CA6140普通车床改为经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计
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CA6140
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润滑
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摘 要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床C6140的基础上对其进行自动化改造。作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。关键词：机床改造； 自动化机床； 控制系统ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system目 录第1章 绪论1第2章 国内外发展概况及现状介绍5第3章 总体方案论证63.1确定何种传动系统63.2选择传动装置63.3选择润滑方式7第4章 具体设计说明84.1伺服电机型号选择94.1.1进给电机功率的确定94.1.2伺服电机型号94.2纵向进给滚珠丝杠副的设计选择104.2.1确定滚珠丝杠的支承方式114.2.2滚珠丝杠副参数的确定124.2.3对选定的滚珠丝杠副参数进行核算13第5章 结论22参考文献23附件清单241绪论经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计。“主传动系统”“纵向进给系统”和“横向进给系统”可称为车床的三大核心系统，其重要地位更是不言而喻的。三大系统的精确性、准确性、必将影响加工产品的性能。为什么我国的机械制造业与西欧等国家的制造业有着很大的差距，这就是因为我们没有精良的加工工具或者是自动化系数远远的不及他们。制造业是关系到国际民生的大事，是富民强国的必要因素，必须在较短的时间内形成我们独立自主的现代化制造体系。随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。鉴于我国机床拥有量大、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控，并对原有的机床进行数控改造。这就是本课题的来由。前提条件：l 床身上最大回转直径为400mml 加工最大工作长度1000mml 快进速度 z轴8 m/min.l 定位精度 z轴0.04 mm.l 重复定位精度 z轴0.01 mm.设计要求：纵向进给运动设计时，电机与丝杠采用柔性连接，电机选用伺服电机对电机的大小选择进行验证，对滚珠丝杠直径及支承形式选择进行强度较核。润滑系统设计要做到润滑充分且达到各个润滑点。本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的，该系统设计成功一旦应用到生产实践中，将给中小规模的加工厂输入新的血液。显著提高生产力水平，减轻劳动强度，提高经济效益。根据自己几个月来的设计过程，编写了这本设计说明书，由于自己的经验不足，所学的知识有限，书中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评、指正。 2 国内外发展概况及现状介绍1自从第一台商品数控机床问世以来 ，到1965年，世界主要工业国家的数控机床己进入了大批量生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。1970年前美国处于领先地位。1971年苏联生产数控机床2538台，一举超过美国，名列世界第一。1977年以前，苏联一直保持产量优势，以后日本的半导体技术及计算机技术迅猛发展，促进了数机床的生产。1976年日本数控机床产量是3300台，1978年时为7300台，1980年为22000台，到1981年仅用4年时间便超过了其他各国而成为世界上最大的数控机床生产国，产量达到26000台，基本上两年翻一番。1981年，日本、美国、联邦德国、法国、英国五国的数控机床总产量为39000台，其中日本占66.2%，美国占19.8%，联邦德国占8.3%,法国占2.9%，英国占2.8%。到期988年，日本年产数控机床约为50000台，数控化率达70%.我国从1958开始研究数控机械加工技术，60年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到1975年己研制出了40多个品种300多台数控机床。经过30年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从1975年到1979年，7年内累计生产数控机床4108台（其中约3/4以上的数控线切割机床）。进入80年代，我国重新重视发展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。1981年，我国从日本FANUC公司引进了FANUC3系列、5系列、7系列的数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机 技术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂。于1981年底开始验收投产，1982年生产约40套系统，1982年生产约100套系统，1985年生产约400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国70年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础，使我国的主机品种与技术水平都有成套的发展与提高。我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工单元，XH715型立式加工中心，昆明机床床厂THK4680型全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的TK66100卧式铣削加工中心，青海第一机床厂的XH754卧式加工中心等。这一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预计在不远的将来会赶上或超过世界先进国家水平。3 总体方案论证31确定何种传动系统经济型的数控机床动力系统可分为三类 步进电机式:采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选挡速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有2-3种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广和普及。交流点位式:采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达0.001mm，重复定位精度为0.005mm，所以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点位式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹，功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。半闭环连续控制式采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进行强力切削。当丝杠螺母在6mm左右时，快速可达89m/min，且不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强操作大大简化。以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机开环执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精度大功率应用场合并不很合适，故考虑采用伺服电机控制。3.2 选择传动装置数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术当中，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与普通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙，低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率有适应阻尼比的要求。设计任务要完成的设计是纵向进给系统的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。螺旋传动主要用来把旋转传动变为直线运动，或把直线传动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋；有以传递运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋；还有调节零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母、滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构。在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。选用滚珠丝杠副传动机构，因为此种机构有如下特点：a. 传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率为：0.920.96，比常规的丝杠螺母副提高了34倍（滑动丝杠效率为0.2 0.4）,因此，功率消耗只当于常规丝杠副的1/4 1/3。b. 给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区。定位精度高，刚度好。c. 有可逆性，可以从旋转运动转化为直线传动，也可以从直线传动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都
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