数控机械传动装置的设计

① 机床的机械传动副都有哪些结构组成

从传动副讲起——普通机床的机械传动副，一般有以下几种：
1、带传动：靠摩擦力传动除同步齿形带外、结构简单、制造容易、成本低，在过载中会打滑，能起到过载保护作用。带传动缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。应用举例：主电机驱动车床主轴。
2、齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度不能过高。齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。应用举例：大扭矩主轴传动机构。
3、蜗轮蜗杆传动：蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。应用举例：卧式铣床工作台旋转机构。
4、齿轮齿条传动：齿轮作旋转运动，齿条则作相应的直线移动。应用举例：重型龙门进给轴驱动。
5、螺纹传动：螺旋传动，利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。应用举例：丝杠传动，普车用来车螺纹。
常用的数控机床传动副包含以上五种经过长期沉淀的传动副，随着科技的进步，数控机床开始追求高速，高精度，高刚性，随之诞生了一批先进的传动副。
1、电主轴：电主轴的出现使高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。
2、直线电机：是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。包括现在有部分卧式加工中心的旋转工作台也采用了电机直驱的方式。
3、弹性联轴器：这个比较传统，弹性联轴器运用平行或螺旋切槽系统来适应各种偏差和精确传递扭矩。弹性联轴器通常具备良好的性能而且有价格上的优势，在很多步进、伺服系统实际应用中，弹性联轴器是首选的产品。一体成型的设计使弹性联轴器实现了零间隙地传递扭矩。
4、滚子凸轮机构：凸轮分割器是实现间歇运动的机构，具有分度精度高、运转平稳、传递扭矩大、定位时自锁、结构紧凑、体积小、噪音低、高速性能好、寿命长等显著特点。应用与工作台交换或者换刀机构。

② 机械设计——丝杆传动系统结构设计

姓名：崔少杰       学号：16040510021

【嵌牛导读】：机械设计——丝杆传动系统结构设计

【嵌牛鼻子】：丝杆传动系统结构

【嵌牛提问】：如何通过机械设计合理的丝杆传动系统？

【嵌牛正文】： 主要明誉圆介绍丝杆在传动系统内中的激塌具体结构

丝杆典型的使用图纸

一个数控铣床X向进给的局部装配图

因为公司图纸保密的要求，我只能是截取其中的一部分，且视图还不是很清晰，在这里请大家只是看大概结构就行了，这个涉及到个人的职场道德，请大家谅解，当然我会在后面补充一个简化版的结构图纸来给大家做设计方面的说明。

请注意我标有的 紫色箭头的三个位置 ，这三个位置就是丝杆三个固定点，从左到右分别为： 丝杆端头（轴承座）固定点 ， 丝杆螺母固定点 ， 丝杆端头（电机座）固定点 。

这三个点的设计要求是完全不一样的，至于如何不一样，我会在下面进行详细的介绍和解释。

那好，我们继续上图，下面这个图是上面这个结构的简化版，我还标注了每个零件的明细号，我将按零件的明细号来说明每个零件的功能和设计要求。

这个是一个简化版的丝杆传动系统结构图，按标注的明细号（就是那些数字，记住如果你要标注明细的话，标注的字号要顺着一个方向走，并字号之间的距离要基本控制均匀，这样作图才美观，当然我的这个图有点不均匀，因为时间有限），下面就介绍每个明细号下的零件。

1. 轴向锁紧丝杆螺母： 作用是拉紧丝杆，保证丝杆在运行过程中的精度，这个螺母最大的特点是一定要进行轴向锁紧，就是说你把螺母预紧后，要调整螺母上的几颗轴向锁紧螺钉，来锁紧螺母不要在运行过程中松动，这个螺母是有专门的丝杆螺母销售的，在这里推荐大家一个品牌——祥开螺母，你直接网络就可以搜索到他们的样本，我一直都是用它的，挺好（这不是广告，而是供应链分享）。

2. 轴承压盖： 我都这么叫它，这个是一个要求自己设计图纸的零件，设计的尺寸根据你选择是丝杆大小来确定，同时其形位公差和其它加工要求也有具体的要求和标准，但是在这里不仔细讲，以后有时间在做专门的零件设计文章分享。

3. 隔套： 针对这个零件我最近做了一些思考，那就是要不要这个零件，因为以前的图纸设计，我是不要这个零件的，但是最近看了很多别人的设计和结合了一些装配方面的反馈，我发现这个隔套非常重要，还是建议大家要，其最重要的位置是极大的保证了装配效果，因为如果没有这个隔套，因为轴承座的位置的装配偏差的原因，会导致轴向锁紧螺母无法对丝杆进行锁紧，并最终无法保证装配精度。这个在稍后的局部视图的时候，我会详细的讲一下。

4. 角接触球轴承 ：现在机床行业选用的品牌很多都是日本NSK的(不是广告，如果你虚慧不喜欢日本货，那就自行换成德国或者瑞典SKF，超贵）的轴承，提个醒，如果你购买的是哈轴或者洛轴的产品，一定要确认一下是不是假货，因为假货实在太多了），这里牵涉到一个结构问题了，这个角接触球轴承是可以通过轴向锁紧螺母的预紧来拉紧丝杆的，这也是选择角接触球轴承的原因所在。

5. 深沟球轴承 ：这个位置放一个深沟球轴承来的作用主要是支撑，因为深沟球轴承的轴向是有一定的晃动余量的，所以在轴向锁紧上根本不起作用，但是因为丝杆的端头需要更大面积的支撑，所以这个深沟球轴承的主要作用就是支撑作用。

6. 防撞橡胶： 这个零件的主要作用是用于防止传动系统不小心开过行程的时候撞击丝杆螺母的，是一个缓冲装置，采用的是有一定柔性的橡胶，其设计的重点是固定这个防撞橡胶的螺钉的沉孔一定要比锁紧螺钉的位置深一定的距离，如果一样深的话，那丝杆螺母撞到的就是锁紧螺钉，这是很多初学者尤其不注意的地方，我们可以具体来看一个图纸。

7. 丝杆螺母座， ：这个位置就是固定丝杆螺母的，当丝杆处于旋转运动时，螺母会推动丝杆螺母座联接的工作台进行进给运动，从而实现工作台的双向运动模式。在这里只想分享一个点，那就是这个零件的材料，如果你设计的是具有一定精度的加工型设备，那我建议你用灰口铸铁（HT250)，同时要注意零件的时效处理和去应力处理，否则零件的加工精度很难持久的保证，这也最终会体现到设备的整体精度上去，这种材料我以后也会专门介绍一下同时这个零件还有一个设计关键点需要注意的。

紫色画线的位置： 即如何控制丝杆螺母座与丝杆螺母之间的 装配间隙问题，我的建议是采用较大的间隙配合，这个是用来装配调整的，一般的丝杆定位只要固定两端就可以了，装配实现丝杆上母线和侧母线与导轨的平行，如果固定三个点（即增加一个丝杆螺母座固定点），那装配的调整就非常难了。所以这个位置为了方便装配一定要使用较大的间隙配合，我建议的间隙单边在0.3mm以上，这样才能方便调整。

8. 防撞橡胶： 具体作用与6是一样的，注意事项也请参照6，在这里标出来是想提醒大家，不要忘了丝杆两端都是有可能撞上的，都需要设计这个零件。

9. 电机座： 用于固定丝杆的一端，并固定传动电机。该零件的材料依然是灰口铸铁（HT250），具体的设计图纸以后有机会再和大家分享，因为没有具体的设计图，一些要求和参数也不是很好介绍，你现在只要知道它的用途和功能就行了。

10. 轴承压盖： 这是电机座一端的轴承压盖，和丝杆另一端的轴承压盖的作用是一样的，材料一般使用的是45#钢就可以了。具体的设计要求我们也在以后 再做详细的介绍。

11. 进给电机： 对于很多设备而言，尤其是具有一定精度的设备，我们采用的一般都是伺服电机，电机如何选择请参考前一篇文章的选择方法，主要是针对电机功率和电机扭矩的选择。

12. 联轴器： 这个零件的作用是将电机输出的扭矩传递给丝杆，这其实就是一个把丝杆和电机轴连在一起的一个小东西，国内我用得比较多是广州科菱的，国外用得比较多的是德国R+W的，它有很多种样式可以选择，具体的选择，直接看相关产品的选型手册就可以了。这个还是相对比较简单的。

13. 轴向锁紧丝杆螺母： 和明细号1介绍的那个螺母是一样的，作用也是一样的。

14. 角接触球轴承： 在电机座里面使用的是一对背靠背的角接触球轴承，这种轴承是成对装配的，当锁紧螺母锁紧轴承后，丝杆被固定在电机座上，不能实现丝杆的轴向位移，只能实现旋转运动，至于什么叫背靠背，建议去查一下NSK的选型手册，这里一定要使用背靠背的轴承，如果不是的话，那就要修改设计结构了。

15. 丝杆： 先给大家看一张丝杆的设计图纸，这个和上一篇文章介绍的丝杆选型是不一样的，这个包括得更全面一些。

具体的标准和形位公差等介绍我会另找一个时间给大家说明，今天主要是让大家看一下丝杆的图纸是什么样子的，有一个大概的印象，同时要注意一下我用 紫色线圈出的位置 ，这个位置有一个小方头，这个方头的设计是用于装配的时候旋转丝杆使用的，因为装配做精度的时候，进给电机是没有安装上去的，不能实现自动进给，所以这个小方头是提供给装配工人用扳手来选择丝杆的卡口。

16.  丝杆轴承座： 固定丝杆的另一端，与电机座一起把丝杆固定在一个滑鞍上，并实现丝杆的轴向拉紧，其材料和电机座一样，都需要选用灰口铸铁（HT250)，具体的零件图纸也注意事项我们也在以后会有详细的介绍。在这里还有分享两张轴承座位置和电机座位置的详细放大图纸，供大家设计参考。

按照以上的设计结构来做丝杆传动系统的结构图，基本上是应该没有大问题的。当然一些设计方面的具体要求，需要在零件图纸中才能较好的说明，这只是一个装配图纸，只能是示意结构和辨识功能，真正的功夫其实在零件图的设计上，因为细节才是决定成败的关键

③ 切割机设备的数控切割机传动装置

1、同步齿形带
同步齿形带传动是一种新型的带传动。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次齿合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，且无相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率也高，现已在数控机床上广泛应用。齿形带的强度高、厚度小、重量轻，可用于高速传动。同步齿形带的主要数与规格如下：
1)齿距——齿距为相邻两齿在节线上的距离。由于强力层在工作时度不变，所以强力层的中心线被规定为齿形带的节线。
2)模数——模是齿形带尺寸计算的一个主要依据。
3)其它参数——齿形带的其它参数和尺寸与渐开线齿条基本相同。
2、齿轮传动装置
与采用同步齿形带相比，在数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置，更易产生低频振荡，因此减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在
数控切割机传动装置介绍
1、同步齿形带
同步齿形带传动是一种新型的带传动。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次齿合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，且无相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率也高，现已在数控机床上广泛应用。齿形带的强度高、厚度小、重量轻，可用于高速传动。同步齿形带的主要数与规格如下：
1)齿距——齿距为相邻两齿在节线上的距离。由于强力层在工作时度不变，所以强力层的中心线被规定为齿形带的节线。
2)模数——模是齿形带尺寸计算的一个主要依据。
3)其它参数——齿形带的其它参数和尺寸与渐开线齿条基本相同。
2、齿轮传动装置
与采用同步齿形带相比，在数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置，更易产生低频振荡，因此减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。
为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙 数控等离子切割机是利用高温喷射出的高速气流离子化，形成导电体。当电流通过时，该导气体即形成高温等离子电弧，再利用电弧的热量并借助高速等离子气流来完成 切割的一种加工方法。实际操作切割时，影响到工件加工效果的好坏除了等离子电弧稳定性、切割速度以及切割机行走精度等因素外，最大影响因素即数控等离子切割机的割枪的喷嘴高度的控制及调节。
割炬高度是指喷嘴端面与切割表面的距离。正常情况下我们一般用切割割炬高度的控制来调节割缝精度。在切割过程中，割炬的高度是等离子弧长的一部分，弧长的高低都会对切割割缝产生影响。因为数控等离子切割机一般使用横流或陡降外特征的电源，一旦喷嘴高度变高了，同时电流几乎没变化，此消彼长，弧长就会增长，继而增加电弧电压，最终提高了电弧功率，而且同时暴露在外的弧长也会增长，弧柱损失的能量增多，再切割时，切割射流的吹力就会减弱，切割能力就会降低很多，切割完后就会发展切口下部会有很多残熔渣，上部边缘熔化时间久了就会出现圆角等现象。而且切割过程中，射流直径在离开枪口后是向外膨胀的，割炬喷嘴高度的增加势必会加大切口宽度，最终影响切割速度和切割质量的好坏。
为了避免以上问题的出现控制好数控等离子切割机割炬高度，尽量选用小的喷嘴高度，这样做不仅可以提高切割速度还可以确保切割完的产品质量，但是切忌喷嘴高度不能过低，否则会出现双狐现象。也可以选择陶瓷外喷嘴，使用这种喷嘴最大的好处就是喷口端面直接接触被切割表面，不需要控制高度，切割出的产品质量也很好。

④ 试论述数控机床各组成部分为保证满足主传动系统的功能和要求所采取的各项措施。

3.1 数控机床进给传动系统要求

为了确保数控机床进给传动系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，应注意以下要求。

(1) 提高传动精度和刚度。数控机床本身的精度，尤其是进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用，是数控机床的特征指标。为此，首先要保证各个传动件的加工精度，尤其是提高滚珠丝杠螺母副(直线进给系统)、蜗杆副(圆周进给系统)的传动精度。另外，在进给传动链中加入减速齿轮以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，从系统设计的角度分析，也可以提高传动精度；通过预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，来提高传动精度和刚度。

(2) 减少各运动零件的惯量。传动件的惯量对进给传动系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减少运动部件的惯量。

(3) 减少运动件的摩擦阻力。机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给传动系统中，为了减小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。

(4) 响应速度快。所谓快速响应特性是指进给传动系统对输入指令信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。快速响应是伺服进给系统的动态性能，反映了系统的跟踪精度。工件加工过程中，工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，在运行时不出现丢步和多步现象。进给传动系统响应速度的大小不仅影响到机床的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台及传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高伺服进给系统的快速响应性。

(5) 较强的过载能力。由于电动机频繁换向，且加减速度很快，电动机可能在过载条件下工作，这就要求电动机有较强的过载能力，一般要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。

(6) 稳定性好，寿命长。稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚度、阻尼及增益等都有关系，适当选择的各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服进给系统设计的目标。

所谓伺服进给传动系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。为此，应合理选择各传动部件的材料、热处理方法及加工工艺，并采用适当的润滑方式和防护措施，以延长其寿命。

(7) 使用维护方便。数控机床属于高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、高精度及复杂的生产加工，机床的开机率相应就高，因而进给传动系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地减少维修工作量，以提高机床的利用率。

⑤ 数控车床毕业论文 （毕业设计）数控加工工艺

摘要:介绍了普通车床的数控改造条件,同时介绍了对CA6140车床的主传动系统和进给传动系统进行了数控化改造

的过程。改造后的数控车床的加工能力、自动化水平和加工精度明显提高。同时介绍了该车床机电联动调试的经验。

关键词:普通车床;数控改造

中图分类号: TG659 文献标识码: B 文章编号: 1001-3881 (2006) 4-208-2

企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,它必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。目前,采用先进的数控机床,已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的一条有效途径。我校为适应现代化生产和教学,对CA6140车床进行了数控化改造。

1 机床数控化改造的条件

1·1 机床基础件有足够的刚性

数控机床属于高精度机床,工件移动或刀具移动的位置精度要求很高,必须在0·001~0·01mm之间,高的定位精度和运动精度要求原有机床基础件具有很高的静刚度和动刚度。本次用于改造的CA6140车床自购进后一直保养良好,机床基础件刚性满足要求。

1·2 机床数控改装的总费用合适,经济性好

机床数控改装分两部分进行:一是维修机械部分。更换或修理磨损零件,调试大型基础零件,增加新的功能装置,提高机床的精度和性能,另一方面是舍弃原有的一部分进给系统,用新的数控系统和相应的装置来替代。改造总费用由机械维修和增加的数控系统两部分组成。若机床的数控改造的总费用仅为同类型车床价格的50% ~60%时,该机床数控改造在经济上适宜。经过考查,若购买同样配置的车床约需10万元,而我校机床数控改造的总费用为5·1万元,仅占51%,因此该机床数控改造在经济上是合适的。

2 系统配置及主要技术规格

该系统由SIEMENS 802S系统、接口电路、驱动线路及步进电机等组成,另外还配有自动转塔刀架、主轴变频调速器及主轴编码器等,系统属开环控制系统。其主要技术性能和参数如下:

(1)系统控制部分。采用SIEMENS 802S系统,键盘和显示部分装在面板上。

(2)系统软件具有若干指令。其中加工指令有

直线、斜线、螺纹、锥螺纹和圆弧等5条指令。可实现车削外圆、端面、台阶、割槽、锥度、倒角、螺纹、顺圆弧和逆圆弧等操作。控制指令有结束循环、暂停、延时、延时换刀、编码换刀、通讯等,与加工指令配合,可加工出各种较复杂的零件。

(3)系统环境工作条件。温度-10~+40℃;湿度为40% ~80%。

(4)输入电网电压。交流(220±22)V;频率为50Hz;电流为1·5A。

(5)步进电机。BYG550C-2型电机两台,驱动电压为110V;相电流为2·5A;步距角为0·36°/步;静力距为12N·m。

3 主传动的数控化改造

机床主传动的作用是把电机的转速和转矩通过一定途径传给主轴,使工件以不同的速度运动,主传动性能的好坏,直接影响零件的加工质量和生产效率。考虑到改造的经济性,可乘用机床原有的普通三相异步交流电动机拖动。考虑到加工过程中当电网电压和切削力矩发生变化时,电机的转速也会随之波动,直接影响加工零件的表面粗糙度。因此为提高加工精度,实现主轴自动无级变速,在主轴上增加了交流异步电动机变频调速系统,从而不需进行机械换档。针对机床要求具有螺蚊切削功能,在主轴部位安装主轴脉冲发生器,如图1所示。为保证脉冲发生器与主轴等速旋转,即主轴转一周,主轴脉冲发生器也

图1 主轴脉冲发生器安装示意图转一周,主轴脉冲发生器的安装方式很重要。改装时,主轴传动必须经过原有CA6140车床主轴箱中58/58和33/33两级齿轮(实现1∶1)传递到原有CA6140车床的挂轮轴X,拆除挂轮留出空间,安装脉冲发生器,并用法兰盘固定。

4 进给传动的数控化改造

进给传动的作用是接受数控系统的指令,驱动刀具作精确定位或按规定的轨迹作相对运动,加工出符合要求的零件,对进给传动的要求是高精度、高速度。改造中我们采用步进电机驱动系统实现开环控

图2 进给传动系统制,这样结构简单,安装调试和维修都非常方便。

4·1 进给传动链

图2为普通车床改造后的进给传动链,刀具纵向(Z轴)移动由步进电机,经接口箱内一对减速齿轮,转动纵向移动的丝杆而实现。刀具的径向(X轴)移动由步进电机,经接口箱内一对减速齿轮,转动横向移动丝杆而实现,该传动链与原机床的传动链相比,摆脱了结构复杂的进给箱和拖板箱。

4·2 接口箱内减速齿轮的齿数比

该车床要求的控制精度为: Z向0·005mm, X向为0·0025mm,即当执行一个脉冲指令时,工件的长度和直径均变化0·005mm。BYG550C-2型步进电机的步距角为0·36°,每周步距数为360/0·36=1000(步/周), X向丝杠螺距为4mm,脉冲当量为0·0025mm,Z向丝杠螺距为6mm,脉冲当量0·005mm。按公式

主动轮齿数

从动轮齿数=步/周×脉冲当量丝杠螺距则X向:Z主/Z从=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z从=1000×5/6000=5/6

4·2 接口箱内减速齿轮的齿数比

该车床要求的控制精度为: Z向0·005mm, X向为0·0025mm,即当执行一个脉冲指令时,工件的长度和直径均变化0·005mm。BYG550C-2型步进电机的步距角为0·36°,每周步距数为360/0·36=1000(步/周), X向丝杠螺距为4mm,脉冲当量为0·0025mm,Z向丝杠螺距为6mm,脉冲当量0·005mm。按公式

主动轮齿数

从动轮齿数=步/周×脉冲当量丝杠螺距则X向:Z主/Z从=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z从=1000×5/6000=5/6

4·3 传动滚珠丝杠副

数控机床要求进给部分移动元件灵敏度高、精度高、反应快、无爬行,采用滚珠丝杠副可以满足上述要求。在结构中,用普通滚珠丝杠副实现将旋转运动变换为直线运动。滚珠丝杠螺母副安装时需预紧,通过预紧可消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙,提高传动刚度。预紧的方法是采用双螺母齿差调隙式结构(图3)。通过改变两个螺母的轴向相对位置,使每个螺母中滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧来实现的。

图3 双螺母齿差调隙式结构

一般需要几次调整才能保证机床在最大轴向载荷下,既消除间隙,又能灵活运转。

4·4 刀架

根据需要,拆除原方刀架,安装620型四方刀架(图4)。该刀架由120W的三相交流异步电机正转驱动,使刀架正转选刀,到预定刀位时,电机则反转,使刀架夹紧。换刀方式有手控和机控两种。机控时当零件在加工过程中需要换刀时,数控系统发出预先编制好的换刀控制指令,控制器接到换刀指令时,立即驱动刀架回转。手控时,按动面板上的按钮,刀架能转一个刀位(90°),也可连续按动按钮,直至任一刀位。

5 机电联动调试

5·1 机械调试

丝杠上,侧母线和横、纵导轨的平行度误差控制在0·01mm/全长之内;转动丝杠,丝杠轴向窜动在0·01mm之内;丝杠螺母同轴度误差控制在0·01mm之内。

5·2 机电联动调试

(1)单坐标点动,主要调试其有无动作,运动方向是否符合要求,机械传动是否正常,有无不正常响声等。

1·上刀体 2·活动销 3·反靠盘 4·定轴 5·蜗轮 6·下刀体 7·螺杆 8·离合器盘 9·霍尔元件 10·磁钢

图4 四方刀架结构图

(2)点动合格后,做连续运动。反复多次,若出现故障或异常,排除后方可继续进行。

(3)先试Z坐标方向,后试X坐标方向,这是因为Z坐标方向调试方便。

(4)测量两坐标重复定位精度。在Z向坐标做连续移动时,若发现与丝杠相联的齿

额定转速: 2000r/min

额定输出功率: 2kW

编码器:绝对位置检测方式,分辨率1000000p/r 轴端形式:锥轴伺服放大器采用与电机配套的SJV2系列20型,其驱动能力为2kW。对于2kW电机,也可采用SJV2系列的10型放大器,但此时的输出扭矩要比20型减少1/3,不利于大功率切削。I/O设备选用型号为HR341的基本I/O单元,主要用于机床操作面板及与机床间的输入输出控制。另外附加一个远程I/ODX110,主要用于教学功能的“故障模拟设置”的输入输出。伺服及I/O单元连接原理图如图2所示。

图2 电气连接原理图

2·2·2 主轴控制

主轴电机采用交流变频控制电机,由变频器进行控制,转速范围60~6000r/min。模拟量由基本I/O单元的A0端口输出0~10V的直流电压,变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。由于模拟主轴电机没有编码器,因此在发出转速命令后,系统无法检测到主轴的是否运行。为解决这一问题,我们利用变频器上的功能端子,将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态,并通过PLC检测此信号,从而实现对电机的运转进行监控。

2·3 教学功能的附加

本机改造后除保证加工功能和精度外,还要满足一定的教学功能。所谓的教学功能主要是针对学习数

控系统调试及维修人员而设立的附加功能。该功能通过参数设置及调整PLC程序人为地设置故障,让学生通过故障现象先判断故障种类,再分析故障产生的原因,直至排除故障。通过这种实训,学生可全面学习工业现场可能出现的故障现象,掌握故障排除方法,提高学生解决现场问题的综合能力。

3 结束语

我国现有机床中,近几年急需技术改造的约占25%,这将蕴藏着无限商机。机床改造主要是采用数控和计算机控制技术,我国数控机床发展和机床数控化改造应紧跟世界潮流,发展多轴联动数控系统,开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术,向智能化方向发展

⑥ 简述数控机床的组成,及各部分的功能。

一、程序编制及程序载体
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。
二、输入装置
输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控稿磨档机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。
三、数控装置
数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。
四、驱动装置和位置检测装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照键乱指令设定值运动。
五、辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快游团，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。
六、机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的效能。