割机的传动系统主要包括伺服电 机、减速箱、齿轮齿条运动副、运动部件等,其中各个 环节对设备的动态响应速度和定位精度都有不同程 度的影响。设备要想获得较好的动态性能和精度,传 动系统的各个部分需要科学合理的匹配。通过对前 的分析和研究。 2 系统惯量 惯量比是指系统中负载总惯量与伺服电机自身 惯量之间的比值,所有的系统参数中,惯量比是最重 要也是最基础的参数。惯量比决定了系统的可控性, 惯量比越小,对高速动态过程的控制就越灵敏精确。 反之亦然。如果没有合理的惯量匹配关系,一味追求 高加速度、高速度毫无意义,不但不能获得高的动态 响应速度,其定位精度也难以保证。 在伺服电机和运动部件重量一定的前提下,减 速箱的不同速比将获得不同的系统惯量比和最高移 动速度。而系统的惯量比与最高的移动速度间存在 内在的联系,下面通过理论推导来确定二者之间的 关系。根据系统惯量转化遵循动能相等理论,有: 1 mv2= 1 J ω2 (1) 2 2 2 2 运动部件重量转化到减速器输出轴的惯量为: J2=m( v )2 (2) ω2 J =mR2 (3) 2 运动部件重量转化到电机输出轴上的惯量为: J1= J2 =(R )2m (4) i2 i 系统的负载惯量为: J=J1+Jc=(R )2m+Jc 人成果的总结,结合自身在数控激光切割机设计方 面的经验,这里对传动系统的各个环节进行了系统 (5) i 运动部件的最高速度为: n (6) v= 2πR i×60 收稿日期:2011-07-15 作者简介:胡金龙(1981-),男,工程师,硕士,从事数控激光切割机研 究开发 由式(6)得: R 30v (7) i = nπ 22 图 1 齿轮齿条啮合有限元模型装 备 EQUIPMENT 将式(7)代入式(5)可得系统的负载惯量:矩才能够使输出轴转动 1Arcmin。扭转刚度引起的传动偏差为:J=( 30 )2mv2+Jc(8)πn式中:m—运动部件的重量,kg 图 1 齿轮齿条啮合有限元模型 装 备 EQUIPMENT 将式(7)代入式(5)可得系统的负载惯量: 矩才能够使输出轴转动 1Arcmin。 扭转刚度引起的传动偏差为: J=( 30 )2mv2+Jc (8) πn 式中:m—运动部件的重量,kg; v—运动部件的最高移动速度,m/s; ma 2 (10) δt21= C R t21 式中:δt21—扭转刚度引起的传动偏差; Ct21——扭转刚度; a—运动部件的

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