數控機械傳動裝置的設計

① 機床的機械傳動副都有哪些結構組成

從傳動副講起——普通機床的機械傳動副，一般有以下幾種：
1、帶傳動：靠摩擦力傳動除同步齒形帶外、結構簡單、製造容易、成本低，在過載中會打滑，能起到過載保護作用。帶傳動缺點是有滑動，不能用在速比要求准確的場合。應用舉例：主電機驅動車床主軸。
2、齒輪傳動：結構簡單、緊湊，能傳遞較大的扭矩，能適應變轉速、變載荷工作，應用最廣。它的缺點是線速度不能過高。齒輪傳動是目前機床中應用最多的一種傳動方式。應用舉例：大扭矩主軸傳動機構。
3、蝸輪蝸桿傳動：蝸桿為主動件，將其轉動傳給蝸輪。這種傳動方式只能是蝸桿帶動蝸輪轉，反之則不可能。應用舉例：卧式銑床工作台旋轉機構。
4、齒輪齒條傳動：齒輪作旋轉運動，齒條則作相應的直線移動。應用舉例：重型龍門進給軸驅動。
5、螺紋傳動：螺旋傳動，利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。主要用於將旋轉運動轉換成直線運動，將轉矩轉換成推力。應用舉例：絲杠傳動，普車用來車螺紋。
常用的數控機床傳動副包含以上五種經過長期沉澱的傳動副，隨著科技的進步，數控機床開始追求高速，高精度，高剛性，隨之誕生了一批先進的傳動副。
1、電主軸：電主軸的出現使高速數控機床主傳動系統取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現了機床的「零傳動」。
2、直線電機：是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一台旋轉電機按徑向剖開，並展成平面而成。包括現在有部分卧式加工中心的旋轉工作台也採用了電機直驅的方式。
3、彈性聯軸器：這個比較傳統，彈性聯軸器運用平行或螺旋切槽系統來適應各種偏差和精確傳遞扭矩。彈性聯軸器通常具備良好的性能而且有價格上的優勢，在很多步進、伺服系統實際應用中，彈性聯軸器是首選的產品。一體成型的設計使彈性聯軸器實現了零間隙地傳遞扭矩。
4、滾子凸輪機構：凸輪分割器是實現間歇運動的機構，具有分度精度高、運轉平穩、傳遞扭矩大、定位時自鎖、結構緊湊、體積小、噪音低、高速性能好、壽命長等顯著特點。應用與工作台交換或者換刀機構。

② 機械設計——絲桿傳動系統結構設計

姓名：崔少傑       學號：16040510021

【嵌牛導讀】：機械設計——絲桿傳動系統結構設計

【嵌牛鼻子】：絲桿傳動系統結構

【嵌牛提問】：如何通過機械設計合理的絲桿傳動系統？

【嵌牛正文】： 主要明譽圓介紹絲桿在傳動系統內中的激塌具體結構

絲桿典型的使用圖紙

一個數控銑床X向進給的局部裝配圖

因為公司圖紙保密的要求，我只能是截取其中的一部分，且視圖還不是很清晰，在這里請大家只是看大概結構就行了，這個涉及到個人的職場道德，請大家諒解，當然我會在後面補充一個簡化版的結構圖紙來給大家做設計方面的說明。

請注意我標有的 紫色箭頭的三個位置 ，這三個位置就是絲桿三個固定點，從左到右分別為： 絲桿端頭（軸承座）固定點 ， 絲桿螺母固定點 ， 絲桿端頭（電機座）固定點 。

這三個點的設計要求是完全不一樣的，至於如何不一樣，我會在下面進行詳細的介紹和解釋。

那好，我們繼續上圖，下面這個圖是上面這個結構的簡化版，我還標注了每個零件的明細號，我將按零件的明細號來說明每個零件的功能和設計要求。

這個是一個簡化版的絲桿傳動系統結構圖，按標注的明細號（就是那些數字，記住如果你要標註明細的話，標注的字型大小要順著一個方向走，並字型大小之間的距離要基本控制均勻，這樣作圖才美觀，當然我的這個圖有點不均勻，因為時間有限），下面就介紹每個明細號下的零件。

1. 軸向鎖緊絲桿螺母： 作用是拉緊絲桿，保證絲桿在運行過程中的精度，這個螺母最大的特點是一定要進行軸向鎖緊，就是說你把螺母預緊後，要調整螺母上的幾顆軸向鎖緊螺釘，來鎖緊螺母不要在運行過程中松動，這個螺母是有專門的絲桿螺母銷售的，在這里推薦大家一個品牌——祥開螺母，你直接網路就可以搜索到他們的樣本，我一直都是用它的，挺好（這不是廣告，而是供應鏈分享）。

2. 軸承壓蓋： 我都這么叫它，這個是一個要求自己設計圖紙的零件，設計的尺寸根據你選擇是絲桿大小來確定，同時其形位公差和其它加工要求也有具體的要求和標准，但是在這里不仔細講，以後有時間在做專門的零件設計文章分享。

3. 隔套： 針對這個零件我最近做了一些思考，那就是要不要這個零件，因為以前的圖紙設計，我是不要這個零件的，但是最近看了很多別人的設計和結合了一些裝配方面的反饋，我發現這個隔套非常重要，還是建議大家要，其最重要的位置是極大的保證了裝配效果，因為如果沒有這個隔套，因為軸承座的位置的裝配偏差的原因，會導致軸向鎖緊螺母無法對絲桿進行鎖緊，並最終無法保證裝配精度。這個在稍後的局部視圖的時候，我會詳細的講一下。

4. 角接觸球軸承 ：現在機床行業選用的品牌很多都是日本NSK的(不是廣告，如果你虛慧不喜歡日本貨，那就自行換成德國或者瑞典SKF，超貴）的軸承，提個醒，如果你購買的是哈軸或者洛軸的產品，一定要確認一下是不是假貨，因為假貨實在太多了），這里牽涉到一個結構問題了，這個角接觸球軸承是可以通過軸向鎖緊螺母的預緊來拉緊絲桿的，這也是選擇角接觸球軸承的原因所在。

5. 深溝球軸承 ：這個位置放一個深溝球軸承來的作用主要是支撐，因為深溝球軸承的軸向是有一定的晃動餘量的，所以在軸向鎖緊上根本不起作用，但是因為絲桿的端頭需要更大面積的支撐，所以這個深溝球軸承的主要作用就是支撐作用。

6. 防撞橡膠： 這個零件的主要作用是用於防止傳動系統不小心開過行程的時候撞擊絲桿螺母的，是一個緩沖裝置，採用的是有一定柔性的橡膠，其設計的重點是固定這個防撞橡膠的螺釘的沉孔一定要比鎖緊螺釘的位置深一定的距離，如果一樣深的話，那絲桿螺母撞到的就是鎖緊螺釘，這是很多初學者尤其不注意的地方，我們可以具體來看一個圖紙。

7. 絲桿螺母座， ：這個位置就是固定絲桿螺母的，當絲桿處於旋轉運動時，螺母會推動絲桿螺母座聯接的工作台進行進給運動，從而實現工作台的雙向運動模式。在這里只想分享一個點，那就是這個零件的材料，如果你設計的是具有一定精度的加工型設備，那我建議你用灰口鑄鐵（HT250)，同時要注意零件的時效處理和去應力處理，否則零件的加工精度很難持久的保證，這也最終會體現到設備的整體精度上去，這種材料我以後也會專門介紹一下同時這個零件還有一個設計關鍵點需要注意的。

紫色畫線的位置： 即如何控制絲桿螺母座與絲桿螺母之間的 裝配間隙問題，我的建議是採用較大的間隙配合，這個是用來裝配調整的，一般的絲桿定位只要固定兩端就可以了，裝配實現絲桿上母線和側母線與導軌的平行，如果固定三個點（即增加一個絲桿螺母座固定點），那裝配的調整就非常難了。所以這個位置為了方便裝配一定要使用較大的間隙配合，我建議的間隙單邊在0.3mm以上，這樣才能方便調整。

8. 防撞橡膠： 具體作用與6是一樣的，注意事項也請參照6，在這里標出來是想提醒大家，不要忘了絲桿兩端都是有可能撞上的，都需要設計這個零件。

9. 電機座： 用於固定絲桿的一端，並固定傳動電機。該零件的材料依然是灰口鑄鐵（HT250），具體的設計圖紙以後有機會再和大家分享，因為沒有具體的設計圖，一些要求和參數也不是很好介紹，你現在只要知道它的用途和功能就行了。

10. 軸承壓蓋： 這是電機座一端的軸承壓蓋，和絲桿另一端的軸承壓蓋的作用是一樣的，材料一般使用的是45#鋼就可以了。具體的設計要求我們也在以後 再做詳細的介紹。

11. 進給電機： 對於很多設備而言，尤其是具有一定精度的設備，我們採用的一般都是伺服電機，電機如何選擇請參考前一篇文章的選擇方法，主要是針對電機功率和電機扭矩的選擇。

12. 聯軸器： 這個零件的作用是將電機輸出的扭矩傳遞給絲桿，這其實就是一個把絲桿和電機軸連在一起的一個小東西，國內我用得比較多是廣州科菱的，國外用得比較多的是德國R+W的，它有很多種樣式可以選擇，具體的選擇，直接看相關產品的選型手冊就可以了。這個還是相對比較簡單的。

13. 軸向鎖緊絲桿螺母： 和明細號1介紹的那個螺母是一樣的，作用也是一樣的。

14. 角接觸球軸承： 在電機座裡面使用的是一對背靠背的角接觸球軸承，這種軸承是成對裝配的，當鎖緊螺母鎖緊軸承後，絲桿被固定在電機座上，不能實現絲桿的軸向位移，只能實現旋轉運動，至於什麼叫背靠背，建議去查一下NSK的選型手冊，這里一定要使用背靠背的軸承，如果不是的話，那就要修改設計結構了。

15. 絲桿： 先給大家看一張絲桿的設計圖紙，這個和上一篇文章介紹的絲桿選型是不一樣的，這個包括得更全面一些。

具體的標准和形位公差等介紹我會另找一個時間給大家說明，今天主要是讓大家看一下絲桿的圖紙是什麼樣子的，有一個大概的印象，同時要注意一下我用 紫色線圈出的位置 ，這個位置有一個小方頭，這個方頭的設計是用於裝配的時候旋轉絲桿使用的，因為裝配做精度的時候，進給電機是沒有安裝上去的，不能實現自動進給，所以這個小方頭是提供給裝配工人用扳手來選擇絲桿的卡口。

16.  絲桿軸承座： 固定絲桿的另一端，與電機座一起把絲桿固定在一個滑鞍上，並實現絲桿的軸向拉緊，其材料和電機座一樣，都需要選用灰口鑄鐵（HT250)，具體的零件圖紙也注意事項我們也在以後會有詳細的介紹。在這里還有分享兩張軸承座位置和電機座位置的詳細放大圖紙，供大家設計參考。

按照以上的設計結構來做絲桿傳動系統的結構圖，基本上是應該沒有大問題的。當然一些設計方面的具體要求，需要在零件圖紙中才能較好的說明，這只是一個裝配圖紙，只能是示意結構和辨識功能，真正的功夫其實在零件圖的設計上，因為細節才是決定成敗的關鍵

③ 切割機設備的數控切割機傳動裝置

1、同步齒形帶
同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次齒合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優點，且無相對滑動，平均傳動比較准確，傳動精度高。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現已在數控機床上廣泛應用。齒形帶的強度高、厚度小、重量輕，可用於高速傳動。同步齒形帶的主要數與規格如下：
1)齒距——齒距為相鄰兩齒在節線上的距離。由於強力層在工作時度不變，所以強力層的中心線被規定為齒形帶的節線。
2)模數——模是齒形帶尺寸計算的一個主要依據。
3)其它參數——齒形帶的其它參數和尺寸與漸開線齒條基本相同。
2、齒輪傳動裝置
與採用同步齒形帶相比，在數控機床進給傳動鏈中採用齒輪減速裝置，更易產生低頻振盪，因此減速機構中常配置阻尼器來改善動態性能。齒輪傳動是應用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數控機床伺服進給系統中採用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉速的轉矩的伺服電機的輸出改變為低轉速大轉矩的執行件的輸入；另一是使滾珠絲杠和工作台的轉動慣量在
數控切割機傳動裝置介紹
1、同步齒形帶
同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次齒合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優點，且無相對滑動，平均傳動比較准確，傳動精度高。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現已在數控機床上廣泛應用。齒形帶的強度高、厚度小、重量輕，可用於高速傳動。同步齒形帶的主要數與規格如下：
1)齒距——齒距為相鄰兩齒在節線上的距離。由於強力層在工作時度不變，所以強力層的中心線被規定為齒形帶的節線。
2)模數——模是齒形帶尺寸計算的一個主要依據。
3)其它參數——齒形帶的其它參數和尺寸與漸開線齒條基本相同。
2、齒輪傳動裝置
與採用同步齒形帶相比，在數控機床進給傳動鏈中採用齒輪減速裝置，更易產生低頻振盪，因此減速機構中常配置阻尼器來改善動態性能。齒輪傳動是應用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數控機床伺服進給系統中採用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉速的轉矩的伺服電機的輸出改變為低轉速大轉矩的執行件的輸入；另一是使滾珠絲杠和工作台的轉動慣量在系統中專有較小的比重。
為了盡量減小齒側間隙對數控機床加工精度的影響，經常在結構上採取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如採用雙片齒輪錯齒法、利用偏心套調整齒輪副中心距或採用軸向墊片調整法消除齒輪側隙 數控等離子切割機是利用高溫噴射出的高速氣流離子化，形成導電體。當電流通過時，該導氣體即形成高溫等離子電弧，再利用電弧的熱量並藉助高速等離子氣流來完成 切割的一種加工方法。實際操作切割時，影響到工件加工效果的好壞除了等離子電弧穩定性、切割速度以及切割機行走精度等因素外，最大影響因素即數控等離子切割機的割槍的噴嘴高度的控制及調節。
割炬高度是指噴嘴端面與切割表面的距離。正常情況下我們一般用切割割炬高度的控制來調節割縫精度。在切割過程中，割炬的高度是等離子弧長的一部分，弧長的高低都會對切割割縫產生影響。因為數控等離子切割機一般使用橫流或陡降外特徵的電源，一旦噴嘴高度變高了，同時電流幾乎沒變化，此消彼長，弧長就會增長，繼而增加電弧電壓，最終提高了電弧功率，而且同時暴露在外的弧長也會增長，弧柱損失的能量增多，再切割時，切割射流的吹力就會減弱，切割能力就會降低很多，切割完後就會發展切口下部會有很多殘熔渣，上部邊緣熔化時間久了就會出現圓角等現象。而且切割過程中，射流直徑在離開槍口後是向外膨脹的，割炬噴嘴高度的增加勢必會加大切口寬度，最終影響切割速度和切割質量的好壞。
為了避免以上問題的出現控制好數控等離子切割機割炬高度，盡量選用小的噴嘴高度，這樣做不僅可以提高切割速度還可以確保切割完的產品質量，但是切忌噴嘴高度不能過低，否則會出現雙狐現象。也可以選擇陶瓷外噴嘴，使用這種噴嘴最大的好處就是噴口端面直接接觸被切割表面，不需要控制高度，切割出的產品質量也很好。

④ 試論述數控機床各組成部分為保證滿足主傳動系統的功能和要求所採取的各項措施。

3.1 數控機床進給傳動系統要求

為了確保數控機床進給傳動系統的傳動精度和工作平穩性，在設計機械傳動裝置時，應注意以下要求。

(1) 提高傳動精度和剛度。數控機床本身的精度，尤其是進給傳動裝置的傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關鍵性的作用，是數控機床的特徵指標。為此，首先要保證各個傳動件的加工精度，尤其是提高滾珠絲杠螺母副(直線進給系統)、蝸桿副(圓周進給系統)的傳動精度。另外，在進給傳動鏈中加入減速齒輪以減小脈沖當量(即伺服系統接收一個指令脈沖驅動工作台移動的距離)，從系統設計的角度分析，也可以提高傳動精度；通過預緊傳動滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪等傳動件的間隙等辦法，來提高傳動精度和剛度。

(2) 減少各運動零件的慣量。傳動件的慣量對進給傳動系統的啟動和制動特性都有影響，尤其是高速運轉的零件，其慣量的影響更大。在滿足傳動強度和剛度的前提下，盡可能減小執行部件的質量，減小旋轉零件的直徑和質量，以減少運動部件的慣量。

(3) 減少運動件的摩擦阻力。機械傳動結構的摩擦阻力，主要來自絲杠螺母副和導軌。在數控機床進給傳動系統中，為了減小摩擦阻力，消除低速進給爬行現象，提高整個伺服進給系統穩定性，廣泛採用滾珠絲杠和滾動導軌以及塑料導軌和靜壓導軌等。

(4) 響應速度快。所謂快速響應特性是指進給傳動系統對輸入指令信號的響應速度及瞬態過程結束的迅速程度。快速響應是伺服進給系統的動態性能，反映了系統的跟蹤精度。工件加工過程中，工作台應能在規定的速度范圍內靈敏而精確地跟蹤指令，在運行時不出現丟步和多步現象。進給傳動系統響應速度的大小不僅影響到機床的加工效率，而且影響加工精度。設計中應使機床工作台及傳動機構的剛度、間隙、摩擦以及轉動慣量盡可能達到最佳值，以提高伺服進給系統的快速響應性。

(5) 較強的過載能力。由於電動機頻繁換向，且加減速度很快，電動機可能在過載條件下工作，這就要求電動機有較強的過載能力，一般要求在數分鍾內過載4～6倍而不損壞。

(6) 穩定性好，壽命長。穩定性是伺服進給系統能夠正常工作的最基本條件，特別是在低速進給情況下不產生爬行，並能適應外加負載的變化而不發生共振。穩定性與系統的慣性、剛度、阻尼及增益等都有關系，適當選擇的各項參數，並能達到最佳的工作性能，是伺服進給系統設計的目標。

所謂伺服進給傳動系統的壽命，主要指其保持數控機床傳動精度和定位精度的時間長短，即各傳動部件保持其原來製造精度的能力。為此，應合理選擇各傳動部件的材料、熱處理方法及加工工藝，並採用適當的潤滑方式和防護措施，以延長其壽命。

(7) 使用維護方便。數控機床屬於高精度自動控制機床，主要用於單件、中小批量、高精度及復雜的生產加工，機床的開機率相應就高，因而進給傳動系統的結構設計應便於維護和保養，最大限度地減少維修工作量，以提高機床的利用率。

⑤ 數控車床畢業論文 （畢業設計）數控加工工藝

摘要:介紹了普通車床的數控改造條件,同時介紹了對CA6140車床的主傳動系統和進給傳動系統進行了數控化改造

的過程。改造後的數控車床的加工能力、自動化水平和加工精度明顯提高。同時介紹了該車床機電聯動調試的經驗。

關鍵詞:普通車床;數控改造

中圖分類號: TG659 文獻標識碼: B 文章編號: 1001-3881 (2006) 4-208-2

企業要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發展,它必須在最短的時間內以優異的質量、低廉的成本,製造出合乎市場需要的、性能合適的產品,而產品質量的優劣,製造周期的快慢,生產成本的高低,又往往受工廠現有加工設備的直接影響。目前,採用先進的數控機床,已成為我國製造技術發展的總趨勢。購買新的數控機床是提高數控化率的主要途徑,而改造舊機床、配備數控系統把普通機床改裝成數控機床也是提高機床數控化率的一條有效途徑。我校為適應現代化生產和教學,對CA6140車床進行了數控化改造。

1 機床數控化改造的條件

1·1 機床基礎件有足夠的剛性

數控機床屬於高精度機床,工件移動或刀具移動的位置精度要求很高,必須在0·001~0·01mm之間,高的定位精度和運動精度要求原有機床基礎件具有很高的靜剛度和動剛度。本次用於改造的CA6140車床自購進後一直保養良好,機床基礎件剛性滿足要求。

1·2 機床數控改裝的總費用合適,經濟性好

機床數控改裝分兩部分進行:一是維修機械部分。更換或修理磨損零件,調試大型基礎零件,增加新的功能裝置,提高機床的精度和性能,另一方面是舍棄原有的一部分進給系統,用新的數控系統和相應的裝置來替代。改造總費用由機械維修和增加的數控系統兩部分組成。若機床的數控改造的總費用僅為同類型車床價格的50% ~60%時,該機床數控改造在經濟上適宜。經過考查,若購買同樣配置的車床約需10萬元,而我校機床數控改造的總費用為5·1萬元,僅佔51%,因此該機床數控改造在經濟上是合適的。

2 系統配置及主要技術規格

該系統由SIEMENS 802S系統、介面電路、驅動線路及步進電機等組成,另外還配有自動轉塔刀架、主軸變頻調速器及主軸編碼器等,系統屬開環控制系統。其主要技術性能和參數如下:

(1)系統控制部分。採用SIEMENS 802S系統,鍵盤和顯示部分裝在面板上。

(2)系統軟體具有若干指令。其中加工指令有

直線、斜線、螺紋、錐螺紋和圓弧等5條指令。可實現車削外圓、端面、台階、割槽、錐度、倒角、螺紋、順圓弧和逆圓弧等操作。控制指令有結束循環、暫停、延時、延時換刀、編碼換刀、通訊等,與加工指令配合,可加工出各種較復雜的零件。

(3)系統環境工作條件。溫度-10~+40℃;濕度為40% ~80%。

(4)輸入電網電壓。交流(220±22)V;頻率為50Hz;電流為1·5A。

(5)步進電機。BYG550C-2型電機兩台,驅動電壓為110V;相電流為2·5A;步距角為0·36°/步;靜力距為12N·m。

3 主傳動的數控化改造

機床主傳動的作用是把電機的轉速和轉矩通過一定途徑傳給主軸,使工件以不同的速度運動,主傳動性能的好壞,直接影響零件的加工質量和生產效率。考慮到改造的經濟性,可乘用機床原有的普通三相非同步交流電動機拖動。考慮到加工過程中當電網電壓和切削力矩發生變化時,電機的轉速也會隨之波動,直接影響加工零件的表面粗糙度。因此為提高加工精度,實現主軸自動無級變速,在主軸上增加了交流非同步電動機變頻調速系統,從而不需進行機械換檔。針對機床要求具有螺蚊切削功能,在主軸部位安裝主軸脈沖發生器,如圖1所示。為保證脈沖發生器與主軸等速旋轉,即主軸轉一周,主軸脈沖發生器也

圖1 主軸脈沖發生器安裝示意圖轉一周,主軸脈沖發生器的安裝方式很重要。改裝時,主軸傳動必須經過原有CA6140車床主軸箱中58/58和33/33兩級齒輪(實現1∶1)傳遞到原有CA6140車床的掛輪軸X,拆除掛輪留出空間,安裝脈沖發生器,並用法蘭盤固定。

4 進給傳動的數控化改造

進給傳動的作用是接受數控系統的指令,驅動刀具作精確定位或按規定的軌跡作相對運動,加工出符合要求的零件,對進給傳動的要求是高精度、高速度。改造中我們採用步進電機驅動系統實現開環控

圖2 進給傳動系統制,這樣結構簡單,安裝調試和維修都非常方便。

4·1 進給傳動鏈

圖2為普通車床改造後的進給傳動鏈,刀具縱向(Z軸)移動由步進電機,經介面箱內一對減速齒輪,轉動縱向移動的絲桿而實現。刀具的徑向(X軸)移動由步進電機,經介面箱內一對減速齒輪,轉動橫向移動絲桿而實現,該傳動鏈與原機床的傳動鏈相比,擺脫了結構復雜的進給箱和拖板箱。

4·2 介面箱內減速齒輪的齒數比

該車床要求的控制精度為: Z向0·005mm, X向為0·0025mm,即當執行一個脈沖指令時,工件的長度和直徑均變化0·005mm。BYG550C-2型步進電機的步距角為0·36°,每周步距數為360/0·36=1000(步/周), X向絲杠螺距為4mm,脈沖當量為0·0025mm,Z向絲杠螺距為6mm,脈沖當量0·005mm。按公式

主動輪齒數

從動輪齒數=步/周×脈沖當量絲杠螺距則X向:Z主/Z從=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z從=1000×5/6000=5/6

4·2 介面箱內減速齒輪的齒數比

該車床要求的控制精度為: Z向0·005mm, X向為0·0025mm,即當執行一個脈沖指令時,工件的長度和直徑均變化0·005mm。BYG550C-2型步進電機的步距角為0·36°,每周步距數為360/0·36=1000(步/周), X向絲杠螺距為4mm,脈沖當量為0·0025mm,Z向絲杠螺距為6mm,脈沖當量0·005mm。按公式

主動輪齒數

從動輪齒數=步/周×脈沖當量絲杠螺距則X向:Z主/Z從=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z從=1000×5/6000=5/6

4·3 傳動滾珠絲杠副

數控機床要求進給部分移動元件靈敏度高、精度高、反應快、無爬行,採用滾珠絲杠副可以滿足上述要求。在結構中,用普通滾珠絲杠副實現將旋轉運動變換為直線運動。滾珠絲杠螺母副安裝時需預緊,通過預緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙,提高傳動剛度。預緊的方法是採用雙螺母齒差調隙式結構(圖3)。通過改變兩個螺母的軸向相對位置,使每個螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側來實現的。

圖3 雙螺母齒差調隙式結構

一般需要幾次調整才能保證機床在最大軸向載荷下,既消除間隙,又能靈活運轉。

4·4 刀架

根據需要,拆除原方刀架,安裝620型四方刀架(圖4)。該刀架由120W的三相交流非同步電機正轉驅動,使刀架正轉選刀,到預定刀位時,電機則反轉,使刀架夾緊。換刀方式有手控和機控兩種。機控時當零件在加工過程中需要換刀時,數控系統發出預先編制好的換刀控制指令,控制器接到換刀指令時,立即驅動刀架回轉。手控時,按動面板上的按鈕,刀架能轉一個刀位(90°),也可連續按動按鈕,直至任一刀位。

5 機電聯動調試

5·1 機械調試

絲杠上,側母線和橫、縱導軌的平行度誤差控制在0·01mm/全長之內;轉動絲杠,絲杠軸向竄動在0·01mm之內;絲杠螺母同軸度誤差控制在0·01mm之內。

5·2 機電聯動調試

(1)單坐標點動,主要調試其有無動作,運動方向是否符合要求,機械傳動是否正常,有無不正常響聲等。

1·上刀體 2·活動銷 3·反靠盤 4·定軸 5·蝸輪 6·下刀體 7·螺桿 8·離合器盤 9·霍爾元件 10·磁鋼

圖4 四方刀架結構圖

(2)點動合格後,做連續運動。反復多次,若出現故障或異常,排除後方可繼續進行。

(3)先試Z坐標方向,後試X坐標方向,這是因為Z坐標方向調試方便。

(4)測量兩坐標重復定位精度。在Z向坐標做連續移動時,若發現與絲杠相聯的齒

額定轉速: 2000r/min

額定輸出功率: 2kW

編碼器:絕對位置檢測方式,解析度1000000p/r 軸端形式:錐軸伺服放大器採用與電機配套的SJV2系列20型,其驅動能力為2kW。對於2kW電機,也可採用SJV2系列的10型放大器,但此時的輸出扭矩要比20型減少1/3,不利於大功率切削。I/O設備選用型號為HR341的基本I/O單元,主要用於機床操作面板及與機床間的輸入輸出控制。另外附加一個遠程I/ODX110,主要用於教學功能的「故障模擬設置」的輸入輸出。伺服及I/O單元連接原理圖如圖2所示。

圖2 電氣連接原理圖

2·2·2 主軸控制

主軸電機採用交流變頻控制電機,由變頻器進行控制,轉速范圍60~6000r/min。模擬量由基本I/O單元的A0埠輸出0~10V的直流電壓,變頻器根據輸入的電壓變化而輸出相應的轉速。由於模擬主軸電機沒有編碼器,因此在發出轉速命令後,系統無法檢測到主軸的是否運行。為解決這一問題,我們利用變頻器上的功能端子,將其通過參數設置成「到達指令頻率閉合」狀態,並通過PLC檢測此信號,從而實現對電機的運轉進行監控。

2·3 教學功能的附加

本機改造後除保證加工功能和精度外,還要滿足一定的教學功能。所謂的教學功能主要是針對學習數

控系統調試及維修人員而設立的附加功能。該功能通過參數設置及調整PLC程序人為地設置故障,讓學生通過故障現象先判斷故障種類,再分析故障產生的原因,直至排除故障。通過這種實訓,學生可全面學習工業現場可能出現的故障現象,掌握故障排除方法,提高學生解決現場問題的綜合能力。

3 結束語

我國現有機床中,近幾年急需技術改造的約佔25%,這將蘊藏著無限商機。機床改造主要是採用數控和計算機控制技術,我國數控機床發展和機床數控化改造應緊跟世界潮流,發展多軸聯動數控系統,開發高速、高精度、高效加工中心等關鍵技術,向智能化方向發展

⑥ 簡述數控機床的組成,及各部分的功能。

一、程序編制及程序載體
數控程序是數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上，確定零件坐標系在機床坐標繫上的相對位置，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；零件加工的工藝路線、切削加工的工藝參數以及輔助裝置的動作等。得到零件的所有運動、尺寸、工藝參數等加工信息後，用由文字、數字和符號組成的標准數控代碼，按規定的方法和格式，編制零件加工的數控程序單。編製程序的工作可由人工進行；對於形狀復雜的零件，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設計。編好的數控程序，存放在便於輸入到數控裝置的一種存儲載體上，它可以是穿孔紙帶、磁帶和磁碟等，採用哪一種存儲載體，取決於數控裝置的設計類型。
二、輸入裝置
輸入裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數控代碼傳遞並存入數控系統內。根據控制存儲介質的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅動器等。數控稿磨檔機床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數控系統；數控加工程序還可由編程計算機用RS232C或採用網路通信方式傳送到數控系統中。零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工（數控系統內存較小時），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數控裝置內部的存儲器，加工時再從內部存儲器中逐段逐段調出進行加工。
三、數控裝置
數控裝置是數控機床的核心。數控裝置從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或系統軟體進行編譯、運算和邏輯處理後，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規定的有序運動和動作。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據，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「數據點的密化」，求出一系列中間點的坐標值，並向相應坐標輸出脈沖信號，控制各坐標軸（即進給運動的各執行元件）的進給速度、進給方向和進給位移量等。
四、驅動裝置和位置檢測裝置
驅動裝置接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大後，嚴格按照指令信息的要求驅動機床移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它的伺服精度和動態響應性能是影響數控機床加工精度、表面質量和生產率的重要因素之一。驅動裝置包括控制器（含功率放大器）和執行機構兩大部分。目前大都採用直流或交流伺服電動機作為執行機構。位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經反饋系統輸入到機床的數控裝置之後，數控裝置將反饋回來的實際位移量值與設定值進行比較，控制驅動裝置按照鍵亂指令設定值運動。
五、輔助控制裝置
輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運動，再經功率放大後驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟動停止，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作台轉位分度等開關輔助動作。由於可編程邏輯控制器（PLC）具有響應快游團，性能可靠，易於使用、編程和修改程序並可直接啟動機床開關等特點，現已廣泛用作數控機床的輔助控制裝置。
六、機床本體
數控機床的機床本體與傳統機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作台以及輔助運動裝置、液壓氣動系統、潤滑系統、冷卻裝置等組成。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操作機構等方面都已發生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發揮數控機床的效能。