數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)及z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+cad圖紙全套】

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題目： 數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)及Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　專 題 題 目： 數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)及Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p&g

2、t;　　姓 名： </p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p>　　數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)及Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘要]本文介紹了立式數(shù)控銑床的一些基本概況，簡述了機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方面的原理和類

3、型，分析了各種傳動(dòng)方案的機(jī)理。立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)包括了主軸電動(dòng)機(jī)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。本文詳細(xì)介紹了立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，該立式數(shù)控銑床主軸變速是靠帶輪進(jìn)行的，這種傳動(dòng)方式多見于數(shù)控車床，它可避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，是嚙合傳動(dòng)中唯一一種不需要潤滑的傳動(dòng)方式。在嚙合傳動(dòng)中，它的結(jié)構(gòu)最簡單，制造最容易，最經(jīng)濟(jì)，彈性緩沖的能力最強(qiáng)，重量輕，兩軸可以任意布置，噪聲低。它的帶由專業(yè)廠商生產(chǎn)，帶輪自行設(shè)計(jì)制造，

4、它在遠(yuǎn)距離、多軸傳動(dòng)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。文中介紹了立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)各種傳動(dòng)方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較、主傳動(dòng)方案的選擇和確定、主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、主軸組件的設(shè)計(jì)、軸承的選用及其潤滑、關(guān)鍵零件的校核、以及主軸電動(dòng)機(jī)的控制等設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床；立式數(shù)控銑床；主傳動(dòng)系統(tǒng)；主軸組件；軸承；主軸電動(dòng)機(jī)</p><p>　　CNC milling machine and sp

5、indle system z-axis feed system design</p><p>　　Abstract： this text introduces the vertical CNC milling machine of some of the basic situation, this paper describes the main drive system of machine tool of p

6、rinciple and type, analyzes the mechanism of all kinds of transmission scheme. Vertical CNC milling machine main transmission system including the spindle motor, main shaft transmission system and spindle component of th

7、ree parts. This paper introduces the vertical CNC milling machine main transmission system design process, the vertical a</p><p>　　Key words：Numerical control machine tools; Vertical CNC milling machine; Mai

8、n transmission system; Spindle component; Bearing; Spindle motor </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言4</b></p><p>　　第一章 緒 論6</p><p><b>

9、　　1.1 概述6</b></p><p>　　1.1.1數(shù)控機(jī)床簡介6</p><p>　　1.1.2數(shù)控機(jī)床組成和特點(diǎn)7</p><p>　　1.1.3數(shù)控機(jī)床分類10</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展15</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展趨勢15</p>

10、<p>　　1.2.2主軸部件發(fā)展趨勢19</p><p>　　1.2.3 向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展20</p><p>　　1.2.4向高速化、高精度化和智能化方向發(fā)展20</p><p>　　第二章 數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p><p>　　2.1 主軸系統(tǒng)方案確定23</p><p

11、>　　2.1.1數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)簡介23</p><p>　　2.1.2數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的要求24</p><p>　　2.1.3主軸傳動(dòng)方案的選擇24</p><p>　　2.1.4主軸組件總體方案26</p><p>　　2.2 主軸系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)27</p><p>　　2.2.1主軸電機(jī)選擇2

12、8</p><p>　　2.2.2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30</p><p>　　2.2.3主軸組件支承設(shè)計(jì)42</p><p>　　2.2.4同步帶設(shè)計(jì)46</p><p>　　2.2.5主軸組件的潤滑與密封50</p><p>　　2.2.6 鍵的設(shè)計(jì)53</p><p>　　第三章 數(shù)

13、控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)55</p><p>　　3.1 Z向進(jìn)給電機(jī)選用55</p><p>　　3.2 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)56</p><p>　　3.3 Z向進(jìn)給組件設(shè)計(jì)56</p><p>　　3.3.1切削力的計(jì)算56</p><p>　　3.3.2滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算57</p>&

14、lt;p>　　3.3.3 軸承設(shè)計(jì)驗(yàn)算60</p><p>　　3.3.4 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率驗(yàn)算63</p><p>　　第四章 總 結(jié)65</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)67</b></p><p><b>　　致 謝68</b></p>&

15、lt;p>　　外文科技資料翻譯69</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競爭。機(jī)床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。目前，國內(nèi)、外數(shù)控機(jī)

16、床正朝著高性能、高精度、高效率、高柔性、高自動(dòng)化和模塊化方向迅速發(fā)展。盡管我國數(shù)控機(jī)床的制造、設(shè)計(jì)、檢測等技術(shù)得到了一定的發(fā)展，但與國外相比，差距還是很大，主要表現(xiàn)在:可靠性差、應(yīng)變能力差、產(chǎn)品開發(fā)周期長、設(shè)計(jì)手段落后等，這種差距尤其表現(xiàn)在高精度、高速度等尖端機(jī)床方面。因此，我們必須緊跟國際機(jī)床技術(shù)發(fā)展的前沿，發(fā)展機(jī)床的設(shè)計(jì)、檢測、制造等技術(shù)。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如：

17、信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)則是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(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)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(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

18、實(shí)行封鎖和限制政策。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展自1953年美國研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)方式升降臺(tái)數(shù)控銑床算起，至今已有53年歷史了。20世紀(jì)90年開始，計(jì)算機(jī)技術(shù)及相關(guān)的微電子基礎(chǔ)工業(yè)的高速發(fā)展，給數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到了高速的發(fā)展。我國數(shù)控技術(shù)研究從1958年起步，國產(chǎn)的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。雖然從時(shí)間上看只比國外晚了幾年，但由于種種原因，數(shù)

19、控機(jī)床技術(shù)在我國的發(fā)展卻一直落后于國際水平，到1980年我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量還不到700臺(tái)。到90年代，我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展才得到了一個(gè)較大的提速。目前，與國外先進(jìn)水平相比仍存在著較大的差距。</p><p>　　總之，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)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。</p><p>　　數(shù)控（numerical control,N

20、C）機(jī)床，顧名思義，是一類由數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)控制的機(jī)床。與人工操作的普通機(jī)床相比，它具有適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高、柔性強(qiáng)、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于組成自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的：1.培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來解決工程實(shí)際問題的能力；2.強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提

21、高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3.使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力；4.培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>&

22、lt;b>　　1.1 概述</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度

23、，減少所需工人數(shù)量等。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、支承部件、分度臺(tái)等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把運(yùn)動(dòng)和力由動(dòng)力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過程中有良好的動(dòng)態(tài)特性。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動(dòng)系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而影響機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床切削速度的提高和自動(dòng)化方向的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來越簡單，但對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來越

24、高。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過程中無法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，在這一

25、結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。隨著社會(huì)進(jìn)步的迅速節(jié)奏，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低、效率低、勞動(dòng)度大）已無法滿足生產(chǎn)要求，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床。

26、</p><p>　　1.1.1數(shù)控機(jī)床簡介</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動(dòng)化機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指令（刀具移動(dòng)軌跡信息）規(guī)定的程序。具體地講，把數(shù)字化了的刀具移動(dòng)軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的零件的機(jī)床，即為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前

27、迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也很多，因此，人們?cè)谘芯亢烷_發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語言的軟件系統(tǒng)時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。數(shù)控銑床機(jī)械部分與普通銑床基本相同，工作臺(tái)可以做橫向、縱向和垂直三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。因此普通銑床能加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控銑床度能做到。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)

28、越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動(dòng)化的要求。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機(jī)車車輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。

29、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服性能、主軸驅(qū)動(dòng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等提出了更高的性能指標(biāo)；FMS的迅速發(fā)展和CIMS的不斷成熟，又將對(duì)數(shù)控機(jī)的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出更高的要求。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能日益完蓋，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用頷域日益擴(kuò)大。</p><p>　　綜上所

30、述，數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)等方面，起著非常重要的作用。</p><p>　　1.1.2數(shù)控機(jī)床組成和特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、支承部件、分度臺(tái)等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把運(yùn)動(dòng)和力由動(dòng)力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過程中有良好的動(dòng)態(tài)特性。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動(dòng)系統(tǒng)的軸

31、組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而影響機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床切削速度的提高和自動(dòng)化方向的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來越簡單，但對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來越高，從而使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這樣，各種設(shè)計(jì)理論的研究和使用就得到了迅猛的發(fā)展。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多

32、用，多機(jī)看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過程中無法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)

33、機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)。</p><p>　　(1)數(shù)控機(jī)床的組成：</p><p>　　數(shù)控機(jī)床主要由輸入

34、輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機(jī)床本體組成，如圖1-1所示。</p><p>　　其中，存儲(chǔ)介質(zhì)用于記載機(jī)床加工零件的全部信息。如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的存儲(chǔ)介質(zhì)有磁帶、磁盤等。也有一些數(shù)控機(jī)床采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工程序直接輸入或通過串行接口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD/CAM)集成系統(tǒng)中，加工程序可不需

35、要任何載體而直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成</p><p>　　數(shù)控裝置是控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的中樞系統(tǒng)，它的基本任務(wù)是接收程序介質(zhì)帶來的信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接收的指令信號(hào)，然后將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制的伺服系統(tǒng)。</p><p>　　伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的

36、執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來的指令脈沖信號(hào)，控制機(jī)床執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量，以完成零件的自動(dòng)加工。</p><p>　　通常數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)兩部分組成，各公司的數(shù)控產(chǎn)品也是將兩者作為一體的。</p><p>　　機(jī)床主體也稱主機(jī)，包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái)(刀架)、導(dǎo)軌等。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床不同，它的

37、主運(yùn)動(dòng)和各個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以它的傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡單。為了保證數(shù)控機(jī)床的快速響應(yīng)特性，在數(shù)控機(jī)床上還普遍采用精密滾珠絲杠副和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。在加工中心上還配備有刀庫和自動(dòng)換刀裝置。同時(shí)還有一些良好的配套設(shè)施，如冷卻、自動(dòng)排屑、自動(dòng)潤滑、防護(hù)和對(duì)刀儀等，以利于充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。此外為了保證數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率和高自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床的其他機(jī)械結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了很大的變化。本次設(shè)計(jì)即主要完成機(jī)床主體部分

38、的設(shè)計(jì)。</p><p>　　(2)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別，在于數(shù)控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床由工人手工操作來加工零件。在數(shù)控機(jī)床上只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序，就可以達(dá)到加工不同零件的目的。由于是一種程序控制過程，數(shù)控機(jī)床相應(yīng)形成了以下幾個(gè)特點(diǎn)。</p><p>　?。?） 采用數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度

39、、穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床按照預(yù)定的加工程序進(jìn)行加工，加工過程中消除了操作者人為的操作誤差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度還可以利用軟件來進(jìn)行校正補(bǔ)償，因此可以獲得比機(jī)床本身所能達(dá)到的精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度。</p><p>　　(2）. 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的具有復(fù)雜曲面的零件的加工。因此它在航空航天、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。</p>&l

40、t;p>　　(3). 采用數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床可以提高生產(chǎn)效率2～3 倍，尤其是對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。</p><p>　　(4). 可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床將幾種普通機(jī)床功能合一，加上刀庫與自動(dòng)換刀裝置構(gòu)成加工中心，如果能配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或分度轉(zhuǎn)臺(tái)，則可以實(shí)現(xiàn)一次安裝、多面加工。</p><p>　　(5). 采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生

41、產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。</p><p>　　1.1.3數(shù)控機(jī)床分類</p><p>　　數(shù)控機(jī)床種類很多，規(guī)格不一，人們從不同的角度對(duì)其進(jìn)行了分類。</p><p>　　(1)按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡分類：</p><p>　　數(shù)控機(jī)床按其刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，可以分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制。</p>&l

42、t;p>　　1)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床</p><p>　　如圖1-2所示，點(diǎn)位控制是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，然后進(jìn)行定點(diǎn)加工，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。</p><p>　　2)直線控制數(shù)控機(jī)床</p><p>　　如圖1-3所示，點(diǎn)位直線控制是指數(shù)控系統(tǒng)除控制直線軌跡的起點(diǎn)和終

43、點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制在這兩點(diǎn)之間以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行直線切削。采用這類控制的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。</p><p>　　圖1-2 點(diǎn)位控制鉆孔加工示意圖</p><p>　　現(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控技術(shù)，驅(qū)動(dòng)各種動(dòng)力頭、多軸箱軸向進(jìn)給鉆、鏜、銑等加工，也算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。直控制也稱為單軸數(shù)控。</p><p>　　圖1-3 直線控制切削加工示意

44、圖 圖1-4 輪廓控制銑削加工示意圖</p><p>　　3)輪廓控制數(shù)控機(jī)床</p><p>　　輪廓控制數(shù)控機(jī)床亦稱連續(xù)軌跡控制，如圖1-4所示，能夠連續(xù)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡以最小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采

45、用這類控制的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。</p><p>　　現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床絕大部分都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能，除此之外還具有刀具半徑補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、齒側(cè)間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗泄δ堋?lt;/p><p>　　(2)按伺服系統(tǒng)的類型分類：</p><p>　　1)開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床</p>&

46、lt;p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路和步進(jìn)電機(jī)組成。數(shù)控裝置經(jīng)過控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)，每一脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，通過滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。如圖1-5 所示。這種伺服機(jī)構(gòu)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制，多用于對(duì)舊機(jī)床的數(shù)控化改造。</p><p>　　圖1-5 開環(huán)伺服系統(tǒng)</p><p>　　2

47、)閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床</p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線位置檢測裝置，將檢測到的實(shí)際位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入的原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值控制移動(dòng)部件作補(bǔ)充位移，直到差值消除時(shí)才停止移動(dòng)，達(dá)到精確定位的控制系統(tǒng)。圖1-6所示為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p>　　這類數(shù)控機(jī)床可以消除由于傳動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響，從

48、而得到很高的精度。但是由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，各部件的摩擦特性、剛性以及間隙等都是非線性量，直接影響到伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。因此，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都非常困難。</p><p>　　圖1-6 閉環(huán)伺服系統(tǒng)</p><p>　　閉環(huán)伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是精度高。但其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，主要用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精密車床、超精密銑床、加工中心等。&

49、lt;/p><p>　　3)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床</p><p>　　這類數(shù)控機(jī)床采用安裝在進(jìn)給絲杠或電動(dòng)機(jī)端頭上的轉(zhuǎn)角測量元件測量絲杠旋轉(zhuǎn)角度，來間接獲得位置反饋信息。圖1-7所示為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p>　　圖1-7 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)</p><p>　　這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性。而

50、且由于采用了高分辨率的測量元件，可以獲得比較滿意的精度及速度。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。</p><p>　　4)混合控制數(shù)控機(jī)床 </p><p>　　將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全

51、閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： </p><p>　?。ㄒ唬╅_環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差，如圖1-8所示。</p><p>　　圖1-8開環(huán)補(bǔ)償型控制方式</p><p>　?。ǘ┌腴]環(huán)補(bǔ)償型。它

52、是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)上的直線位移測量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。如圖1-9所示，其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機(jī)），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。</p><p>　　圖1-9半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式</p><p>　?。?）按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類：</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)控制幾個(gè)坐標(biāo)軸按需要的函數(shù)關(guān)系同時(shí)協(xié)調(diào)

53、運(yùn)動(dòng)，稱為坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可以分為：</p><p><b>　　1） 兩軸聯(lián)動(dòng) </b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，適于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床銑削平面輪廓。 </p><p><b>　　2） 兩軸半聯(lián)動(dòng) </b></p><p>　　在兩軸的基礎(chǔ)上增加了

54、Z軸的移動(dòng)，當(dāng)機(jī)床坐標(biāo)系的X、Y軸固定時(shí)，Z軸可以作周期性進(jìn)給。兩軸半聯(lián)動(dòng)加工可以實(shí)現(xiàn)分層加工。 </p><p><b>　　3） 三軸聯(lián)動(dòng) </b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制三個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)，用于一般曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三軸加工完成。 </p><p><b>　　4） 多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) </b>

55、</p><p>　　數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制四個(gè)以上坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)。多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高、程序編制復(fù)雜，適于加工形狀復(fù)雜的零件，如葉輪葉片類零件。 </p><p>　　通常三軸機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)二軸、二軸半、三軸加工；五軸機(jī)床也可以只用到三軸聯(lián)動(dòng)加工，而其他兩軸不聯(lián)動(dòng)。</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展</p><p>　　隨著

56、機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動(dòng)化程度,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從90年代開始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù)。</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展趨勢 </p><p&g

57、t;　　當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈竟?fàn)?，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機(jī)床展上各國機(jī)床制造商競相展示先進(jìn)技術(shù)、爭奪用戶、擴(kuò)大市場的焦點(diǎn)。較著名的控制系統(tǒng)有:日本FANUC系列、Mitsubishi系列

58、，KUMA 系列、SODICK 系列、日立系列、德國SIEMENS系列、DECKEL系列、Heidenhain系列、HELLER系列、美國ALLEN-BRADLEY (AB)系列，INCINNANTI系列、法國Nun 系列、意大利FIDIA系列、西班牙FAGOR系列、瑞士的AG系列、國產(chǎn)系列等在美 國，日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們將機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課

59、題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，</p><p>　　工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng)

60、,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動(dòng)化程度基本上還是“一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重。</p><p>　　數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向 六個(gè)方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來，德國

61、的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國的機(jī)床業(yè)一般。中國大陸、韓國。臺(tái)灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前4名。</p><p>　　目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯(cuò)，但差就差在電器硬件上，故障率比較高

62、。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國內(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯(cuò)。 我們國家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　目前世界著名機(jī)床廠商在我國的投資情況 1. 2000年，世界最大的專業(yè)機(jī)床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯(cuò)，目

63、前效益良好，年產(chǎn)600臺(tái)，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺(tái)。 2. 2003年，德國著名的機(jī)床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心120臺(tái)左右。 3. 2002年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺(tái)，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。 4.韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。 5.臺(tái)灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力8

64、00臺(tái)。</p><p>　　民營企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況 1.浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺(tái)。 2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開始，起點(diǎn)比較高。 3．2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)老板是中國人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當(dāng)不錯(cuò)。</p><p>　　軍工企業(yè)技改

65、情況 軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來臺(tái)灣阿扁上臺(tái)后，大規(guī)模技改開始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業(yè)開始停止購買普通設(shè)備。尤其是近3年來，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國內(nèi)機(jī)床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機(jī)床，國內(nèi)機(jī)床廠商為了迎接這次大技改，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭取軍工企業(yè)的高端訂單。 聽在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂”三年，我們的整體水平會(huì)上一個(gè)臺(tái)階。 其實(shí)，胡錦濤總書

66、記掌權(quán)以來，已經(jīng)把國防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國防能力，相信再過10年，隨著我國國防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國家會(huì)誕生世界水平的機(jī)床制造商，也將會(huì)超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強(qiáng)弱。 </p>

67、<p>　　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競爭日益加劇。我國的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過“六五”期間的引進(jìn)，“七五”期間的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，“八五”期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及“九五”期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)

68、業(yè)。 </p><p>　　近年來，我國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量持續(xù)增長，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。目前我國一部分普及型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)較為成熟，價(jià)格合理，在國際市場上具有一定的競爭力。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場。 </p><p>　　我國在數(shù)控機(jī)床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破

69、。目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在8000~10000轉(zhuǎn)/分以上的數(shù)控機(jī)床。 </p><p>　　我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來大力推廣應(yīng)用CAD等信息技術(shù)，很多企業(yè)已開始和計(jì)劃實(shí)施應(yīng)用ERP、MRPⅡ和電子商務(wù)。如，濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)有限公司的CAD普及率達(dá)100%，是國家級(jí)“CAD示范企業(yè)

70、”，企業(yè)的MRPⅡ系統(tǒng)應(yīng)用也非常成功，現(xiàn)代化管理水平較高。但是和發(fā)達(dá)國家相比，我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。 </p><p>　?。?）信息化技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，對(duì)國外技術(shù)依存度高。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來源主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)，對(duì)國外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國產(chǎn)化率上，沒有上升到形成產(chǎn)品

71、自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴進(jìn)口。 </p><p>　?。?）產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間在10000小時(shí)以上，國內(nèi)自主開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅3000-5000小時(shí)；整機(jī)平均無故障工作時(shí)間國外達(dá)800小時(shí)以上，國內(nèi)最好只有300小時(shí)。 </p><p>　?。?）創(chuàng)新能力低，市場競爭力不

72、強(qiáng)。我國生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)雖達(dá)百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn)，信息化技術(shù)利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產(chǎn)品市場競爭能力不強(qiáng)。 </p><p>　　隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床信息化正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。 </p><p>　　高速度、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)品質(zhì)量。目

73、前，我國生產(chǎn)的第六代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時(shí)，新一代數(shù)控機(jī)床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力</p><p>　　智能化?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的智能化發(fā)展將通過對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工

74、藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)。</p><p>　　基于CAD和CAM的數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD/CAM圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床零部件加工程序，以實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集

75、成的全自動(dòng)編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫獲得，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　發(fā)展可靠性最大化。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)。新一代的數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，減少元器件的數(shù)量，從而提高可靠性。同時(shí)通過自動(dòng)運(yùn)行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和

76、各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 </p><p>　　1.2.2主軸部件發(fā)展趨勢</p><p>　　圖1-10 立式銑床結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1-切削箱 2-X軸伺服電機(jī) 3-Z軸伺服電機(jī) 4-主軸電機(jī) 5-主軸箱</p><p>　　6-刀庫 7-數(shù)控柜 8-操縱面板 9-驅(qū)動(dòng)電柜 10-工作臺(tái) 11-滑座&l

77、t;/p><p>　　12-立柱 13-床身 14-冷卻水箱 15-間歇潤滑油箱 16-機(jī)械手</p><p>　　典型立式銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有基礎(chǔ)支承件、加工中心主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、刀庫及自動(dòng)換刀裝置以及其他機(jī)械功能部件組成[4]。圖1-10所示為立式銑床結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　主軸系統(tǒng)由主軸電動(dòng)機(jī)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)以

78、及主軸組件成。和常規(guī)機(jī)床主軸系統(tǒng)相比，加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結(jié)構(gòu)剛性和抗振性。</p><p>　　隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)（變頻調(diào)速技術(shù)、電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，取消了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的

79、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸組件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。由于當(dāng)前電主軸主要采用的是交流高頻電動(dòng)機(jī)，故也稱為“高頻主軸”。由于沒有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，有時(shí)又稱它為“直接驅(qū)動(dòng)主軸”。電主軸是一種智能型功能部件，不但轉(zhuǎn)速高、功率大，還有一系列控制主軸溫升與振動(dòng)等機(jī)床運(yùn)行參數(shù)的功能，以確保其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與安全。</p><p>　　1.2.3 向開放式、基于PC的第六代方向

80、發(fā)展</p><p>　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。 </p><p>　　1.2.4向高速化、高精度化和智能化方向發(fā)展</

81、p><p>　　隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。</p><p>　?。?） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) </p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 </p><p>　?。?） 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 </p><p>　

82、　將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 </p><p>　?。?） 引入故障診斷專家系統(tǒng) </p><p>　　（4） 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 </p><p>　　可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。</p><p>

83、　　第二章 數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)機(jī)床主體外觀結(jié)構(gòu)如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1立式數(shù)控銑床外形圖</p><p>　　1-底座 2-床身 3-變速箱 4-立洗頭 5-數(shù)控臺(tái) 6-滑座和工作臺(tái) 7-升降臺(tái)</p><p>　　2.1 主軸系統(tǒng)方案確定</p><p&g

84、t;　　2.1.1數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)簡介</p><p>　　主軸組件是由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等組成的。主軸的啟動(dòng)、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞對(duì)加工中心的性能有很大的影響，它決定著加工中心的切削性能、動(dòng)態(tài)剛度、加工精度等。主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是自動(dòng)刀具交換裝置的組成部分。</p&g

85、t;<p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，他應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料、不同尺寸、不同要求的工作、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。</p><p>　　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)上簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠种鬏S電動(dòng)機(jī)的無極調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)

86、構(gòu)，有些只有二級(jí)或三極齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。</p><p>　　在主傳動(dòng)系統(tǒng)方面，具有下列特點(diǎn)：</p><p>　　(1)目前數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已不再采用普通的交流異步電機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機(jī)和直流調(diào)速電機(jī)所代替。</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加

87、工。</p><p>　　(3)變速范圍大。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。</p><p>　　(4)主軸速度的變換迅速可靠。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機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無級(jí)變速，而且減

88、少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。</p><p>　　2.1.2數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的要求</p><p>　　主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能夠?qū)崿F(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。</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有是夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。</p><p>

89、;　　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，熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率要高，以滿足機(jī)床的工作性能要求。</p><p>　　操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。</p><p>　　2.1.3主軸傳動(dòng)方案的選擇</p><p&g

90、t;　　數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(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)無級(jí)凋速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速。為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有三種變速方式</p><p>　?。?）具有變速齒輪的主傳動(dòng)</p><p>　　這是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種變速方式。通過幾對(duì)齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的

91、要求，見圖2-2所示。一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用此種傳動(dòng)方式以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。</p><p>　　圖2-2 圖2-3 圖2-4</p><p>　?。?）通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)</p><p>　　通常選用同步齒形帶或多楔帶傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式多見于數(shù)控車床，它可避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和

92、噪聲，見圖2-3所示。</p><p>　?。?）由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)</p><p>　　這種主傳動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接裝在主軸上，因而大大簡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，但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。如圖2-4所示。</p><p>　　近年來，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，即主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

93、子合為一體。其優(yōu)點(diǎn)是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，并利于控制振動(dòng)和噪聲。缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量亦使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸的關(guān)鍵問題。日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r/min。</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)在的機(jī)床主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來說，主要分為齒輪傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，應(yīng)用普遍，類型

94、較多，適應(yīng)性廣。其傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速度可達(dá)，效率可達(dá)。齒輪傳動(dòng)大多數(shù)為傳動(dòng)比固定的傳動(dòng)，少數(shù)為有級(jí)變速傳動(dòng)。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合。</p><p>　　同步帶是嚙合傳動(dòng)中唯一一種不需要潤滑的傳動(dòng)方式。在嚙合傳動(dòng)中，它的結(jié)構(gòu)最簡單，制造最容易，最經(jīng)濟(jì)，彈性緩沖的能力最強(qiáng)，重量輕，兩軸可以任意布置，噪聲低。它的帶由專業(yè)廠商生產(chǎn)，帶輪自行設(shè)計(jì)制造，它在

95、遠(yuǎn)距離、多軸傳動(dòng)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。同步帶傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)（有時(shí)允許達(dá)），傳動(dòng)功率可達(dá)，傳動(dòng)比可達(dá)（有時(shí)允許達(dá)），傳動(dòng)效率可達(dá)。</p><p>　　同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　無滑動(dòng)，能保證固定的傳動(dòng)比；</p><p>　　預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受的載荷??；</p><p>　　帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量小，故允許的線速度較高；

96、</p><p>　　帶的柔性好，故所用帶輪的直徑可以較小。</p><p>　　其主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)中心距的要求嚴(yán)格。</p><p>　　由于齒輪傳動(dòng)需要具備較多的潤滑條件，而且為了使主軸能夠達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)精度，必須選擇較好的工作環(huán)境，以防止外界雜物侵入。而同步帶傳動(dòng)則避免了這些狀況，并且傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比等都能符合課題的要求，故在本課題的主軸傳動(dòng)方式中選擇同步帶傳

97、動(dòng)，如上圖2-3示。</p><p>　　2.1.4主軸組件總體方案</p><p>　　綜合上幾節(jié)中的方案，本課題的總體設(shè)計(jì)方案現(xiàn)確定如下：</p><p>　　由于同步帶無滑動(dòng)，能保證固定的傳動(dòng)比，且傳動(dòng)效率高，允許的線速度較高，無需安置在很良好的工作環(huán)境中，所以在主軸傳動(dòng)方式中選擇同步帶傳動(dòng)。但是需要注意的是同步帶的安裝具有嚴(yán)格的要求。</p>

98、<p>　　在主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，采用滾珠絲杠。其耐磨性好、磨損小，低速運(yùn)行時(shí)無爬行、無振動(dòng)，能夠很好地確保Z軸的進(jìn)給精度。</p><p>　　在本課題中，在換刀過程中，夾緊機(jī)構(gòu)也是不可獲缺的一部分。它控制著刀桿的松緊，使刀具在加工時(shí)能緊緊地固定在主軸上，在換刀時(shí)能輕松地卸載。本課題采用手動(dòng)的方式，通過拉桿、拉釘?shù)纫幌盗性倪\(yùn)動(dòng)來達(dá)到刀桿的松緊目的。同時(shí)，為了減少其對(duì)主軸支承的磨損，在主軸的內(nèi)部設(shè)置了

99、一段碟形彈簧，使活塞對(duì)拉桿的作用起到一個(gè)緩沖的作用。在伺服系統(tǒng)中，本課題在進(jìn)給系統(tǒng)中選用直流伺服電動(dòng)機(jī)，而在主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中則選用交流伺服電動(dòng)機(jī)。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)具有電刷和換向器，需要常常維修，故不適合于主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中。</p><p>　　控制用電動(dòng)機(jī)是電氣伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力部件，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。由于其可在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)、精確地控制，因而在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用

100、。</p><p>　　控制用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)按其工作原理可分為旋轉(zhuǎn)磁場型和旋轉(zhuǎn)電樞型。前者有同步電動(dòng)機(jī)（永磁）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（永磁）；后者有直流電動(dòng)機(jī)（永磁）、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（按矢量控制等效模型），具體地可細(xì)分為：</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。由于其

101、轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，所以對(duì)于本課題所需的控制電動(dòng)機(jī)而言，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)很難精確地確保主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度，故不適合。</p><p>　　直流伺服電動(dòng)機(jī)通過電刷和換向器產(chǎn)生的整流作用，使磁場磁動(dòng)勢和電樞電流磁動(dòng)勢正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。它具有較高的響應(yīng)速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性等優(yōu)點(diǎn)。但是由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修。所以不太適合用于主軸

102、的主電機(jī)，但是可以用于進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　由于交流伺服電動(dòng)機(jī)具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)，并且其不具備電刷和換向器，不需要定期維修。雖然在價(jià)格上交流伺服電動(dòng)機(jī)較貴，但是由于其性能可靠、精度好，所以正在逐步取代直流電動(dòng)機(jī)的地位。故在本課題的主電機(jī)選用中選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　2.2 主軸系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)</p><p><b>

103、　　相關(guān)設(shè)計(jì)參照參數(shù):</b></p><p>　　主軸功率P=0.37kw 主軸最高轉(zhuǎn)速為 </p><p>　　Z向最大切削速度V=1500 最大進(jìn)給量180</p><p>　　主軸組件裝配結(jié)構(gòu)如圖2-7示：</p><p>　　圖2-7主軸組件裝配示意圖</p><

104、;p>　　1——刀架；2——拉釘；3——主軸；4——拉桿；5——碟形彈簧；6——活塞；</p><p>　　7——液壓缸；8、10——行程開關(guān)；9——壓縮空氣管接頭；11——彈簧；</p><p>　　12——鋼球；13——端面鍵</p><p>　　2.2.1主軸電機(jī)選擇</p><p><b>　　計(jì)算主傳動(dòng)功率 <

105、/b></p><p>　　(1) 計(jì)算主銑削力</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)公式[1]： （2.1）</p><p>　　式中： —— 銑削力，即主切削力（切向圓周分力），</p><p><b>　　—— 銑削深度，</b></p><p><b

106、>　　—— 每齒進(jìn)給量，</b></p><p><b>　　—— 銑削寬度，</b></p><p><b>　　—— 銑刀直徑，</b></p><p>　　Z —— 銑刀齒數(shù)</p><p>　　—— 銑削力修正系數(shù)，</p><p>　　—— 工件

107、材料抗拉強(qiáng)度，</p><p>　　已知：高速鋼刀具；刀具前角；主偏角；工件材料為碳鋼；每齒進(jìn)給量；刀具直徑為，齒數(shù)；工件寬度，切削深度</p><p>　　將上述各條件代入公式則主切削力為</p><p><b>　　切削速度[6] </b></p><p>　　(2) 主電機(jī)功率估算[1]</p>&l