機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)——普通車床的數(shù)控化改造研究

1、三 江 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 普通車床的數(shù)控化改造研究 機(jī)械工程系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)）專業(yè)學(xué) 號(hào) G095152021 學(xué)生姓名 錢 嘉 宇 指導(dǎo)教師 季 鵬 起訖日期 2012.12.17-2013.4.5 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 三 江 學(xué) 院 摘 要 在數(shù)控機(jī)床發(fā)展的今天,它能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品制造的需求,主要是可以進(jìn)行精確的大批量零件的生產(chǎn),大大降低了勞動(dòng)力。但是舊有的普通機(jī)床仍然占據(jù)了機(jī)械中很大的比例,這已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求.由于購買新機(jī)床成本較高,舊有的機(jī)床處理比較困難,所以對(duì)于一些高的場合,對(duì)舊機(jī)床的改造舊成為了一個(gè)不錯(cuò)的選擇.本課題就是通過對(duì)CQ6132普

2、通車床進(jìn)行數(shù)控化改造方案的研究來了解和實(shí)踐這項(xiàng)技術(shù)。關(guān)鍵字：車床；改造；方案設(shè)計(jì)； ABSTRACTIn NC machine tools in the development of today, it can well meet the requirement of modern manufacturing, the main is the mass production parts can be accurately, greatly reduces the labor force. But on the old machine is still occupy a great propor

3、tion in the machinery, it cannot meet the needs of modern production. Due to buy a new machine cost is higher, the old machine tool processing is difficult, so high for some occasions, the old machine tool of reforming the old becomes a good choice. This topic is based on CQ6132 ordinary lathe numer

4、ical control transformation plan of study to understand and practice the technique.Key words: lathe; transformation; plan design;目 錄第一章 緒論1 1.1 本文選題的背景及意義1 1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念2 1.3數(shù)控機(jī)床的組成和分類3 1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)5第二章 車床的總體改造和設(shè)計(jì)7 2.1 CQ6132車床改造的總體方案7 2.2主要參數(shù)8 2.3進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8 2.4控制系統(tǒng)的軟件部分8 2.5改造后機(jī)床的特點(diǎn)9第三章 機(jī)床的電氣改造10 3.1

5、數(shù)控系統(tǒng)的選擇11 3.2軟件功能11 3.3系統(tǒng)功能11 3.4 PLC的功能12 3.5 小結(jié)14第四章 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定15 4.1主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)15 4.2數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)方式及其特點(diǎn)15 4.3小結(jié)16第五章 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造17 5.1 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)17 5.2滾珠絲杠的選用及支撐方式17 5.3滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)17 5.4縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算18 5.5伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇21 5.6進(jìn)給系統(tǒng)的一些其它要求22第六章 支承件的改造23 6.1支承件的特點(diǎn)23 6.2導(dǎo)軌的現(xiàn)狀23 6.3導(dǎo)軌的類型及選取24第七章 輔助裝置的選用26 7.1刀架的選擇26

6、7.2機(jī)床設(shè)備的潤滑及冷卻26 7.3小結(jié)26結(jié)束語27致 謝28參考文獻(xiàn)29第一章 緒 論1.1 本文選題的背景及意義1.1.1 數(shù)控機(jī)床我國的發(fā)展現(xiàn)狀 我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì),一方面國內(nèi)市場對(duì)各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá)15%左右,而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢(shì)頭。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先

7、進(jìn),新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長,從而不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面: (1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為1518個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為58個(gè)月,占總周期的40%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為69個(gè)月,其中設(shè)計(jì)約1.52個(gè)月,只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。 (2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評(píng)價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測(cè)試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低,往往需要

8、反復(fù)試制才能定型,從而可能錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。 (3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機(jī)床廠用手工操作就至少需12個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門,常會(huì)出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。 (4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。 (5)由于長期以來形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的

9、正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。為解決這些問題,必須對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識(shí)共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%

10、。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具

11、有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念1.2.1概述數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控。它是利用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程序控制器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給裝置等部分。要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及用工藝信息來描述機(jī)床加工必須具備的一些工藝參數(shù)，如：進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻液的開關(guān)等。這些信息按一定的格式形成加工程序，通過數(shù)控系統(tǒng)的譯碼，從而使機(jī)

12、床準(zhǔn)確地動(dòng)作和加工出優(yōu)質(zhì)的零件。1.2.2數(shù)控機(jī)床的工作流程數(shù)控機(jī)床工作時(shí)根據(jù)所輸入的數(shù)控加工程序，由數(shù)控裝里控制機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)零件加工輪廓，從而滿足零件形狀的要求。數(shù)控加工程序的編制：在零件加工前，首先根據(jù)被加工零件圖樣所規(guī)定的零件形狀、尺寸、材料及技術(shù)要求等，確定零件的工藝過程、工藝參數(shù)、幾何參數(shù)以及切削用量等，然后根據(jù)數(shù)控機(jī)床編程手冊(cè)規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序。對(duì)于比較簡單的零件，通常采用手工編程；對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，則在編程機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程，或者在計(jì)算機(jī)上用CAD/CAM軟件自動(dòng)生成零件加工程序。譯碼：數(shù)控裝置接受程序，譯碼程序按照一定的語法規(guī)則將信息解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)

13、據(jù)形式。刀具補(bǔ)償：零件加工程序通常是按零件輪廓軌跡編制的。刀具補(bǔ)償?shù)淖饔檬前蚜慵喞壽E轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡運(yùn)動(dòng)加工出所要求的零件輪廓。插補(bǔ)：插補(bǔ)的目的是控制加工運(yùn)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件作出符合零件輪廓軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。位置控制和機(jī)床加工：位置控制的任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的指令位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機(jī)，電動(dòng)機(jī)使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件帶動(dòng)刀具相對(duì)于工件按規(guī)定的軌跡和速度進(jìn)行加工。1.3 數(shù)控機(jī)床的組成和分類1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成，(見圖1-1)圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成 (1)輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)

14、備主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲(chǔ)和打印 。 (2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它接受來自輸入設(shè)備的程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。 (3)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的馭動(dòng)部件。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。一般來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)。 (4)測(cè)量反饋裝置該裝置由測(cè)量部件和響應(yīng)的測(cè)量電路組成，其作用是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (5)機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。

15、1.3.2數(shù)控機(jī)床的分類按伺服系統(tǒng)的控制原理可分為：開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床。 (1)開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床不帶有位置檢測(cè)裝置，數(shù)控裝置將零件程序處理后，輸出數(shù)字信號(hào)給伺服系統(tǒng).驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。指令信號(hào)的流程是單向的。(如圖1-2) 圖1-2 開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 (2)閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床帶有檢測(cè)裝置。它隨時(shí)接受在工作臺(tái)端測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，將其與數(shù)控裝置發(fā)來的指令位置信號(hào)相比較，由其差值控制進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)，直到差值為零，進(jìn)給軸停止運(yùn)動(dòng)。(如圖1-3)圖1-3 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制可以消除包括工作臺(tái)傳動(dòng)鏈帶在內(nèi)的誤差，從而定位精度高、速度調(diào)

16、節(jié)快，但由于工作臺(tái)慣量大，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來很大的困難，主要是系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到不利影響。 (3)半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床與閉環(huán)控制得到數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于檢測(cè)反饋信號(hào)不是來自工作臺(tái)。而是來自電動(dòng)機(jī)端或絲杠端連接的測(cè)量元件。(如圖1-4) 圖1-4 半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床實(shí)際位置的反饋是通過間接測(cè)得的伺服電動(dòng)機(jī)的角位移算出來的，因而控制精度沒有閉環(huán)高，但機(jī)床工作的穩(wěn)定性卻由于大慣盆工作臺(tái)被排除在控制環(huán)外，調(diào)試方便，因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床中。所以本次設(shè)計(jì)采用的是半閉環(huán)控制系統(tǒng)。1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) (1)加工零件的適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好。 (2)加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 (3)生產(chǎn)率

17、高。 (4)減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 (5)生產(chǎn)管理水平高。第二章 車床的總體改造和設(shè)計(jì)2.1 CQ6132車床改造的總休方案圖2-1 數(shù)控系統(tǒng)的總體框架總體框架說明: (1) PC機(jī)：可采用工控PC機(jī)，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。 (2)運(yùn)動(dòng)控制卡：采用PCL運(yùn)動(dòng)控制卡，該卡是一種高速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。因此，它可以滿足車床X、Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線，圓弧插補(bǔ)。 (3)光電耦合電路的作用是能夠隔離外部干擾信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (4)機(jī)床本體是由CQ6132改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等。 (5)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器

18、要能夠達(dá)到0.005mm的加工精度要求。 (6)各種限位開關(guān)：減速開關(guān)，回零開關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開關(guān)起著硬件硬限位的作用，當(dāng)車床加工工件超出加工范圍時(shí)，車床自動(dòng)停止加工。減速開關(guān)的作用是當(dāng)車床刀架回零并走到車床零點(diǎn)附近時(shí)，減速開關(guān)被開啟并通知車床減速走到零位置。2.2 主要技術(shù)參數(shù)床身上回轉(zhuǎn)直徑320mm工作臺(tái)上回轉(zhuǎn)直徑185mm兩頂尖距離510 610 915mm主軸孔徑40mm主軸孔錐度MT5主軸轉(zhuǎn)速/級(jí)數(shù)1801930r/min/8縱向行程500 600 900mm橫向行程170mm小刀架行程85mm公制螺距/級(jí)數(shù)0.53mm/10縱向走刀量/級(jí)數(shù)0.10.4mm/r/3電機(jī)功率

19、1.5 kw機(jī)床凈重/毛重330/380kg,350/400kg,390/450kg底座凈重/毛重58/70kg主機(jī)外形尺寸1430,1540,1845×680×515mm主機(jī)包裝尺寸2080×790×1480mm底座包裝尺950×790×870mm2.3進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。本車床的X、Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)+剛性聯(lián)軸器+滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。2.4

20、 控制系統(tǒng)的軟件部分該車床控制系統(tǒng)采用西門子808系統(tǒng)。其功能主要有讀取零件的加工G代碼，編輯和編譯G代碼，仿真加工(包括加工前仿真和與加工同步仿真)，回參考點(diǎn)，手工對(duì)刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進(jìn)給速度，主軸速度及轉(zhuǎn)速方向，刀具信息，M功能等多種加工信息。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還可以顯示出刀具當(dāng)前的坐標(biāo)，加工狀態(tài)，加工時(shí)間等信息。2.5 改造后機(jī)床的特點(diǎn) (1)具有與原機(jī)床一致的剛度與強(qiáng)度. (2)具有與原機(jī)床一致的加工范圍。 (3)縱向進(jìn)給直線度與原機(jī)床一樣，其運(yùn)動(dòng)精度則有數(shù)控系統(tǒng)和縱向電機(jī)、滾珠絲杠的精度保證。 (4)橫向進(jìn)給的直線度和運(yùn)動(dòng)精度全部有改造部分的制造和裝配

21、精度保證。 (5)可充分利用機(jī)床床身部分的已加工表面作為改造部分的定位和測(cè)量基準(zhǔn)。 第三章 機(jī)床的電氣改造3.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用?；诓僮髅姘宓木o湊型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 808D車削和 SINUMERIK808D 銑削極其堅(jiān)固耐用并且非常容易維護(hù)。強(qiáng)大的數(shù)控功能能夠在很短的加工時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)極佳的工件加工精度。借助 SINUMERIK808D在線向?qū)恼{(diào)試到生產(chǎn)直至銷售的所有機(jī)床加工步驟的培訓(xùn)費(fèi)用

22、可降至最低。(如圖3-1)圖3-1西門子808D操作面板3.1.1 優(yōu)點(diǎn)(1)緊湊、耐用、并且免維護(hù)的操作面板型數(shù)控系統(tǒng)預(yù)裝車床專用的系統(tǒng)軟件(2)無需在機(jī)柜上鉆孔的智能卡扣安裝(3)使用 USB 接口的即插即用機(jī)床控制面板(4)現(xiàn)代化的數(shù)控系統(tǒng)確保了系統(tǒng)性能和精度(5)SINUMERIK 808D 在線向?qū)Э梢詭椭鷮W(xué)習(xí)、研究、簡化最新的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)(6)SINUMERIK Operate BASIC人機(jī)界面與 SINUMERIK 828D 和 840D 類似的便捷操作(7)SINUMERIK program GUIDE BASIC全面的工藝循環(huán)用于通過圖形輸入界面方便地輸入車削和鉆削循環(huán)(8

23、)手動(dòng)機(jī)床功能帶有手輪控制平床身機(jī)床的簡單半自動(dòng)加工(9)通過 U 盤的簡單數(shù)據(jù)傳3.2 軟件功能 (1)CNC功能系統(tǒng)軟件的開放性和友好界面，幫助性的編程方式。定義的固定循環(huán)并使用戶很方便地根據(jù)其加工特性進(jìn)行編寫自己的固定循環(huán)，用戶集成的G代碼功能。M功能和PLC功能的調(diào)用子程序，E參數(shù)(用戶可以通過E參數(shù)來讀取或改變CNC的數(shù)值)。強(qiáng)大的通訊功能(RS232IRS4221RS485) ，邊加工邊傳輸功能。提高了計(jì)算機(jī)的CAD/CAM程序的加工能力。完善的絲杠螺距補(bǔ)償。FANUC的螺距補(bǔ)償為線性補(bǔ)償，補(bǔ)償中僅把相應(yīng)的拐點(diǎn)坐標(biāo)值輸入即可。并且沒有固定的距離和補(bǔ)償值的限制。 (2)PLC功能梯形

24、圖的PLC程序，多任務(wù)的PLC程序的編程結(jié)構(gòu)，提高了PLC程序的編寫和可讀性。梯形圖PLC程序在屏幕上的動(dòng)態(tài)顯示，方便了最終用戶的維修。豐富的PLC和CNC交換信息量, PLC圖形界面的管理。 (3)強(qiáng)大的編程軟件GSKCC軟件。Windows環(huán)境下并運(yùn)行在PC計(jì)算機(jī)上，PLC程序的編寫工具，方便的機(jī)床程序管理。簡便的通訊能力(PCIONC間為主從關(guān)系，所有操作均在PC側(cè)完成)，動(dòng)態(tài)的PLC程序顯示(PC側(cè))。GSKCC軟件Windows環(huán)境并運(yùn)行在PC計(jì)算機(jī)。調(diào)整NC的機(jī)床參數(shù)和伺服系統(tǒng)，圖形的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，強(qiáng)大的優(yōu)化功能，方便地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。3.3 系統(tǒng)的功能西門子808系統(tǒng)為全功能型，下列一

25、些功能增加了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和操作的方便:Cs軸輪廓控制:可以省掉Cf軸，用主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)與其它直線軸插補(bǔ)，加工輪廓曲線。剛性攻絲:Z軸進(jìn)給與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步，不用彈簧卡頭實(shí)現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。PMC軸控制:用梯形圖程序控制伺服進(jìn)給軸，用于回轉(zhuǎn)軸分度或定量位置進(jìn)給。0-C系統(tǒng)PMC可控制2個(gè)進(jìn)給軸。主軸雙刀架。0.1um分辨率:系統(tǒng)分辨率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1urn?？捎脜?shù)設(shè)定為其1/10.加工程序的后臺(tái)編輯:自動(dòng)切削過程中可以編輯新的程序。菜單編程。圖形會(huì)話在線自動(dòng)編程:有多種形式，最新的是符號(hào)指令形式，易學(xué)，易操作。有工藝參數(shù)語句。用戶宏程序:一種參量編程軟件包，用來編制加工程序(

26、適合于成組工藝)或者用其接口變量編制PMC程序，控制CNC的運(yùn)行狀態(tài)。CNC是本系統(tǒng)的核心部分，用以完成人機(jī)對(duì)話與通訊，解釋機(jī)械加工語言，分配加工任務(wù)，以及協(xié)調(diào)各功能模塊的工作等。進(jìn)給控制部分選用NUMDRIVE交流伺服系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算以及參考同類型機(jī)床，縱向(Z軸)選36N.m交流何服電機(jī)，橫向(X軸)選用22N.m電機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置、速度雙閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。輔助控制部分包括機(jī)床的冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)與主軸運(yùn)動(dòng)等方面的控制。同時(shí)在主軸箱內(nèi)安裝編碼器，以構(gòu)成加工螺紋所需的主輸系統(tǒng)(c軸)。選用IOO Opmr的編碼器，由于主軸大齒輪為128齒(m=5)，故編碼器前端齒輪選用20齒，其

27、速比為6.4:1,則主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器將返回6400個(gè)脈沖，經(jīng)四分頻后，每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖為25600，分辨率為50.625秒/脈沖，完全滿足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)C軸的反饋精度要求。3.4 PLC的功能3.4.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC采用的是典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU,RAM,ROM和輸入、輸出接口電路等。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如果把PLC看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量->PLC->輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入變量:它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算、處理后送到

28、輸出端子，他們是PLC的輸出變量。由這些輸出變量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。這里可將PLC看作一個(gè)中間處理器或變換器，以將輸入變量變換為輸出變量。(如圖4-1)圖4-1西門子808D系統(tǒng)圖3.4.2 PLC與CNC機(jī)床的聯(lián)接方式CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制信號(hào)有兩類:一類是高速信號(hào),主要用于各個(gè)坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng);另一類是低速信號(hào)，主要用于控制主軸電機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)、接觸器、電磁閥的通斷等開關(guān)t，低速信號(hào)的控制對(duì)象主要一些商電壓或大電流的強(qiáng)電設(shè)備，其控制采用可編程序控制器，具有可靠性高，柔性好等特點(diǎn)，而且隨粉可編程控制器本身性能價(jià)格比不斷提高，在現(xiàn)代CNC, FMS系統(tǒng)中的應(yīng)用有不斷上升的趨勢(shì)。目前，數(shù)控機(jī)床

29、PLC的形式有兩種:一種是采用單獨(dú)的CPU完成PLC功能，即配有專門的PLC, PLC在CPU外部，稱為外裝型PLC;第二種是采用數(shù)控氛統(tǒng)與PLC合用一個(gè)CPU的方法.PLC在CPU內(nèi)部，稱為內(nèi)裝型PLC. FANUC數(shù)控系統(tǒng)采用內(nèi)裝型PLC?？删幊炭刂破髋cCNC機(jī)床的聯(lián)接方式本質(zhì)上是外電路聯(lián)接方法，系統(tǒng)I/0口發(fā)出控制指令，使可編程控制器輸入端無觸點(diǎn)開關(guān)通斷，通過CNC數(shù)控完成可編程控制器對(duì)機(jī)床強(qiáng)電的邏輯控制。CNC機(jī)床的被控對(duì)象有帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的主電機(jī)、大量開關(guān)量、伺服電機(jī)等，可編程控制器與CNC機(jī)床的強(qiáng)電、CNC數(shù)控裝里1/0口的聯(lián)接可歸納為三部分。3.4.3 PLC輸入輸出端與機(jī)床面板信

30、號(hào)聯(lián)接FANUC機(jī)床操作面板有多達(dá)39個(gè)自定義鍵。面板與系統(tǒng)采用光纖連接。結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)床面板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。CNC數(shù)控機(jī)床操作面板上有按鈕、旋鈕開關(guān)、波段開關(guān)和指示燈等.按鈕、旋鈕開關(guān)和波段開關(guān)直接與可編程控制器的愉入端接線柱相連，指示燈接線直按與PLC輸出端接線柱相連，指示燈的亮暗取決于相應(yīng)的PLC輸入端的開關(guān)狀態(tài)及固化在PCROM卡中的梯形圈程序。3.4.4 PLC輸出端與機(jī)床強(qiáng)電信號(hào)聯(lián)接PLC在CNC機(jī)床中的主要作用是控制強(qiáng)電部分.如:主控電源、伺服電源、刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、潤滑電機(jī)勢(shì)。由于流過強(qiáng)電電路的電流很大，在PLC輸出

31、瑞都接有保護(hù)用繼電器。在每一個(gè)交流緣圈兩側(cè)并聯(lián)阻容電路以吸收由于線圈通斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流.為了提商電機(jī)運(yùn)行的可非性，在接觸移線翻電路中加有互鎖保護(hù)觸點(diǎn)。同理，每個(gè)電機(jī)的運(yùn)行程序控制邏輯都固化在PCROM卡中，受機(jī)床操作面板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。3.4.5 PLC輸入端與CNC機(jī)床數(shù)控裝盆I/O接口的聯(lián)接可編程控制器物出端的通斷是由其物入端通斷狀態(tài)及梯形圖程序決定的，CNC機(jī)床數(shù)控裝I與可編程控制器的聯(lián)接是通過軟開關(guān)直接控制PLC粕入端的通斷.以決定PLC輸出端的狀態(tài).從數(shù)控裝置I/0口的信息流向分析，可以分為兩種情況:一是數(shù)控裝!從1/0口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動(dòng)作;另一種是檢測(cè)P

32、LC輸入口的開關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝里的I/0口是輸入信號(hào)，數(shù)控裝登根據(jù)輸入信號(hào)的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。3.5小結(jié) 本次采用的西門子808Dde系統(tǒng)是由于西門子在現(xiàn)代社會(huì)中運(yùn)用比較廣泛,并且售后服務(wù)比較好,PLC和NC數(shù)據(jù)都是廠家給的,應(yīng)用比較方便.第四章 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定4.1 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的不同類型而決定的，而變速系統(tǒng)的類型應(yīng)兼顧縮短變速所需的時(shí)間并能簡化傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等因素綜合來選擇、設(shè)計(jì)。傳動(dòng)系統(tǒng)的類型主要有三種：4.2數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)方式及其特點(diǎn)4.2.1齒輪傳動(dòng)所謂齒輪傳動(dòng)是采用少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，用液壓撥叉自動(dòng)變速，電機(jī)主軸仍為無級(jí)變速，

33、并實(shí)現(xiàn)主軸的正反啟動(dòng)、停止、制動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)在扭矩輸出方面沒有其他的傳動(dòng)方式可以超過，因此一般要求極高扭矩輸出的情況下使用?？梢酝ㄟ^齒輪組的切換得到不同的轉(zhuǎn)速比，從而適應(yīng)更廣泛的加工需求。缺點(diǎn)是噪音大，發(fā)熱大，無法用于高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。4.2.2皮帶傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)又稱為同步齒形帶傳動(dòng)，使用直流或交流主軸伺服電機(jī)，由同步齒形帶傳動(dòng)至主軸傳動(dòng)。 皮帶傳動(dòng)的主軸箱及主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，同時(shí)主軸部件剛性好，傳動(dòng)效率高、平穩(wěn)、噪聲小，不需潤滑。通常是減速傳動(dòng)，另外使用較小的電機(jī)也可以獲得更好的低速性能，但無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速比的切換。適用于中檔機(jī)床，高端鏜銑類數(shù)控設(shè)備上已經(jīng)很少看到這種傳動(dòng)方式了。4.2.3電機(jī)直聯(lián)

34、主軸電機(jī)和主軸之間使用聯(lián)軸器直接聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡單，避免了皮帶方式皮帶打滑和皮帶振動(dòng)等問題，這種方式應(yīng)處理好散熱、潤滑，一般應(yīng)用于高速機(jī)床、鏜銑類的數(shù)控設(shè)備上。4.3 小結(jié) 經(jīng)過調(diào)研、查閱資料可知，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用分級(jí)變速機(jī)構(gòu)，并采用電磁離合器進(jìn)行自動(dòng)變速，而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床大多數(shù)是在原有普通機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并采用簡單的數(shù)控系統(tǒng)變速進(jìn)給機(jī)構(gòu)，自動(dòng)刀架，具有經(jīng)濟(jì)的突出特點(diǎn)，現(xiàn)在這種機(jī)床在小型、私營企業(yè)正被大量使用，但也存在一些如在加工過程中不能自動(dòng)變速等缺點(diǎn)，為了使能設(shè)計(jì)的機(jī)床在時(shí)常上更具競爭力，因此采用無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)械無級(jí)變速器。第五章 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造5.1機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)5.2

35、 滾珠絲杠的選用及支承方式數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座、絲杠端部的軸承及其支承加工的不精確性和它們?cè)谑芰蟮倪^量變形，都會(huì)給進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度帶來影響。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持良好的配合，并應(yīng)保證孔對(duì)端面的垂直度。螺母座應(yīng)增加適當(dāng)?shù)睦甙?，并加大螺母座和機(jī)床結(jié)合部件的面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸剛度。所以我本次設(shè)計(jì)中選用的是滾珠絲杠傳動(dòng)。5.3滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)傳動(dòng)效率高，以極小的滾動(dòng)摩擦代替了傳統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦，大大減小的摩擦使?jié)L珠絲杠副的傳動(dòng)效率獲得極大地提高，傳動(dòng)效率達(dá)9

36、0%以上。進(jìn)而，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠副的1/3左右。因此，滾珠絲杠能夠順滑地實(shí)現(xiàn)兩種傳動(dòng)方式將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或者將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。精度高，由于滾珠絲杠副傳動(dòng)效率達(dá)到90%以上，因而發(fā)熱率大大降低，熱變形就小，若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，使設(shè)備獲得很高的定位精度和重復(fù)定位精度。摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長。滾珠絲杠副中的主要零件，均經(jīng)熱處理，具有很高的硬度及表面光潔度，再加上滾動(dòng)摩擦的摩

37、損很小，因而具有良好的耐磨性，實(shí)際壽命往往大于理論壽命。5.4縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.4.1切削力計(jì)算最大切削功率式中 主電動(dòng)機(jī)功率，CQ6132車床 =7.5KW主傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，一般0.70.85，取 =0.8切削功率應(yīng)在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削速度（或速）來計(jì)算，即式中 主切削力， ；最大切削速度，按用硬質(zhì)合金刀具半精車鋼件時(shí)的速度取 =100m/min.在一般外圓車削時(shí)=（0.10.55） ， =（0.150.65） 取=0.48 =1728N， =0.58 =2088N；式中 、 縱向、橫向切削力分力。5.4.2滾珠絲杠副的選型和驗(yàn)算滾珠絲杠副的選型

38、和驗(yàn)算主要是型號(hào)的選擇和性能驗(yàn)算。 滾珠絲杠的選用設(shè)計(jì)，一般必須已知下列條件：絲杠的最大軸向載荷 （或平均工作載荷 ）、使用壽命T、絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）、絲杠的轉(zhuǎn)速 （或平均轉(zhuǎn)速）、絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等，以縱向?yàn)槔?，可按以下步驟計(jì)算：（1）滾珠絲杠軸向進(jìn)給切削力的計(jì)算 縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌，滾珠絲杠軸向進(jìn)給切削力=K + （ +W）=2691.2N 式中 W移動(dòng)部件的質(zhì)量，N；導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，取 =0.16；K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，K=1.15。（2）滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速的計(jì)算最大切削力下的進(jìn)給速度 （r/min），可取最高進(jìn)給速度的1/21/3（取為1/2），縱向最大進(jìn)給速度為

39、0.6m/min，絲杠導(dǎo)程選 =6mm，則滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速（3）滾珠絲杠壽命的計(jì)算絲杠使用壽命取T=20000h（2班工作制10a），則絲杠的計(jì)算壽命（4）滾珠絲杠副承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算根據(jù)工作負(fù)載荷 、壽命L，滾珠絲杠副承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷式中運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，取 =1.2； 精度系數(shù)，滾珠絲杠副精度取為3級(jí)，則取 =1（5）從滾珠絲杠尺寸系列表（或產(chǎn)品樣本）中找出額定動(dòng)載荷 略大于當(dāng)量動(dòng)載荷 ，同時(shí)考慮剛度要求，初選滾珠絲杠副的型號(hào)及有關(guān)參數(shù)。（6）根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和工作要求（即循環(huán)方式、預(yù)緊方式、傳動(dòng)精度、傳動(dòng)效率等方面）從初選的幾個(gè)型號(hào)中挑選比較合適的公稱直徑、導(dǎo)程、負(fù)荷滾珠列數(shù)和滾珠圈數(shù)，

40、確定某一型號(hào)。參照山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司的產(chǎn)品樣本，CQ6132縱向進(jìn)給滾珠絲杠副的型號(hào)選為：CDM40062.5P3，是外循環(huán)插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊絲杠副，其額定動(dòng)載荷為14820N，強(qiáng)度足夠，剛球循環(huán)列數(shù)為1x2.5x2，精度等級(jí)為3級(jí)。其幾何參數(shù)如下：公稱直徑 = 40mm，導(dǎo)程 = 6mm，剛球直徑 = 3.969mm，絲杠底徑 = 35.2mm，預(yù)緊力 =2006N。5.4.3剛度驗(yàn)算的計(jì)算滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是驗(yàn)算絲杠的拉伸或壓縮變形量 、滾珠與螺紋滾道接觸變形量 和支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 之和應(yīng)不大于機(jī)床精度所允許變形量的1/2。否則，應(yīng)考慮選用較大直徑

41、的滾珠絲杠副。滾珠絲杠的變形量計(jì)算步驟如下：（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 式中 工作負(fù)載 引起導(dǎo)程 的變化量，由于兩端均采用角接觸球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度可比一端固定的絲杠提高4倍。其實(shí)際變形量為=1/4 =0.494x mm（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 滾珠絲杠副及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，滾珠與螺紋滾道接觸變形式中 滾珠數(shù)量， ；圈數(shù)；列數(shù)；每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)。對(duì)于CDM4006C2.5， ，取整為158個(gè)。因絲杠加有預(yù)緊力，可減少1/2，因此實(shí)際變形量= 0.0059/2 =0.295x mm（3）支承滾珠絲杠的軸承軸向接觸變形支承滾珠絲杠的軸承為8107型推力球軸承，幾何參

42、數(shù)為 =3.5mm，滾動(dòng)體直徑 =6.35mm，滾動(dòng)體數(shù)量 =18，軸承的軸向接觸變形因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量= /2=0.0039mm根據(jù)以上計(jì)算，總變形量= + + 11.8 三級(jí)精度滾珠絲杠允許的螺距誤差為15 /m，故剛度足夠。因?yàn)闈L珠絲杠兩端都采用推力球軸承并預(yù)緊，因此不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需穩(wěn)定性校核。通過以上的計(jì)算，或得CDM40062.5P3縱向進(jìn)給系統(tǒng)的滾珠絲杠副，在數(shù)控改造CQ6132車床應(yīng)用后，機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、靈活、精度高、噪音低，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)加工要求。 5.4.4.滾珠絲杠副及預(yù)緊方式的選擇滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)

43、構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。 在本設(shè)計(jì)中，我們采用雙螺母內(nèi)循環(huán)的形式，用雙螺母墊片預(yù)緊

44、。 5.4.5滾珠絲杠的材料及熱處理根據(jù)金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)P298表4-156，選擇的材料為CrWMn，所選熱處理為整體淬火。5.5伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇早期的數(shù)控機(jī)床采用電液伺服驅(qū)動(dòng)的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床基本上都采用全電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。它可分為步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三類。5.5.1步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般與脈沖增量插補(bǔ)算法相配合，目前均選用功率型步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。它主要有反應(yīng)式和混合式兩類。反應(yīng)式價(jià)格較低，混合式價(jià)格較高，但混合式步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，運(yùn)行頻率及升降速度快，因而性能更好。為克服步進(jìn)電機(jī)低頻共振的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高精度，出現(xiàn)了性能更好的帶細(xì)

45、分功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，并得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控領(lǐng)域和老式機(jī)床改造中起到了極其重要的作用。5.5.2直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代中期，在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。大慣量直流電動(dòng)機(jī)具有具有良好的寬調(diào)速特性，其輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。由于電動(dòng)機(jī)自身慣量較大，與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，因此，所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)安裝到機(jī)床上。此類電動(dòng)機(jī)大多配有晶閘管全控或半控橋SCR-D調(diào)速裝置。為適于部分?jǐn)?shù)控機(jī)床頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)及快速定位的要求，又開發(fā)了直流中，小慣量伺服電動(dòng)機(jī)以及大功率晶體管脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)裝置。5.5.3交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于直流

46、伺服電動(dòng)機(jī)使用機(jī)械換向，因此存在許多缺點(diǎn)。而直流伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的調(diào)速特性正是通過機(jī)械換向得到的，因而這些缺點(diǎn)無法克服。多年來，人們一直試圖用交流電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)，其困難在于交流電動(dòng)機(jī)很難達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，由于交流伺服電動(dòng)機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)以及控制理論與方法的突破性進(jìn)展，以及微電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使交流驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)展很快，目前已逐漸取代了直流伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于不需要維護(hù)，制造簡單，適合于在惡劣環(huán)境下工作。所以本次設(shè)計(jì)中采用的是西門子808D半閉環(huán)系統(tǒng),選擇的是交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。5.6 進(jìn)給系統(tǒng)的一些其它要求5.6.1進(jìn)給系統(tǒng)的潤滑

47、機(jī)床在運(yùn)行過程中，各運(yùn)動(dòng)件之間存在摩擦，必須采用一定的潤滑及防護(hù)措施來減小其相對(duì)摩擦，從而提高機(jī)床的使用壽命。使用潤滑劑可提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑脂的特點(diǎn)是黏度大，不易流失，因此不需經(jīng)常加換，使用方便，密封也較簡單。但其摩擦阻力大，機(jī)械效率低；流動(dòng)性差，導(dǎo)熱系數(shù)小。因此僅適用于轉(zhuǎn)速不高的軸承，外露的齒輪和某些不易密封的主軸件等。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油。在此進(jìn)給系統(tǒng)中，齒輪的轉(zhuǎn)速比較低，因此不能使油飛濺潤滑，在齒輪和軸承處采用潤滑脂來潤滑。在滾珠絲杠副中，也只能采用潤滑脂。5.6.2 防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)

48、入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時(shí)將防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時(shí)更換。

49、另外，對(duì)滾珠絲杠的安裝處應(yīng)進(jìn)行削邊。第六章 支承件的改造6.1支承件的特點(diǎn)支承件是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，包括床身、立柱、橫梁、底座、工作臺(tái)、箱體、升降臺(tái)等。它們之間有的互相固定連接，有的在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。支承件在加工過程中受各種力和熱的作用會(huì)產(chǎn)生變形，從而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正確位置或運(yùn)動(dòng)軌跡，影響加工精度和表面質(zhì)量。因此必須采取一定的措施進(jìn)步支承件抵抗受力變形和受熱變形的能力。6.2導(dǎo)軌的現(xiàn)狀導(dǎo)軌是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，它對(duì)數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性等有著重要地影響，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌，對(duì)導(dǎo)向精度、精度保持性、摩擦特性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和靈敏度都有更高地要求，在材料和結(jié)構(gòu)上起了“質(zhì)”地變化，已不同于普

50、通機(jī)床的導(dǎo)軌。6.3 導(dǎo)軌的類型及選取導(dǎo)軌副是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動(dòng)部件能沿一定軌跡運(yùn)動(dòng)，并承受運(yùn)動(dòng)部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度和精度保持性。數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)、低速進(jìn)給時(shí)不爬行等特性。目前數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌主要有3種：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。 6.3.1滑動(dòng)導(dǎo)軌 金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動(dòng)裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場合，擁有比直

51、線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌。本課題采用了滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌分為：（1）矩形導(dǎo)軌如圖（6-1）-a：具有剛度高，承載能力大，制造，檢驗(yàn)和維修方便。但是導(dǎo)軌不可避免地存在側(cè)間間隙，因而導(dǎo)向精度較差。（2）三角形導(dǎo)軌如圖（6-1）-b：導(dǎo)向性能與頂角有關(guān)，越小導(dǎo)向性越好，但減小時(shí)導(dǎo)軌面當(dāng)量摩擦系數(shù)加大；角加大承載能力增加。支承導(dǎo)軌為凸三角形時(shí)，不易積存有較大積屑，也不易存潤滑油。支承導(dǎo)軌為凹三角形時(shí)，導(dǎo)軌副易產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，但防塵性差。 （3）燕尾形導(dǎo)軌如圖（6-1）-c：其高度較小

52、，可承受顛覆力矩；但剛度差，制造、檢驗(yàn)和維修都不方便。燕尾槽導(dǎo)軌，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整間隙方便，形狀較復(fù)雜，摩擦力偏大。（4）圓柱形導(dǎo)軌如圖（6-1）-d：易制造，不易積存較大積屑和潤滑油，磨損后難以調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于受軸向載荷的場合。圖（6-1）：滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀6.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌是目前最流行的一種新形式。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾珠、保持器、端蓋等組成。生產(chǎn)廠把滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊力調(diào)整適當(dāng)，成組安裝，所以這種導(dǎo)軌又稱為單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。使用時(shí)，導(dǎo)軌固定在不運(yùn)動(dòng)部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體移動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過端蓋

53、內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動(dòng)到工作負(fù)荷區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動(dòng)變成了滾珠的滾動(dòng)。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊還有潤滑油注油杯。滾動(dòng)導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，比塑料導(dǎo)軌還小；運(yùn)動(dòng)輕便靈活，靈敏度高；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，定位精度高；耐磨性好，磨損小，精度保持性好；且潤滑系統(tǒng)簡單，為此滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上得到普遍地應(yīng)用。但是，滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗振性較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)臟物較敏感，必須要有良好的防護(hù)措施。6.3.3液體靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌是在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮起。工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油

54、壓能隨著外加負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，以平衡外負(fù)荷，保證導(dǎo)軌面始終處于純液體摩擦狀態(tài)。 靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極?。s為0.0005），功率消耗少，由于系統(tǒng)液體摩擦，故導(dǎo)軌不會(huì)磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長。油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性好、吸振性良好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，既無爬行，也不產(chǎn)生振動(dòng)。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要有一個(gè)具有良好過濾效果的液壓裝置，制造成本較高。目前，靜壓導(dǎo)軌較多地應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。目前，數(shù)控機(jī)床所使用的滑動(dòng)導(dǎo)軌材料為鑄鐵對(duì)塑料或鑲鋼對(duì)塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類。為了進(jìn)一步降低普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，防止低速爬行，提高定位精度，為此在數(shù)控機(jī)床上普遍采用塑料作為滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料，使原來鑄鐵-鑄鐵的滑動(dòng)變?yōu)殍T鐵-塑料或鋼-塑料的滑動(dòng)。6.3.4塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)1)摩擦特性好。 除摩擦系數(shù)低外，塑料材料中含有青銅、二硫化鉬和石墨，因此其本身具有自潤滑作用，對(duì)潤滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。另外，塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入細(xì)小的金屬碎屑、灰塵等，也不致于損傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌的使用壽命。 3)減振性好。塑料的阻尼性能好，其減振消聲的性能對(duì)提高摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有很大的意義。 4)工藝性好?？山档蛯?duì)塑料結(jié)合的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量，而且塑料易于加工（銑、刨、磨、刮），使導(dǎo)軌