数控车床的机械传动装置设计.docx
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数控车床的机械传动装置设计.docx
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数控车床的机械传动装置设计
郑州华信学院毕业论文
题目:
数控车床的机械传动装置设计
学生姓名:
***
所在院系:
机电工程学院
所学专业:
机电一体化技术
指导老师:
曲全鹏
所在班级:
*****
摘要
数控车床又称数字控制(Numericalcontrol,简称NC)机床。
它是基于数字控制的,采用了数控技术,是一个装有程序控制系统的机床。
它是由主机,CNC,驱动装置,数控机床的辅助装置,编程机及其他一些附属设备所组成。
此次设计包括机床的机械传动主运动系统设计,纵向机械传动进给系统运动设计,其中还包括齿轮模数计算及校核,主轴刚度的校核等。
关键词:
数控车床机械传动系统主运动系统进给传动系统
Abstract
Makeasummary:
Thenumericallycontrolledlathecallsdigitalcontrol(Numericalcontrol,shorterformNC)amachinetool.Thatithasbeendigitalcontrol-based,hasadoptthenumericalcontroltechnology,isthatadresshascontrollingthesystematicmachinetoolbyprogram.Itisfromtheleadplane,CNC,drivingdevice,numericalcontrolmachinetoolauxiliarydevice,whatprogrammingmachineandtheirhissomesubsidiaryequipmentiscomposedof.Designdesigningthatthemechanicaldriveincludingamachinetoolbetokensmotionsystemthistime,longitudinalmechanicaldrivefeedssystematicmotiondesign,
Keywords:
Numericallycontrolledlathemechanicaldrivesystembetokenssystematicfeeddriveofmotionsystem
目录
1.数控系统发展简史1
2.数控车床主传动系统的特点1
2.1与普通车床相比,数控车床的传动系统有以下特点1
2.2数控车床主轴变速方式1
2.3主轴组件2
2.4主轴2
2.5主轴轴承3
3.主轴组件的润滑与密封3
3.1主轴润滑3
3.2主轴的密封3
4.主轴的准停4
4.1概述4
4.2电机与丝杠之间的联接5
4.3滚珠丝杠螺母副5
4.4滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整7
4.5滚珠丝杠的支承方式8
4.6制动装置9
4.7滚珠丝杠的保护9
5.机床数控化改造的必要性10
5.1微观看改造的必要性10
5.2宏观看改造的必要性10
5.3车床改造的效益分析11
结束语12
致谢13
参考文献14
1.数控系统发展简史
1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。
它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,起了质的飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。
6年后,即在1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国诞生了第一台数控机床。
从此,传统机床产生了质的变化。
近半个世纪以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
2.数控车床主传动系统的特点
数控车床主传动系统是指数控机床的工运动传动系统。
主运动是机床实现切削的最基本的运动。
在切削过程个,主运动为切除丁什毛坯—卜多余的金属提供所需的切削速度和动力,是切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。
土运动也是切削加』获得要求的表c币形状所必需的成形运动。
2.1与普通车床相比,数控车床的传动系统有以下特点
2.1.1所选用数控机床电动机的区别
目前数控机床的主传动电动机已不再采用普通的交流异步电动机或传统的自流调速电动机,它们已逐渐被新型的交流调速电动机和直流调速电动机所代替。
2.1.2数控机床转速高,功率大
数控机床和上传动系统能使数控机床进行人功率切削和高速切削,实现高效率切削。
2.1.3变速范围:
转速高、功率大这能使数控机床进行高速大功率切削,实现高效率加工.
2.1.4数控机床主轴速度的变换迅速、可靠
数控机床的变速是按照摔制指令自动进行的.因此变速必须适应门动操作的要求。
目前直流利交流主轴电动机的调速系统日趋完善,不仪能方便地实现宽范围的尤级变速,而且减少丁中间传递环节,提高了变速控制的可靠性。
2.2数控车床主轴变速方式
目前,主传动系统大致可分为以下大类。
2.2.1带有变速齿轮的主传动
如图3-1a)所示,通过少数几对齿轮降速,以满足主轴低速时对扭矩特性的要求。
数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速,使之成为分段无级变速。
滑移齿轮的移位大都采用液压缸和拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
2.2.2通过带传动的主传动
如图3-1b)所示,这种传动主要应用在小型数控机床上,由交流电机通过V带直接带动主轴。
这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声,但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。
2.2.3调速电机直接驱动的主传动
如图3-1c)所示,这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高了主轴部件的刚度,但主轴输出扭矩小,电机发热对主轴影响较大。
图3-1主传动型式
2.3主轴组件
数控车床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件,它的回转精度,影响工件的加工精度;它的功率大小与回转速度,影响加工效率;它的自动变速、准停、换刀等,影响机床的自动化程度。
因此,要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高的回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升;在结构上,必须很好地解决刀具或工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整、润滑密封等问题
2.3.1主轴组件的类型
主轴组件按运动方式可分为五类:
只作旋转运动的主轴组件。
此类主轴结构较为简单,如车床、铣床和磨床的主轴组件。
既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件。
如钻床和镗床等的主轴组件。
其主轴组件与轴承装在套筒内,主轴在套筒内作旋转主运动,套筒在主轴箱的导向孔内作直线进给运动。
既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件。
如滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。
主轴在套筒内作旋转主运动,并可根据需要随主轴套筒一起作轴向调整移动。
既有旋转运动又有径向进给运动的主轴组件。
如卧式镗床的平旋盘主轴部件、组合机床的镗孔车端面头主轴组件。
主轴作旋转运动时,装在主轴前端平旋盘上的径向块可带动刀具作径向进给运动。
主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2.4主轴
主轴是主轴组件的重要组成部分。
它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及热处理等,对主轴组件的工作性能有很大的影响。
主轴结构随主轴系统设计要求的不同而有多种形式。
主轴的主要尺寸参数包括:
主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨度。
评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。
2.4.1主轴直径
主轴直径越大,其刚性越高,但轴承和轴上其它零件的尺寸也相应增大。
轴承的直径越大,同等级精度轴承的公差值也就越大,要保证主轴的旋转精度就越困难,同时极限转速也下降。
2.4.2主轴内孔直径
主轴内孔用来通过棒料,用于通过刀具夹紧装置固定刀具以及传动气动或液压卡盘等。
主轴孔径越大,可通过的棒料直径就越大,机床的使用范围就越宽,同时主轴部件也越轻。
主轴孔径大小主要受主轴刚度的制约。
当主轴的孔径与主轴直径之比小于0.3时,空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当;为0.5时,空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%;大于0.7时,空心主轴的刚度急剧下降。
2.4.3悬伸长度
主轴的悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸、前轴承的类型和组合方式以及轴承的润滑与密封有关。
主轴的悬伸长度对主轴的刚度影响很大,主轴悬伸长度越短,其刚度越好。
2.4.4主轴的支承跨距
主轴组件的支承跨距对主轴本身的刚度都有很大的影响。
主轴的轴端用于安装夹具和刀具,要求夹具和刀具在轴端定位精度高,定位刚度好,装卸方便,同时使主轴的悬伸长度短。
2.5主轴轴承
主轴轴承也是主轴组件的重要组成部分,应根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。
一般中、小规格的数控机床(如车床、铣床、钻镗床、加工中心、磨床等)的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承,重型数控机床采用液体静压轴承,高精度数控机床(如坐标磨床)采用气体静压轴承,转速达(2~10)×104r/min的主轴可采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。
3.主轴组件的润滑与密封
主轴组件的润滑与密封是使用和维护过程中值得重视的问题。
良好的润滑效果可以降低轴承的工作温度,延长其使用寿命。
密封不仅要防止灰尘、屑末和切削液进入,还要防止润滑油的泄漏。
3.1主轴润滑
数控机床主轴的转速高,为减少主轴发热,必须改善轴承的润滑方式。
润滑的作用是在摩擦副表面形成一层薄油膜,以减少摩擦发热。
在数控机床上的润滑一般采用高级油脂封入方式润滑,每加一次油脂可以使用7~10年。
也有用油气润滑,除在轴承中加入少量润滑油外,还引入压缩空气,使滚动体上包有油膜起到润滑作用,再用空气循环冷却。
3.2主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。
图3-2非接触式密封
几种非接触密封的形式如图3-2所示。
图3-2a)是利用轴承盖与轴的间隙密封,在轴承盖的孔内开槽是为了提高密封效果;这种密封用于工作环境比较清洁的油脂润滑处。
图3-2b)是在螺母的外圆上开锯齿形环槽,当油向外流时,靠主轴转动的离心力把油沿斜面甩到端盖的空腔内,油液再流回箱内。
图3-2c)是迷宫式密封的结构,在切屑多、灰尘大的工作环境下可获得可靠的密封效果;这种结构适用于油脂或油液润滑的密封。
接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封两种。
4.主轴的准停
主轴准停功能又称主轴定位功能(spindlespecifiedpositionstop),即当主轴停止时能控制其停于固定位置。
它是自动换刀所必需的功能。
在自动换刀的镗铣加工中心上,切削的转矩通常是通过刀杆的端面键传递的。
这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能,如图3-3所示。
图3-3主轴准停换刀图3-4磁传感器准停
主轴准停可分为机械准停和电气准停。
机械准停采用机械凸轮等机构和光电盘方式进行初定位,然后由定位销(液压或气动)插入主轴上的销孔或销槽完成定位,换刀后定位销退出,主轴才可旋转。
采用此方法定向比较可靠、准确,但结构复杂。
电气准停有磁传感器准停、编码器型准停和数控系统准停。
常用的磁传感器准停装置如图3-4所示,它是在主轴上安装一个发磁体,使之与主轴一起旋转,在距离发磁体旋转外轨迹1~2mm处固定一个磁传感器。
磁传感器经过放大器与主轴控制单元连接,当主轴需要定向准停时,便控制主轴停止在调整好的位置上。
第六章数控车床的进给运动系统
4.1概述
数控车床进给运动系统,尤其是轮廓控制的进给运动系统,必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制,与普通机床相比,要求其进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。
一个典型数控机床闭环控制的进给系统,通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等几部分组成
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- 数控车床 机械传动 装置 设计