《立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)設計（44頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)設計 [摘要 ]本文介紹了立式數(shù)控銑床的一些基本概況，簡述了機床主傳動系統(tǒng)方面的原理和類型，分析了各種傳動方案的機理。立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)包括了主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。本文詳細介紹了立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的設計過程，該立式數(shù)控銑床 主軸變速箱是靠齒輪進行傳動的 ， 主軸箱傳動系統(tǒng)采用齒輪傳動，傳動形式采用集中式傳動，主軸變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。齒輪傳動具有傳動效率高，結構緊湊，工作可靠、壽命長，傳動比準確等優(yōu)點。 文中介紹了立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)各種傳動方案優(yōu)缺點的 比較、主傳動方案的選擇和確定、主傳動變速系統(tǒng)的設計計算、主軸組件的設計 、軸承的選用基潤滑、 關鍵零件的校核 、以及主軸電動機的控制 等設計過程。 [關鍵詞 ]數(shù)控機床；立式數(shù)控銑床；主傳動系統(tǒng)；主軸組件 ；軸承；主軸電動機 to to to of to of to to to to to to to of to to is to is on by to to to to to to to to of to to to to to to is to to to to to of to in of to to of of of of he he to I 目 錄 引言 ............................................................................................................................................ 1 第一章 緒論 ............................................................................................................................ 2 ............................................................................................................................. 2 ......................................................................................................... 3 第二章 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)方案的確定 .................................................................... 9 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)簡介 ............................................................................ 9 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求 ........................................................................ 9 傳動的類型及方案選擇 ...................................................................................... 10 第三章 主傳動變速系統(tǒng)主要參數(shù)計算 .............................................................................. 12 算切削功率 .......................................................................................................... 12 ............................................................................................... 12 ........................................................................................... 12 ................................................................................... 13 算主傳動功率 ...................................................................................................... 13 級變速箱的傳動系統(tǒng)的設計及主軸電動機的功率的確定 .............................. 14 速級數(shù) ...................................................................................... 14 動機的功率的確定 .................................................................................. 15 動機參數(shù) .................................................................................................. 15 級變速箱的傳動系統(tǒng)變速機構的確定 .................................................. 16 第四章 主軸組件設計 .......................................................................................................... 17 ........................................................................................................................... 17 ....................................................................................................... 17 ....................................................................................................... 17 ........................................................................................................... 17 滿足的基本要求 ....................................................................... 17 ............................................................................................... 19 ........................................................................... 19 ........................................................................................... 20 軸段直徑與的確定 .................................................................................. 20 高主軸強度的措施 .................................................................................. 21 的結構工藝性 .......................................................................................... 22 ....................................................................................................... 22 ................................................................................... 22 度校核計算 .............................................................................................. 23 第五章 軸承的設計 .............................................................................................................. 27 ........................................................................................................................... 27 ....................................................................................................... 27 承游隙等級的選擇 .............................................................................................. 28 承的壽命計算 ...................................................................................................... 28 ....................................................................................................... 28 計 ....................................................................................................... 29 ................................................................................................... 29 ................................................................................................... 30 軸承的潤滑 .................................................................................................. 31 ................................................................................................... 32 第六章 數(shù)控銑床主軸電氣控制系統(tǒng)設計 .......................................................................... 33 ........................................................................................................... 33 ....................................................................................................... 33 編程控制器的由來 .................................................................................. 33 編程控制器的現(xiàn)狀 .................................................................................. 33 編程控制器的分類 .................................................................................. 33 編程控制器的特點 .................................................................................. 35 應用領域 ......................................................................................... 35 ....................................................................................................... 36 總論 .......................................................................................................................................... 37 致謝 .......................................................................................................................................... 38 參考文獻 .................................................................................................................................. 39 第 1 頁 共 39 頁 引言 制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產能力及機械制造裝備的競爭。機床是制造業(yè)的主要生產設備，而數(shù)控機床是高精度、高效率的自動化生產設備。目前，國內、外數(shù)控機床正朝著高性能、高精度、高效率、高柔性、高自動化和模塊化方向迅速發(fā)展。盡管我國數(shù)控機床的制造、設計、檢測等技術得到了一定的發(fā)展，但與國外相比，差距還是很大，主要表現(xiàn)在 :可靠性差、應變能力差、產品開發(fā)周 期長、設計手段落后等，這種差距尤其表現(xiàn)在高精度、高速度等尖端機床方面。因此，我們必須緊跟國際機床技 術發(fā)展的前沿，發(fā)展機床的設計、檢測、制造等技術。 數(shù)控（ C）機床，顧名思義，是一類由數(shù)字程序實現(xiàn)控制的機床。與人工操作的普通機床相比，它具有適應范圍廣、自動化程度高、柔性強、操作者勞動強度低、易于組成自動生產系統(tǒng)等優(yōu)點。數(shù)控機床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。 通過這次畢業(yè)設計，可以達到以下目的： 基礎知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力； 提高本人綜合素質和創(chuàng)新能力； 提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力； 論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。 第 2 頁 共 39 頁 第一章 緒論 述 數(shù)控銑床是一種加工功能很強的數(shù)控機床，目前迅速發(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)控鏜床的基礎上產 生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復雜，需要解決的技術問題也很多，因此，人們在研究和開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動編程語言的軟件系統(tǒng)時，也一直把銑削加工作為重點。數(shù)控銑床機械部分與普通銑床基本相同，工作臺可以做橫向、縱向和垂直三個方向的運動。因此普通銑床能加工的工藝內容，數(shù)控銑床度能做到。一般情況下，在數(shù)控銑床上可以加工平面曲線輪廓。 數(shù)控銑床也像通用銑床那樣可分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類銑床配置的是數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同。 隨著科學技術的發(fā)展，機械產品的結構越來越合理，其性能、精度和效 率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產類型由大批大量生產向多品種小批量生產轉化。因此，對機械產品的加工相應地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。在機床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術，許多過去在普通機床上無法完成的工藝內容得以完成，大量普通機床為數(shù)控機床所代替，這就極大地促進了機床行業(yè)的技術進步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機床已經遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機車車輛、機床、建筑、通用機械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。 綜上所述，數(shù)控機床在促進技術進步和經濟發(fā)展，提高人類生存質量和創(chuàng)造新的就業(yè)機會等方面，起著非常重要 的作用。 數(shù)控機床是一種高效能自動加工機床，是一種典型的機電一體化產品。與普通機床相比，數(shù)控機床具有如下一些優(yōu)點： 易于加工異型復雜零件；提高生產率；可以實現(xiàn)一機多用，多機看管；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強度，減少所需工人數(shù)量等。 第 3 頁 共 39 頁 數(shù)控機床的機械結構主要由傳動系統(tǒng)、支承部件、分度臺等部分組成。傳動系統(tǒng)的作用是把運動和力由動力源傳遞給機床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過程中有 良好的動態(tài)特性。傳動系統(tǒng)在工作過程中，經常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動系統(tǒng)的軸組件產生彎曲和扭轉振動，從而影響機床的工作性能。隨著機床切削速度的提高和自動化方向的發(fā)展，傳動系統(tǒng)的結構組成越來越簡單，但對其機械結構性能的要求卻越來越高，從而使傳統(tǒng)的設計方法遠遠達不到要求，這樣，各種設計理論的研究和使用就得到了迅猛的發(fā)展。 數(shù)控機床是高精度和高生產率的自動化機床，其加工過程中的動作順序、運動部件的坐標位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動控制的，操作者在加工過程中無法干預，不能像在普通機床上加工零件那樣，對 機床本身的結構和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進行人為補償，所以數(shù)控機床幾乎在任何方面均要求比普通機床設計得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動化程度的要求，數(shù)控機床的結構設計已形成自己的獨立體系，在這一結構的完善過程中，數(shù)控機床出現(xiàn)了不少完全新穎的結構及元件。與普通機床相比，數(shù)控機床機械結構有許多特點。 控機床的發(fā)展 隨著機械制造生產模式的演變 ,對機械制造裝備提出了不同的要求 0 年代“剛性 ”生產模式下，通過提高效率，自動化程度 ,進行單一或少品種的大批量生產，以“規(guī)模經濟 ”實現(xiàn)降低成本和提高質 量的目的。從 90 年代開始，為了對世界生產進行快速響應，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高 ,采用擬實制造和快速成形制造技術。 工業(yè)發(fā)達國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導致 “剛性 ”強 ,更新產品速度慢，生產批量不宜太小，生產品種不宜過多；自動化程度基本上還是 “一個工人，一把刀 ，一臺機床 ”，導致勞動生產率低下，產品質量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達國家的差距 ,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重。 數(shù)控設備的發(fā)展方向 六個方面：智能化、網(wǎng)絡化、高速、高精度、符合、環(huán)保。 第 4 頁 共 39 頁 目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產值最大。美國的機床業(yè)一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應該能進世界前 4名。 數(shù)控系統(tǒng) 由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。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。國內由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產業(yè)化、水平質量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機床業(yè)進軍，但機床的硬件方面不行，質量精度一般。目前國內一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。廣州機床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。 我們國家機床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。 機床精度 工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復定位精度等 5 種。 前我們國家內承認的大致是四種體系：德國 準、日本 準、國際標準 準、國標 標和國際標準差不多。 看它的重復定位精度，一臺機床的重復定位精度如果能達到 準 .、統(tǒng)計法 ),就是一臺高精度機床，在 準 .、統(tǒng)計法 )以下，就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。 只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。 目前世界著名機床廠 商在我國的投資情況 1. 2000年，世界最大的專業(yè)機床制造商馬扎克（ 寧夏銀川投資建了名為 “寧夏小巨人機床公司 ”的機床公司，生產數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復合中心。機床質量不錯，目前效益良好，年產 600 臺，目前正在建 2 期工程，建成后可以年產 1200 臺。 2. 2003 年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產數(shù)控車床和立式加工中心 120 臺左右。 3. 2002年，日本著名的機床生產商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產能力為 1000臺，生產數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加 工中心。 前生產能力不知。 生產能力 800 臺。 民營企業(yè)進入機床行業(yè)情況 2000年投產，生產數(shù)控車床、加工中心。年生產能力 300 臺。 2． 2004年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產機床，主要是從日本引進技術，目前剛開始，起點比較高。 3． 2002 年，西安北村投產，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術。生產小型儀表數(shù)控車床，水平相當 第 5 頁 共 39 頁 不錯。 軍工企業(yè)技改情況 軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當年 “大使館被炸 ”，后來臺灣阿扁上臺后，大規(guī)模技改開始了，軍工企業(yè)進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數(shù)控機床。也從國內機床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機床，國內機床廠商為了迎接這次大技改，也引進了不少先進技術，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，我們的整體水平會上一個臺階。 其實，胡錦濤總書記掌權以來，已經把國防事業(yè)提到了和經濟發(fā)展一樣的高度上，他說，我們要建立和經濟發(fā)展相適應的國防能力，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，我們國家會誕生世界水平的機床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機床生產大國。 數(shù)控技術是先進制造技術的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡化、柔性化、集成化的基礎。數(shù)控裝備的整體水平標志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強弱。 數(shù)控機床的發(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)展及其技術基礎離不開微電子技術和計算機技術。隨著計算機及其軟硬件技術的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競爭日益加劇。我國的數(shù)控系統(tǒng)經過“六五”期間的引 進，“七五”期間的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，“八五”期間的數(shù)控應用技術研究以及“九五”期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)應用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)。 近年來，我國數(shù)控機床的產量持續(xù)增長，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國數(shù)控產品的技術水平和質量也不斷提高。目前我國一部分普及型數(shù)控機床的生產已經形成一定規(guī)模，產品技術性能指標較為成熟，價格合理，在國際市場上具有一定的競爭力。我國數(shù)控機床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動數(shù)控技術較成熟，并已有成熟商品走向市場。 我國在數(shù)控機床高端產品的生產上取得 了一定的突破。目前我國已經可以供應網(wǎng)絡化、集成化、柔性化的數(shù)控機床。同時，我國也已進入世界高速數(shù)控機床生產國和高精度精密數(shù)控機床生產國的行列。目前我國已經研制成功一批主軸轉速在 8000~10000 轉 /分以上的數(shù)控機床。 我國數(shù)控機床行業(yè)近年來大力推廣應用 多企業(yè)已開始和計劃實施應用 和電子商務。如，濟南第二機床集團有限公司的 及率達 100%，是國家級“ 企業(yè)的 系統(tǒng)應用也非常成功，現(xiàn)代化管理水平較高。 第 6 頁 共 39 頁 但是和發(fā)達國家相比，我國數(shù)控機床行業(yè)在信息 化技術應用上仍然存在很多不足。 一、信息化技術基礎薄弱，對國外技術依存度高。我國數(shù)控機床行業(yè)總體的技術開發(fā)能力和技術基礎薄弱，信息化技術應用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術來源主要依靠引進國外技術，對國外技術的依存度較高，對引進技術的消化仍停留在掌握已有技術和提高國產化率上，沒有上升到形成產品自主開發(fā)能力和技術創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復合功能、多軸聯(lián)動等特點的高性能數(shù)控機床基本上還得依賴進口。 二、產品成熟度較低，可行性不高。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在 10000小時以上，國內自主開發(fā)的數(shù)控 系統(tǒng)僅 3000時；整機平均無故障工作時間國外達 800小時以上，國內最好只有 300小時。 三、創(chuàng)新能力低，市場競爭力不強。我國生產數(shù)控機床的企業(yè)雖達百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產，信息化技術利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產品市場競爭能力不強。 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術提出了更高要求。當今數(shù)控機床信息化正朝著以下幾個方面發(fā)展。 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品質量。目前，我國生產的第六代數(shù)控機床系 統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度，使得高速運算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時，新一代數(shù)控機床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結構，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。 智能化。現(xiàn)代數(shù)控機床的智能化發(fā)展將通過對影響加工精度和效率的物理量進行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實現(xiàn)最佳目標的智能決策，對機床的工藝參數(shù)進行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 基于 數(shù)控編程自動化。隨著計算機應用技術的發(fā)展，目前 自動編程已得到較多的應用，是數(shù)控技術發(fā)展的新趨勢。它是利用 計算機內的刀具軌跡數(shù)據(jù)進行計算和后置處理，從而自動生成數(shù)控機床零部件加工程序，以實現(xiàn) 集成。隨著 術的發(fā)展，當前又出現(xiàn)了 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)內的 據(jù)庫獲得，推動數(shù)控機床系統(tǒng)自動化的進一步發(fā)展。 第 7 頁 共 39 頁 發(fā)展可靠性最大化。數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標。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)模或超大 規(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。同時通過自動運行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷和報警。 一 、 是高速加工技術發(fā)展迅速 高速加工技術發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機床中得到廣泛應用。應用新的機床運動學理論和先進的驅動技術，優(yōu)化機床結構，采用當前數(shù)控機床技術發(fā)展趨勢 高性能功能部件，移動部件輕量化，減少運動慣性。在刀具材料和結構的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機床加工全面高速化，如數(shù)控機床主軸的轉速從每分鐘幾千轉發(fā)展 到幾萬轉、幾十萬轉；快速移動速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過百米；換刀時間從十幾秒下降到 10秒、 3 秒、 1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應用高速加工技術達到縮短切削時間和輔助時間，從而實現(xiàn)加工制造的高質量和高效率。 二 、 是精密加工技術有所突破 通過機床結構優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補償技術的應用等，從而提高機床加工的幾何精度、運動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每 8 年提高 1 倍，從 1950 年至2000 年 50 年內提升 100 倍。目前，精密數(shù)控機床的重復定位精度可以達到 1μm，進入亞微米超精加工時代。 三 、 是技術集成和技術復合趨勢明顯 技術集成和技術復合是數(shù)控機床技術最活躍的發(fā)展趨勢之一，如工序復合型 ——車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術復合，跨加工類別技術復合 ——金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結與鏡面切削復合等，目前已由機加工復合發(fā)展到非機加工復合，進而發(fā)展到零件制造和管理信息及應用軟件的兼容，目的在于實現(xiàn)復雜形狀零件的全部加工及生產過程集約化管理。技術集成和復合形成了新一類機床 ——復合加工機床，并呈現(xiàn)出復合機床多樣性的創(chuàng)新結構 。 四 、 是數(shù)字化控制技術進入了智能化的新階段 數(shù)字化控制技術發(fā)展經歷了三個階段 :數(shù)字化控制技術對機床單機控制；集合生產 第 8 頁 共 39 頁 管理信息形成生產過程自動控制；生產過程遠程控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡化和無人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過程智能化，利用計算機、信息、網(wǎng)絡等智能化技術有機結合，對數(shù)控機床加工過程實行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。加工過程智能監(jiān)控可以實現(xiàn)工件裝卡定位自動找正，刀具直徑和長度誤差測量，加工過程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動進行補償、調整、自動更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對機床的機械、電氣、液壓 系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動診斷、報警、故障顯示等，直至停機處理。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，遠程故障診斷專家智能系統(tǒng)開始應用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術后援和在線服務后援。人工智能自動編程系統(tǒng)能按機床加工要求對零件進行自動加工。在線服務可以根據(jù)用戶要求隨時接通 受遠程服務。采用智能技術來實現(xiàn)與管理信息融合下的重構優(yōu)化的智能決策、過程適應控制、誤差補償智能控制、故障自診斷和智能維護等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術在制造系統(tǒng)上的應用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡工廠，并進一步向制造系統(tǒng)可重組的方 向發(fā)展。 五 、 是極端制造擴張新的技術領域 極端制造技術是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術。極端制造技術是數(shù)控機床技術發(fā)展的重要方向。重點研究微納機電系統(tǒng)的制造技術，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關的數(shù)控制造技術、檢測技術及相關的數(shù)控機床研制，如微型、高精度、遠程控制手術機器人的制造技術和應用；應用于制造大型電站設備、大型艦船和航空航天設備的重型、超重型數(shù)控機床的研制； 業(yè)等高新技術的發(fā)展需要超精細加工和微納米級加工技術，研制適應微小尺寸的微納米級加工新一代微型數(shù)控機床和特種加工機床；極端制 造領域的復合機床的研制等。 第 9 頁 共 39 頁 第二章 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)方案的確定 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)簡介 主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，他應具有一定的轉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、并能方便的實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動等。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結構上簡單，這是因為變速功能全部或大部分主軸電動機的無極調速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構，有些只有二級或三極齒輪變速系統(tǒng)用 以擴大電動機無級調速的范圍。 在主傳動系統(tǒng)方面，具有下列特點： (1)目前數(shù)控機床的主傳動電機已不再采用普通的交流異步電機或傳統(tǒng)的直流調速電機，它們已逐步被新型的交流調速電機和直流調速電機所代替。 (2)轉速高，功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。 (3)變速范圍大。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調速范圍，一般 100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。 (4)主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速 機構必須適應自動操作的要求。由于直流和交流主軸電機的調速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求 （ 1） 主軸具有一定的轉速和足夠的轉速范圍、轉速級數(shù)，能夠實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。 第 10 頁 共 39 頁 （ 2） 主電動機具有足夠的功率，全部機構和元件具有是夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。 （ 3）主傳動的有關結構，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，傳動效率要高，以滿足機床的工 作性能要求。 （ 4）操縱靈活可靠，調整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 （ 5）結構簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經濟性要求。 傳動的類型及方案選擇 數(shù)控機床的調速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級凋速系統(tǒng)。為擴大調速 。 為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)主要有三種變速方式 1．具有變速齒輪的主傳動 這是大、中型數(shù)控機床采用較多的一種變速方式。通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出 扭矩特性的要求，見圖 1部分小型數(shù)控機床也采用此種傳動方式以獲得強力切削時所需要的扭矩。 圖 圖 圖 ．通過帶傳動的主傳動 通常選用同步齒形帶或多楔帶傳動， 這種傳動方式多見于數(shù)控車床，它可避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，見圖 1 3．由調速電機直接驅動的主傳動 這種主傳動是由電動機直接驅動主軸，即電動機的轉子直接裝在主軸上，因而大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度 ，但主軸輸出扭矩小，電 第 11 頁 共 39 頁 機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。如圖 1 近年來，出現(xiàn)了一種新式的內裝電動機主軸，即主軸與電動機轉子合為一體。其優(yōu)點是主軸組件結構緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停止的響應特性，并利于控制振動和噪聲。缺點是電動機運轉產生的熱量亦使主軸產生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內裝電動機主軸的關鍵問題。日本研制的立式加工中心主軸組件，其內裝電動機最高轉速可達 20000r/ 本次設計采用變速齒 店主傳動 系統(tǒng) 。 使主軸獲得較高的轉速 和驕傲大的轉矩。 二級以上齒輪變速系統(tǒng)雖然此種結構復雜， 制造和維修費用高，但和以上兩種驅動方式比，變速裝置多采用齒輪變速結構，可以使用可調的交、直流無級變速電動機，經齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調速范圍增加，且能滿足各種切削運動的轉矩輸出，因此選用二級以上齒輪變速系統(tǒng)作為主傳動的變速方式。 第 12 頁 共 39 頁 第三章 主傳動變速系統(tǒng)主要參數(shù)計算 算切削功率 削力的計算 銑削時的切削力，公式如下 0 . 7 40 . 8 60 . 8 60 . 9 8? （ 3 式中 銑削時的主切削 力（ N） 加工材料影響的系數(shù) 每齒進給量（ — 背吃刀量（ B —— 銑削寬度 Z —— 銑刀齒數(shù) D —— 銑刀直徑 (用直徑 D =50 四 齒錐柄立銑刀，銑刀寬 B =40剛工件， 468 計算得：32N 削功率 的計算 切削時所消耗的功率稱為切削功率 。 切削功率的公式計算： 第 13 頁 共 39 頁 6000C （ 3 式中： 切削功率（ 切削力（ N） 切削速度（ m/ 根據(jù) 機床設計手冊典型加工條件以及 鋼材料的銑削速度范圍 ， 取 00m/算 得 ： 主軸轉速范圍的確定 主軸最 高轉速為 4 0 0 0 /m a x r m ，最低轉速為 4 0 /m in r m 算主傳動功率 用下列粗 略 估算主電動機的功率 ? （ 3 式中，C?為銑床主傳動系統(tǒng)總機械效率，主運動為回轉運動時，0 ? ；主運動為直線運動時， 0 ? 。 取 主傳動的總效率 ? =初選電動機功率 2 . 2 / 0 . 7 3 . 1 4d ? 取 4d 電動機額定轉速為 1 5 0 0 /d r m ； 額定最高轉速為 第 14 頁 共 39 頁 m a x 4 5 0 0 /d r m 級變速箱的傳動系統(tǒng)的設計及主軸電動機的功率的確定 由 計算轉速依據(jù)如下公式計算 : 0 . 3 54 0 2 0 5 /40040j r m i ???????（ 3 則電動機的恒功率調速范圍 : 4 5 0 0 / 1 5 0 0 3?主軸恒功率調速范圍 : / 4 0 0 0 / 2 0 5 1 9 . 5np m a x ? ? 因此主軸要求的恒功率變速范圍以在電動機與主 軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，來擴大電動功率變速范圍。 速級數(shù) 如取變速箱的公比 3? ??則由于無級變速時 1p d ??? 故變速箱的變 速極數(shù) lg l g 1 9 . 5 2 . 7 0 4l g 3?? ? ? 可取 Z=3 （ 3 雖然此中方法功率特性圖示連續(xù)的、無缺口 (即沒有功 率降低區(qū) )和無重但是 Z=3，變速箱機構較復雜。 因此為簡化變速箱機構，取 Z=2。 第 15 頁 共 39 頁 動機的功率的確定 由公式（ 3— 5）可知，應增大f??? 即 所以 ?比 3大很多。 此時變速箱 每擋內有部分低轉速只能恒轉矩變速，主傳動系統(tǒng)的功率特性圖中出現(xiàn)缺口區(qū)。 缺口處的功率為 ? ? ? ?/ 3 4 / 4 . 4 2 2 . 7 1d p d fP k ? ? ? ? ?低谷處功率應保證傳遞全部功率，只有選