數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　論文題目：數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p>　　任務(wù)與要求：掌握數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)控制的改進和了解汽油發(fā)動機潤滑系統(tǒng)故障的處理</p><p>　　專業(yè)：機電一體化技術(shù)</p><p>　　時間：二O一三年十二月三十日</p>&l

2、t;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　潤滑系統(tǒng)是一種被廣泛應(yīng)用于各種自動化機械、儀器和操縱控制裝置中的保護系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，主要是由于機械儀器之間的摩擦過于損壞機械本身，潤滑系統(tǒng)能幫助保護以至于不造成太大的損壞。</p><p>　　機床潤滑系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和維修保養(yǎng)，對于提高機床加工精度、延長機床使用壽命等都有著十分重

3、要的作用。但是在潤滑系統(tǒng)的電氣控制方面，仍存在以下問題:一是潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控。數(shù)控機床控制系統(tǒng)中一般僅設(shè)油箱油面監(jiān)控，以防供油不足，而對潤滑系統(tǒng)易出現(xiàn)的漏油、油路堵塞等現(xiàn)象，不能及時做出反應(yīng)。二是設(shè)置的潤滑循環(huán)和給油時間單一，容易造成浪費。數(shù)控機床在不同的工作狀態(tài)下，需要的潤滑劑量是不一樣的，如在機床暫停階段就比加工階段所需要的潤滑油量要少。針對上述情況，在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中，對潤滑控制部分進行了改進設(shè)計，時刻監(jiān)控潤滑系統(tǒng)的工

4、作狀況，以保證機床機械部件得到良好潤滑，并且還可以根據(jù)機床的工作狀態(tài)，自動調(diào)整供油、循環(huán)時間，以節(jié)約潤滑油。潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 數(shù)控機床概述.</p><p>　　第一節(jié) 數(shù)控機床的特點</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)控機床的組成

5、和工作原理</p><p>　　第二章 數(shù)控機床的分類</p><p>　　第一節(jié) 按加工工藝方法分類</p><p>　　第二節(jié) 按驅(qū)動裝置的特點分類</p><p>　　第三章 機床結(jié)構(gòu)的發(fā)展</p><p>　　第一節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展</p><p>　　第二節(jié) 自適應(yīng)

6、控制</p><p>　　第四章 數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)控制的改進</p><p>　　第一節(jié) 潤滑時間及潤滑次數(shù)的控制</p><p>　　第二節(jié) 潤滑報警信號的處理</p><p>　　第五章 汽油發(fā)動機潤滑系統(tǒng)故障處理</p><p>　　第一節(jié) 機油報警燈亮,機油壓力過低</p>&l

7、t;p>　　第二節(jié) 車輛機油消耗過大</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　第一章 數(shù)控機床概述</p><p>　　第一節(jié) 數(shù)控機床的特點</p><p>　　一、數(shù)控機床的加工特點

8、</p><p>　　數(shù)控機床的加工有以下幾方面的優(yōu)點。</p><p>　　1、適應(yīng)性強。適應(yīng)性即所謂的柔性，是指數(shù)控機床隨生產(chǎn)對象變化而變化的適應(yīng)能力。</p><p>　　2、精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機床是按數(shù)字形式給出的指令進行加工的，一般情況下工作過程不需要人工干預(yù)，這就消除了操作者人為產(chǎn)生的誤差。在設(shè)計制造數(shù)控機床時，采取了許多措施，使數(shù)控機床的機械部分達

9、到了較高的精度和剛度。</p><p>　　3、生產(chǎn)效率高。零件加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分。數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此數(shù)控機床每一道工序都可選用最有利的切削用量。 </p><p>　　4、能實現(xiàn)復(fù)雜的運動。</p><p>　　5、良好的經(jīng)濟效益。 </p><p>　　6、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)

10、代化。</p><p>　　二、數(shù)控機床的使用特點</p><p>　　1、 數(shù)控機床對操作維修人員的要求數(shù)控機床采用計算機控制，驅(qū)動系統(tǒng)具有較高的技術(shù)復(fù)雜性，機械部分的精度要求也比較高。因此，要求數(shù)控機床的操作、維修及管理人員具有較高的文化水平和綜合技術(shù)素質(zhì)。數(shù)控機床的加工是根據(jù)程序進行的，零件形狀簡單時可采用手工編制程序。當(dāng)零件形狀比較復(fù)雜時，編程工作量大，手工編程較困難且往往易出錯，

11、因此必須采用計算機自動編程。</p><p>　　2、數(shù)控機床對夾具和刀具的要求數(shù)控機床的刀具應(yīng)該具有以下特點：</p><p>　?、?具有較高的精度、耐用度，幾何尺寸穩(wěn)定、變化小。 </p><p>　?、?刀具能實現(xiàn)機外預(yù)調(diào)和快速換刀，加工高精度孔時要經(jīng)試切削確定其尺寸。</p><p>　?、?刀具的柄部應(yīng)滿足柄部標準的規(guī)定。 <

12、;/p><p>　?、?很好地控制切屑的折斷和排出。</p><p>　?、?具有良好的可冷卻性能。</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)控機床的組成和工作原理</p><p>　　如圖1-1所示，數(shù)控機床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置（CNC）、伺服驅(qū)動及位置檢測、輔助控制裝置、機床本體等幾部分組成。</p><p&

13、gt;　　1-1圖數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　一、程序編制及程序載體</p><p>　　數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。在對加工零件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標系在機床坐標系上的相對位置，即零件在機床上的安裝位置；刀具與零件相對運動的尺寸參數(shù)；零件加工的工藝路線、切削加工的工藝參數(shù)以及輔助裝置的動作等。得到零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后，用由文字、

14、數(shù)字和符號組成的標準數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。編制程序的工作可由人工進行；對于形狀復(fù)雜的零件，則要在專用的編程機或通用計算機上進行自動編程（APT）或CAD/CAM設(shè)計。 </p><p><b>　　二、輸入裝置 </b></p><p>　　輸入裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)控制存儲介質(zhì)的不同

15、，輸入裝置可以是光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅(qū)動器等。數(shù)控機床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控加工程序還可由編程計算機用RS232C或采用網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。</p><p><b>　　三、數(shù)控裝置</b></p><p>　　零件的輪廓圖形往往由直線、圓弧或其他非圓弧曲線組成，刀具在加工過程中必須按零件形狀和尺寸的要求進行運動，即按圖形軌

16、跡移動。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起點和終點坐標值等數(shù)據(jù)，不能滿足要求，因此要進行軌跡插補，也就是在線段的起點和終點坐標值之間進行“數(shù)據(jù)點的密化”，求出一系列中間點的坐標值，并向相應(yīng)坐標輸出脈沖信號，控制各坐標軸（即進給運動的各執(zhí)行元件）的進給速度、進給方向和進給位移量等。</p><p>　　第二章 數(shù)控機床的分類</p><p>　　數(shù)控機床的品種很多，根據(jù)其加工、控制

17、原理、功能和組成，可以從以下幾個不同的角度進行分類。</p><p>　　第一節(jié) 按加工工藝方法分類</p><p>　　1、金屬切削類數(shù)控機床</p><p>　　在普通數(shù)控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數(shù)控機床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀

18、裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。</p><p>　　2、特種加工類數(shù)控機床</p><p>　　除了切削加工數(shù)控機床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。</p><p&

19、gt;　　3、板材加工類數(shù)控機床 </p><p>　　常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。</p><p>　　第二節(jié) 按驅(qū)動裝置的特點分類</p><p>　　1、開環(huán)控制數(shù)控機床</p><p>　　圖2－1所示的為開環(huán)控制數(shù)控機床系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖2-

20、1開環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖</p><p>　　這類控制的數(shù)控機床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動部件通常為反應(yīng)式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給指令，經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后，驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后

21、，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。</p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。</p><p>　　2、閉環(huán)控制數(shù)控機床</p><p>　　從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖2-2所示的為閉環(huán)控制

22、數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉(zhuǎn)動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。</p><p>　　圖2-2閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖</p><p>　　3

23、、半閉環(huán)控制數(shù)控機床</p><p>　　半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正。圖2-3所示的為半閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖。圖中Ａ速度傳感器、Ｂ角度傳感器。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行

24、比較，用差值來實現(xiàn)控制。</p><p>　　圖2-3半閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖</p><p>　　4、混合控制數(shù)控機床</p><p>　　混合控制系統(tǒng)又分為兩種形式：</p><p>　?、?開環(huán)補償型。圖2-4為開環(huán)補償型控制方式。</p><p>　　圖2-4開環(huán)補償型控制方式</p><

25、;p>　　圖2-5半閉環(huán)補償型控制方式</p><p>　　⑵ 半閉環(huán)補償型。圖2-5為半閉環(huán)補償型控制方式。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中Ａ是速度測量元件（如測速發(fā)電機），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。</p><p>　　第三章 機床結(jié)構(gòu)的發(fā)展</p><p

26、>　　第一節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展</p><p>　　繼數(shù)控加工中心出現(xiàn)之后，又出現(xiàn)了由數(shù)控機床、工業(yè)機器人（或工件交換機）和工件臺架組成的加工單元，工件的裝卸、加工實現(xiàn)全自動化控制，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1加工單元示意圖</p><p>　　為實現(xiàn)工件自動裝卸，以鏜銑床為基礎(chǔ)的數(shù)控加工中心可使用兩個可交換工作臺。一個工作臺加工工件時，

27、另一個工作臺由工人裝夾待加工的工件，在計算機控制下，自動地把待加工工件送去加工，并自動卸下加工好的工件，工件由自動輸送車搬運，如果這種加工中心有較多的交換工作臺，便可實現(xiàn)長時間無人看管加工。</p><p>　　第二節(jié) 自適應(yīng)控制</p><p>　　閉環(huán)控制的數(shù)控機床，主要監(jiān)控機床和刀具的相對位置或移動軌跡的精度。數(shù)控機床嚴格按照加工前編制的程序自動進行加工，但是有一些因素，例如，

28、工件加工余量不一致，工件的材料質(zhì)量不均勻，刀具磨損等引起的切削的變化，以及加工時溫度的變化等因素，在編程序時無法準確考慮，往往根據(jù)可能出現(xiàn)的最壞情況估算，這樣就沒有充分發(fā)揮數(shù)控機床的能力。如圖3-2是自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)框圖。其工作過程是通過各種傳感器測得的加工過程參數(shù)的變化信息，并傳送到自適應(yīng)控制器，與預(yù)先存儲的有關(guān)數(shù)據(jù)進行比較分析，然后發(fā)出校正指令送到數(shù)控裝置，自動修正程序中的有關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3-

29、2自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　第四章 數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)控制的改進</p><p>　　第一節(jié) 潤滑時間及潤滑次數(shù)的控制</p><p>　　檢測工件而使機床暫停運行時，機床對潤滑油的需求量各不相同。在配置FANUC數(shù)控系統(tǒng)的機床中，通常通過控制潤滑泵工作的時間來調(diào)節(jié)提供的潤滑油量，但是，習(xí)慣考慮的是潤滑系統(tǒng)在機床加工運行狀態(tài)下的供油方式，而沒

30、有顧及其它工作狀態(tài)，這樣，當(dāng)機床處于其它工作狀態(tài)時，潤滑系統(tǒng)所提供的潤滑油量要么不夠，要么過多。</p><p>　　機床導(dǎo)軌需要的潤滑油量近似可用下面公式計算：(長度+移動行程)×寬度×K。從公式中可以看出，機床導(dǎo)軌需要的潤滑油量與該導(dǎo)軌上的軸的移動距離有關(guān)。歐美生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)大多以行程量作為依據(jù)，來控制潤滑泵工作，間隙供油，并在系統(tǒng)中提供了相應(yīng)的參數(shù)，便于機床制造商通過PMC程序?qū)櫥眠M

31、行電氣控制。而在FANUC 0i系統(tǒng)中沒有類似的控制方法，為了能在配置FANUC 0i的數(shù)控機床上，采用近似的供油方式控制潤滑泵工作，我們改進了潤滑控制部分的電氣設(shè)計，讓控制系統(tǒng)能根據(jù)機床的具體工作情況自動調(diào)整潤滑泵工作頻率和每次的工作時間，在機床暫停時適當(dāng)減少供油量，而機床初始工作時適當(dāng)增加。</p><p>　　第二節(jié) 潤滑報警信號的處理</p><p>　　壓力異常數(shù)控機床中潤

32、滑系統(tǒng)為間歇供油工作方式。因此，潤滑系統(tǒng)中的壓力采用定期檢查方式，即在潤滑泵每次工作以后檢查。如果出現(xiàn)故障，如漏油、油泵失效、油路堵塞，潤滑系統(tǒng)內(nèi)的壓力就會突然下降或升高，此時應(yīng)立即強制機床停止運行，進行檢查，以免事態(tài)擴大。油面過低以往習(xí)慣的處理方法是將“油面過低”信號與“ 壓力異?！眻缶盘枤w為一類，作為緊急停止信號。一旦PMC系統(tǒng)接收到上述信號，機床立即進入緊急停止狀態(tài)，同時讓伺服系統(tǒng)斷電。但是，與潤滑系統(tǒng)因油路堵塞或漏油現(xiàn)象而造成

33、“壓力異?！钡那闆r不同，如果潤滑泵油箱內(nèi)油不夠，短時間不至于影響機床的性能，無需立即使機床停止工作。</p><p>　　第五章 汽油發(fā)動機潤滑系統(tǒng)故障處理</p><p>　　第一節(jié) 機油報警燈亮,機油壓力過低 </p><p>　　1、機油油面過低。需要添加機油,并檢查是否有密封不嚴造成機油泄漏; </p><p>　　2、機

34、油限壓閥彈簧失效,必須清除閥門上的雜質(zhì),清洗機油泵,更換彈簧; </p><p>　　3、機油泵轉(zhuǎn)速過慢或間隙過大,不能提供足夠的潤滑油。 </p><p>　　4、機油過熱,粘度過稀。需要檢查是否使用了合適粘度的潤滑油,同時水溫過熱對此影響也很大,尤其是夏季高溫下長時間怠速或爬坡,此時因車速較慢,冷卻效果差,發(fā)動機溫度容易過高。 </p><p>　　5、軸瓦磨損

35、。軸瓦磨損造成了機油通過間隙被泄壓,造成機油壓力低。常見于剛大修完或較舊的車輛。</p><p>　　第二節(jié) 車輛機油消耗過大 </p><p>　　發(fā)動機各密封面和油封損壞,將造成潤滑油的滲漏。一旦滲漏發(fā)生,在發(fā)動機外部就可以觀察到。如排氣管冒蘭煙,則是潤滑油進入燃燒室被燒掉。潤滑油可以通過三個途徑進入燃燒室: </p><p>　　1、導(dǎo)管與氣門桿之間--

36、二者之間發(fā)生磨損,間隙過大,在進氣行程時,氣門罩中的潤滑油滴就會沿間隙進入燃燒室;如發(fā)生這一故障或擴大了氣門導(dǎo)管孔徑,應(yīng)選配大一號氣門桿的進氣門。</p><p>　　2、氣門擋油圈失效,不能有效組織機油通過氣門進入燃燒室。 </p><p>　　3、活塞環(huán)與氣缸壁磨損過大,油環(huán)刮油作用減弱,使機油進入燃燒室。</p><p><b>　　結(jié)束語</

37、b></p><p>　　數(shù)控機床采用計算機控制，驅(qū)動系統(tǒng)具有較高的技術(shù)復(fù)雜性，機械部分的精度要求也比較高。在潤滑系統(tǒng)的電氣控制方面，仍存在以下問題：一是潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控。數(shù)控機床控制系統(tǒng)中一般僅設(shè)油箱油面監(jiān)控，以防供油不足，而對潤滑系統(tǒng)易出現(xiàn)的漏油、油路堵塞等現(xiàn)象，不能及時做出反應(yīng)。二是設(shè)置的潤滑循環(huán)和給油時間單一，容易造成浪費。 數(shù)控機床電氣控制設(shè)計過程中，潤滑系統(tǒng)的處理若被忽視，對于機床的使用者

38、而言，機床各部件能否定期定量得到潤滑，卻是十分重要的問題。應(yīng)不斷改進、完善產(chǎn)品的設(shè)計，減少機床出現(xiàn)故障的次數(shù)，提高產(chǎn)品的可靠性。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、方沂《數(shù)控機床編程與操作》北京：國防工業(yè)出版社，1999年版。</p><p>　　2、王愛玲等《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》北京：國防工業(yè)出版社，2