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1、数控车床MJ-50研究论文学校：大连交通大学专业及班级：机械工程及自动化 茅以升10-2班成员：刘启超、侯志如、张海、代云龙、孟学聪、胡晓晨研究对象：MJ-50数控车床指导教师：沙智华一 引言1、数控机床的起源：1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。这是制造技术发
2、展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。2、数控机床的兴起：1952年美国麻省理工学院和吉丁斯路易斯公司首先联合研制出世界上第一台数控升降台铣床，随后德国、日本、苏联等国于1956年分别研制出本国的第一台数控机床。60年代初，美国、日本、德国、英国相继进入商品化试生产，由于当时数控系统处于电子管、晶体管、和集成电路初期，设备体积大、线路复杂、价格昂贵、可靠性差，数控机床大多是控制简单的数控钻床，数控技术没有普及推广，数控机床技术发展整体进展缓慢。70年代，出现了大规模集成电路和小型计算机，
3、特别是微处理器的研制成功，实现了数控系统体积小、运算速度快、可靠性提高、价格下降，使数控系统总体性能、质量有了很大提高，同时，数控机床的基础理论和关键技术有了新的突破，从而给数控机床发展注入了新的活力，世界发达国家的数控机床产业开始进入了发展阶段。80年代以来，数控系统微处理器运算速度快速提高，功能不断完善、可靠性进一步提高，监控、检测、换刀、外围设备得到了应用，使数控机床得到了全面发展，数控机床品种迅速扩展，发达国家数控机床产业进入了发展应用阶段。90年代，数控机床得到了普遍应用，数控机床技术有了进一步发展，柔性单元、柔性系统、自动化工厂开始应用，标志着数控机床产业化进入成熟阶段。3、数控机
4、床的高潮：进入21世纪，军事技术和民用工业的发展对数控机床的要求越来越高，应用现代设计技术、测量技术、工序集约化、新一代功能部件以及软件技术，使数控机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大地提高。科学技术特别是信息技术的发展迅速，高速高精控制技术、多通道开放式体系结构、多轴控制技术、智能控制技术、网络化技术、CAD/CAM与CNC的综合集成，使数控机床技术进入了智能化、网络化、敏捷制造、虚拟制造的更高阶段。我国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素
5、质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。4、MJ-50数控车床：MJ-50数控车床是由济南一机床团体有限公司出产，主要由主轴箱、床鞍、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、光滑系统、气动系统以及数控装置等形成。其形状尺寸为：长2995，宽1667，高1796。其形状
6、如图所示。MJ-50数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成型回转体表面。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。图1 MJ-50数控车床外观图MJ-50数控车床为两坐标两轴联动的卧式车床。如图所示，床身14为平床身床身导轨上支承着30倾斜布置的滑板13，排屑方便。导轨的横截面为矩形，支承刚性好，且导轨上配置有防护罩8.床身的左上方安装有主轴箱4，主轴有交流主轴电动机经1：1带传动直接驱动主轴，结构十分简单。为了快速而省力地装加工件，主轴卡盘3的加紧与松开是由主轴尾端的液压缸来控制的。床身右上方装有尾座12.该机床有两种可配
7、置的尾座，一种是标准尾座，另一种是液压驱动的尾座。滑板的倾斜导轨上按装有回转刀架11，其刀盘上有10个工位，最多安装10把刀具。滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传动装置。根据用户的需要，主轴箱前端面上可以按装对刀仪2，用于机床的机内对刀。检测刀具时对刀仪的转臂9摆出，其上端的接触式传感的测头对所用刀具进行检测。检测完成后，对刀仪的转臂摆回图中所示的原位，且测头被锁在对刀仪防护罩7中。10是操作面板，5是机床防护门，可以配置手动防护门，也可以配置气动防护门。液压系统的压力由压力表6显示。1是主轴卡盘加紧与松开的脚踏开关。二 数控车床MJ-50介绍2.1车床的主要参数2.1.1机床主体部分主要技术
8、参数允许最大工件回转直径：500mm最大车削直径：310mm极限车削直径（调整刀具）：350mm最大加工长度：650mm主轴驱动电动机：AC11/15kW（连续/30min）床鞍有效行程：X方向为182mm；Z方向为675mm床鞍快速移动速度：X方向为10m/min:Z方向为15m/min床鞍定位精度：X方向为+-0.015/100mm;Z方向为+-0.025/300mm床鞍重复定位精度：X方向为+-0.003mm；Z方向为+-0.005mm刀架装刀数：10把刀架转位数：10位刀架分度重复定位精度：X方向为+-0.003mm:Z方向为+-0.005mm2.1.2数控装置本机床采用FANUC O
9、TE MODEL A2系统。数控系统主要性能如下：控制轴数：2轴同时控制轴数：2轴最小输入增量：X方向为0.001mm；Z方向为0.001mm最小指令增量：X方向为0.005mm/P；Z方向为0.001mm/P最大编程尺寸：+-9999.999mm数控系统直线插补、全象限圆弧插补、刀具补偿以及实现进给功能、主轴功能、刀具功能、辅助功能、编程功能、安全功能、手动数据输入（MDI）、自诊断等功能数据显示：CRT定位精度和重复定位精度是体现数控机床质量的两个重要性能指标。按ISO规定，定位精度是指机床的工作台（或刀架）所要求达到的实际位置与理想位置的一致程度。如MJ-50数控机床床鞍在X方向的定位精
10、度为+-0.015/100mm，表示刀架任意移动100mm的距离，其误差为+-0.015mm/它与伺服系统、检测系统、工作台进给系统等的误差和工作台导轨的几何误差有关，他影响加工零件的位置精度。同时ISO还规定了重复定位精度。重复定位精度是指在同一条件下，操作方法不变，按规定次数进行测量所得到的多次结果的一致程度。一般是正态分布的偶然性误差，即在相同条件下，取在某一点的位置时的预计离散度作为其重复精度，在数值上用3值来表示。它影响一批零件加工的一致性，所以是一项非常重要的指标。例如MJ-50数控车床X方向的重复定位精度为+-0.006mm。它受伺服系统的开关特性、进给部件的间隙、刚性和摩擦特性
11、等的影响。2.2机床的传动系统1主运动传动系统图2.1-5为MJ50数控车床的传动系统图。其中主运动传动系统由功率为11/15kW的交流伺服（变频调速）电动机驱动，经一级速比为1:1的弧齿同步齿形带轮传动，直接带动主轴旋转。主轴在353500r/min的转速范围内实现无级调速。由于主轴的调速范围不是很大，所以在主轴箱内省去看齿轮传动变速机构，因此减少了齿轮传动对主轴精度的影响。2.纵、横向进给传动系统纵向进给系统由功率为108kW的交流伺服电机驱动，经一级速比为1:1.25弧齿同步齿形带轮传动，带动导程P=10mm的滚珠丝杠旋转，将电动机的回转运动转化成鞍的纵向直线运动。横向进给系统由功率为0
12、.9kW的交流伺服电动机驱动，经一级速比为1:1.2的弧齿同步齿形带轮传动，带动导程P=6mm的滚珠丝杠旋转，将电动机的回转运动转化成横刀架的横向直线进给运动。3.回转刀架传动系统数控车床换刀时，需要刀架作回转的分度运动，刀架回转角度取决于装刀数目。MJ50共有10把刀具，分度角以36度为单位。回转刀架的动力源为液压马达，通过起分度作用的平板共轭分度凸轮，将分度运动传递给一对齿轮副，进而带动刀架回转。图2 MJ-50数控车床传动系统图2.3 MJ50数控车床典型结构2.3.1主轴箱主轴箱是机床结构中最重要的部件之一，如图2.1-6所示，主轴箱由主轴箱体9、轴承座18、主轴7、主轴轴承11、轴承
13、调整螺母8、主轴脉冲发生器4及弧齿同步齿形带轮副等组成。AC主轴电动机通过弧齿同步齿形带轮副直接驱动主轴，由于采用了强力型AC主轴电动机，所以主轴有足够的输出转矩。主轴采用两点支承结构适宜高转速的要求。前轴承采用高精度双列圆柱滚子轴承11和高精度双列组合接触球轴承10（背靠背）组成，后轴承采用高精度双列圆柱滚子轴承。主轴轴承采用油脂润滑，靠非接触式迷宫套密封。润滑脂的封入量对主轴轴承寿命和运转时的温升有很大影响，机床说明书对油脂牌号和封入量均有规定。图3 MJ-50数控车床主轴箱2.3.2纵向进给传动装置MJ50数控车床纵向（Z向）进给传动装置简图如图2.1-7a所示。AC伺服电动机14、传动
14、同步带轮12和2传到滚珠丝杠5，由螺母4带动床鞍连同刀架沿床身13的矩形导轨移动，实现Z轴的进给运动。如图2.1-7b所示，电动机轴21与同步带轮12之间用锥环无键联结，局部放大视图中19和20是锥面相互配合的内 锥环，当拧紧螺钉17时，法兰18的端面压迫外锥环20，使其向外膨胀，内锥环19受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轴与同步带轮连接在一起。这种连接方式无须在被连接件上开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，使连接配合面无间隙，对中性较好。选用锥环对数的多少，取决于所传递转矩的大小。滚珠丝杠的左支承由三个角接触球轴承15组成。其中右边两个轴承与左边一个轴承大口相对布置，由调整螺母16进行预
15、紧。滚珠丝杠的右支承7为一个圆柱滚子轴承，只用于承受径向载荷，轴承间隙用调整螺母8来调整。滚珠丝杠的支承形式为左端固定、右端浮动，留有丝杠受热膨胀后向右伸长的余地。3和6为缓冲挡块，起超程保护作用，B向视图中的螺钉10将滚珠丝杠的右支承座9固定在床身13上。Z轴进给装置的脉冲编码器1与滚珠丝杠5相连接，实现速度反馈和位置反馈，从而提高系统对Z向进给的精度控制。滚珠丝杠螺母轴向间隙可通过预紧方法消除，预紧载荷以能有效地减少弹性变形所带来的轴向位移为度，过大的预紧力将增加摩擦阻力，降低传动效率，并使寿命大为缩短。所以，一般要经过几次仔细调整才能保证机床在最大轴向载荷下，及消除间隙，又能灵活运转。目
16、前，滚珠丝杠螺母副已由专业厂家生产，其预紧力由制造厂调好供用户使用。图4 MJ-50数控车床纵向(Z向)进给传动装置2.4 横向进给传动装置MJ-50数控车床横向（X向）进给传动装置简图如图所示。途中AC私服电动及15经同步带轮14和10以及同步带12带动滚珠丝杠6回转，其上螺母7带动刀架21沿床鞍1的导轨实现X轴的进给运动。电动机轴与同步带轮14用键13联结。滚珠丝杠有前后两个支承。 图5 横向传动装置图前支撑3由三个角接触球轴承组成，其中一个轴承大口向前，两个轴承大口向后，分别接触球轴承，轴承大口相背放置，由锁紧螺母11进行预紧。这种丝杠采用两端固定的支承形式，其结构和工艺都较复杂，但可以保证提高丝杠的轴向
