任年剛

摘要：數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。而經(jīng)濟型數(shù)控機床是一種操作簡便價格低廉的裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。而伺服進給系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要組成部分，更是十分重要。在機床進給傳動系統(tǒng)的設計中，為保證進給傳動系統(tǒng)能有較高的精度性和動態(tài)性能，機床中各項性能均要進行綜合評估。

關(guān)鍵詞：進給系統(tǒng);滾珠絲杠;齒輪傳動;改造設計

1、數(shù)控機床的基本原理

1.1數(shù)控機床的工作原理

數(shù)控即是數(shù)字控制（Numerical Control 簡稱為NC）也就是數(shù)字控制的縮寫，其基本原理是數(shù)控系統(tǒng)通過伺服電機發(fā)送數(shù)字信號并將其轉(zhuǎn)換為電子脈沖信號，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令從而使機床加工部件（即各軸和刀架電機）實現(xiàn)運動。

1.2數(shù)控機床的組成

一般數(shù)控機床通常由輸入和輸出設備、執(zhí)行機構(gòu)、CNC驅(qū)動單元、伺服單元、輔助控制裝置、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、機床本體和反饋裝置幾部分組成。

1.3數(shù)控機床進給系統(tǒng)

伺服進給系統(tǒng)是數(shù)控機床中最常使用的傳動系統(tǒng)。以實現(xiàn)數(shù)控機床自動控制為目的開發(fā)了伺服進給系統(tǒng)，其主要功能是發(fā)出脈沖指令控制數(shù)控機床的各運動部件進行移動、進行速度的調(diào)整。伺服進給系統(tǒng)主要是為了進行插補從而增加加工精度。并根據(jù)系統(tǒng)的反饋信息改變一部分參數(shù)，使動力源電機能夠通過聯(lián)軸器來帶動整個機床的機械傳動機構(gòu)實現(xiàn)對運動部件的驅(qū)動。

2、滾珠絲杠及其支撐

滾珠絲杠是將滾珠作為傳動介質(zhì)來實現(xiàn)將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的部件。按照傳動形式分為兩種：一種是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動;另一種是將直線運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動。

滾珠絲杠的特點：精度高、耐用性好、傳動效率高、運動平衡、同步性好、可靠性高、有良好的剛性。

現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，新型的高速切削數(shù)控機床也在如雨后春筍般出現(xiàn)，這不僅僅要求進給系統(tǒng)主軸有更好的性能，對系統(tǒng)的供給也有更高的要求：

（1）進給速度應達到40m/min或更高;

（2）加速度要高，達到1g以上;

（3）動態(tài)性能好，達到更高的定位精度。

3、齒輪傳動

3.1齒輪傳動的類型

查閱了一些關(guān)于傳動齒輪的資料得知齒輪的嚙合方式分為三種，它們分別是：內(nèi)嚙合方式，外嚙合方式的齒輪以及齒輪和齒條的傳動。將齒輪按照軸線進行區(qū)分，共分為兩種，一種是空間齒輪傳動，還有一種是平面齒輪傳動。從研究中得知，空間齒輪的傳動可分為錐齒輪傳動，軸線互相交叉的斜方向齒輪傳動和蝸桿蝸輪傳動三種。根據(jù)齒輪的方向觀察，發(fā)現(xiàn)直齒輪傳動，斜齒輪傳動和人字形的齒輪傳動是屬于平面齒輪傳動。

1.傳動比

在一對齒輪中，如設主動齒輪的轉(zhuǎn)速為 ，齒數(shù)為 ，從動輪的轉(zhuǎn)速為 ，齒數(shù)為 。若從動輪跟著轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為 ，則轉(zhuǎn)過的齒數(shù)為 ，由于兩輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)應相等，即 。由此可得一對齒輪的傳動比為：

一對齒輪傳動比 就是主動齒輪與從動齒輪轉(zhuǎn)速之比，和齒輪齒數(shù)成正比。

2.應用特點

在所有傳動形式中應用最多的便是齒輪傳動了，該傳動的優(yōu)點大大多于其他的傳動形式，其擁有非常高的傳動效率，在傳動的過程中，功率也是大大高于其他傳動形式。它的工作過程十分的安全，可以充分保證操作人員的安全。

3.傳動齒輪必須考慮以下兩個基本規(guī)定：

（1）傳動的穩(wěn)定

在傳動過程中，為了得到良好的穩(wěn)定性、瞬時減速比、瞬時加速比都要穩(wěn)定。只有這樣才能在有良好的穩(wěn)定性的同時減少在傳輸過程中的噪聲和振動。

（2）較強的承載能力

齒輪在傳動時由于兩嚙合齒面之間的接觸面積是在不斷變化的。所以傳動齒輪不僅要尺寸小、重量輕、還要能承受較大的負載。也就是能承受較高的加工強度、良好的耐磨耗性和較長的壽命。

3.2齒輪傳動的失效形式

經(jīng)過觀察，可以清晰明了的看出齒輪傳遞動力是靠齒輪兩個齒之間的嚙合來實現(xiàn)的，在齒輪中，輪齒擔當著主要的工作部分，因而在齒輪發(fā)生故障或損壞的時候，首先我們就要觀察輪齒的情況。經(jīng)過查閱資料可知，一般的損壞形式可分為很多種，有齒面磨損、齒輪折斷、齒面腐蝕、齒面粘接及塑性變形。

3.3齒輪熱處理

齒輪的滲碳熱處理直接影響著齒輪的傳動精度、剛性和使用壽命。如果在滲碳熱處理后加入一步磨削加工，齒輪的傳動精度會少許增加，但齒輪仍會隨著輪齒的形變而降低其傳動精度。在滲碳的過程中會被諸多因素影響進而降低其傳動精度和剛性。只有綜合考慮多種因素才能在最大程度上減小輪齒變形，從而得到穩(wěn)定的傳動精度。在工藝制造過程中，屬于必須解決的齒輪變形的控制問題。

4機床設計要點

4.1機床設計要有創(chuàng)新性

（1）機床是具有創(chuàng)新性的勞動設計

每個機床廠都有其主導產(chǎn)品。產(chǎn)品的性能和質(zhì)量反映了工廠的設計和制造水平。為了使主導產(chǎn)品立足國內(nèi)外市場，應強化以下方面來使企業(yè)應擁有較強的競爭力、占據(jù)領導地位：

1）選擇適合的技術(shù)，進行充分的市場調(diào)研，以產(chǎn)品創(chuàng)新為理念，把握未來機床市場的發(fā)展趨勢;

2）嚴格制定并執(zhí)行產(chǎn)品的售后調(diào)查并收集用戶的反饋信息進行研究，保證技術(shù)創(chuàng)新，提出先進的創(chuàng)新思路;

3）設計特殊型號的CNC車床，用來在新型材料的發(fā)展趨勢中占有一席之地。并在技術(shù)成熟后進行推廣。

（2）發(fā)展機床零部件專業(yè)廠

與發(fā)展機床零部件的專業(yè)化工廠有直接聯(lián)系。很多零件可以從專業(yè)工廠直接購買。像這樣迅速組裝機器，可以縮短交貨期。可以保證質(zhì)量，也可以在一定程度上降低成本。

4.2機床設計

（1）設計要求和資料

對于銷售市場的客戶，需繪制數(shù)控車床規(guī)格并核對有關(guān)資料。其主要包括信息技術(shù)、預測分析的結(jié)果、實驗結(jié)果、發(fā)展趨勢、新技術(shù)和相關(guān)結(jié)構(gòu)樣本。通過對上述材料的分析研究，選擇最佳的設計改造方案，不僅要保證數(shù)控車床的產(chǎn)品質(zhì)量，還要提高車床的生產(chǎn)效率，且還要具有較高的經(jīng)濟效益。

（2）選擇方案

可以按照客戶資料選擇幾個合適的方案進行分析檢查。方案的確定主要有技術(shù)參數(shù)、過程、布局的分析、輸送、傳動系統(tǒng)、油壓裝置的設計簡圖及控制部分和電氣系統(tǒng)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)圖等。

選擇制定的設計方案時，應該注意以下幾個問題：

（1）如果在使用和制造中出現(xiàn)問題，應先調(diào)查使用要求和機床參數(shù)，然后再盡可能的進行制造。對設計前選擇的技術(shù)進行工藝創(chuàng)新;

（2）必須通過科學的方法來進行實踐的檢測和技術(shù)的選擇，且在確定了設計方案后應再次進行檢測以防不可控因素的出現(xiàn);

（3）選擇出最好的方案來設計改造并進行創(chuàng)新，創(chuàng)新與制造應融會貫通，采用新型技術(shù)能提高效率。

結(jié)論

數(shù)控機床的發(fā)展愈發(fā)先進，同樣競爭也愈發(fā)激烈。導致對機床的性能也提出了更高的要求。而國內(nèi)機床的設計水平與國外相對比還有著不小的差距。其中數(shù)控機床的進給系統(tǒng)作為機床的一個重要組成部分，更是十分的重要。通過本次的課題我對數(shù)控機床的進給系統(tǒng)有了更加深入的了解。通過了解進給系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)國內(nèi)機場的進給傳動系統(tǒng)與國外機床的進給傳動系統(tǒng)存在較大的差異。本次設計正是基于這一點以經(jīng)濟型數(shù)控機床為基礎進行了改造設計。

參考文獻：

[1] 董玉紅. 數(shù)控技術(shù). 北京：高等教育出版社，2008.2：1.

[2] 夏田. 數(shù)控加工中心設計. 北京：化學工業(yè)出版社，2008. 6：45～58.

[3] 張春宣，潘承怡. 機械設計. 北京：科學出版社，2007. 8：49～76.

身份證號碼：210502197504090638 ?鞍山鋼鐵學院