数控机床润滑系统的设计毕业论

毕业论文

论文题目：数控机床润滑系统的设计

任务与要求：掌握数控机床润滑系统控制的改进和了解汽油发动机润滑系统故障的处理

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明

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作者签名： 日 期：

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

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涉密论文按学校规定处理。

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注 意 事 项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

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指导教师评阅书

指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日

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评阅教师评阅书

评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 6 / 19

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日

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摘 要

润滑系统是一种被广泛应用于各种自动化机械、仪器和操纵控制装置中的保护系统。润滑系统之所以得到如此广泛的应用，主要是由于机械仪器之间的摩擦过于损坏机械本身，润滑系统能帮助保护以至于不造成太大的损坏。

机床润滑系统的设计、调试和维修保养，对于提高机床加工精度、延长机床使用寿命等都有着十分重要的作用。但是在润滑系统的电气控制方面，仍存在以下问题:一是润滑系统工作状态的监控。数控机床控制系统中一般仅设油箱油面监控，以防供油不足，而对润滑系统易出现的漏油、油路堵塞等现象，不能及时做出反应。二是设置的润滑循环和给油时间单一，容易造成浪费。数控机床在不同的工作状态下，需要的润滑剂量是不一样的，如在机床暂停阶段就比加工阶段所需要的润滑油量要少。针对上述情况，在数控机床电气控制系统中，对润滑控制部分进行了改进设计，时刻监控润滑系统的工作状况，以保证机床机械部件得到良好润滑，并且还可以根据机床的工作状态，自动调整供油、循环时间，以节约润滑油。润滑系统工作状态的监控。

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目 录

第一章 数控机床概述.

第一节 数控机床的特点

第二节 数控机床的组成和工作原理 第二章 数控机床的分类

第一节 按加工工艺方法分类 第二节 按驱动装置的特点分类 第三章 机床结构的发展

第一节 数控机床的发展 第二节 自适应控制

第四章 数控机床润滑系统控制的改进

第一节 润滑时间及润滑次数的控制 第二节 润滑报警信号的处理 第五章 汽油发动机润滑系统故障处理

第一节 机油报警灯亮,机油压力过低 第二节 车辆机油消耗过大 结束语 参考文献

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第一章 数控机床概述

第一节 数控机床的特点

一、数控机床的加工特点

数控机床的加工有以下几方面的优点。

1、适应性强。适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。

2、精度高，质量稳定。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。

3、生产效率高。零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此数控机床每一道工序都可选用最有利的切削用量。

4、能实现复杂的运动。 5、良好的经济效益。 6、有利于生产管理的现代化。

二、数控机床的使用特点

1、 数控机床对操作维修人员的要求数控机床采用计算机控制，驱动系统具有较高的技术复杂性，机械部分的精度要求也比较高。因此，要求数控机床的操作、维修及管理人员具有较高的文化水平和综合技术素质。数控机床的加工是根据程序进行的，零件形状简单时可采用手工编制程序。当零件形状比较复杂时，编程工作量大，手工编程较困难且往往易出错，因此必须采用计算机自动编程。

2、数控机床对夹具和刀具的要求数控机床的刀具应该具有以下特点： ⑴ 具有较高的精度、耐用度，几何尺寸稳定、变化小。

⑵ 刀具能实现机外预调和快速换刀，加工高精度孔时要经试切削确定其尺寸。

⑶ 刀具的柄部应满足柄部标准的规定。

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⑷ 很好地控制切屑的折断和排出。 ⑸ 具有良好的可冷却性能。

第二节 数控机床的组成和工作原理

如图1-1所示，数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。

1-1图数控机床的基本结构

一、程序编制及程序载体

数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。

二、输入装置

输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。

三、数控装置

零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标

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轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。

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第二章 数控机床的分类

数控机床的品种很多，根据其加工、控制原理、功能和组成，可以从以下几个不同的角度进行分类。

第一节 按加工工艺方法分类

1、金属切削类数控机床

在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。

2、特种加工类数控机床

除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。

3、板材加工类数控机床

常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

第二节 按驱动装置的特点分类

1、开环控制数控机床

图2－1所示的为开环控制数控机床系统框图。

图2-1开环控制数控机床的系统框图

这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动

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速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。

开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。

2、闭环控制数控机床

从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图2-2所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。

图2-2闭环控制数控机床的系统框图

3、半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。图2-3所示的为半闭环控制数控机床的系统框图。图中Ａ速度传感器、Ｂ角度传感器。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。

图2-3半闭环控制数控机床的系统框图

4、混合控制数控机床

混合控制系统又分为两种形式：

⑴ 开环补偿型。图2-4为开环补偿型控制方式。

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图2-4开环补偿型控制方式

图2-5半闭环补偿型控制方式

⑵ 半闭环补偿型。图2-5为半闭环补偿型控制方式。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中Ａ是速度测量元件（如测速发电机），B是角度测量元件，C是直线位移测量元件。

第三章 机床结构的发展

第一节 数控机床的发展

继数控加工中心出现之后，又出现了由数控机床、工业机器人（或工件交换机）和工件台架组成的加工单元，工件的装卸、加工实现全自动化控制，如图3-1所示。

图3-1加工单元示意图

为实现工件自动装卸，以镗铣床为基础的数控加工中心可使用两个可交换工作台。一个工作台加工工件时，另一个工作台由工人装夹待加工的工件，在计算机控制下，自动地把待加工工件送去加工，并自动卸下加工好的工件，工件由自动输送车搬运，如果这种加工中心有较多的交换工作台，便可实现长时间

无人看管加工。

第二节 自适应控制

闭环控制的数控机床，主要监控机床和刀具的相对位置或移动轨迹的精度。数控机床严格按照加工前编制的程序自动进行加工，但是有一些因素，例如，工件加工余量不一致，工件的材料质量不均匀，刀具磨损等引起的切削的变化，以及加工时温度的变化等因素，在编程序时无法准确考虑，往往根据可能出现的最坏情况估算，这样就没有充分发挥数控机床的能力。如图3-2是自适应控

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制结构框图。其工作过程是通过各种传感器测得的加工过程参数的变化信息，并传送到自适应控制器，与预先存储的有关数据进行比较分析，然后发出校正指令送到数控装置，自动修正程序中的有关数据。

图3-2自适应控制结构框图

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第四章 数控机床润滑系统控制的改进

第一节 润滑时间及润滑次数的控制

检测工件而使机床暂停运行时，机床对润滑油的需求量各不相同。在配置FANUC数控系统的机床中，通常通过控制润滑泵工作的时间来调节提供的润滑油量，但是，习惯考虑的是润滑系统在机床加工运行状态下的供油方式，而没有顾及其它工作状态，这样，当机床处于其它工作状态时，润滑系统所提供的润滑油量要么不够，要么过多。

机床导轨需要的润滑油量近似可用下面公式计算：(长度+移动行程)×宽度×K。从公式中可以看出，机床导轨需要的润滑油量与该导轨上的轴的移动距离有关。欧美生产的数控系统大多以行程量作为依据，来控制润滑泵工作，间隙供油，并在系统中提供了相应的参数，便于机床制造商通过PMC程序对润滑泵进行电气控制。而在FANUC 0i系统中没有类似的控制方法，为了能在配置FANUC 0i的数控机床上，采用近似的供油方式控制润滑泵工作，我们改进了润滑控制部分的电气设计，让控制系统能根据机床的具体工作情况自动调整润滑泵工作频率和每次的工作时间，在机床暂停时适当减少供油量，而机床初始工作时适当增加。

第二节 润滑报警信号的处理

压力异常数控机床中润滑系统为间歇供油工作方式。因此，润滑系统中的压力采用定期检查方式，即在润滑泵每次工作以后检查。如果出现故障，如漏油、油泵失效、油路堵塞，润滑系统内的压力就会突然下降或升高，此时应立即强制机床停止运行，进行检查，以免事态扩大。油面过低以往习惯的处理方法是将“油面过低”信号与“ 压力异常”报警信号归为一类，作为紧急停止信号。一旦PMC系统接收到上述信号，机床立即进入紧急停止状态，同时让伺服系统断电。但是，与润滑系统因油路堵塞或漏油现象而造成“压力异常”的情况不同，如果润滑泵油箱内油不够，短时间不至于影响机床的性能，无需立即使机床停止工作。

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第五章 汽油发动机润滑系统故障处理

第一节 机油报警灯亮,机油压力过低

1、机油油面过低。需要添加机油,并检查是否有密封不严造成机油泄漏; 2、机油限压阀弹簧失效,必须清除阀门上的杂质,清洗机油泵,更换弹簧; 3、机油泵转速过慢或间隙过大,不能提供足够的润滑油。

4、机油过热,粘度过稀。需要检查是否使用了合适粘度的润滑油,同时水温过热对此影响也很大,尤其是夏季高温下长时间怠速或爬坡,此时因车速较慢,冷却效果差,发动机温度容易过高。

5、轴瓦磨损。轴瓦磨损造成了机油通过间隙被泄压,造成机油压力低。常见于刚大修完或较旧的车辆。

第二节 车辆机油消耗过大

发动机各密封面和油封损坏,将造成润滑油的渗漏。一旦渗漏发生,在发动机外部就可以观察到。如排气管冒兰烟,则是润滑油进入燃烧室被烧掉。润滑油可以通过三个途径进入燃烧室:

1、导管与气门杆之间--二者之间发生磨损,间隙过大,在进气行程时,气门罩中的润滑油滴就会沿间隙进入燃烧室;如发生这一故障或扩大了气门导管孔径,应选配大一号气门气门杆的进气门。

2、气门挡油圈失效,不能有效组织机油通过气门进入燃烧室。 3、活塞环与气缸壁磨损过大,油环刮油作用减弱,使机油进入燃烧室。

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结束语

数控机床采用计算机控制，驱动系统具有较高的技术复杂性，机械部分的精度要求也比较高。在润滑系统的电气控制方面，仍存在以下问题：一是润滑系统工作状态的监控。数控机床控制系统中一般仅设油箱油面监控，以防供油不足，而对润滑系统易出现的漏油、油路堵塞等现象，不能及时做出反应。二是设置的润滑循环和给油时间单一，容易造成浪费。 数控机床电气控制设计过程中，润滑系统的处理若被忽视，对于机床的使用者而言，机床各部件能否定期定量得到润滑，却是十分重要的问题。应不断改进、完善产品的设计，减少机床出现故障的次数，提高产品的可靠性。

参考文献

1、方沂《数控机床编程与操作》北京：国防工业出版社，1999年版。 2、王爱玲等《现代数控原理及控制系统》北京：国防工业出版社，2002年版。

3、白恩远等《现代数控机床伺服及检测技术》北京：国防工业出版社，2005年版。

4、任建平等《现代数控机床故障诊断及维修》北京：国防工业出版社，2005年版。

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