畢業(yè)設計----數控車床的機械傳動系統(tǒng)設計

1、<p>　　數控車床的機械傳動系統(tǒng)設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　數控車床的機械傳動系統(tǒng)設計2</p><p><b>　　第一章 引 言2</b></p><p>　　第二章 數控系統(tǒng)發(fā)展簡史2</p><p>　?。?/p>

2、一）國內數控機床現狀3</p><p>　　（二）國內數控機床的特點3</p><p>　　第三章 數控車床主傳動系統(tǒng)的特點3</p><p>　?。ㄒ唬┡c普通機床相比，數控車床的土傳動系統(tǒng)有以下特點。3</p><p>　?。ǘ悼剀嚧仓鬏S變速方式4</p><p><b>　?。ㄈ┲鬏S組件

3、4</b></p><p><b>　?。ㄋ模┲鬏S5</b></p><p><b>　　（五）主軸軸承5</b></p><p>　　第四章 主軸組件的潤滑與密封6</p><p><b>　?。ㄒ唬┲鬏S潤滑6</b></p><p&g

4、t;　　（二）主軸的密封6</p><p>　　第五章 主軸的準停6</p><p>　　第六章 數控車床的進給運動系統(tǒng)7</p><p><b>　?。ㄒ唬└攀?</b></p><p>　?。ǘ╇姍C與絲杠之間的聯(lián)接7</p><p>　　(三）滾珠絲杠螺母副8</p>

5、<p>　　(四)滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調整10</p><p>　　(五)滾珠絲杠的支承方式11</p><p>　　(六)制動裝置12</p><p>　?。ㄆ撸L珠絲杠的保護12</p><p>　　第七章 車床數控化改造的必要性13</p><p>　　（一）微觀看改造的必要性13&

6、lt;/p><p>　?。ǘ┖暧^看改造的必要性13</p><p>　?。ㄈ┸嚧哺脑斓男б娣治?4</p><p>　　第八章 車床的數控改造15</p><p>　?。ㄒ唬悼剀嚧补ぷ髟砑敖M成15</p><p>　?。ǘ┰O計內容及任務16</p><p>　?。ㄈ悼夭糠值脑O

7、計改造16</p><p>　?。ㄋ模C械改造部分的設計17</p><p><b>　　致謝詞18</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p>　　數控車床的機械傳動系統(tǒng)設計</p><p><b>　　作者：李靜瑤</

8、b></p><p>　　摘要：數控車床又稱數字控制（Numerical control，簡稱NC）機床。它是基于數字控制的，采用了數控技術，是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床。它是由主機，CNC，驅動裝置，數控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設備所組成。此次設計包括機床的機械傳動主運動系統(tǒng)設計，縱向機械傳動進給系統(tǒng)運動設計，其中還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。</p><p&

9、gt;　　關鍵詞：數控車床 機械傳動系統(tǒng) 主運動系統(tǒng) 進給傳動系統(tǒng)</p><p>　　Make a summary: The numerically controlled lathe calls digital control (Numerical control , shorter form NC) a machine tool. That it has been digital control-based

10、 , has adopt the numerical control technology, is that a dress has controlling the systematic machine tool by program. It is from the lead plane , CNC , driving device, numerical control machine tool auxiliary device , w

11、hat programming machine and their his some subsidiary equipment is composed of. Design designing that the mechanical </p><p>　　Keywords: Numerically controlled lathe mechanical drive system betokens systemat

12、ic feed drive of motion system</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　當前的世界已進入信息時代，科技進步新月異。生產領域和高科技領域中的競爭益加劇，產品技術進步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F在單件小批量生產的零件已占到機械加工總量的80%以上，而且要求零件的質量更高、精度更高，形狀也趨復雜化，這是擺在機床工

13、業(yè)面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床——數字控制(Numerical control)機床的產生也就是必然的了。此次設計是數控機床主傳動系統(tǒng)的設計，其中包括機床的機械傳動系統(tǒng)設計，縱向進給運動設計，還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。</p><p>　　第二章 數控系統(tǒng)發(fā)展簡史</p><p>　　1946年誕生了世界上第

14、一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。</p><p>　　（一）國內數控機床現狀</p><p>

15、;　　近年來我國企業(yè)的數控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001年，我國機床工業(yè)產值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產數控機床不能滿足市場的需求，使我國機

16、床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數控機床有數控車床、數控磨床、數控特種加工機床、數控剪板機、數控成形折彎機、數控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數控機床品種以中低檔為主。</p><p>　?。ǘ﹪鴥葦悼貦C床的特點</p><p>　　1

17、、新產品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產品占據主導地位。</p><p>　　2、數控機床產量大幅度增長，數控化率顯著提高。    </p><p>　　2001年國內數控金切機床產量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業(yè)產值數控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。</p><p>　　3、數控機床發(fā)

18、展的關鍵配套產品有了突破。</p><p>　　第三章 數控車床主傳動系統(tǒng)的特點</p><p>　　數控車床主傳動系統(tǒng)是指數控機床的工運動傳動系統(tǒng)。主運動是機床實現切削的最基本的運動。在切削過程個，主運動為切除丁什毛坯—卜多余的金屬提供所需的切削速度和動力，是切削過程中速度最高、消耗功率最多的運動。土運動也是切削加』獲得要求的表c幣形狀所必需的成形運動。   

19、; </p><p>　　（一）與普通車床相比，數控車床的土傳動系統(tǒng)有以下特點。    </p><p>　　1、所選用數控機床電動機的區(qū)別。rI前數控機床的主傳動電動機已不再采用普通的交流異步電動機或傳統(tǒng)的自流調速電動機，它們已逐漸被新型的交流調速電動機和直流調速電動機所代替。    </p><p>　

20、　2、數控機床轉速高，功率大。數控機床和上傳動系統(tǒng)能使數控機床進行人功率田削和高速切削，實現高效率加于。    </p><p>　　3、變速范圍人。數控機床的主傳動系統(tǒng)要求有較人的凋速范圍，—股R。，loo，以保證加』—時能選／g合理的切削用量，從而獲得最佳的芍；產申．加工精度和袁l面質量。    </p><p>　　4、 數

21、控機床主軸速度的變換迅速、可靠。數控機床的變速是按照摔制指令自動進行的．因此變速必須適應門動操作的要求。目前直流利交流主軸電動機的調速系統(tǒng)日趨完善，不儀能方便地實現寬范圍的尤級變速，而且減少丁中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。</p><p>　?。ǘ悼剀嚧仓鬏S變速方式</p><p>　　目前，主傳動系統(tǒng)大致可分為以下大類。</p><p>　　1.帶有變

22、速齒輪的主傳動</p><p>　　如圖3-1a）所示，通過少數幾對齒輪降速，以滿足主軸低速時對扭矩特性的要求。數控機床在交流或直流電機無級變速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸和撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實現。</p><p>　　2.通過帶傳動的主傳動</p><p>　　如圖3-1b）所示，這種傳動主要應用在小型數控機床

23、上，由交流電機通過V帶直接帶動主軸。這種傳動方式可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，但只能適用于低扭矩特性要求的主軸。</p><p>　　3.調速電機直接驅動的主傳動</p><p>　　如圖3-1c）所示，這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸影響較大。</p><p>　　圖3-1 主傳動型

24、式</p><p><b>　?。ㄈ┲鬏S組件</b></p><p>　　數控車床主軸部件是影響機床加工精度的主要部件，它的回轉精度，影響工件的加工精度；它的功率大小與回轉速度，影響加工效率；它的自動變速、準停、換刀等，影響機床的自動化程度。因此，要求主軸部件具有與本機床工作性能相適應的高的回轉精度、剛度、抗振性、耐磨性和低的溫升；在結構上，必須很好地解決刀具或工件

25、的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調整、潤滑密封等問題。</p><p><b>　　主軸組件的類型</b></p><p>　　主軸組件按運動方式可分為五類:</p><p>　?。?）只作旋轉運動的主軸組件。此類主軸結構較為簡單，如車床、銑床和磨床等的主軸組件。</p><p>　?。?）既有旋轉運動又有軸向進給運動的主軸

26、組件。如鉆床和鏜床等的主軸組件。其主軸組件與軸承裝在套筒內，主軸在套筒內作旋轉主運動，套筒在主軸箱的導向孔內作直線進給運動。</p><p>　　（3）既有旋轉運動又有軸向調整移動的主軸組件。如滾齒機、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內作旋轉主運動，并可根據需要隨主軸套筒一起作軸向調整移動。</p><p>　　（4）既有旋轉運動又有徑向進給運動的主軸組件。如臥式鏜床的平旋盤主軸部件、

27、組合機床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉運動時，裝在主軸前端平旋盤上的徑向 塊可帶動刀具作徑向進給運動。</p><p>　?。?）主軸作旋轉運動又作行星運動的主軸組件。</p><p><b>　?。ㄋ模┲鬏S</b></p><p>　　主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結構尺寸和形狀、制造精度、材料及熱處理等，對主軸組件的工作性能有很大

28、的影響。主軸結構隨主軸系統(tǒng)設計要求的不同而有多種形式。</p><p>　　主軸的主要尺寸參數包括：主軸直徑、內孔直徑、懸伸長度和支承跨度。評價和考慮主軸主要尺寸參數的依據是主軸的剛度、結構工藝性和主軸組件的工藝適用范圍。</p><p><b>　　主軸直徑 </b></p><p>　　主軸直徑越大，其剛性越高，但軸承和軸上其它零件的

29、尺寸也相應增大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值也就越大，要保證主軸的旋轉精度就越困難，同時極限轉速也下降。</p><p>　　主軸內孔直徑 </p><p>　　主軸內孔用來通過棒料，用于通過刀具夾緊裝置固定刀具以及傳動氣動或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑就越大，機床的使用范圍就越寬，同時主軸部件也越輕。主軸孔徑大小主要受主軸剛度的制約。當主軸的孔徑與主軸直徑之

30、比小于0.3時，空心主軸的剛度幾乎與實心主軸的剛度相當；為0.5時，空心主軸的剛度為實心主軸剛度的90%；大于0.7時，空心主軸的剛度急劇下降。</p><p><b>　　懸伸長度 </b></p><p>　　主軸的懸伸長度與主軸前端結構的形狀尺寸、前軸承的類型和組合方式以及軸承的潤滑與密封有關。主軸的懸伸長度對主軸的剛度影響很大，主軸懸伸長度越短，其剛度越

31、好。</p><p>　　主軸的支承跨距 </p><p>　　主軸組件的支承跨距對主軸本身的剛度都有很大的影響。</p><p>　　主軸的軸端用于安裝夾具和刀具，要求夾具和刀具在軸端定位精度高，定位剛度好，裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。</p><p><b>　?。ㄎ澹┲鬏S軸承</b></p>

32、<p>　　主軸軸承也是主軸組件的重要組成部分，應根據數控機床的規(guī)格、精度采用不同的主軸軸承。一般中、小規(guī)格的數控機床（如車床、銑床、鉆鏜床、加工中心、磨床等）的主軸部件多采用成組高精度滾動軸承，重型數控機床采用液體靜壓軸承，高精度數控機床（如坐標磨床）采用氣體靜壓軸承，轉速達（2～10）×104r/min的主軸可采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。</p><p>　　第四章 主軸組件

33、的潤滑與密封</p><p>　　主軸組件的潤滑與密封是使用和維護過程中值得重視的問題。良好的潤滑效果可以降低軸承的工作溫度，延長其使用壽命。密封不僅要防止灰塵、屑末和切削液進入，還要防止?jié)櫥偷男孤?lt;/p><p><b>　　（一）主軸潤滑</b></p><p>　　數控機床主軸的轉速高，為減少主軸發(fā)熱，必須改善軸承的潤滑方式。潤滑的作

34、用是在摩擦副表面形成一層薄油膜，以減少摩擦發(fā)熱。在數控機床上的潤滑一般采用高級油脂封入方式潤滑，每加一次油脂可以使用7～10年。也有用油氣潤滑，除在軸承中加入少量潤滑油外，還引入壓縮空氣，使?jié)L動體上包有油膜起到潤滑作用，再用空氣循環(huán)冷卻。</p><p><b>　?。ǘ┲鬏S的密封</b></p><p>　　主軸的密封有接觸式和非接觸式兩種。</p>

35、<p>　　圖3-2 非接觸式密封</p><p>　　幾種非接觸密封的形式如圖3-2所示。圖3-2a)是利用軸承蓋與軸的間隙密封，在軸承蓋的孔內開槽是為了提高密封效果；這種密封用于工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處。圖3-2b)是在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當油向外流時，靠主軸轉動的離心力把油沿斜面甩到端蓋的空腔內，油液再流回箱內。圖3-2c)是迷宮式密封的結構，在切屑多、灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可靠的密

36、封效果；這種結構適用于油脂或油液潤滑的密封。</p><p>　　接觸式密封主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封兩種。</p><p><b>　　第五章 主軸的準停</b></p><p>　　主軸準停功能又稱主軸定位功能（spindle specified position stop）,即當主軸停止時能控制其停于固定位置。它是自動換刀所必需的功

37、能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉矩通常是通過刀桿的端面鍵傳遞的。這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 主軸準停換刀 圖3-4 磁傳感器準停</p><p>　　主軸準?？煞譃闄C械準停和電氣準停。</p><p>　　機械準停采用機械凸輪等機構和光電盤方式進行

38、初定位，然后由定位銷（液壓或氣動）插入主軸上的銷孔或銷槽完成定位，換刀后定位銷退出，主軸才可旋轉。采用此方法定向比較可靠、準確，但結構復雜。</p><p>　　電氣準停有磁傳感器準停、編碼器型準停和數控系統(tǒng)準停。常用的磁傳感器準停裝置如圖3-4所示，它是在主軸上安裝一個發(fā)磁體，使之與主軸一起旋轉，在距離發(fā)磁體旋轉外軌跡1～2mm處固定一個磁傳感器。磁傳感器經過放大器與主軸控制單元連接，當主軸需要定向準停時，便控

39、制主軸停止在調整好的位置上。</p><p>　　第六章 數控車床的進給運動系統(tǒng)</p><p><b>　?。ㄒ唬└攀?lt;/b></p><p>　　數控車床進給運動系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進給運動系統(tǒng)，必須對進給運動的位置和運動的速度兩個方面同時實現自動控制，與普通機床相比，要求其進給系統(tǒng)有較高的定位精度和良好的動態(tài)響應特性。一個典型數控機床閉

40、環(huán)控制的進給系統(tǒng)，通常由位置比較放大單元、驅動單元、機械傳動裝置及檢測反饋元件等幾部分組成。這里所說的機械傳動裝置是指將驅動源的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈，包括減速裝置、轉動變移動的絲杠螺母副及導向元件等等。為確保數控機床進給系統(tǒng)的傳動精度、靈敏度和工作的穩(wěn)定性，對機械部分設計總的要求是消除間隙，減少摩擦，減少運動慣量，提高傳動精度和剛度。另外，進給系統(tǒng)的負載變化較大，響應特性要求很高，故對剛度、慣量匹配都有很高的要求。

41、</p><p>　　為了滿足上述要求，數控機床一般采用低摩擦的傳動副，如減摩滑動導軌、滾動導軌及靜壓導軌、滾珠絲杠等；保證傳動元件的加工精度，采用合理的預緊、合理的支承形式以提高傳動系統(tǒng)的剛度；選用最佳降速比，以提高機床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅動軸上的慣量減少；盡量消除傳動間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。</p><p>　?。ǘ╇姍C與絲杠之間的聯(lián)接</p>&

42、lt;p>　　數控車床進給驅動對位置精度、快速響應特性、調速范圍等有較高的要求。實現進給驅動的電機主要有三種：步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機。目前，步進電機只適應用于經濟型數控機床，直流伺服電機在我國正廣泛使用，交流伺服電機作為比較理想的驅動元件已成為發(fā)展趨勢。數控機床的進給系統(tǒng)當采用不同的驅動元件時，其進給機構可能會有所不同。電機與絲杠間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖3-5所示。</p><p>　　1

43、．帶有齒輪傳動的進給運動</p><p>　　數控車床在機械進給裝置中一般采用齒輪傳動副來達到一定的降速比要求，如圖3-5a）所示。由于齒輪在制造中不可能達到理想齒面要求，總存在著一定的齒側間隙才能正常工作，但齒側間隙會造成進給系統(tǒng)的反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用消除措施來盡量減小齒輪側隙。但這種聯(lián)接形式的機械結構比較復雜。</p><p>

44、　　圖3-5 電機與絲杠間的聯(lián)接形式</p><p>　　2．經同步帶輪傳動的進給運動</p><p>　　如圖3-5b）所示，這種聯(lián)接形式的機械結構比較簡單。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只能適于低扭矩特性要求的場所。安裝時中心距要求嚴格，且同步帶與帶輪的制造工藝復雜。</p><p>　　3．電機通過聯(lián)軸器直接與

45、絲杠聯(lián)接</p><p>　　如圖3-5c）所示，此結構通常是電機軸與絲杠之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了機械結構。在加工中心和精度較高的數控機床的進給運動中，普遍采用這種聯(lián)接形式。</p><p>　　(三）滾珠絲杠螺母副</p><p>　　滾珠絲杠螺母副是回轉運動與直線運動相互轉換的一種新

46、型傳動裝置，在數控機床上得到了廣泛的應用。它的結構特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件，以減少摩擦。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副工作原理</p><p>　　滾珠絲杠螺母副工作原理，如圖3-6所示。圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，當它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數圈以后通過回程引導

47、裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構成一個閉合的回路。</p><p>　　圖3-6 滾珠絲杠螺母副工作原理圖 圖3-7 螺紋滾道法向截面形式</p><p>　　2、滾珠絲杠螺母副結構</p><p>　　滾珠絲杠的螺紋滾道法向截面有單圓弧和雙圓弧兩種不同的形狀，如圖3-7所示(a)為單圓弧、b)為雙圓弧)。其中單圓弧工藝簡單，雙圓弧性能較好

48、。</p><p><b>　　3、滾珠的循環(huán)方式</b></p><p>　　滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內循環(huán)兩種方式。</p><p><b>　　外循環(huán)</b></p><p>　　滾珠在循環(huán)過程結束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠間重新進入循環(huán)。如圖3-8a）所示為插管式，它用彎管作

49、為返回管道，這種形式結構工藝性好，但由于管道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖3-8b）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種形式的結構比插管式結構徑向尺寸小，但制造較復雜。</p><p><b>　?。?）內循環(huán) </b></p><p>　　這種循環(huán)靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道,使?jié)L珠成單圈環(huán), 如

50、圖3-9所示,滾珠從螺紋滾道進入反向器,借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進入相鄰滾道,實現循環(huán)。一般一個螺母上裝有2～4個反向器，反向器沿螺母圓周等分分布。其優(yōu)點是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短，摩擦損失小。缺點是反向器加工困難。</p><p>　　圖3-8 外循環(huán)滾珠絲杠</p><p>　　圖3-9 內循環(huán)滾珠絲杠</p><p>　　(四)滾珠絲杠

51、螺母副軸向間隙的調整</p><p>　　滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動精度和絲杠的剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結構，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側面上。用這種方法預緊消除軸向間隙時，應注意預緊力不宜過大，預緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。此外還要消除絲杠安裝部分和驅動部分的間隙。</p>

52、;<p>　　常用的螺母絲杠消除間隙方法有：</p><p>　　1、墊片調隙式。如圖3-10所示，調整墊片厚度使左右兩螺母不能相對旋轉，只產生軸向位移，即可消除間隙和產生預緊力。這種方式結構簡單，剛性好，調整時需要卸下調整墊圈修磨，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊。</p><p>　　圖3-10 墊片調隙式 圖3

53、-11 螺紋調隙式</p><p>　　2、螺紋調隙式。如圖3-11所示，滾珠絲杠左右兩螺母副以平鍵與外套相聯(lián)，用平鍵限制螺母在螺母座內的轉動。調整時，只要擰動圓螺母1即可消除間隙并產生預緊力，然后用螺母2鎖緊。這種調整方法具有結構簡單、工作可靠、調整方便的優(yōu)點，但預緊量不很準確。</p><p>　　3、齒差調隙式。如圖3-12所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套

54、筒兩端的內齒圈相嚙合，其齒數分別為z1和z2，并相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉動一個齒，然后再插入內齒圈，則兩個螺母便產生相對角位移，其軸向位移量。例如，z1=81，z2=80，滾珠絲杠的導程為t=6mm時，s=6/6480≈0.001mm。這種調整方法能精確調整預緊量，調整方便、可靠，但結構尺寸較大，多用于高精度的傳動。</p><p>　　圖3-12 齒差調隙式

55、 圖3-13單螺母變位螺距式</p><p>　　4、單螺母變位螺距預加負荷。如圖3-13所示，它是在滾珠螺母體內的兩列循環(huán)滾珠鏈之間使用螺紋滾道在軸向產生一個△L0的導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位實現預緊。這種調隙方法結構簡單，但負荷量須預先設定且不能改變。</p><p>　　(五)滾珠絲杠的支承方式</p><p>　　數控車床

56、的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強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構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在受力后的過量變形，都會給進給系統(tǒng)的傳動剛度帶來影響。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持良好的配合，并應保證孔對端面的垂直度，螺母座應增加適當的肋板，并加大螺母座和機床結合部件的面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸剛度。滾珠絲杠的不正確及支承結構的剛度不足，會使?jié)L珠絲杠

57、的壽命大大下降。因此要注意軸承的選用和組合，尤其是軸向剛度要求較高，為了提高支承的軸向剛度，選擇適當的滾動軸承及其支承方式是十分重要的。常用的支承方式有下列幾種，如圖3-14所示。</p><p>　　1、一端裝止推軸承（固定-自由式）。這種安裝方式如圖3-14a）所示。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如用于數控機床的調整環(huán)節(jié)或升降臺式數控機床的垂直坐標中。</p><p>　　

58、圖3-14 滾珠絲杠的支承結構</p><p>　　2、一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式） 這種安裝方式如圖3-14b）所示。當滾珠絲杠較長時，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安裝位置應遠離熱源（如液壓馬達）。</p><p>　　3、兩端裝止推軸承。這種安裝方式如圖3-14c）所示。將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預

59、緊拉力，有助于提高傳動剛度。但這種安裝方式對熱伸長較為敏感。</p><p>　　4、兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式）。這種安裝方式如圖3-14d）所示。為了提高剛度，</p><p>　　絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承</p><p>　　和深溝球軸承，并施加預緊拉力。這</p><p>　　種結構形式，可使絲杠的熱變形能轉

60、</p><p>　　化為止推軸承的預緊力。</p><p><b>　　(六)制動裝置</b></p><p>　　由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無</p><p>　　自鎖作用，故必須裝有制動裝置（特別</p><p>　　是滾珠絲杠處于垂直傳動時）。</p><p>　

61、　圖3-15所示為數控臥式銑鏜床主軸箱進給絲杠的制動裝置示意圖。當機床工作時，電磁鐵線圈通電吸住壓彈簧，打開摩擦離合器。此時步時電動機受控制系統(tǒng)的指令脈沖后，通過液壓轉矩放大器及減速齒輪，帶動滾珠絲杠轉動，主軸鐵線圈亦同時斷電，在彈簧作用下摩擦離合器壓緊，使得滾珠絲杠不能自由轉動，主軸箱就不會因自重而下沉了。超越離合器也可用作滾珠絲杠的制動裝置。</p><p>　?。ㄆ撸L珠絲杠的保護</p>&

62、lt;p>　　滾珠絲杠副可用潤滑來提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。潤滑油用機油、90～180號透平油或140號主軸油。潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內，而潤滑油通過殼體上的油孔注入螺母空間內。</p><p>　　滾珠絲杠副和其它滾動摩擦的傳動元件，只要避免磨料微粒及化學活性物質進入，就可以認為這些元件幾乎是不產生磨損的情況下工作的。但如果在滾道上落入臟物

63、，或使用骯臟的潤滑油，不僅會妨礙滾珠的正常運轉，而且使磨損急劇增加。</p><p>　　通常采用毛氈圈對螺母副進行密封，毛氈圈的厚度為螺距的2～3倍，而且內孔做成螺紋的形狀，使之緊密地包住絲杠，并裝入螺母或套筒兩端的槽孔內。密封圈除了采用柔軟的毛氈之外，還可以采用耐油橡膠或尼龍材料。由于密封圈和絲杠直接接觸，因此防塵效果較好，但也增加了滾珠絲杠螺母副的摩擦阻力矩。為了避免這種摩擦阻力矩，可以采用由較硬塑料制成的

64、非接觸式迷宮密封圈，內孔做成與絲杠螺紋滾道相反的形狀，并留有一定的間隙。</p><p>　　對于暴露在外面的絲杠，一般采用螺旋剛帶、伸縮套筒、錐形套筒以及折疊式塑料或人造革等形式的防護罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。除與導軌的防護罩相似外，這幾種防護罩一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。</p><p>　　第七章 機床數控化改造的必要性 </p>

65、<p>　?。ㄒ唬┪⒂^看改造的必要性　　</p><p>　　從微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。  </p><p>　　1、可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。

66、</p><p>　　2 、可以實現加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現了"柔性自動化"。 </p><p>　　3、 加工零件

67、的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。 </p><p>　　4、可實現多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 </p><p>　　5、 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長時間無人看管加工。 </p><p>　　6、 由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力

68、（一個人可以看管多臺機床），減少   了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。 </p><p>　　（二）宏觀看改造的必要性</p><p>　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應用數控機床。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產品在國際軍品和民

69、品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重（數控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。</p><p>　　數控化改造的市場空間，機床的數控制化改造是一個方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計數字上看前途應該是十分光明的，例如："在美國，日本和

70、德國等發(fā)達國家，它們的機床改造人作為新的經濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及數控技術的不斷進步，機床改造是一個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數控技術為主的新的行業(yè)所以不難看出： </p><p><b>　　1．國內的市場</b></p><p>　　我國目前機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有

71、11.34萬臺，即我國機床數控化率不到3％。近10年來，我國數控機床年產量約為0.6～0.8萬臺，年產值約為18億元。機床的年產量數控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶抵圃煨袠I(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數是傳統(tǒng)的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的

72、產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、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床的數控化率。  </p><p>　　2. 進口設備和生產線的數控化改造市場　　</p><p>　　我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產線進行技術改造。據不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10

73、年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元?！　?lt;/p><p>　　這些項目中，大部分項目為我國的經濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設備、生產線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不

74、完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產線的產品銷路很好，但是因為設備故障不能達產達標；有的因為能耗高、產品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富?！　?lt;/p><p>　　這些不能使用的設備、生產線是個包袱，也是一批很大的存量資產，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活

75、最大的存量資產，爭取到最大的經濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。</p><p>　　（三）車床改造的效益分析</p><p>　　提高機床數控化效率有兩個途徑：一是購買新的數控機床；二是對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大，經濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設備的先進性和數控化率是一個極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點： </p&

76、gt;<p>　　1、 減少了投資和交貨的期限   </p><p>　　同購置新的數控機床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費用，改造的費用大大減低。 </p><p>　　2、機械的穩(wěn)定性可靠   </p><p>　　機床的床身，立柱等基礎件都是重而堅固的鑄鐵構件，而鑄件越久自然失

77、效充分，內應力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源，又減少了鑄鐵件生產時對環(huán)境的污染。 </p><p>　　3、熟悉了解設備結構性能，便于操作維修，購買的新設備，事先很難前面了解機床的結構性能，以至很難預算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數控機床在使用和維修方面的培訓時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。  <

78、/p><p>　　4、可以充分利用現有的條件      </p><p>　　可以充分利用現有的地基，不必像購新機時重新構筑新基，同時工夾具、樣板和外設備也可以在利用。 </p><p>　　5、可更好的因地制宜合理篩選功能     </p><p>

79、　　購買現成的通用型機床，往往對一個具體的生產加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個專用的特殊功能，如向機床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費用大，交貨的日期又長。而采用改造方案就可以根據生產加工要求，采用組合的方法再某些部件設計改造成專用的數控機床。 </p><p>　　6、可及時采用最新技術，充分利用社會資源   </p><p&g

80、t;　　由于技術進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床方面的改造 ，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導軌新技術，可使傳統(tǒng)的滑動導軌的摩擦系數降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會資源，可根據技術更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術來提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機場改造成當今水平的機床。 </p><p&g

81、t;　　第八章 車床的數控改造</p><p>　?。ㄒ唬悼剀嚧补ぷ髟砑敖M成</p><p>　　1. 數控車床工作原理：</p><p>　　數控機床加工零件時，首先應編制零件的加工程序，這是數控機床的工作指令。將加工程序輸入到數控裝置，再由數控裝置控制機床主運動的變化、起停，進給運動的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關等

82、動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數進行工作，從而加工出符合要求的零件。 </p><p>　　2.數控機床的組成：</p><p>　　數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如圖2-1</p><p>　　圖3-16  數控車床的組成圖 </p><p

83、>　?。ǘ┰O計內容及任務</p><p>　　普通車床的數控改造設計內容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設計計算（包括縱向、橫向進給系統(tǒng)的設計與計算）、主運動自動變速原理及改造后的機床傳動系統(tǒng)圖的設計、機床調速電動機控制電路的設計、電磁離合器的設計計算。</p><p>　　本設計任務是對臥式車床進行數控化改造，實現微機對車床的數控化控制。利用微機對車床的縱向、橫向進給系

84、統(tǒng)進行數字控制，并要達到縱向最小運動單位為0.01 /脈沖，橫向最小運動單位0.005 /脈沖，主運動要實現自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉位刀架，要能自動的切削螺紋。 </p><p>　　（三）數控部分的設計改造 </p><p>　　1、數控系統(tǒng)運動方式的確定</p><p>　　數控系統(tǒng)按其運動軌跡可分為：點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控

85、制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點移到另外一點的位置，而對于運動軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個或兩個以上坐標方向的位移進行嚴格的不間斷的控制。由于C618車床要加工復雜輪廓零件，所以本微機數控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 </p><p>　　2、伺服進給系統(tǒng)的設計改造    </p><p>　　數控機床的伺服進給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開

86、環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p>　　閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到和好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但他結構復雜、技術難度大、調式和維修困難、造價高。</p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調速范圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電動機驅動的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調式比開環(huán)要復雜，設

87、計上也要有其自身的特點，技術難度較大。</p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路，因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結構簡單，易于調整，所以常用于精度要求不高的場合。</p><p>　　經過上序比較，由于所改造的C618車床的目標加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 </p><p>　　3、數控系統(tǒng)的硬件電路設計  

88、 </p><p>　　數控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數控系統(tǒng)的工作性能。</p><p>　　數控裝置的設計方案通常有： </p><p>　?。╨） 可以全部自己設計制作</p><p>　　（2） 可以采用單板機或STD模塊或工控機改制</p>

89、;<p>　?。?） 可以選用現成的數控裝置作少量的適應化改動</p><p>　　在普通機床的經濟型數控改造中，由于第一種設計周期較長且不經濟，同時質量也難于保證。第二種則更加不經濟。所以不課程設計將采取第三鐘方案。</p><p>　　（四）機械改造部分的設計 </p><p>　　1、主傳動部分的改造設計 將原機床的主

90、軸電動機換成變頻調速電動機，無級調速部分由變頻器控制。將原機床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構。改造后使其主運動和進給運動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉。 </p><p><b>　　2、進給機構的改造</b></p><p>　　將原機床的掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進給以步進電動機作為驅動元件經一級

91、齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。</p><p>　　3、其它部件的改造    </p><p>　　刀架部分：拆除原手動刀架和小拖板，安裝由微機控制的四工位電動機刀架，該刀架具有重復定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點。</p><p><b>　　致謝詞</b></p><p>　

92、　在本文完成之際，無論我的設計是否能夠真的投入使用，這里面每一個控件的繪制，每一行語句的調試，每一段文本的輸入之中都有我辛勤的汗水。幾個月里的設計時間雖然短暫，我卻從中學到了很多的東西。我由衷地感謝關懷、教誨、幫助、支持和鼓勵我完成學業(yè)的老師、朋友和親人。</p><p>　　特別感謝我的輔導員***老師，三年來他在學習、生活上一直對我悉心指導，嚴格要求、熱情鼓勵，為我創(chuàng)造了很多鍛煉提高的機會。***老師洞察全局

93、、高屋建瓴，為我的論文的順利完成指出了很好的方向，他淵博的知識、寬廣無私的胸懷、夜以繼日的工作態(tài)度、對事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風范和對問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益。</p><p>　　在此我謹向我的導師以及在畢業(yè)設計過程中給予我很大幫助的老師、同學們致以最誠摯的謝意！</p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p&g

94、t;　　1、吳明友 《數控車床（華中數控）考工實訓教程》 化學工業(yè)出版社 2006 </p><p>　　第二章數控車床概述3節(jié)數控車床功能及結構特點</p><p>　　2、趙長明 《數控加工工藝及設備》 高等教育出版社 2003 第二章1節(jié)數控機床機械結構特點、2節(jié)數控機床主傳動系統(tǒng)、4數控機床進給傳動系統(tǒng)</p><p>　　3、關穎 《FAN

95、UC系統(tǒng)數控車床培訓教程》 化學工業(yè)出版社 2009 第三章2節(jié)進給傳動系統(tǒng)</p><p>　　4、陳嬋娟 《數控車床設計》 北京 化學工業(yè)出版社2006 第四章機械傳動系統(tǒng)</p><p>　　5、付承云 《數控車床編程與操作》 機械工業(yè)出版社 2007 第三章2節(jié)機械結構簡化</p><p>　　6、宋放之 《數控工藝培訓教程》 清華大學出版社

96、 2005 第二章1節(jié)主傳動系統(tǒng)</p><p>　　7、吳南星 《數控車床絲桿進給系統(tǒng)剛度對定位精度的影響》 中國工程科學 2004 第三章2節(jié)數控車床絲桿進給系統(tǒng)</p><p>　　8、張超英 《數控車床》 化學工業(yè)出版社 2003 第一章數控車床的發(fā)展歷史</p><p>　　9、張偉 許冉 《數控車床實訓教程》 國防工業(yè)出版社2007 第一章