數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

任年剛

摘要：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是一種操作簡(jiǎn)便價(jià)格低廉的裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。而伺服進(jìn)給系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，更是十分重要。在機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為保證進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)能有較高的精度性和動(dòng)態(tài)性能，機(jī)床中各項(xiàng)性能均要進(jìn)行綜合評(píng)估。

關(guān)鍵詞：進(jìn)給系統(tǒng);滾珠絲杠;齒輪傳動(dòng);改造設(shè)計(jì)

1、數(shù)控機(jī)床的基本原理

1.1數(shù)控機(jī)床的工作原理

數(shù)控即是數(shù)字控制（Numerical Control 簡(jiǎn)稱為NC）也就是數(shù)字控制的縮寫，其基本原理是數(shù)控系統(tǒng)通過伺服電機(jī)發(fā)送數(shù)字信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電子脈沖信號(hào)，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令從而使機(jī)床加工部件（即各軸和刀架電機(jī)）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

1.2數(shù)控機(jī)床的組成

一般數(shù)控機(jī)床通常由輸入和輸出設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、CNC驅(qū)動(dòng)單元、伺服單元、輔助控制裝置、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、機(jī)床本體和反饋裝置幾部分組成。

1.3數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)

伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中最常使用的傳動(dòng)系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)控制為目的開發(fā)了伺服進(jìn)給系統(tǒng)，其主要功能是發(fā)出脈沖指令控制數(shù)控機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行移動(dòng)、進(jìn)行速度的調(diào)整。伺服進(jìn)給系統(tǒng)主要是為了進(jìn)行插補(bǔ)從而增加加工精度。并根據(jù)系統(tǒng)的反饋信息改變一部分參數(shù)，使動(dòng)力源電機(jī)能夠通過聯(lián)軸器來帶動(dòng)整個(gè)機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)。

2、滾珠絲杠及其支撐

滾珠絲杠是將滾珠作為傳動(dòng)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的部件。按照傳動(dòng)形式分為兩種：一種是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng);另一種是將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

滾珠絲杠的特點(diǎn)：精度高、耐用性好、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平衡、同步性好、可靠性高、有良好的剛性。

現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，新型的高速切削數(shù)控機(jī)床也在如雨后春筍般出現(xiàn)，這不僅僅要求進(jìn)給系統(tǒng)主軸有更好的性能，對(duì)系統(tǒng)的供給也有更高的要求：

（1）進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到40m/min或更高;

（2）加速度要高，達(dá)到1g以上;

（3）動(dòng)態(tài)性能好，達(dá)到更高的定位精度。

3、齒輪傳動(dòng)

3.1齒輪傳動(dòng)的類型

查閱了一些關(guān)于傳動(dòng)齒輪的資料得知齒輪的嚙合方式分為三種，它們分別是：內(nèi)嚙合方式，外嚙合方式的齒輪以及齒輪和齒條的傳動(dòng)。將齒輪按照軸線進(jìn)行區(qū)分，共分為兩種，一種是空間齒輪傳動(dòng)，還有一種是平面齒輪傳動(dòng)。從研究中得知，空間齒輪的傳動(dòng)可分為錐齒輪傳動(dòng)，軸線互相交叉的斜方向齒輪傳動(dòng)和蝸桿蝸輪傳動(dòng)三種。根據(jù)齒輪的方向觀察，發(fā)現(xiàn)直齒輪傳動(dòng)，斜齒輪傳動(dòng)和人字形的齒輪傳動(dòng)是屬于平面齒輪傳動(dòng)。

1.傳動(dòng)比

在一對(duì)齒輪中，如設(shè)主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速為 ，齒數(shù)為 ，從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為 ，齒數(shù)為 。若從動(dòng)輪跟著轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為 ，則轉(zhuǎn)過的齒數(shù)為 ，由于兩輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)應(yīng)相等，即 。由此可得一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為：

一對(duì)齒輪傳動(dòng)比 就是主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速之比，和齒輪齒數(shù)成正比。

2.應(yīng)用特點(diǎn)

在所有傳動(dòng)形式中應(yīng)用最多的便是齒輪傳動(dòng)了，該傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)大大多于其他的傳動(dòng)形式，其擁有非常高的傳動(dòng)效率，在傳動(dòng)的過程中，功率也是大大高于其他傳動(dòng)形式。它的工作過程十分的安全，可以充分保證操作人員的安全。

3.傳動(dòng)齒輪必須考慮以下兩個(gè)基本規(guī)定：

（1）傳動(dòng)的穩(wěn)定

在傳動(dòng)過程中，為了得到良好的穩(wěn)定性、瞬時(shí)減速比、瞬時(shí)加速比都要穩(wěn)定。只有這樣才能在有良好的穩(wěn)定性的同時(shí)減少在傳輸過程中的噪聲和振動(dòng)。

（2）較強(qiáng)的承載能力

齒輪在傳動(dòng)時(shí)由于兩嚙合齒面之間的接觸面積是在不斷變化的。所以傳動(dòng)齒輪不僅要尺寸小、重量輕、還要能承受較大的負(fù)載。也就是能承受較高的加工強(qiáng)度、良好的耐磨耗性和較長(zhǎng)的壽命。

3.2齒輪傳動(dòng)的失效形式

經(jīng)過觀察，可以清晰明了的看出齒輪傳遞動(dòng)力是靠齒輪兩個(gè)齒之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)的，在齒輪中，輪齒擔(dān)當(dāng)著主要的工作部分，因而在齒輪發(fā)生故障或損壞的時(shí)候，首先我們就要觀察輪齒的情況。經(jīng)過查閱資料可知，一般的損壞形式可分為很多種，有齒面磨損、齒輪折斷、齒面腐蝕、齒面粘接及塑性變形。

3.3齒輪熱處理

齒輪的滲碳熱處理直接影響著齒輪的傳動(dòng)精度、剛性和使用壽命。如果在滲碳熱處理后加入一步磨削加工，齒輪的傳動(dòng)精度會(huì)少許增加，但齒輪仍會(huì)隨著輪齒的形變而降低其傳動(dòng)精度。在滲碳的過程中會(huì)被諸多因素影響進(jìn)而降低其傳動(dòng)精度和剛性。只有綜合考慮多種因素才能在最大程度上減小輪齒變形，從而得到穩(wěn)定的傳動(dòng)精度。在工藝制造過程中，屬于必須解決的齒輪變形的控制問題。

4機(jī)床設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1機(jī)床設(shè)計(jì)要有創(chuàng)新性

（1）機(jī)床是具有創(chuàng)新性的勞動(dòng)設(shè)計(jì)

每個(gè)機(jī)床廠都有其主導(dǎo)產(chǎn)品。產(chǎn)品的性能和質(zhì)量反映了工廠的設(shè)計(jì)和制造水平。為了使主導(dǎo)產(chǎn)品立足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，應(yīng)強(qiáng)化以下方面來使企業(yè)應(yīng)擁有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力、占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位：

1）選擇適合的技術(shù)，進(jìn)行充分的市場(chǎng)調(diào)研，以產(chǎn)品創(chuàng)新為理念，把握未來機(jī)床市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì);

2）嚴(yán)格制定并執(zhí)行產(chǎn)品的售后調(diào)查并收集用戶的反饋信息進(jìn)行研究，保證技術(shù)創(chuàng)新，提出先進(jìn)的創(chuàng)新思路;

3）設(shè)計(jì)特殊型號(hào)的CNC車床，用來在新型材料的發(fā)展趨勢(shì)中占有一席之地。并在技術(shù)成熟后進(jìn)行推廣。

（2）發(fā)展機(jī)床零部件專業(yè)廠

與發(fā)展機(jī)床零部件的專業(yè)化工廠有直接聯(lián)系。很多零件可以從專業(yè)工廠直接購(gòu)買。像這樣迅速組裝機(jī)器，可以縮短交貨期。可以保證質(zhì)量，也可以在一定程度上降低成本。

4.2機(jī)床設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)要求和資料

對(duì)于銷售市場(chǎng)的客戶，需繪制數(shù)控車床規(guī)格并核對(duì)有關(guān)資料。其主要包括信息技術(shù)、預(yù)測(cè)分析的結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、發(fā)展趨勢(shì)、新技術(shù)和相關(guān)結(jié)構(gòu)樣本。通過對(duì)上述材料的分析研究，選擇最佳的設(shè)計(jì)改造方案，不僅要保證數(shù)控車床的產(chǎn)品質(zhì)量，還要提高車床的生產(chǎn)效率，且還要具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）選擇方案

可以按照客戶資料選擇幾個(gè)合適的方案進(jìn)行分析檢查。方案的確定主要有技術(shù)參數(shù)、過程、布局的分析、輸送、傳動(dòng)系統(tǒng)、油壓裝置的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖及控制部分和電氣系統(tǒng)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)圖等。

選擇制定的設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題：

（1）如果在使用和制造中出現(xiàn)問題，應(yīng)先調(diào)查使用要求和機(jī)床參數(shù)，然后再盡可能的進(jìn)行制造。對(duì)設(shè)計(jì)前選擇的技術(shù)進(jìn)行工藝創(chuàng)新;

（2）必須通過科學(xué)的方法來進(jìn)行實(shí)踐的檢測(cè)和技術(shù)的選擇，且在確定了設(shè)計(jì)方案后應(yīng)再次進(jìn)行檢測(cè)以防不可控因素的出現(xiàn);

（3）選擇出最好的方案來設(shè)計(jì)改造并進(jìn)行創(chuàng)新，創(chuàng)新與制造應(yīng)融會(huì)貫通，采用新型技術(shù)能提高效率。

結(jié)論

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展愈發(fā)先進(jìn)，同樣競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)激烈。導(dǎo)致對(duì)機(jī)床的性能也提出了更高的要求。而國(guó)內(nèi)機(jī)床的設(shè)計(jì)水平與國(guó)外相對(duì)比還有著不小的差距。其中數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)作為機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，更是十分的重要。通過本次的課題我對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有了更加深入的了解。通過了解進(jìn)給系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與國(guó)外機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)存在較大的差異。本次設(shè)計(jì)正是基于這一點(diǎn)以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)。

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