X銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)改造論文說(shuō)明書

1、河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文摘 要數(shù)字控制是近代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化控制技術(shù)是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)極其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法,5重要標(biāo)準(zhǔn)。本論文是關(guān)于數(shù)控銑床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先是數(shù)控銑床的介紹和數(shù)控銑床主傳動(dòng)主軸箱設(shè)計(jì)的要求，配置以及主要的設(shè)計(jì)思想要求。再初選數(shù)控銑床的主電機(jī)，由于本設(shè)計(jì)是數(shù)控銑床，根據(jù)所設(shè)計(jì)的銑削最大工件的銑削力要求，以及各軸要求的轉(zhuǎn)速確定電機(jī)的功率，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)采用無(wú)級(jí)調(diào)速，電機(jī)的選取必須為變頻系列。電動(dòng)機(jī)與主軸箱之間采用帶傳動(dòng)，根據(jù)本設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)速率以及它與主軸箱之間的傳動(dòng)比，確定出大、小帶輪的直徑，V帶的型號(hào)，大小帶輪的中心距，同時(shí)驗(yàn)算大、小帶輪

2、，最后確定V帶的根數(shù)。在分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)主軸箱內(nèi)各軸之間傳動(dòng)比，確定各軸的最小直徑，以及每個(gè)軸上各組嚙合齒輪的尺寸。本論文最后一章是數(shù)控銑床主軸部分的設(shè)計(jì)以及對(duì)主軸的校核。通過(guò)本設(shè)計(jì)可以一般對(duì)數(shù)控銑床的主軸傳動(dòng)部分有一個(gè)深刻的了解。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床 主軸進(jìn)給 機(jī)械設(shè)計(jì) 主軸箱 QQ:780256221(有圖紙) AbstractModern digital control is the development of an automated control technology. It is one of the ways used for digital signal proce

3、ssing machine movement control.with the rapid development of science and technology, numerical control machine tools has already been a national level the important machinery industry standards. In this paper, CNC milling machine is on the main drive system design, the first is the introduction of C

4、NC milling machine and CNC milling machine main drive spindle box design requirements, configuration and design of the main requirements. CNC milling machine primaries to the main motor, as the design is CNC milling machine, according to the designed milling largest part of the milling force require

5、ments, as well as the requirements of the axis determined speed motor power, the entire transmission system used stepless speed regulation, The selection must be a motor inverter series. Headstock between the motor and a belt drive, according to the design of the motor and the transmission rate and

6、its spindle box between the transmission ratio, identified large and small diameter of the pulley, V with the model, size pulley from the centre, At the same time checking large and small pulley, the final determination of the V-belt numbers. Grading the gearbox in the design process, according to b

7、ox on the spindle axis between the transmission ratio to determine the minimum diameter of the shaft, and each axis each group meshing gear size. This paper is the final chapter of CNC milling machine spindle part of the design and verification of the spindle. Through the design of the CNC milling m

8、achine can generally drive the main part of a profound understanding.Key words: CNC milling machine; spindle feed; mechanical design; headstock.59目 錄前 言11 緒 論4 1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介4 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展4 1.1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)7 1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成8 1.2.1數(shù)控機(jī)床的工作原理8 1.2.2數(shù)控機(jī)床的組成8 1.3 數(shù)控機(jī)床的分類10 1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向112 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)14 2.1 主傳動(dòng)

9、系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述14 2.2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式16 2.3主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想17 2.3.1 精度17 2.3.2 剛度193 主軸電動(dòng)機(jī)的選取20 3.1 采用交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速20 3.2 初選主軸電動(dòng)機(jī)（交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)）的功率：20 3.3 銑削力的計(jì)算21 3.4 初選交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)的功率23 3.5 機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速nj的確定23 3.6 變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率功率的確定234 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算26 4.1 選擇V帶型號(hào)26 4.2 確定帶輪的計(jì)算直徑27 4.3 確定V帶速度28 4.4 初定中心距28 4.5 確定V帶的計(jì)算長(zhǎng)度和內(nèi)周長(zhǎng)度28 4.6

10、確定實(shí)際中心距28 4.7 驗(yàn)算帶輪包角29 4.8 確定V帶根數(shù)295 分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)31 5.1 變速機(jī)構(gòu)的調(diào)速范圍的確定31 5.2 各軸及齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定33 5.2.1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速34 5.2.2 各軸上齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速35 5.3 各齒輪副模數(shù)計(jì)算35 5.4 各軸間中心距的計(jì)算36 5.5 確定各軸最小直徑36 5.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（此謹(jǐn)僅以每軸上一個(gè)齒輪為例進(jìn)行計(jì)算）37 5.6.1 主軸齒輪的設(shè)計(jì)：37 5.6.2 軸I上的齒輪設(shè)計(jì)尺寸如下：38 5.6.3 軸II上的齒輪設(shè)計(jì)尺寸如下：40 5.7 軸I和軸II軸軸承的選擇406 主軸及其組件的設(shè)計(jì)42 6.1 主軸組

11、件的基本要求42 6.1.1 旋轉(zhuǎn)精度42 6.1.2 剛度42 6.1.3 抗振性43 6.1.4 溫升和熱變形43 6.1.5 精度保持件44 6.2 主軸的構(gòu)造44 6.3 主軸的材料和熱處理44 6.4 主軸部件的傳動(dòng)方式及布置型式45 6.4.1 傳動(dòng)方式45 6.4.2 傳動(dòng)件位置的合理布置46 6.5 主軸部件軸承的配置46 6.6 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定48 6.7 主軸的技術(shù)要求49 6.8 主軸組件校核51 6.8.1 主軸最大扭矩51 6.8.2 主軸的剛度計(jì)算54結(jié)束語(yǔ)56致 謝57參考文獻(xiàn)58前 言科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的

12、要求。機(jī)械加工過(guò)程的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的最重要措施之一。數(shù)控機(jī)床及其由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備。它的發(fā)展一直備受人們的關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。因此，數(shù)控機(jī)床成為先進(jìn)制造技術(shù)中一項(xiàng)核心技術(shù)。另一方面，通過(guò)持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步提高。最初的數(shù)控機(jī)床只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行了局部改進(jìn)。但是，隨著數(shù)字控制技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的發(fā)展，以及數(shù)控機(jī)床高剛度、高精度、高速度的要求，逐步發(fā)展到目前數(shù)控機(jī)床獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。它在總體布局

13、、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具裝置以及操作輔助機(jī)構(gòu)等方面發(fā)生了很大變化，最基本的表現(xiàn)是改進(jìn)了普通機(jī)床傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)剛度不足、抗振性能差、滑動(dòng)面的摩擦阻力大以及傳動(dòng)元件的間隙大等缺點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床機(jī)械基本功能的構(gòu)成模式仍然沒(méi)有脫離普通機(jī)床的基本模式，如機(jī)床支承件、導(dǎo)軌、主傳動(dòng)及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)等組成部件是不可缺少的。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來(lái)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，

14、以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問(wèn)題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進(jìn)程、市場(chǎng)占有率等方面情況尤為突出。在新世紀(jì)到來(lái)時(shí)，如何有效解決這些問(wèn)題，使我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們?cè)趪?guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”， 從20世紀(jì)70年代開始，由于打破國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件不斷改善，我國(guó)的數(shù)控銑床等數(shù)控技術(shù)全面開展，并成功研制了一些簡(jiǎn)單的數(shù)

15、控銑床。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)

16、控人才缺乏等。因此我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問(wèn)的差距。為了滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展的需要，當(dāng)前，世界數(shù)控銑床正朝著（1）高速、高效和高精度：主軸轉(zhuǎn)速最高達(dá)200000r/min,在分辨率為0.01微米時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min,自動(dòng)換刀時(shí)間最短可達(dá)0.5s，加工精度可達(dá)11.5微米。（2）高可靠性：當(dāng)前國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間MTBF在（710）104h以上，整機(jī)的平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)800h以上。（3）模塊化、智能化、柔性化和集成化：智能化包括自適應(yīng)控制.工藝參數(shù)自動(dòng)生成、自動(dòng)編程。智能化的人機(jī)界面

17、、智能診斷、智能監(jiān)控等。柔性化和集成化的趨勢(shì)是從點(diǎn)、線向面、體，注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性的方向發(fā)展，以提高系統(tǒng)的可靠性.實(shí)用性為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)；注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓/完善；CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開放和集成化方向發(fā)展。銑床是普通機(jī)床中比較常見的一種，而數(shù)控銑床則是數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用比較廣泛的一種。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)剛度好、抗振性好、滑動(dòng)面的摩擦阻力小以及傳動(dòng)元件的間隙小等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，無(wú)疑會(huì)有助于理解各類數(shù)控機(jī)床的工作原理和結(jié)構(gòu)特性。1 緒 論1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1952

18、年，美國(guó)帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究所成功試制第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。早在1948年，美國(guó)在研制加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，就提出了研制數(shù)控機(jī)床的初步設(shè)想。1949年，在美國(guó)空軍的支持下，帕森斯公司正式接受委托，與麻省工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始了數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)三年的努力，于1952年正式試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。其控制裝置由2000多個(gè)電子管組成，占了普通實(shí)驗(yàn)室那么大。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床的誕生，標(biāo)志著機(jī)械制造的數(shù)字控制時(shí)代的開始。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

19、，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管分立式晶體管小規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路小型計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路微機(jī)式數(shù)控系統(tǒng)等幾個(gè)發(fā)展階段。而數(shù)控銑床也在不斷的隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展不斷的采用計(jì)算機(jī).控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。因其社會(huì)條件不同，各有特點(diǎn)：1.美國(guó)的數(shù)控發(fā)展史美國(guó)政府重視機(jī)床工業(yè)，美國(guó)國(guó)防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界

20、第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國(guó)首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。2.德國(guó)的數(shù)控發(fā)展史 德國(guó)政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。于1956年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，德國(guó)特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對(duì)數(shù)控機(jī)床的共性和特性問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國(guó)的

21、數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價(jià)實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國(guó)特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競(jìng)相采用。 3.日本的數(shù)控發(fā)展史日本政府對(duì)機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過(guò)規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國(guó)，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國(guó)，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺(tái))超過(guò)美國(guó)(5,688臺(tái))，至今產(chǎn)量、出口量一直居世

22、界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺(tái)，出口27,409臺(tái)，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，大量出口，占去世界廣大市場(chǎng)。在上世紀(jì)80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對(duì)性地發(fā)展市場(chǎng)所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理，其性能、精度和效率日趨提高。因此對(duì)加工機(jī)械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備機(jī)床也相應(yīng)提出了高性能、高精度與高自動(dòng)化的要求。大批大量的產(chǎn)品，如汽車、拖拉機(jī)與家用電器的零件，為了解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問(wèn)題，多采用專用的工藝裝備、專用自動(dòng)化機(jī)床或?qū)Ｓ玫淖詣?dòng)化生產(chǎn)線

23、和自動(dòng)化車間進(jìn)行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，產(chǎn)品改型不易，因而使新產(chǎn)品的開發(fā)周期增長(zhǎng)。在機(jī)械產(chǎn)品中，單件與小批量產(chǎn)品占7080%，這類產(chǎn)品一般都采用通用機(jī)床加工，當(dāng)產(chǎn)品改變時(shí)，機(jī)床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機(jī)床的自動(dòng)化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。特別是一些由曲線、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿行機(jī)床，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來(lái)加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。數(shù)字控制機(jī)床，就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。自1952年美國(guó)PARSONS公司與麻省理工學(xué)院合

24、作研制了第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密檢測(cè)與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是一種新型的機(jī)床，可用于加工復(fù)雜曲面零件。該銑床的研制成功是機(jī)械制造行業(yè)中的一次革命，使機(jī)械制造的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段。從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世到現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，幾乎所有品種的機(jī)床都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域也從航空工業(yè)部門逐步擴(kuò)大到汽車、造船、機(jī)床、建筑等民用機(jī)械制造行業(yè)。此外，數(shù)控技術(shù)也在繪圖機(jī)械、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光與火焰切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。特別是相繼出現(xiàn)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，進(jìn)一步說(shuō)明，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為組成現(xiàn)代

25、機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的基本設(shè)備。1.1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)。1）能適應(yīng)不同零件的自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床是按照被加工零件的數(shù)控程序來(lái)進(jìn)行自動(dòng)加工的，當(dāng)改變加工零件時(shí)，只要改變數(shù)控程序，不必用凸輪、靠模、樣板、或鉆鏜模等專用工藝裝備。因此，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，有利于機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。2）生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的銑削用量，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)工時(shí)。還有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其它輔助操作自動(dòng)化等，使輔助時(shí)間大為縮短，而且無(wú)需工序間的檢驗(yàn)與測(cè)量，所以，比普通機(jī)床的生產(chǎn)效率高3

26、4倍甚至更高。同時(shí)由于數(shù)控機(jī)床本身的精度較高，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，又因?yàn)樗歉鶕?jù)數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，因此，不但加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。3）能完成復(fù)雜型面的加工。4）工序集中，一機(jī)多用。數(shù)控機(jī)床，特別是自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床。這樣可以減少裝夾的誤差，節(jié)約工序之間的運(yùn)輸、測(cè)量和裝夾等輔助時(shí)間，還可以節(jié)省機(jī)床的占地面積，帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。5）數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。因此，機(jī)床價(jià)格較高，而且要求具有較高技術(shù)水平的人員來(lái)操作和維修。盡管如此，使用數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益還是很高的。1.2

27、數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成1.2.1數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移大小，以及其它諸如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤(rùn)滑的啟、停等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照數(shù)控程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。1.2.2數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床由以下幾部分組成1）控制介質(zhì)：控制介質(zhì)又稱信息載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間聯(lián)系的中間媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加工中全部信息。2）數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，是

28、整個(gè)數(shù)控機(jī)床的靈魂所在。主要由輸入裝置、監(jiān)視器、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類輸入/輸出接口等組成。主控制系統(tǒng)主要由CPU、存儲(chǔ)器、控制器等組成。其控制對(duì)象是位置、角度、速度等機(jī)械量，以及溫度、壓力、流量等物理量，其控制方式又可分為數(shù)據(jù)運(yùn)算處理控制和時(shí)序邏輯控制兩大類。其中主控制器內(nèi)的插補(bǔ)模塊就是根據(jù)所讀入的零件程序，通過(guò)譯碼、編譯等處理后，進(jìn)行相應(yīng)的刀具軌跡插補(bǔ)運(yùn)算，并通過(guò)與各坐標(biāo)伺服系統(tǒng)的位置、速度反饋信號(hào)的比較，從而控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的位移。而時(shí)序邏輯控制通常由可編程控制器PLC來(lái)完成，它根據(jù)機(jī)床各個(gè)部件有條不紊地按順序工作。3）伺服系統(tǒng)：伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)。

29、主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)與反饋裝置等組成。伺服電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則是伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較后作為位移指令，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置拖動(dòng)工作臺(tái)或刀架運(yùn)動(dòng)。4）強(qiáng)電控制柜：強(qiáng)電控制柜主要用來(lái)安裝機(jī)床強(qiáng)電控制的各種電氣元件，除了提供數(shù)控、伺服等一類弱電控制系統(tǒng)的輸入電源以及各種短路、過(guò)載、欠壓等電氣保護(hù)外，主要在PLC的輸出接口與機(jī)床各類輔助裝置的電氣執(zhí)行元件之間起橋梁連接作用，控制機(jī)床輔助裝置的各種交流電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)電磁閥或電磁離合器等。此外，它也與機(jī)床操作臺(tái)有關(guān)手動(dòng)按扭連接。強(qiáng)電控制柜由

30、各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關(guān)、接線端子和各類電氣保護(hù)元器件等構(gòu)成。它與一般普通機(jī)床的電氣類似，但為了提高對(duì)弱電控制系統(tǒng)的抗干擾性，要求各類頻繁啟動(dòng)或切換的電動(dòng)機(jī)、接觸器等電磁感應(yīng)器件中均必須并接RC阻容吸收器；對(duì)各種檢測(cè)信號(hào)的輸入均要求用屏蔽電纜連接。5）機(jī)床本體：數(shù)控機(jī)床的本體指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，同樣由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)、床身以及立柱等部分組成，但數(shù)控機(jī)床的整體布局、外觀造型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大變化。為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，歸納起來(lái)包括以下幾個(gè)方面的變化。 6）輔助裝置：輔助裝置主要包括自動(dòng)

31、換刀裝置ATC（Automatic Tool Changer ） 、自動(dòng)交換工作臺(tái)機(jī)構(gòu)APC（Automatic Pallet Changer）、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、液壓控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑裝置、銑削液裝置、排屑裝置、過(guò)載和保護(hù)裝置等。下圖所示為XK5040A式數(shù)控銑床的整體圖，及各部件名稱：1.3 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的品種規(guī)格很多，分類方法也各不相同。一般可根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)，按下面四種原則進(jìn)行分類。按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類1）點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床：點(diǎn)位控制只要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求并不嚴(yán)格，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)

32、動(dòng)是不相關(guān)的。2）直線控制數(shù)控機(jī)床：又稱平行控制數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線，但其運(yùn)動(dòng)路線只是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行移動(dòng)，也就是說(shuō)同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)，在移位的過(guò)程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行銑削，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床：也稱連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床，其控制特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行控制。為了滿足刀具沿工件輪廓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的位移控制和速度控制按照規(guī)定的比例關(guān)系精確地協(xié)調(diào)起來(lái)。因此在這類控制方式中，就要求數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算功能，所謂插補(bǔ)就是根據(jù)程序

33、輸入的運(yùn)算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或圓弧的形狀描述出來(lái)，也就是一邊計(jì)算，一邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)位移量與要求的輪廓相符合。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中刀具對(duì)工件表面連續(xù)進(jìn)行銑削，可以進(jìn)行各種直線、圓弧、曲線的加工。1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向隨著世界對(duì)數(shù)控機(jī)床研究的深入化及行業(yè)需求標(biāo)準(zhǔn)的精確化，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工提出了更高的要求，超高速銑削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，要求數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分具有更高的性能指標(biāo)。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，超著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）高速度

34、與高精度化速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速銑削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，它對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是相互制約的，也就是說(shuō)要求位移速度越高，定位精度越難提高。2）多功能化 數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多用途，以最大限度地提高設(shè)備利用效率。前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能，以充分提高其工作效率和機(jī)床利用率。具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除具有通訊口、DNC功能外，還有網(wǎng)絡(luò)功能。3）智能化引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)：自適應(yīng)控制AC（Adaptive Control）技術(shù)的目的是要求在隨機(jī)變化的加工過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)加工

35、過(guò)程中所得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。由于在實(shí)際加工過(guò)程中，大約有30余種變量直接或間接地影響加工效果，如工件毛坯余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形等。這些變量事先難預(yù)知，編制加工程序時(shí)只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以致在實(shí)際加工中，很難用最佳參數(shù)、銑削用量等，使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)率。采用故障自診斷、自修復(fù)功能：主要是利用CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序?qū)崿F(xiàn)在線故障診斷，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采取停機(jī)等措施，并通過(guò)CRT進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的

36、部位、原因等。并利用“戎余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊。刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)換刀功能：利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測(cè)手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損、破損等，進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換備用刀具，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)：應(yīng)用圖象識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨別圖樣，按照語(yǔ)言命令進(jìn)行加工。4）高的可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)，它取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性，為了提高可靠性，目前主要采取以下幾個(gè)方面的措施： 提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量； 采用硬件結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方式； 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能。除上述幾方面外，數(shù)控機(jī)床的數(shù)

37、控系統(tǒng)正向小型化、數(shù)控編程自動(dòng)化等方向發(fā)展。2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。主傳動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)必須盡量滿足下面的要求，才能夠做到符合要求：1.主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的變速范圍、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速，換向和制動(dòng)，以滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求。2.主電動(dòng)機(jī)具有足夠的功率，全部結(jié)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。3.主傳動(dòng)的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度，抗振性、

38、熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率要高，以滿足機(jī)床餓工作性能要求。4.操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤(rùn)滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。相比之下，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省之了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍。與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率銑削和高速銑削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范

39、圍，一般Rn100，以保證加工時(shí)能選用合理的銑削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。主軸變速迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤(rùn)滑。 主傳動(dòng)系統(tǒng)可按不同的特征來(lái)分類：(1)按動(dòng)力源的類型 可分為交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中又可分為單速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

40、和交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有多速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻凋速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式的選擇主要根據(jù)變速形式和運(yùn)動(dòng)特性要求來(lái)確定。 (2)按傳動(dòng)裝置類型 可分為機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置、電氣傳動(dòng)裝置以及它們的組合。 (3)按變速的連續(xù)性 可以分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。 分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定的變速范圍內(nèi)均勻、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級(jí)數(shù)一般不超過(guò)20一30級(jí)。分級(jí)變速傳動(dòng)方式有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器(如摩擦片式、牙嵌式、齒輪式離合器)變速。除摩棕片式離合器外，其它變速方式具有傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動(dòng)比推確，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是有速度損失，不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中

41、進(jìn)行變速。摩擦片式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，操縱方式可以是機(jī)械的、電磁的或液壓的，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，發(fā)熱量大。無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的銑削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于銑削大端面、無(wú)級(jí)變速器、液壓無(wú)級(jí)變速器和電氣無(wú)級(jí)變速器實(shí)現(xiàn)。機(jī)械摩擦無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠，常用在中小型銑床、銑床等主傳動(dòng)中。液壓無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動(dòng)中。電氣無(wú)級(jí)變速器有直流電動(dòng)機(jī)或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)兩種，由于可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速

42、、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上，目前幾乎都采用電氣變速。2.2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照按制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪合級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式。(1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。如圖31(a)所示，通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，“大輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒

43、輪變速，使之成為分段元級(jí)變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加拔叉，或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖31(b)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是v帶和同步齒形帶。(3)用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖31(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低

44、速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。(4)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖31(d)所示，這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。圖21 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式2.3主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想數(shù)控銑床不同于一般的機(jī)械，它是用來(lái)生產(chǎn)其他機(jī)械的工作母機(jī)，和其他機(jī)床一樣的在剛度，精度及運(yùn)動(dòng)特性方面有其特殊要求。下面簡(jiǎn)單介紹一下與上述特性相關(guān)的一些基礎(chǔ)理論和概念。2.3.1 精度機(jī)床精度是指機(jī)床的主要部件的形狀、相互位置及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精確程度，包括幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度及精度保持性等幾個(gè)方面。各類機(jī)床按精度可分為普

45、通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)。以上三種精度等級(jí)的機(jī)床均有相應(yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn)，其允差若以普通級(jí)為1，則大致比例為1：0.4：0.25。在設(shè)計(jì)階段主要從機(jī)床的精度分配、元件及材料選擇等方面來(lái)提高機(jī)床精度。它主要包括以下幾個(gè)方面：1）幾何精度 幾何精度是指機(jī)床空載條件下，在不運(yùn)動(dòng)（機(jī)床主軸不轉(zhuǎn)或工作臺(tái)不移動(dòng)等情況下）或運(yùn)動(dòng)精度較低時(shí)各主要部件的形狀、相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度程度。如主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)、主軸中心線對(duì)滑臺(tái)一動(dòng)方向的平行度或垂直度等。幾何精度直接影響加工工件的精度，是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)。它主要取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量。2）運(yùn)動(dòng)精度 運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床的主要零件以工作狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度

46、。如高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。對(duì)于高速精密的機(jī)床，運(yùn)動(dòng)精度是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。3）傳動(dòng)精度 傳動(dòng)精度是指機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)個(gè)末端執(zhí)行件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和準(zhǔn)確度。這方面的誤差成為該傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差。傳動(dòng)精度有傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)件的制造和裝配精度等決定。4） 定位精度 定位精度是指機(jī)床的定位部件運(yùn)動(dòng)到達(dá)規(guī)定的位置精度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和形位精度。5）工作精度 機(jī)床加工規(guī)定的時(shí)間所能達(dá)到的加工精度，成為機(jī)床的工作精度。用試件的加工精度表示。工作精度是各種因素綜合影響的結(jié)果，包括機(jī)床自身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件的剛度及熱變形。6）精度保持性 在規(guī)定的工作期間內(nèi)，保持

47、機(jī)床所要求的精度，稱為精度保持性。影響精度保持性的主要因素是磨損。2.3.2 剛度1）定義：機(jī)床剛度是指機(jī)床系統(tǒng)抵抗變形的能力，通常用下面的式子來(lái)表示即： K 式中 K機(jī)床剛度，N/ F作用在機(jī)床上的載荷，N y在載荷的作用下，機(jī)床或主要零部件的變形，作用在機(jī)床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動(dòng)力、摩擦力、沖擊力和振動(dòng)干擾力等。按照載荷的性質(zhì)不同，可分為靜載荷和動(dòng)載荷。不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢的力稱為靜載荷，如重力、切削力的靜力部分等。凡隨時(shí)間變化的力，如沖擊振動(dòng)力及切削力的交變部分等稱為動(dòng)載荷。故機(jī)床剛度相應(yīng)地分為靜剛度和動(dòng)剛度，后者是抗振性的一部分。通常所說(shuō)的剛度一般指靜剛度。 2）整

48、機(jī)剛度 機(jī)床是由許多構(gòu)件結(jié)合而成的，在載荷作用下各構(gòu)件及結(jié)合部都要產(chǎn)生變形，這些變形直接或間接的引起刀具和工件之間的相對(duì)位移，這個(gè)位移的大小代表了機(jī)床的整機(jī)剛度。因此，機(jī)床的整機(jī)剛度不能用某個(gè)零部件的剛度評(píng)價(jià)，而是指整臺(tái)機(jī)床在靜載荷作用下，各構(gòu)件及結(jié)合面抵抗變形的綜合能力。顯然，靜剛度對(duì)機(jī)床抗振性、生產(chǎn)率均有影響。因此，在機(jī)床設(shè)計(jì)中如何提高其剛度是十分重要的。3 主軸電動(dòng)機(jī)的選取主軸電動(dòng)機(jī)是數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件之一，它的選擇涉及到主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速方式。下面對(duì)于數(shù)控銑床進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1 采用交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)和脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都是恒轉(zhuǎn)矩的，而且功率不大，所以只能用直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔

49、助運(yùn)動(dòng)。而直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。又因?yàn)閾Q向器和電刷，在運(yùn)行過(guò)程中容易出故障。所以選擇交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榻涣髡{(diào)速電動(dòng)機(jī)體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)反應(yīng)快，沒(méi)有電刷，等達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少。3.2 初選主軸電動(dòng)機(jī)（交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)）的功率由中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本所列電機(jī)得，目前適用于這類機(jī)床的系列交流主軸電機(jī)，其連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)額定功率分別為7.5、11、15、18.5、22KW五種規(guī)格，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速。其功率轉(zhuǎn)矩特性曲線如下圖所示 3.3 銑削力的計(jì)算根據(jù)簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)，對(duì)高速鋼圓柱銑刀，銑削力的計(jì)算公式：（4-1）式中：C系數(shù)，其值取決于銑削條件和工件材

50、料，當(dāng)工件為碳鋼時(shí)，查簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)表3-13，取公式（4-1）中：銑削寬度（銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒間角時(shí)，工件與銑刀的相對(duì)移動(dòng)量）被吃刀量銑刀直徑 銑刀轉(zhuǎn)數(shù)、和公式中各個(gè)系數(shù)的指數(shù)銑削條件改變時(shí)，銑削力的修正系數(shù)，其中參數(shù)按實(shí)際加工過(guò)程中平均銑削條件為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇。查簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)表3-13取=27mm，=4mm， z=4，=30mm，=0.1mm， n取r/min，其中=1.0，=0.72，=0.86，=0，=0.73。加工碳鋼時(shí)，=673MPa其修正系數(shù)由簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)表3-14得： 則 利用圓柱銑刀進(jìn)行逆銑時(shí)，工作臺(tái)的工作載荷；工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷 工作臺(tái)垂向進(jìn)給方向載荷 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷 個(gè)

51、系數(shù)分別取中間值，則 由此可以算出周向銑削力； 3.4 初選交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)的功率為主軸傳遞全部功率時(shí)的最低銑削速度，即電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)。為1500r/min。所以 =Fv4366.6/（601000） =4366.6271500/（601000）=9259.7W=9.3KW取總效率=0.75，由此估算出的最初電機(jī)功率=9.3/0.75=12KW電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速=1500r/min額定最高轉(zhuǎn)速為=4500r/min最低轉(zhuǎn)速=150r/min3.5 機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速nj的確定機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的定義，指能夠傳遞電機(jī)全部功率中的最低 一級(jí)轉(zhuǎn)速，并以此作為計(jì)算機(jī)床最大扭矩值的根據(jù)。其計(jì)算公式如下：為機(jī)床的計(jì)算

52、轉(zhuǎn)速（r/min）修正系數(shù)一般取 0.30. 5 =120r/min3.6 變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率功率的確定由3.4初選的電動(dòng)機(jī)的功率為為12KW電動(dòng)機(jī)應(yīng)選擇YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)最高轉(zhuǎn)速（r/min）額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定功率(KW)額定電流（A）額定轉(zhuǎn)矩效率%重量/kgYVP160L-445001500153395.488.5146電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍=/=4500/1500=3 ,主軸恒功率調(diào)速范圍=/=3000/120=25，因此，主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率變速范圍，是不能簡(jiǎn)單的使用電動(dòng)機(jī)直接直接拖動(dòng)主軸的。所以在電

53、動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，來(lái)擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍。如果取變速箱的公比=3則由于無(wú)級(jí)變速時(shí) (4-2)故變速箱的變速級(jí)數(shù) Z= 2.9 系統(tǒng)變速組數(shù) 采用收尾法圓整，因此變速箱的變速級(jí)數(shù)Z=3，K=2。參照數(shù)控銑床的參數(shù)，本設(shè)計(jì)的目標(biāo)：主軸的所以機(jī)床的變速范圍：=100在本數(shù)控銑床的主軸箱設(shè)計(jì)當(dāng)中，第二軸（中間軸）上采用滑移齒輪，并采用撥叉，手動(dòng)地改變對(duì)應(yīng)各組齒輪的嚙合，從而改變主軸的轉(zhuǎn)速。達(dá)到預(yù)期要求的銑刀的轉(zhuǎn)速。4 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)XK5325A數(shù)控銑床的傳動(dòng)特性，機(jī)械設(shè)計(jì)中幾種帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，可選定從電動(dòng)機(jī)到主軸部分的傳動(dòng)選V帶傳動(dòng)。而且V帶傳動(dòng)中，軸間距A可以較大。由

54、于是摩擦傳動(dòng)，帶與輪槽間會(huì)有打滑也可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)。使傳動(dòng)平穩(wěn)。V帶又分為普通V帶和窄V帶。窄V帶的傳動(dòng)特點(diǎn)為：適合于功率較大，同時(shí)又要求外形尺寸較小的場(chǎng)所。所以選取窄V帶作為該數(shù)控銑床的電機(jī)到主軸的傳動(dòng)部件。而窄V帶的工作原理和設(shè)計(jì)方法與普通V帶類似，因此，可以按普通V帶的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)窄V帶。下面是V帶傳動(dòng)中的設(shè)計(jì)計(jì)算：4.1 選擇V帶型號(hào)由機(jī)械設(shè)計(jì)可知：普通V帶按斷面尺寸分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，如下圖：根據(jù)計(jì)算功率（kw）和帶輪的轉(zhuǎn)速?gòu)膱D中選取帶型號(hào)計(jì)算功率=K式中 -電動(dòng)機(jī)額定功率； K-工作情況系數(shù)，取K=1.1則=K=1.1x15=16.5 KW而=1500r/min可從圖中選取帶的型號(hào)為C型號(hào)帶4.2 確定帶輪的計(jì)算直徑小帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力越大，同時(shí)會(huì)增大帶傳動(dòng)的有效拉力，從而導(dǎo)致V帶根數(shù)的增加。而且，也增大了載荷在V帶之間分配的不均勻性為了提高帶的使用壽命，小帶輪的直徑不應(yīng)過(guò)小，要求大于許用最小帶輪直徑，也就是D。經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)知C型帶的最小帶輪直徑為200mm，考慮到本數(shù)控銑床的功率及帶速，因此這里選取小帶輪=212mm。大帶輪的計(jì)算直徑， 按下列公式計(jì)算，算后圓整-