數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、第一章 前言1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上就代表這個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。建立了一支數(shù)控研究、開(kāi)發(fā)、管理人才

2、的基本隊(duì)伍。雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)高端數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國(guó)的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國(guó)外對(duì)比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。1.2 數(shù)控機(jī)床的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1)高速化。隨著汽車、航空航天工業(yè)的發(fā)展，鋁合金及其他新材料的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)高速加工的需求越來(lái)越強(qiáng)勁。2)高精度。機(jī)床的加工精度，以及其可重復(fù)性和可信賴度高，性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行條件下“保證”零件的加工質(zhì)量。3)工序集約化。在

3、一臺(tái)機(jī)床上盡可能加工完畢一個(gè)零件的所有工序，同時(shí)又保持機(jī)床的通用性，能夠迅速適應(yīng)加工對(duì)象的改變。4)機(jī)床的智能化。加工設(shè)備不僅提供“體力”，也有“頭腦”，能夠在線監(jiān)測(cè)工況、獨(dú)立自主地管理自己，并與企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)通信。5)機(jī)床的微型化。隨著各種產(chǎn)品的小型化以及微機(jī)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)床微型化提出了強(qiáng)烈的需求。1.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)主傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它的轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一。對(duì)它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴(yán)格的要求。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求有較大的調(diào)速范圍，因此數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)主要使用交流變頻調(diào)速伺服電機(jī)和直流伺服調(diào)速電機(jī)。由于主

4、運(yùn)動(dòng)采用了無(wú)級(jí)變速，為了確保低速時(shí)的扭矩，數(shù)控機(jī)床在交流和直流電機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。數(shù)控機(jī)床采用帶有變速齒輪的主傳動(dòng)。通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪減速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，以獲得強(qiáng)力切屑時(shí)所需要的扭矩?；讫X輪的移位采用液壓撥叉直接齒輪實(shí)現(xiàn)。第二章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇對(duì)于任何一種數(shù)控機(jī)械設(shè)備，它的各個(gè)運(yùn)動(dòng)中速度最高的，功率消耗最大的那個(gè)運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。而驅(qū)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)的電機(jī)的選擇主要考慮電機(jī)的功率，調(diào)速范圍以及功率扭矩特性等。其中功率則應(yīng)考慮有效功率、空載功率和隨負(fù)載增加的摩擦損耗功率。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)主傳動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)的。目前數(shù)控

5、機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已經(jīng)基本不再使用普通交流異步電機(jī)和傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，他們逐步被新興的交流變頻調(diào)速伺服電機(jī)和直流伺服調(diào)速電機(jī)代替。由于直流和交流變速主軸電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)和提高了變速控制的可靠性，因此在數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)能選用合理的切屑用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。為了適應(yīng)各種工件和各種工件材料的要求，數(shù)控機(jī)床和加工中心主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。數(shù)控機(jī)床變速時(shí)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。主軸的最高轉(zhuǎn)速n

6、max=3150r/min，最低轉(zhuǎn)速nmin=16r/min，計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=78r/min，交流變頻主軸電機(jī)其額定功率Pn=10kw，額定轉(zhuǎn)速nd=1000r/min，最高轉(zhuǎn)速nmax=2400r/min，最低轉(zhuǎn)速nmin=62r/min主軸要求的恒功率調(diào)速范圍： Rnp=電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍：Rp=可見(jiàn)主軸要求的恒功率調(diào)速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率調(diào)速范圍，故必須配以分級(jí)變速箱。取變速箱的公比 Rnp=Fz-1Rp= 故變速箱的變速級(jí)數(shù) Z=為了簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu),取Z=4= 則2.2 擬定轉(zhuǎn)速圖和功率扭轉(zhuǎn)特性圖圖1為轉(zhuǎn)速圖。要從電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的最低轉(zhuǎn)速310r/min降至主軸的最低轉(zhuǎn)

7、速30r/min其總降速比為i=30/310=1/10，用兩個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比來(lái)完成。圖2為主軸上的功率扭轉(zhuǎn)特性圖。為了便于設(shè)計(jì)和制造，同一傳動(dòng)組內(nèi)各齒輪的模數(shù)取相同值。兩軸間的中心距一定，所以齒數(shù)和z相等，為了減小徑向尺寸，齒數(shù)和應(yīng)盡量取小些。但最小齒數(shù)和zmin又受到最小齒數(shù)Zmin和最小傳動(dòng)比的限制（一般Zmin1820，Umin1/4），為了實(shí)現(xiàn)變速二聯(lián)滑移齒輪中，最大和最小齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4mm。同時(shí)還應(yīng)考慮到小齒輪齒根圓與其鍵槽處的尺寸應(yīng)大于兩倍的模數(shù)，以防止根裂。另外齒數(shù)和z的選取不要使兩軸中心距過(guò)小，否則有可能導(dǎo)致兩軸軸承過(guò)近或使前后變速組的齒頂圓與軸相撞。綜合考慮以上的因

8、素，根據(jù)金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)及變數(shù)箱傳動(dòng)比查表得軸間齒數(shù)和z=124根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定各軸上齒輪的齒數(shù)軸：Z1=60 Z2=24軸：Z3=24 Z4=60 Z5=42 軸：Z6=24 Z7=42 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下：第三章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床變速時(shí)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。由于直流和交流變速主軸電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)和提高了變速控制的可靠性，因此在數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。為了確保低速時(shí)的扭矩，有的數(shù)控機(jī)床在交流和直流電機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。由于主運(yùn)動(dòng)采用了無(wú)級(jí)變速，在大

9、型數(shù)控車床上測(cè)斜端面時(shí)就可實(shí)現(xiàn)恒速切屑控制，以便進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)主要有三種配置方式。1.帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 這是大、種型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種方式。通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪減速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸對(duì)輸出扭矩特性的要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床業(yè)采用此種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切屑時(shí)所需要的扭矩?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓油缸帶動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)。2.通過(guò)皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動(dòng)是引起的振動(dòng)與噪聲。但它只能使用與要求的扭矩特性的主軸。3.由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng) 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

10、的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。近年來(lái),國(guó)外出現(xiàn)一種數(shù)控機(jī)床內(nèi)裝式的電機(jī)主軸,即主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體.優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，且利于控制振動(dòng)和噪聲。缺點(diǎn)是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式電機(jī)主軸的關(guān)鍵問(wèn)題。本設(shè)計(jì)選用的是帶有變速齒輪的主傳動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍的速度變化能力。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需增加潤(rùn)滑及溫度控制系統(tǒng)，制造維修要求較高。3.2 軸徑的確定：主軸軸徑的確定：取前端直徑D1=100mm,后端直徑D2=(0.70.85)D1=80mm

11、,C/3/82/后軸承C/3/82/16主軸傳遞扭矩:取主軸最大回轉(zhuǎn)直徑240mm，則主軸所受切削力，.所以(2)取主軸懸伸a=90mm, 懸伸比,則前軸承所受力后軸承所受力前軸承徑向位移:m有5m預(yù)緊量時(shí)相對(duì)位移查圖線,取B=0.9,則彈性位移m軸承外圈與箱體孔接觸變形:則外圈彈性變形:內(nèi)圈彈性變形:所以軸承支承的綜合剛度:(3)后軸承徑向位移:m有5m預(yù)緊量時(shí)相對(duì)位移查圖線,取B=0.9,則彈性位移m軸承外圈與箱體孔接觸變形:則外圈彈性變形:內(nèi)圈彈性變形:所以軸承支承的綜合剛度:(4) 求最佳跨距: 假定主軸的當(dāng)量外徑D為例,后軸徑平均值D=90cm,取主軸d=56mm,故慣性距查圖線 則

12、 與假設(shè)初值相差不多,故不再檢驗(yàn).傳動(dòng)軸軸徑的確定(1)I軸:取I軸為的花鍵軸(2)II軸：取II軸為的花鍵軸III軸: 取III軸為的花鍵軸(3)選擇軸II檢驗(yàn)彎曲剛度軸II上有三對(duì)齒輪,有四種傳動(dòng)情況:軸I II III之間的空間位置如下圖1,受力情況的分析也如圖1.X查圖得K1查圖得11Y查表得撓度許用量?jī)A角許用量中心處撓度支承處傾角3.2.II軸選308軸承,額定動(dòng)載C=3200kg,動(dòng)載荷系數(shù)所以軸承所受徑向載荷軸承壽命=h軸承的壽命足夠1）設(shè)計(jì)功率由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表50查得2)選定帶型和節(jié)距根據(jù)和由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表確定為H型節(jié)距mm3)小齒輪齒數(shù)Z根據(jù)帶型H和小齒輪轉(zhuǎn)速由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表

13、51查得小齒輪最小齒數(shù)此處取4）小齒輪圓直徑mm由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表56查得外徑大齒輪齒數(shù)5）大帶輪節(jié)圓直徑由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表56查得外徑6）帶速V7）初定軸間距 取8）帶長(zhǎng)及其齒數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表47查得應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為630的H型的同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)節(jié)線上的齒數(shù) =9）小帶輪嚙合齒數(shù) =1310）基本額定功率53查得11）所需帶寬52查得H型帶， 48查得，應(yīng)選帶寬代號(hào)300的H帶其12）帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸傳動(dòng)選用的同步帶為630H300小帶輪，大帶輪，估算傳動(dòng)齒輪類型、精度等級(jí)、材料及模數(shù)軸上的齒輪計(jì)算1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)7級(jí)精度（GB10095-88）選用

14、材料 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1得小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS。大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。小齒輪齒數(shù)Z1=24大齒輪齒數(shù)=60 i由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行計(jì)算d1t1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 (3)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選取齒寬系數(shù)d=1(4)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE(5)由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=600Mpa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550Mpa(6)由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=605201(

15、28300109N2109108(7)由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90, KHN2(8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1由式（10-12）得H1= 600=540Mpa H2 = 2)計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t，代入中H較小的值(1) d1t =(2)計(jì)算圓周速度VV=/s(3)計(jì)算齒寬bb=dd1t =180.81=80.81(4)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù) mt=齒高 t3.37=b/h=(5)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)V=/s 7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)KV直齒輪假設(shè)KAFt/b100N/由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-3查得KH=KF由機(jī)械設(shè)

16、計(jì)表10-2查得使用系數(shù)KA=1由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置KH=由b/h =10.66, KH查圖10-13得KF故載荷系數(shù)K=KAKV KHKH=1(6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1=d1t=(7)計(jì)算模數(shù)：m=3.75由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為m1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1=500Mpa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2=380Mpa（2）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85 KFN2（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) 由式（10-12）得

17、F1= =F2= =a（4）計(jì)算載荷系數(shù)KK=KAKV KFKF=1（5）查取齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得 YFa1=2.65, YFa2 （6）查取應(yīng)力校正系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得 YSa1=1.58, YSa2 （7）計(jì)算大、小齒輪的YFaYSa/F并加以比較= =大齒輪的數(shù)值大 2)設(shè)計(jì)計(jì)算m對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)?？扇∮蓮澢趶?qiáng)度算得的模數(shù)m=2.58并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=4齒輪結(jié)構(gòu)尺寸一覽表

18、齒輪齒數(shù)模數(shù)m()分度圓直徑d=mz ()齒根圓直徑df=(z-2.5)m(mm) 齒頂圓直徑da=(z+2)m(mm)齒寬()Z13515Z27713Z38220521023Z44925Z522556025Z64210511025Z77523Z810225526023數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度、剛度和熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接影響。由于加工過(guò)程中不對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行人工調(diào)整，因此這些影響就更為嚴(yán)重。目前數(shù)控機(jī)床的主軸主要有三種型式。1.前后支撐采用不同軸承前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對(duì)向心推力球軸承。此配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切屑的

19、要求，因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床。2.前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承向心推力球軸承高速時(shí)性能良好，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min。但是，它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和緊密的數(shù)控車床。3.雙列和單列圓錐滾子軸承這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能也好。但是，這種軸承限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，因此使用中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床。本設(shè)計(jì)中主軸的前端軸承選用的是D級(jí)精度的NN3020K型雙列短圓柱滾子軸承和一對(duì)背靠背安裝的7020型角接觸球軸承，用于承受純徑向力和向左向右的軸向力。這種軸承具有剛性好，精度高，尺寸小及承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。后端

20、軸承采用的是E級(jí)精度的NN3016K型雙列短圓柱滾子軸承，用于承受徑向力和一定軸向力。綜合考慮，變速箱傳動(dòng)軸選用的是調(diào)心球軸承和深溝球軸承，裝配方便，承載能力較大。第四章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的主體機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)：1）由于采用了高性能的無(wú)級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的極限傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈也大大縮短。2）為適應(yīng)連續(xù)的自動(dòng)化加工和提高加工生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形小。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的適用場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)因提出以下要求：一、較高的機(jī)床靜、動(dòng)剛度數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)控編程或手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式提供的指令自動(dòng)進(jìn)行加工的

21、。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)（如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架和主軸箱等）的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過(guò)程中不能人為地調(diào)整與補(bǔ)償，因此，必須把各處機(jī)械結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承 ，以減小主軸的徑向和軸向變形。為了提高機(jī)床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用液力平衡減少移動(dòng)部件因位置變動(dòng)造成的機(jī)床變形。為了提高機(jī)床各部件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加

22、接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高動(dòng)態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)表明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來(lái)在數(shù)控機(jī)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺(tái)。封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減，對(duì)提高抗振性也有較好的效果。二、減少機(jī)床的熱變形在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破環(huán)，也是機(jī)床季度下降。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，因

23、為全部加工過(guò)程是計(jì)算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。為了減少熱變形，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。 1.減少發(fā)熱機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)當(dāng)盡可能地將熱源從主機(jī)中分離出去。 2.控制溫升在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機(jī)床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過(guò)良好的散熱和冷卻來(lái)控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機(jī)床的發(fā)熱部位強(qiáng)制冷卻，也可以在機(jī)床低溫部分通過(guò)加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。3.改善機(jī)床機(jī)構(gòu)在同樣發(fā)熱條件下，機(jī)床機(jī)構(gòu)對(duì)熱變形也有很大影響。如數(shù)控機(jī)床

24、過(guò)去采用的單立柱機(jī)構(gòu)有可能被雙柱機(jī)構(gòu)所代替。由于左右對(duì)稱，雙立柱機(jī)構(gòu)受熱后的主軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動(dòng)可以方便地用一個(gè)坐標(biāo)的修正量進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于數(shù)控車床的主軸箱，應(yīng)盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對(duì)加工直徑的影響降低到最小限度。在結(jié)構(gòu)上還應(yīng)盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時(shí)應(yīng)使主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現(xiàn)傾斜。數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠常在預(yù)計(jì)載荷大、轉(zhuǎn)速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產(chǎn)造成的后果是嚴(yán)重的，尤其是在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，它會(huì)使進(jìn)給系統(tǒng)喪失定位精度。目前

25、某些機(jī)床用預(yù)拉的方法減少絲杠的熱變形。對(duì)于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償脈沖加以修正。三、減少運(yùn)動(dòng)間的摩擦和消除傳動(dòng)間隙數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)（或拖板）的位移量十一脈中當(dāng)量為最小單位的，通常又要求能以基地的速度運(yùn)動(dòng)。為了使工作臺(tái)能對(duì)數(shù)控裝置的指令做出準(zhǔn)確響應(yīng)，就必須采取相應(yīng)的措施。目前常用的滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌在摩擦阻尼特性方面存在著明顯的差別。在進(jìn)給系統(tǒng)中用滾珠絲杠代替滑動(dòng)絲杠也可以收到同樣的效果。目前，數(shù)控機(jī)床幾乎無(wú)一例外地采用滾珠絲杠傳動(dòng)。數(shù)控機(jī)床（尤其是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床）的加工精度在很大程度上取決于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的精度。除了減少傳動(dòng)齒輪和滾珠絲杠的加

26、工誤差之外，另一個(gè)重要措施是采用無(wú)間隙傳動(dòng)副。對(duì)于滾珠絲杠螺距的累積誤差，通常采用脈沖補(bǔ)償裝置進(jìn)行螺距補(bǔ)償。四、提高機(jī)床的壽命和精度保持性為了提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮數(shù)控機(jī)場(chǎng)零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌、進(jìn)給伺港機(jī)主軸部件等影響進(jìn)度的主要零件的耐磨性。在使用過(guò)程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各部件潤(rùn)滑良好。五、減少輔助時(shí)間和改善操作性能在數(shù)控機(jī)床的單件加工中，輔助時(shí)間（非切屑時(shí)間）占有較大的比重。要進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)率，就必須采取促使最大限度地壓縮輔助時(shí)間。目前已經(jīng)有很多數(shù)控機(jī)床采用了多主軸、多刀架、以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等，以減少換刀時(shí)間。對(duì)于切屑用量加大的數(shù)控機(jī)床，床身機(jī)構(gòu)

27、必須有利于排屑。變速機(jī)構(gòu)的類型本設(shè)計(jì)采用的是滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是變速范圍大，變速方便且節(jié)省時(shí)間。在較大的變速范圍內(nèi)可以傳遞較大的功率和扭矩，不工作時(shí)齒輪不嚙合，所以空載功率損失較少。主傳動(dòng)系統(tǒng)的布局主傳動(dòng)系統(tǒng)的布局形式取決于機(jī)床的用途、類型和尺寸等因素。本設(shè)計(jì)是采用裝入式的傳動(dòng)布局。既傳動(dòng)系統(tǒng)的全部變速機(jī)構(gòu)和主軸組件裝在同一箱體內(nèi)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于調(diào)整和維修。其次是箱體焊接少，便于加工和裝配，降低制造成本。齒輪的布置變速組中的滑移齒輪，最好布置在主動(dòng)軸上。因主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速一般比從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速高，因此可以使滑移齒輪的尺寸小、重量輕、操縱省力。但由于具體的結(jié)構(gòu)要求，本設(shè)計(jì)中的滑移齒輪放在從動(dòng)軸

28、上。為了變速操縱方便，所以做此安排。此外，這里還應(yīng)注意在一個(gè)變速組內(nèi)，當(dāng)一對(duì)齒輪完全脫開(kāi)嚙合之后，另一對(duì)齒輪才能開(kāi)始進(jìn)入嚙合。就是說(shuō)兩個(gè)固定齒輪之間的齒距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度。另外滑移齒輪采用的是整體式的，兩齒輪間應(yīng)有足夠的退刀槽。并為了使滑移齒輪能順利的嚙合，在其嚙合端面上沿全部齒高倒成圓角。主軸和傳動(dòng)軸的位置確定為了使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸盡量小，并且使箱體的外形尺寸長(zhǎng)、寬、高的比例大體上相適應(yīng)?？紤]承受外力的情況，裝拆調(diào)整等方面的問(wèn)題，以及不得使箱體內(nèi)的零件的徑向尺寸和位置相干涉、碰撞。參閱了相關(guān)資料和同類型的數(shù)控機(jī)床的圖紙和主軸的回轉(zhuǎn)直徑，先確定了主軸的位置。而后，確定了其它各軸的空間位置。主

29、軸組件主軸采用的是較好的結(jié)構(gòu)，是一個(gè)空心的階梯軸。主軸的內(nèi)孔是為通棒料或卸頂尖時(shí)使用的鐵棒，也可用于通過(guò)氣動(dòng)、電動(dòng)或液壓夾緊裝置的機(jī)構(gòu)。主軸的前端錐孔為莫氏6號(hào)的錐度，用來(lái)安裝頂尖套和前頂尖。同時(shí)，也可安裝心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動(dòng)心軸和工件轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸后端的錐孔是工藝孔。主軸前端采用短法蘭式的結(jié)構(gòu)，它的作用是安裝卡盤或撥盤。雖然在制造上可能稍復(fù)雜些，但裝卸卡盤方便，工作可靠，定心精度高。而且主軸前端懸臂長(zhǎng)度短，有利于提高主軸組件的剛度，所以得到廣泛的應(yīng)用。主軸軸肩右端面上的圓形撥塊，用于傳遞扭矩。主軸尾端的圓柱面是安裝各種輔具的基面。主軸安裝在兩個(gè)支承上。前支承中有一個(gè)滾動(dòng)軸承，前端是

30、D級(jí)精度的NN3020K型雙列短圓柱滾子軸承和一對(duì)背靠背安裝的7020型角接觸球軸承，用于承受純徑向力和向左向右的軸向力。這種軸承具有剛性好，精度高，尺寸小及承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。后端軸承采用的是E級(jí)精度的NN3016K型雙列短圓柱滾子軸承，用于承受徑向力和一定軸向力。主軸軸承需精密配合，因此軸承需定期調(diào)整。前端軸承的徑向間隙是由軸承兩端的螺母來(lái)調(diào)整的。扭動(dòng)螺母時(shí)使NN3018K型軸承的內(nèi)環(huán)相對(duì)主軸錐面做軸向移動(dòng)，由于軸承的內(nèi)環(huán)很薄，而且內(nèi)孔和主軸錐面一樣具有1：12的錐度。因此內(nèi)環(huán)在軸向的移動(dòng)的同時(shí)做徑向彈性膨脹，從而調(diào)整軸承徑向間隙或預(yù)緊的程度。調(diào)整妥當(dāng)后，應(yīng)將螺母鎖緊。主軸的徑向跳動(dòng)及軸向跳

31、動(dòng)允差都是0.01。主軸的徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度和同軸度。軸向跳動(dòng)影響加工端面的平面度和螺距精度。當(dāng)主軸跳動(dòng)量超過(guò)允許值時(shí)，一般情況下，只需適當(dāng)?shù)恼{(diào)整前支承的間隙便可使主軸的跳動(dòng)量調(diào)整至允許值內(nèi)如徑向跳動(dòng)仍達(dá)不到要求，應(yīng)調(diào)整后軸承。6、變速箱傳動(dòng)軸軸承的選擇和支承的布置綜合考慮，變速箱傳動(dòng)軸選用的是調(diào)心球軸承和深溝球軸承，裝配方便，承載能力較大。軸安有帶輪，所以采用調(diào)心球軸承和深溝球軸承支承。軸安裝固定齒輪，采用兩個(gè)深溝球軸承支承。軸安有帶輪，所以采用調(diào)心球軸承和深溝球軸承支承。7、潤(rùn)滑和密封潤(rùn)滑的作用是降低摩擦，降低溫升，并與密封裝置在一起，保護(hù)軸承不受外物的侵入和防止腐蝕。滾動(dòng)軸承可以

32、用潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。主軸組件密封的作用，對(duì)于油潤(rùn)滑的主軸組件，主要是防止油外漏和灰塵屑末和冷卻液進(jìn)入。對(duì)于脂潤(rùn)滑的主軸組件，由于脂不會(huì)外漏，主要是防止外物進(jìn)入。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對(duì)機(jī)床工作精度的影響，通常利用潤(rùn)滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度。在某些數(shù)控鏜、銑床上采用專用的制冷裝置，比較理想的實(shí)現(xiàn)了溫度控制。近年來(lái)，某些數(shù)控機(jī)床的主軸軸承采用高級(jí)油脂，用封入方式進(jìn)行潤(rùn)滑，每加一次油脂可以使用7年至10年。為了使?jié)櫥秃陀椭恢禄旌?，通常采用迷宮密封方式。本設(shè)計(jì)采用集中循環(huán)潤(rùn)滑方法，即利用潤(rùn)滑泵將過(guò)濾干凈的潤(rùn)滑油經(jīng)管路輸送至各個(gè)潤(rùn)滑部位。用過(guò)的油

33、經(jīng)回油管流向油箱，可以連續(xù)循環(huán)供油。潤(rùn)滑的部位很多，最主要的是主軸前后支承的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑由帶走軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，在前、后端支承采用了油溝式密封，既在前端螺母及后支承套筒的外表面上都采用鋸齒形截面的環(huán)形槽。主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，油液將沿斜向（朝箱內(nèi)方向）被甩進(jìn)法蘭盤的接油槽里，油液經(jīng)回油孔流回油箱。8、操縱機(jī)構(gòu)為了符合不同的加工狀態(tài)，主軸的轉(zhuǎn)速需要經(jīng)常調(diào)整。根據(jù)滑移齒輪變速傳動(dòng)的特點(diǎn)，以及參考同類數(shù)控機(jī)床，又考慮到本數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低成本。因此采用差動(dòng)液壓油缸操縱滑移齒輪。第五章 主軸數(shù)控加工編程5.1 加工編程 粗精車主軸外圓N0001 G54 GN0002 MN0

34、003 GN0004 G01 XN0005 GN0006 GN0007 GN0008 G71 P0009 Q0019 U0.4 W0.2 FN0009 G00 X78 Z2 ；AN0010 G01 X80 ZN0011 X83 Z-250N0012 X90N0013 W-117N0014 X100 W-5N0015 X100 W-102N0016 X104 Z-539N0017 X165N0018 W-26N0019 X180 W-2；B點(diǎn)N0030 G00 X250 Z200 T0100 T0202；精車刀N0031 G70 P0009 Q0019 切退刀槽42N0001 G00 X250

35、Z200 T0200 T0303；切槽刀4mmN0002 G00 X110 Z-395N0003 G01 X96 FN0004 G04 X1；停一秒N0005 N0006 G00 Z-215N0007 G01 X96 N0008 G04 X1；停一秒N0009 車螺紋N0001 G00 X250 Z200 T0300 T0404 ；螺紋車刀N0007 G00 X100 Z-367N0008 G92 X98.7 Z- 392FN0009 GN0010 GN0011 G92 X97.4 ZN0023 N0024 M05N0025 M09N0026 M30掉頭N0001 GN0002 MN0003

36、GN0004 G01 XN0005 GN0006 GN0007 GN0008 G71 P0009 Q0015 U0.4 W0.2 FN0009 GN0010 G01 ZN0012 X166N0013 X170 W-2N0014 W-10；增量N0015 X180；B點(diǎn)N0016 GN0017 GN0018 T0202N0019 G70 P0009 Q00N0020 GN0021M05N0022M09N0023M30 車主軸內(nèi)孔主軸孔編程（設(shè)已有30的底孔）N0001 GN0002 MN0006 GN0007 GN0008 G71 P0009 Q0014 U0.4 W0.2 FN0009 GN0

37、010 G01 ZN0011 X 54 Z-106N0012 X60 Z-146N0013 X54N0014 Z-425N0015 X20；B點(diǎn)N0016 G00 X250 Z200 T0100N0017 G00 X20 Z2N0018 T0202；精車內(nèi)孔刀N0019 G70 P0009 Q0010N0020 N0021 M05N0022 M09N0023 M30注：鍵槽和孔需在數(shù)控銑床上進(jìn)行編程在這里不給予編寫。第六章 結(jié)論本文討論了數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，給出了主傳動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)部分的參數(shù)，并且逐一對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先

38、進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。數(shù)控機(jī)床是應(yīng)用數(shù)控技術(shù)最成功、最典型的范例。其特點(diǎn)是高精度、高效率、高數(shù)度、低摩擦。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采

39、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)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。 我為能有這樣一次設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)而倍感自豪。雖然，就目前而言，我個(gè)人對(duì)其還不是了解的很透徹，但是我會(huì)繼續(xù)努力的。過(guò)去的三個(gè)月時(shí)間，對(duì)我來(lái)說(shuō)是十分短暫的，以后還需要在實(shí)際工作中有更深一步的學(xué)習(xí)和研究。在本文的最后，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師-梁貴廷老師 ，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我提供的無(wú)私而細(xì)心的指導(dǎo)。數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性

40、的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（it、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。 11 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（cirp）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)

41、節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從2001展會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國(guó)的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組

42、成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國(guó)cincinnati公司的hypermach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60 000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國(guó)dmg公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m，精密級(jí)加工中心則從35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)(0.01m)。 在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的mtbf值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)

43、的mtbf值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合

44、主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。 在emo2001展會(huì)上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó)dmg公司展出dmuvoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動(dòng)加工，可由cnc系統(tǒng)控制或cad/cam直接或間接控制。1.3 智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系

45、統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題。目前許多國(guó)家對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的ngc(the next generation work-station/machine control)、歐共體的osaca(open system a

46、rchitecture for control within automation systems)、日本的osec(open system environment for controller)，中國(guó)的onc(open numerical control system)等。數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

47、的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在emo2001展中，日本山崎馬扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱cpc)；日本大隈（okuma）機(jī)床公司展出“it plaza”（信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱it廣場(chǎng)

48、)；德國(guó)西門子(siemens)公司展出的open manufacturing environment（開(kāi)放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱ome）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。1.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)規(guī)范 如前所述，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國(guó)、歐共體和日本等國(guó)紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(omac、osaca、osec)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來(lái)臨。我國(guó)在2000年也開(kāi)始進(jìn)行中國(guó)的onc數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。

49、 關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于iso6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用g，m代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的cnc系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)iso14649（stepnc)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 step-nc的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，step-nc提出一種嶄新的制造

50、理念，傳統(tǒng)的制造理念中，nc加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，nc程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，step-nc數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75）、加工程序編制時(shí)間（約35）和加工時(shí)間（約50）。 目前，歐美國(guó)家非常重視step-nc的研究，歐洲發(fā)起了step-nc的ims計(jì)劃(1999.1.12001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來(lái)自歐洲和日本的20個(gè)cad/cam/capp/cnc用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國(guó)的step tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開(kāi)發(fā)者，他已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(super mod

51、el)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過(guò)程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了siemens、fidia以及歐洲osaca-nc數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。2 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國(guó)家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開(kāi)放和國(guó)家的重視，以及研究開(kāi)發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、

52、開(kāi)發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第三階段是在國(guó)家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。在此階段，我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在“九五”末期，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)50，配國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了10。 縱觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過(guò)4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來(lái)看取得了以下成績(jī)。 a.奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國(guó)現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。 b.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在

53、攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。 c.建立了一支數(shù)控研究、開(kāi)發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍。 雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)高端數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國(guó)的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國(guó)外對(duì)比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)

54、水平差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。從國(guó)際上來(lái)看，對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)大致如下。 a.技術(shù)水平上，與國(guó)外先進(jìn)水平大約落后1015年，在高精尖技術(shù)方面則更大。 b.產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，還沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對(duì)差；可靠性不高，商品化程度不足；國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。 c.可持續(xù)發(fā)展的能力上，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng)；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。 分析存在上述差距的主要原因有以下幾個(gè)方面。 a.認(rèn)識(shí)方面。對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足；

55、對(duì)市場(chǎng)的不規(guī)范、國(guó)外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足；對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。 b.體系方面。從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候少；沒(méi)有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。 c.機(jī)制方面。不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。 d.技術(shù)方面。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。3 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考3.1 戰(zhàn)略考慮我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中

56、要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定；其次從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝事件”和“考克斯報(bào)告

57、”就是最好的例證。3.2 發(fā)展策略 從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。 強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)

58、有高可靠性的產(chǎn)品；沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo)，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國(guó)家之急需。 在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。Numerical control technology and equipment trends and countermeasuresNC technology trendsCNC technology has

59、 not only revolutionized the traditional manufacturing industry has brought changes in the manufacturing industry as a symbol of industrialization, and with the continuous development of numerical control technology and applications of the expansion, some of his national economy and major industries

60、 (it, car , light industry, medical, etc.) play an increasingly important role in the development, because these industries have been required for the digital equipment is a major trend of modern development. CNC technology from the world and its trends in equipment development, the main research fo