韩兴华 重型数控机床进给系统结构研究.doc

重型数控机床进给系统结构研究 摘 要 本文针对山东省荣成市金辰机械制造有限公司中所使用的TK6910数控镗床系统的结构进行设计研究，并提出一种快速有效的机床研究方法。传统的机床结构主要凭借着多年的经验或采用类比的方法解决现有的问题，但是这些方法已经不能提高产品的精度和稳定性，必须进行更加精确的计算。精确设计的计算量非常大，而且设计周期长、成本高。随着计算机技术的发展，大型工程软件的被开发并应用于实际设计中，充分的解决了现有的这些问题。 本文根据重型数控机床进给系统的组成和特点，推导了进给系统的数学模型，分析了进给系统产生低速爬行现象的原因，计算出产生低速爬行的临界速度，并利用机械系统动力学分析软件Pro/E进行仿真分析，研究导轨间动、静摩擦因数之差、传动刚度和工作台质量等对机床低速平稳性的影响。研究结果表明：导轨间的动、静摩擦因数之差越小，传动刚度越高，临界速度越低，机床的低速平稳性越好；工作台的质量越小，惯性力越小，越不易产生爬行。为了完善虚拟样机模型使其更接近机床工作的实际条件，可以利用PROE软件进行仿真模拟。 关键词　重型数控机床；进给系统；爬行；仿真分析；Pro/E 目 录 摘 要 I 第1章 绪论 - 1 - 1.1 前言 - 1 - 1.2 机械结构设计的发展 - 2 - 1.3 本文的主要研究内容 - 3 - 第2章 进给系统爬行现象的分析 - 4 - 2.1 进给系统数学建模 - 4 - 2.2 爬行与振动故障的诊断与排除 - 6 - 2.2.1 对故障发生的部位进行分析 - 6 - 2.2.2 机械部件故障的检查和排除 - 6 - 2.3 进给伺服系统故障的检查和排除 - 7 - 2.3.1 速度调节器的检测 - 7 - 2.3.2 测速电机反馈信号的检测 - 7 - 2.4 本章小结 - 7 - 第3章 进给系统中摩擦力学分析 - 9 - 3.1 简述摩擦力 - 9 - 3.1.1 摩擦力的基本概念 - 9 - 3.1.2 摩擦力的分类 - 10 - 3.1.3 摩擦力的研究对象 - 10 - 3.2 滑动摩擦 - 11 - 3.2.1 滑动摩擦理论 - 11 - 3.2.2 影响滑动摩擦的因素 - 11 - 3.2.3 特殊工况下的摩擦 - 13 - 3.3 滚动摩擦 - 15 - 3.3.1 基本概念 - 15 - 3.3.2 滚动的基本形式 - 16 - 3.4 摩擦振动 - 16 - 3.4.1 摩擦振动现象 - 16 - 3.4.2 摩擦振动的特点 - 17 - 3.4.3 摩擦振动产生的原因 - 17 - 3.4.4 摩擦振动的危害性 - 17 - 3.5 本章小结 - 17 - 第4章 基于PROE的数控机床进给系统的仿真 - 19 - 4.1 数控技术发展的概况 - 19 - 4.2 本章主要内容 - 19 - 4.3 基于Pro/E的NC代码后处理技术 - 20 - 4.4 本章小结 - 21 - 结论 - 22 - 参考文献 - 23 - 致谢 - 24 -  绪论 前言 随着科学技术的不断进步和社会生产的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，而机械加工过程的自动化是实现上述要求的有效途径。 重型数控立式车床主要服务于能源、交通、原材料、中型机械、航空航天、国防等国家重点行业领域，是我国装备制造业具有代表性的产品。齐重数控装备股份有限公司生产的重型数控立式车床系列产品的国内市场占有率约为90％，其设计和制造水平基本上可以代表我国目前此类产品的生产水平。由于我国数控机床行业普遍采用自主生产机床本体，配套国外数字控制系统的生产方式，因此，提高国产数控机床的制造技术水平的主要途径是提高机床本体的设计和制造水平。而机床的进给系统对精度的影响是最大的，因此，提高进给系统的的质量就显的尤为重要。当前由于各种先进制造技术的快速发展，特别是高速切削技术的出现，对于机床的进给系统的要求越来越高。但是，以国产重型立式车床为例,时需要进给系统的以较低的速度运动,但另一方面进给系统在低速运动时往往会出现爬行现象。为此需要分析进给系统在低速运动时，要保持机床稳定，保证加工精度的要求，进给系统的刚度和阻尼系数等参数的取值范围，并要确定这些参数之间的相互关系，最终确定优化方案，得出优化结果。 另外，工厂的设计和生产任务较繁忙，对于重型数控立式车床的进给系统的设计多采取类比设计和简单的计算方法，而没有进行系统的、较精密的数值计算。原因是进行现代的设计方法，除了要求理论知识丰富、计算手段高级外，测试手段必须也同步跟上，这在一般企业本身是难以实现的，因此采取校企联合的方式，利用学校方面的理论知识较丰富，企业技术人员设计和现场经验较多的各自优势，对工厂所存在的主要技术