ck6140數(shù)控車(chē)床x向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-01-01 04:26 本頁(yè)面
【正文】 ① 高速度、高精度和高效率 ② 人工智能化控制 ③ 柔性化和自動(dòng)化 ④ 復(fù)合化和多軸化 ⑤ 高集成化的發(fā)展 ⑥ 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向 ⑦ 開(kāi)放式發(fā)展方向 CK6 140 普通數(shù)控車(chē)床己經(jīng)是一種定型的產(chǎn)品，它采用的是華工數(shù)控系統(tǒng)，華工數(shù)系統(tǒng)與國(guó)外知名廠家的數(shù)控系統(tǒng)相比，還是有些不足之處。車(chē)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的是直聯(lián)方式，因此當(dāng)絲杠需要多大的輸出扭矩時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)匹配，這樣成本高；而且伺服電機(jī)與絲杠聯(lián)結(jié)要求精度高，安裝不方便；針對(duì)這些不足之處，特以進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)要求如下：1 兩向進(jìn)給采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)床鞍和中拖板，兩向快速進(jìn)給速度不低于10m / min : 2 絲杠采用伺服電機(jī)通過(guò)同步帶、同步輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，要求力矩放大； 3 兩向絲杠輸出扭矩X 向8Nm 、Z 向10Nm 。 數(shù)控車(chē)床的用途 數(shù)控車(chē)床是當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用于加工軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件。它能夠通過(guò)程序控制自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸孔等工作。由于數(shù)控車(chē)床在一次裝夾中能完成多個(gè)表面的連續(xù)加工，因此提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，特別適用于復(fù)雜形狀的回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的加工。 數(shù)控車(chē)床的組成數(shù)控車(chē)床一般由以下幾部分組成： ① 主機(jī)主機(jī)是數(shù)控車(chē)床的機(jī)械部件，包括床身、主軸箱、刀架、尾座、進(jìn)給 機(jī)構(gòu)等。 ② 數(shù)控裝置作為控制部分是數(shù)控車(chē)床的控制核心。其主體是一臺(tái)計(jì)算機(jī)（包 括CPU 、存儲(chǔ)器、CRT 等）。 ③ 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控車(chē)床切削工作的動(dòng)力部分，主要實(shí)現(xiàn)主 運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它由伺服驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)裝置組成，驅(qū)動(dòng)裝置主要有主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī)等。 ④ 輔助裝置輔助裝置是指數(shù)控車(chē)床的一些配套部件，包括液壓、氣動(dòng)裝置及冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和排裝置等。 盤(pán)類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件。數(shù)控車(chē)床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。主軸伺服系統(tǒng)用于控制車(chē)床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以車(chē)床的床鞍和中托板的位置和速度做完控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常有賜福驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成。它的作用是:接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)車(chē)床的床鞍和中托板實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。（2）數(shù)控車(chē)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響了數(shù)控車(chē)床的定位精度和輪廓加工精度。從系統(tǒng)控制的角度分析，其中起決定作用的因素主要有:①傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和慣量，它直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度。② 傳動(dòng)部件的精度與傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性，它直接影響系統(tǒng)的位置精度和輪廓加工精度。在閉環(huán)系統(tǒng)中還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和慣量主要決定于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙，摩擦死區(qū)則是造成傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性的主要原因。因此，數(shù)控車(chē)床對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求可以概括如下：① 提高傳動(dòng)部件的剛度 一般般來(lái)說(shuō)，數(shù)控車(chē)床的直線運(yùn)動(dòng)的定位精度和分辨率都要達(dá)到微米級(jí)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的定位精度和分辨率都要達(dá)到角秒級(jí)，伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（特別是啟動(dòng)，制動(dòng)時(shí)的力矩）也很大。如果傳動(dòng)部件的剛度不如，必然會(huì)使傳動(dòng)部件產(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的定位精度，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和響應(yīng)的快速性，加大滾珠絲杠的直徑、對(duì)絲杠螺母副支、承部件進(jìn)行預(yù)緊、對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸等，都是提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的有效措施。② 減小傳動(dòng)部件的慣量 在驅(qū)動(dòng)電機(jī)一定時(shí)，傳動(dòng)部件的慣量直接決定了進(jìn)給系統(tǒng)的加速度，他是影響進(jìn)給系統(tǒng)的快速性的主要因素。特別是高速加工的數(shù)控機(jī)床上，由于對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的加速度要求高，因此，在滿足系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能的減小零部件的重量、直徑、以降低慣量，提高快速性。③ 減小傳動(dòng)部件的間隙 在開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，傳動(dòng)部件的間隙直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度：在閉環(huán)系統(tǒng)中它是系統(tǒng)的主要非線性環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，必須采取措施消除傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙。常采用的是消除傳動(dòng)部件間隙的措施是對(duì)齒輪副絲杠螺母、副聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿以及支承部件進(jìn)行預(yù)緊或消隙。但是，值得注意的是，采取這些措施后可能會(huì)增加摩擦阻力及降低機(jī)械部件的使用壽命，必須綜合考慮各種好因素，使間隙減小到允許范圍。④ 減小系統(tǒng)的摩擦阻力 進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力一方面會(huì)降低傳動(dòng)效率、產(chǎn)生發(fā)熱，而且，它還直接影響系統(tǒng)的快速性，此外，由于摩擦力的存在，動(dòng)、靜摩擦因素的變化，將導(dǎo)致傳動(dòng)部件的彈性變形，產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌等等高效執(zhí)行部件，以減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運(yùn)動(dòng)精度，避免低速爬行。 問(wèn)題的提出 針對(duì)老式車(chē)床存在加工精度不易保證，產(chǎn)品升級(jí)換代慢，操作不方便等主要缺點(diǎn)，我們提出以數(shù)控的方式對(duì)車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。由于現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，成熟的產(chǎn)品也很多，我們的設(shè)計(jì)主要是結(jié)合本單位的實(shí)際情況，考慮到西門(mén)子質(zhì)量最好，使用壽命長(zhǎng)。性能穩(wěn)定，售后服務(wù)好，所以決定采用西門(mén)子的系統(tǒng)。1 兩向進(jìn)給采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)床鞍和中托板，兩向進(jìn)給速度不高于10m/min；2 絲杠采用伺服電機(jī)通過(guò)同步帶，同步輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，要求力矩放大；3 兩向絲杠輸出扭矩X向8Nm；Z向10Nm。第二章 傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)的總體上采用伺服電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，從伺服電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)同步帶和同步輪降速增扭后傳到滾珠絲杠副，再經(jīng)過(guò)滾珠絲杠副上的螺母?jìng)鬟f給刀架進(jìn)行切削，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，傳動(dòng)準(zhǔn)確，易于控制，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所提出的要求。由于滾珠絲杠副的軸向力不是很大，徑向基本沒(méi)有外加載荷，為提高經(jīng)濟(jì)性，降低成本，減少加工量，擬采用一端固定，一端游動(dòng)的安裝方式。傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)圖如下:圖21 數(shù)控車(chē)床Z 軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖1 主傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車(chē)床主運(yùn)動(dòng)要求速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)、有足夠的驅(qū)動(dòng)功率，主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準(zhǔn)確穩(wěn)定、并有足夠的剛性與抗振性。2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)是用數(shù)字控制X 、Z 坐標(biāo)軸的直接對(duì)象，工件最后的尺寸精度和輪廓精度都直接受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響，為此，數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)充分注意減少摩擦力，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣量等。數(shù)控車(chē)床X 軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖21所示。第三章 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)X軸滾珠絲杠副的參數(shù)計(jì)算由設(shè)計(jì)所給的條件：工作臺(tái)的重量W = 工作臺(tái)的最大行程h = 220mm工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)：動(dòng)摩擦系數(shù)林μ＝0 . 1 靜摩擦系數(shù)從，μ= 0 . 2 快速進(jìn)給速度Vmax = 10m/min定位精度20μm／300mm全行程25μm重復(fù)定位精度10μm其它狀況見(jiàn)表3 131 各種切削狀況下的性能參數(shù)切削方式縱向切削力P (N)垂向切削力P(N)進(jìn)給速度V(m/min)工作時(shí)間百分比強(qiáng)力切削2000 120010一般切削1000 50030精切削 500200 150快速進(jìn)給 0 01010 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程由傳動(dòng)關(guān)系，工作臺(tái)最高移動(dòng)速度Vmaxd電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax傳動(dòng)比i等確定Ph Ph= 其中Vmaxd=10m/min,nmax=300r/min,選擇傳動(dòng)比是考慮到同步輪包角不能過(guò)小，并且傳動(dòng)系統(tǒng)的整體尺寸不能過(guò)大，所以Ph=10*1000/（3000*）= 導(dǎo)程已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，取偏大一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值，即取Ph=5mm/r。 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 最小載荷Fmin 機(jī)器空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力，如工作臺(tái)重量引起的摩擦力。機(jī)器空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力，主要由于工作臺(tái)及其上的電機(jī)的重量引起的摩擦力。Fmin=fw=*30*= 最大載荷Fmax 選擇機(jī)器承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)鏈。機(jī)床切削時(shí)，切削力滾珠絲杠軸向的分力與導(dǎo)軌摩擦力之和即為Fmax（這時(shí)導(dǎo)軌摩擦力是由工作臺(tái)、文件、夾具三者總的重量以及切削力在垂直導(dǎo)軌方向的分量共同引起）
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