畢業(yè)論文-x5032銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)改造說明書(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 3）伺服系統(tǒng)：伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)。主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和位置檢測與反饋裝置等組成。伺服電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則是伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置拖動(dòng)工作臺(tái)或刀架運(yùn)動(dòng)。 4）強(qiáng)電控制柜：強(qiáng)電控制柜主要用來安裝機(jī)床強(qiáng)電控制的各種電氣元件，除了提供數(shù)控、伺服等一類弱電控制系統(tǒng)的輸入電源以及各種短路、過載、欠壓等電氣保護(hù)外，主要在 PLC 的輸出接口與機(jī)床各類輔助裝置的電氣執(zhí)行元件之間起橋梁連接作用，控制機(jī)床輔助裝置的各種交流電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)電磁閥或電磁離合器等。此外，它也與機(jī)床操作臺(tái)有關(guān)手動(dòng)按扭連接。強(qiáng)電控制柜由各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關(guān)、接線端子和各類電氣保護(hù)元器件等構(gòu)成。它與一般普通機(jī)床的 電氣類似，但為了提高對弱電控制系統(tǒng)的抗干擾性，要求各類頻繁啟動(dòng)或切換的電動(dòng)機(jī)、接觸器等電磁感應(yīng)器件中均必須并接 RC 阻容吸收器；對各種檢測信號(hào)的輸入均要求用屏蔽電纜連接。 5）機(jī)床本體：數(shù)控機(jī)床的本體指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，同樣由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)、床身以及立柱等部分組成，但數(shù)控機(jī)床的整體布局、外觀造型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大變化。為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，歸納起來包括以下幾個(gè)方面的變化。 6）輔助裝置：輔助裝置主要包 括自動(dòng)換刀裝置 ATC（ Automatic Tool Changer ） 、自動(dòng)交換工作臺(tái)機(jī)構(gòu) APC（ Automatic Pallet Changer）、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、銑削液裝置、排屑裝置、過載和保護(hù)裝置等。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 下圖所示為 XK5040A 式數(shù)控銑床的整體圖，及各部件名稱： 數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床的品種規(guī)格很多，分類方法也各不相同。一般可根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)，按下面四種原則進(jìn)行分類。 按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類 1）點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床：點(diǎn)位控制只要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件 從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，對于點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求并不嚴(yán)格，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行加工，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)是不相關(guān)的。 2）直線控制數(shù)控機(jī)床：又稱平行控制數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是除了控制河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線，但其運(yùn)動(dòng)路線只是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行移動(dòng)，也就是說同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)，在移位的過程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行銑削，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。 3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床：也稱連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床，其控制特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行控制。為 了滿足刀具沿工件輪廓的相對運(yùn)動(dòng)軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的位移控制和速度控制按照規(guī)定的比例關(guān)系精確地協(xié)調(diào)起來。因此在這類控制方式中，就要求數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算功能，所謂插補(bǔ)就是根據(jù)程序輸入的運(yùn)算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或圓弧的形狀描述出來，也就是一邊計(jì)算，一邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)位移量與要求的輪廓相符合。在運(yùn)動(dòng)過程中刀具對工件表面連續(xù)進(jìn)行銑削，可以進(jìn)行各種直線、圓弧、曲線的加工。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向 隨著世界對數(shù)控機(jī)床研究的深入化及行業(yè)需求標(biāo)準(zhǔn)的 精確化，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對數(shù)控加工提出了更高的要求，超高速銑削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，要求數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分具有更高的性能指標(biāo)。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，超著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1）高速度與高精度化 速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速銑削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，它對機(jī)床各坐標(biāo)軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是相互制約的，也 就是說要求位移速度越高，定位精度越難提高。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 2）多功能化 ① 數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多用途，以最大限度地提高設(shè)備利用效率。 ② 前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能，以充分提高其工作效率和機(jī)床利用率。 ③ 具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除具有通訊口、 DNC 功能外，還有網(wǎng)絡(luò)功能。 3）智能化 ① 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)：自適應(yīng)控制 AC（ Adaptive Control）技術(shù)的目的是要求在隨機(jī)變化的加工 過程中，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過程中所得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。由于在實(shí)際加工過程中，大約有 30 余種變量直接或間接地影響加工效果，如工件毛坯余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形等。這些變量事先難預(yù)知，編制加工程序時(shí)只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以致在實(shí)際加工中，很難用最佳參數(shù)、銑削用量等，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)率。 ② 采用故 障自診斷、自修復(fù)功能：主要是利用 CNC 系統(tǒng)的內(nèi)裝程序?qū)崿F(xiàn)在線故障診斷，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采取停機(jī)等措施，并通過 CRT進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。并利用“戎余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊。 ③ 刀具壽命自動(dòng)檢測和自動(dòng)換刀功能：利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測手段，對刀具和工件進(jìn)行檢測。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損、破損等，進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換備用刀具，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 ④ 引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)：應(yīng)用圖象識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨別圖樣，按照語言命令進(jìn)行加工。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 4）高的可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)，它取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性，為了提高可靠性，目前主要采取以下幾個(gè)方面的措施： ① 提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量； ② 采用硬件結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方式； ③ 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能。 除上述幾方面外，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)正向小型化、數(shù)控編程自動(dòng)化等方向發(fā)展。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 主傳動(dòng) 系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。主傳動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)必須盡量滿足下面的要求，才能夠做到符合要求： 、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速，換向和制動(dòng)，以滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求。 ，全部結(jié)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。 ，特別是主軸組件要有足夠高的精度，抗振性、熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率要高，以滿足機(jī)床餓工作性能要求。 ，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。 ，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 相比之下，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省之了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。 與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)： ①轉(zhuǎn)速高、功率大。它 能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率銑削和高速銑削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 ②變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般 Rn＞ 100，以保證加工時(shí)能選用合理的銑削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 ③主軸變速迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 ④主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承 、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。 主傳動(dòng)系統(tǒng)可按不同的特征來分類： (1)按動(dòng)力源的類型 可分為交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中又可分為單速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有多速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻凋速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式的選擇主要根據(jù)變速形式和運(yùn)動(dòng)特性要求來確定。 (2)按傳動(dòng)裝置類型 可分為機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置、電氣傳動(dòng)裝置以及它們的組合。 (3)按變速的連續(xù)性 可以分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無級(jí)變速傳動(dòng)。 分 級(jí)變速傳動(dòng)是在一定的變速范圍內(nèi)均勻、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級(jí)數(shù)一般不超過 20 一 30 級(jí)。分級(jí)變速傳動(dòng)方式有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器 (如摩擦片式、牙嵌式、齒輪式離合器 )變速。除摩棕片式離合器外，其它變速方式具有傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動(dòng)比推確，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是有速度損失，不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行變速。摩擦片式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，操縱方式可以是機(jī)械的、河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 電磁的或液壓的，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，發(fā)熱量大。 無級(jí)變速傳動(dòng)可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的銑削速度；能 在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于銑削大端面、無級(jí)變速器、液壓無級(jí)變速器和電氣無級(jí)變速器實(shí)現(xiàn)。機(jī)械摩擦無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，常用在中小型銑床、銑床等主傳動(dòng)中。液壓無級(jí)變速器傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動(dòng)中。電氣無級(jí)變速器有直流電動(dòng)機(jī)或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)兩種，由于可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，應(yīng)用越來越廣泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上，目前幾乎都采用電氣變速。 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的 配置方式 數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照按制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪合級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式。 (1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。如圖 3— 1(a)所示，通過少數(shù)幾對齒輪降速，“大輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時(shí)對輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成 為分段元級(jí)變速。滑移齒輪的移位大都采用液壓缸加拔叉，或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。 (2)通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖 3— 1(b)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是 v 帶和同步齒形帶。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 (3)用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖 3— 1(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸 旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。 (4)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖 3— 1(d)所示，這種主傳動(dòng)方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對主軸影響較大。 圖 2－ 1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 數(shù)控銑床不同于一般的機(jī)械，它是用來生產(chǎn)其他機(jī)械的工作母機(jī)，和其他機(jī)床一樣的在剛度，精度及運(yùn)動(dòng)特性方面有其特殊要求。下面簡單介紹一下與 上述特性相關(guān)的一些基礎(chǔ)理論和概念。 精度 機(jī)床精度是指機(jī)床的主要部件的形狀、相互位置及相對運(yùn)動(dòng)的精確程度，包括幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度及精度保持性等幾個(gè)方面。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 各類機(jī)床按精度可分為普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)。以上三種精度等級(jí)的機(jī)床均有相應(yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn)，其允差若以普通級(jí)為 1，則大致比例為 1： ： 。在設(shè)計(jì)階段主要從機(jī)床的精度分配、元件及材料選擇等方面來提高機(jī)床精度。它主要包括以下幾個(gè)方面： 1）幾何精度 幾何精度是指機(jī)床空載條件下，在不運(yùn)動(dòng)（機(jī)床主軸不轉(zhuǎn)或工作臺(tái)不移動(dòng)等情況下）或運(yùn)動(dòng) 精度較低時(shí)各主要部件的形狀、相互位置和相對運(yùn)動(dòng)的精度程度。如主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)、主軸中心線對滑臺(tái)一動(dòng)方向的平行度或垂直度等。幾何精度直接影響加工工件的精度，是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)。它主要取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量。 2）運(yùn)動(dòng)精度 運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床的主要零件以工作狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。如高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。對于高速精密的機(jī)床，運(yùn)動(dòng)精度是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的一個(gè)重要