数控进给系统改造设计

任年刚

摘要：数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。而经济型数控机床是一种操作简便价格低廉的装有程序控制系统的自动化机床。而伺服进给系统作为数控机床的重要组成部分，更是十分重要。在机床进给传动系统的设计中，为保证进给传动系统能有较高的精度性和动态性能，机床中各项性能均要进行综合评估。

关键词：进给系统;滚珠丝杠;齿轮传动;改造设计

1、数控机床的基本原理

1.1数控机床的工作原理

数控即是数字控制（Numerical Control 简称为NC）也就是数字控制的缩写，其基本原理是数控系统通过伺服电机发送数字信号并将其转换为电子脉冲信号，向执行机构发出指令从而使机床加工部件（即各轴和刀架电机）实现运动。

1.2数控机床的组成

一般数控机床通常由输入和输出设备、执行机构、CNC驱动单元、伺服单元、辅助控制装置、可编程控制器PLC及电气控制装置、机床本体和反馈装置几部分组成。

1.3数控机床进给系统

伺服进给系统是数控机床中最常使用的传动系统。以实现数控机床自动控制为目的开发了伺服进给系统，其主要功能是发出脉冲指令控制数控机床的各运动部件进行移动、进行速度的调整。伺服进给系统主要是为了进行插补从而增加加工精度。并根据系统的反馈信息改变一部分参数，使动力源电机能够通过联轴器来带动整个机床的机械传动机构实现对运动部件的驱动。

2、滚珠丝杠及其支撑

滚珠丝杠是将滚珠作为传动介质来实现将丝杠的旋转运动转换为直线运动的部件。按照传动形式分为两种：一种是将回转运动转化为直线运动;另一种是将直线运动转化为回转运动。

滚珠丝杠的特点：精度高、耐用性好、传动效率高、运动平衡、同步性好、可靠性高、有良好的刚性。

现代制造技术发展十分迅速，新型的高速切削数控机床也在如雨后春笋般出现，这不仅仅要求进给系统主轴有更好的性能，对系统的供给也有更高的要求：

（1）进给速度应达到40m/min或更高;

（2）加速度要高，达到1g以上;

（3）动态性能好，达到更高的定位精度。

3、齿轮传动

3.1齿轮传动的类型

查阅了一些关于传动齿轮的资料得知齿轮的啮合方式分为三种，它们分别是：内啮合方式，外啮合方式的齿轮以及齿轮和齿条的传动。将齿轮按照轴线进行区分，共分为两种，一种是空间齿轮传动，还有一种是平面齿轮传动。从研究中得知，空间齿轮的传动可分为锥齿轮传动，轴线互相交叉的斜方向齿轮传动和蜗杆蜗轮传动三种。根据齿轮的方向观察，发现直齿轮传动，斜齿轮传动和人字形的齿轮传动是属于平面齿轮传动。

1.传动比

在一对齿轮中，如设主动齿轮的转速为 ，齿数为 ，从动轮的转速为 ，齿数为 。若从动轮跟着转过的圈数为 ，则转过的齿数为 ，由于两轮转过的齿数应相等，即 。由此可得一对齿轮的传动比为：

一对齿轮传动比 就是主动齿轮与从动齿轮转速之比，和齿轮齿数成正比。

2.应用特点

在所有传动形式中应用最多的便是齿轮传动了，该传动的优点大大多于其他的传动形式，其拥有非常高的传动效率，在传动的过程中，功率也是大大高于其他传动形式。它的工作过程十分的安全，可以充分保证操作人员的安全。

3.传动齿轮必须考虑以下两个基本规定：

（1）传动的稳定

在传动过程中，为了得到良好的稳定性、瞬时减速比、瞬时加速比都要稳定。只有这样才能在有良好的稳定性的同时减少在传输过程中的噪声和振动。

（2）较强的承载能力

齿轮在传动时由于两啮合齿面之间的接触面积是在不断变化的。所以传动齿轮不仅要尺寸小、重量轻、还要能承受较大的负载。也就是能承受较高的加工强度、良好的耐磨耗性和较长的寿命。

3.2齿轮传动的失效形式

经过观察，可以清晰明了的看出齿轮传递动力是靠齿轮两个齿之间的啮合来实现的，在齿轮中，轮齿担当着主要的工作部分，因而在齿轮发生故障或损坏的时候，首先我们就要观察轮齿的情况。经过查阅资料可知，一般的损坏形式可分为很多种，有齿面磨损、齿轮折断、齿面腐蚀、齿面粘接及塑性变形。

3.3齿轮热处理

齿轮的渗碳热处理直接影响着齿轮的传动精度、刚性和使用寿命。如果在渗碳热处理后加入一步磨削加工，齿轮的传动精度会少许增加，但齿轮仍会随着轮齿的形变而降低其传动精度。在渗碳的过程中会被诸多因素影响进而降低其传动精度和刚性。只有综合考虑多种因素才能在最大程度上减小轮齿变形，从而得到稳定的传动精度。在工艺制造过程中，属于必须解决的齿轮变形的控制问题。

4机床设计要点

4.1机床设计要有创新性

（1）机床是具有创新性的劳动设计

每个机床厂都有其主导产品。产品的性能和质量反映了工厂的设计和制造水平。为了使主导产品立足国内外市場，应强化以下方面来使企业应拥有较强的竞争力、占据领导地位：

1）选择适合的技术，进行充分的市场调研，以产品创新为理念，把握未来机床市场的发展趋势;

2）严格制定并执行产品的售后调查并收集用户的反馈信息进行研究，保证技术创新，提出先进的创新思路;

3）设计特殊型号的CNC车床，用来在新型材料的发展趋势中占有一席之地。并在技术成熟后进行推广。

（2）发展机床零部件专业厂

与发展机床零部件的专业化工厂有直接联系。很多零件可以从专业工厂直接购买。像这样迅速组装机器，可以缩短交货期。可以保证质量，也可以在一定程度上降低成本。

4.2机床设计

（1）设计要求和资料

对于销售市场的客户，需绘制数控车床规格并核对有关资料。其主要包括信息技术、预测分析的结果、实验结果、发展趋势、新技术和相关结构样本。通过对上述材料的分析研究，选择最佳的设计改造方案，不仅要保证数控车床的产品质量，还要提高车床的生产效率，且还要具有较高的经济效益。

（2）选择方案

可以按照客户资料选择几个合适的方案进行分析检查。方案的确定主要有技术参数、过程、布局的分析、输送、传动系统、油压装置的设计简图及控制部分和电气系统控制装置的整体结构图等。

选择制定的设计方案时，应该注意以下几个问题：

（1）如果在使用和制造中出现问题，应先调查使用要求和机床参数，然后再尽可能的进行制造。对设计前选择的技术进行工艺创新;

（2）必须通过科学的方法来进行实践的检测和技术的选择，且在确定了设计方案后应再次进行检测以防不可控因素的出现;

（3）选择出最好的方案来设计改造并进行创新，创新与制造应融会贯通，采用新型技术能提高效率。

结论

数控机床的发展愈发先进，同样竞争也愈发激烈。导致对机床的性能也提出了更高的要求。而国内机床的设计水平与国外相对比还有着不小的差距。其中数控机床的进给系统作为机床的一个重要组成部分，更是十分的重要。通过本次的课题我对数控机床的进给系统有了更加深入的了解。通过了解进给系统的组成结构后发现国内机场的进给传动系统与国外机床的进给传动系统存在较大的差异。本次设计正是基于这一点以经济型数控机床为基础进行了改造设计。

参考文献：

[1] 董玉红. 数控技术. 北京：高等教育出版社，2008.2：1.

[2] 夏田. 数控加工中心设计. 北京：化学工业出版社，2008. 6：45～58.

[3] 张春宣，潘承怡. 机械设计. 北京：科学出版社，2007. 8：49～76.

身份证号码：210502197504090638  鞍山钢铁学院