3079 立式銑床主軸及銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),立式,銑床,主軸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：立式銑床主軸及銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012-5-26 2大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 立式銑床主軸及銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 姓名： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 系主任： 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過(guò)采用方案的對(duì)比進(jìn)行方案的選擇，使設(shè)計(jì)進(jìn)一步更加具有可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守三項(xiàng)基本的原則：明確、簡(jiǎn)單和安全可靠。其總的目標(biāo)是保證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)期的功能，降低制造成本及保障人和環(huán)境的安全可靠。本設(shè)計(jì)在面向機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的應(yīng)用中，完成主要的工作有：a) 確定初步設(shè)計(jì)方案，完成初步的理論設(shè)計(jì)b) 確定設(shè)計(jì)方案，并完成相應(yīng)的校核c) 使用 CAD 完成繪圖任務(wù)基于上面的任務(wù)，首先要完成相應(yīng)相應(yīng)的原理方案的選擇。功能塊建立之后，即可選定各功能元的解，即各功能元對(duì)應(yīng)的技術(shù)物理效應(yīng)和功能載體。如果把功能載體根據(jù)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理組合，則可得到實(shí)現(xiàn)總功能的各種總體方案。原理方案首先是最重要的，它對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。其次是結(jié)構(gòu)方案的確定，結(jié)構(gòu)方案應(yīng)要求功能可靠性、工作安全性和環(huán)境適應(yīng)性等要求。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，首先使我用到了以前所學(xué)過(guò)的大部分知識(shí)，對(duì)各科的知識(shí)是個(gè)很好的鞏固。其次，對(duì)機(jī)器的總體布局有了一個(gè)很好的實(shí)際把握，使自己對(duì)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目有了個(gè)很好的了解。再次，是對(duì)學(xué)過(guò)的材料力學(xué)、理論力學(xué)等各種學(xué)科與實(shí)際的設(shè)計(jì)很好的結(jié)合起來(lái)，使自己明白了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性。由于時(shí)間的有限，該設(shè)計(jì)還存在很多缺陷，需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)，研究和改進(jìn)。 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題立式銑床的主軸及銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。方案的選擇，殼體的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸以及主軸的設(shè)計(jì)，裝配。 三、進(jìn)度安排3序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 理解題目（看書(shū)，實(shí)物研究） 1-2 周2 軸徑的估算，材料選擇 3-4 周3 軸，齒輪的設(shè)計(jì)以及校核 5-7 周4 繪制裝配圖 7-9 周5 繪制零件圖 9-10 周6 寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 11-13 周7 修改，準(zhǔn)備答辯 13-14 周8 答辯 15 周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001.[2]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2001.[3]孫靖民,哈爾濱.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)[M]：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[4]吳宗澤,羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,1999.[5]陳秀,潘沛霖.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè) [M].北京,高等教育出版社，1989.[6]華楚生.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2003.[7]劉思寧. 大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)全程指導(dǎo)[M]. 成都：西南交通出版社，2001[8]王俊峰. 理工科學(xué)生怎樣搞畢業(yè)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[9]甘永立. 幾何量公差與檢測(cè)[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005.[10] 馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M]（第二版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2005[11] 張普禮，機(jī)械加工設(shè)備 [M] 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1999[12] 王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) [M] 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社 2003.[13] 戴曙.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) [M] 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 . [14]機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 上海紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) .機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) [M] 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社[15] 葉邦彥，陳統(tǒng)堅(jiān). Mechanical Engineering English 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社4大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 立式銑床主軸及銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。綜合評(píng)價(jià)同學(xué)所選立式銑床的主軸及銑頭設(shè)計(jì)符合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，有利于對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生在工程設(shè)計(jì)方面的訓(xùn)練，難度和工作量較大。該生具有一定查閱文獻(xiàn)、利用相關(guān)資料和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力，具備了機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的能力，具有較強(qiáng)的的外文和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，設(shè)計(jì)的內(nèi)容、設(shè)計(jì)計(jì)算基本正確并且具有一定的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)的圖紙有一定的難度并且完成得很好，設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容表述基本正確，總之該生基本具備了獨(dú)立工作和解決問(wèn)題的能力。評(píng)閱人： 年 月 日5大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn)學(xué)號(hào)： 姓名： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 53 頁(yè) 圖 表 5 張論文（設(shè)計(jì)）題目： 立式銑床主軸及銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要：在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過(guò)采用方案的對(duì)比進(jìn)行方案的選擇，使設(shè)計(jì)進(jìn)一步更加具有可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守三項(xiàng)基本的原則：明確、簡(jiǎn)單和安全可靠。其總的目標(biāo)是保證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)期的功能，降低制造成本及保障人和環(huán)境的安全可靠。本設(shè)計(jì)在面向機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的應(yīng)用中，完成主要的工作有：a) 確定初步設(shè)計(jì)方案，完成初步的理論設(shè)計(jì)b) 確定設(shè)計(jì)方案，并完成相應(yīng)的校核c) 使用 CAD 完成繪圖任務(wù)基于上面的任務(wù)，首先要完成相應(yīng)相應(yīng)的原理方案的選擇。功能塊建立之后，即可選定各功能元的解，即各功能元對(duì)應(yīng)的技術(shù)物理效應(yīng)和功能載體。如果把功能載體根據(jù)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理組合，則可得到實(shí)現(xiàn)總功能的各種總體方案。原理方案首先是最重要的，它對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。其次是結(jié)構(gòu)方案的確定，結(jié)構(gòu)方案應(yīng)要求功能可靠性、工作安全性和環(huán)境適應(yīng)性等要求。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，首先使我用到了以前所學(xué)過(guò)的大部分知識(shí)，對(duì)各科的知識(shí)是個(gè)很好的鞏固。其次，對(duì)機(jī)器的總體布局有了一個(gè)很好的實(shí)際把握，使自己對(duì)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目有了個(gè)很好的了解。再次，是對(duì)學(xué)過(guò)的材料力學(xué)、理論力學(xué)等各種學(xué)科與實(shí)際的設(shè)計(jì)很好的結(jié)合起來(lái)，使自己明白了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性。最后通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的制圖，讓我熟悉和掌握了 CAD 制圖的方法及操作，提高了以后在專業(yè)方面工作的技能由于時(shí)間的有限，該設(shè)計(jì)還存在很多缺陷，需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)，研究和改進(jìn)。6指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)該生本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了一個(gè)立式銑床的主軸及銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本完成了銑床中的主軸及方案設(shè)計(jì)和銑頭中的相關(guān)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核、軸承的壽命計(jì)算、鍵的計(jì)算、銑頭總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主軸傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)。所涉及的裝配圖和零件圖的表達(dá)基本上滿足工程圖的圖紙要求。在設(shè)計(jì)任務(wù)過(guò)程中能及時(shí)地完成老師布置的各個(gè)階段的任務(wù)，并且完成的很好。本次設(shè)計(jì)工作量大，在設(shè)計(jì)期間該生能夠非常自覺(jué)的投入大量的時(shí)間和精力，積極詢問(wèn)各方面專業(yè)知識(shí)上的不足點(diǎn)，表現(xiàn)很好。同意其答辯，建議成績(jī)?yōu)椋褐笇?dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日答辯委員會(huì)意見(jiàn)答辯委員會(huì)主任 年 月 日71 緒論 ............................................................................................................................................................71.1 課題研究的目的及意義 ....................................................................................................................71.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................................................................................71.3 機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) ................................................................................................................................91.4 目前銑床方面存在的一些問(wèn)題 .....................................................................................................101.5 立式升降臺(tái)銑床其主要組成部分 ..................................................................................................111.5.1 銑頭 ......................................................................................................................................111.5.2 主軸 ......................................................................................................................................111.5.3 工作臺(tái) ..................................................................................................................................111.5.4 床鞍 ......................................................................................................................................121.5.5 升降臺(tái) ..................................................................................................................................121.6 立銑頭結(jié)構(gòu) .....................................................................................................................................121.7 立銑頭結(jié)構(gòu)分析 ..............................................................................................................................132 總體設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................................132.1 立銑頭的功能分析 .........................................................................................................................132.2 方案的提出 .....................................................................................................................................142.3 主軸軸承的調(diào)整 ..............................................................................................................................162.3 詳細(xì)的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................172.3.1 分析擬定傳動(dòng)方案 ...............................................................................................................172.3.2 選擇電動(dòng)機(jī) ...........................................................................................................................182.4 銑床加工誤差、故障分析及排除方法 ..........................................................................................183.1 主軸的基本要求 .............................................................................................................................203.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 ..............................................................................................................................203.1.2 剛度 ......................................................................................................................................203.1.3 抗振性 ..................................................................................................................................213.1.4 抵抗受迫振動(dòng)的能力 ...........................................................................................................213.1.5 抵抗切削自激振動(dòng)的能力 ..................................................................................................213.1.6 溫升和熱變形 ......................................................................................................................223.1.7 耐磨性 ...................................................................................................................................223.1.8 其它 .......................................................................................................................................233.2 主軸組件的布局 .............................................................................................................................233.2.1 適應(yīng)剛度和承載能力的要求 ...............................................................................................233.2.2 適應(yīng)精度的要求 ..................................................................................................................243.2.3 適應(yīng)結(jié)構(gòu)要求 ......................................................................................................................243.2.4 適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求 ..................................................................................................................253.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 .....................................................................................................................253.4 主軸的材料與熱處理 .....................................................................................................................263.5 主軸的技術(shù)要求 .............................................................................................................................263.5.1 軸頸 .......................................................................................................................................273.5.2 內(nèi)錐孔 ..................................................................................................................................273.6 主軸結(jié)構(gòu)圖 .....................................................................................................................................273.7 主軸組件的潤(rùn)滑和密封 .................................................................................................................2783.7.1 主軸組件的潤(rùn)滑 ...................................................................................................................273.7.2 主軸組件的密封 ..................................................................................................................284.傳動(dòng)件的選型及校核 .................................................................................................................................294.1 軸 ......................................................................................................................................................294.1.1 軸的擬定 ...............................................................................................................................294.1.2 計(jì)算軸的功率、轉(zhuǎn)速及軸頸 ...............................................................................................294.1.3 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 ...............................................................................................................304.2 齒輪 ..................................................................................................................................................334.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ...........................................................................334.2.2 計(jì)算齒輪參數(shù) .......................................................................................................................344.2.3 驗(yàn)算齒輪的彎曲強(qiáng)度 ...........................................................................................................354.2.4 計(jì)算主要幾何參數(shù) ...............................................................................................................354.2.5 潤(rùn)滑 .......................................................................................................................................354.3 滾動(dòng)軸承 ..........................................................................................................................................364.4 鍵的驗(yàn)算 ..........................................................................................................................................364.5 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 ..........................................................................................................................374.5.1 傳動(dòng)軸校核計(jì)算 ...................................................................................................................374.5.2 主軸校核 ...............................................................................................................................385 結(jié)論 ............................................................................................................................................................406 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................................417 致 謝 .........................................................................................................................................................428 翻譯 .............................................................................................................................................................439摘 要隨著制造業(yè)的發(fā)展，高速度、高效率、高精度和高剛度已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的主要方向。為了滿足當(dāng)前機(jī)床市場(chǎng)的需要，銑床已經(jīng)成為了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，特別是在工業(yè)制造，加工過(guò)程中有著舉足輕重的地位。在各式各樣的機(jī)床中，立式銑床有著獨(dú)特的加工對(duì)象。主要是對(duì)大型的平面、溝槽等進(jìn)行銑削。在對(duì)銑床的研究中達(dá)到了一定的水平，從而銑床的主要配件立銑頭的研究在一定程度上也達(dá)到了空前的規(guī)模。通過(guò)以往的加工經(jīng)驗(yàn)可以對(duì)立銑頭的研究在一定程度上有所改進(jìn)，銑床主軸是靠齒輪進(jìn)行傳動(dòng)的。銑床銑頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方式有多種多樣，每種機(jī)床銑頭的形式都不盡相同。立銑頭的傳動(dòng)方式也是多種多樣，立銑頭主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。現(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展對(duì)銑削有了更加苛刻的要求，高精度、高速度、高效率、復(fù)合型、智能型等是今后發(fā)展的主要趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：銑床；齒輪傳動(dòng)；傳動(dòng)系統(tǒng)圖；立銑頭10Vertical Milling Machine Legislation XitouAbstractWith the development of the manufacturing sector, high-speed, high efficiency, high precision and high rigidity of the current machine has become the main direction. In order to meet the needs of the market at present machine, milling machine has become today's machinery industry an important development trend, especially in the industrial manufacturing, processing is a pivotal position. In all kinds of machine tools, vertical milling machine has the unique objects. The main is milling , such as the plane and groove act. Milling spindles is on the gear transmission. Milling head turns way each are not identical , The main axis milling machine is relying on the power transmission gear. Spindle drive system using gear transmission, transmission using centralized form of transmission, multi-spindle transmission system of sliding gear transmission. Gear transmission with high efficiency, compact, reliable, long life and accurate transmission than the advantages of modern machinery is gearing the application of the most extensive transmission mechanism for the transfer of space or any multi-axis between the two axes of movement and Momentum.Key Words : Milling machine ; gear transmission ; vertical milling head ; Transmission systems111 緒論1.1 課題研究的目的及意義在我國(guó)的各個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門(mén)，科研單位和國(guó)防部門(mén)中，使用著大量各式各樣的機(jī)器，儀器和工具。這些機(jī)器，儀器和工具大部分是由一定形狀和尺寸的金屬零件所組成，生產(chǎn)這些零件并將它們裝配成機(jī)器，儀器和工具的工業(yè)，稱為機(jī)械制造工業(yè)。機(jī)械制造工業(yè)的任務(wù)，就是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，科研單位和國(guó)防部門(mén)提供現(xiàn)代化的技術(shù)裝備。如果我們沒(méi)有強(qiáng)大而完整的現(xiàn)代化機(jī)械制造工業(yè)，就無(wú)法用現(xiàn)代化的裝備來(lái)武裝各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)，科研單位和國(guó)防部門(mén)，就不能獨(dú)立而迅速地發(fā)展我們國(guó)家的制造水平，這樣會(huì)被國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)所替代，我們的國(guó)家就會(huì)落后，進(jìn)而陷入沒(méi)有自主產(chǎn)權(quán)的地步。銑床主要是利用刀具的旋轉(zhuǎn)將工件表面多余的部分一層一層的切削而除去，從而形成具有一定尺寸，形狀和精度的工件。在一般的生產(chǎn)體系中，銑床的加工范圍占整個(gè)機(jī)器生產(chǎn)的重要部分，一個(gè)高效而精確的銑頭是銑床切削毛坯必不可少的配置。銑床立銑頭可繞水平軸在垂直平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)調(diào)整，因而可銑削斜面；機(jī)床采用分度頭和圓形工作臺(tái)時(shí)，可銑削齒輪﹑鉸刀和鉆頭的螺旋面，以及凸輪和圓弧槽等；由于是多到斷續(xù)切削，因而銑床的切削效率高。它的這種高效率和特殊的加工方法使得我們不斷的研究和探索有關(guān)它的各種相關(guān)的配置及各式各樣的機(jī)床。1.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀20 世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從 1952 年美國(guó)第1 臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世至今已經(jīng)歷了 50 個(gè)年頭。 數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專用機(jī)床，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有 10～20 萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。 世界制造業(yè)在 20 世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽(yáng)工業(yè)，所以美國(guó)人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90 年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過(guò)重大改組。如美國(guó)、德國(guó)等幾大制造商都經(jīng)過(guò)較大變動(dòng)，從 90 年代初開(kāi)始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國(guó)機(jī)床行業(yè)從 2000 年至今已接受 3 個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在 80 年代曾有過(guò)高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來(lái)說(shuō)，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在 90 年代初期面臨國(guó)家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時(shí)期，那時(shí)生產(chǎn)能力降到 50％，庫(kù)存超過(guò) 4 個(gè)月。從 1995 年“九五”以后國(guó)家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動(dòng)機(jī)12床市場(chǎng)，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對(duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在 1999 年以后，國(guó)家向國(guó)防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門(mén)投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場(chǎng)一派繁榮。從 2000 年 8 月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)和 2001 年 4 月北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問(wèn)題： （1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，相互靠壓價(jià)促銷； （2） 高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口； （3） 配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口； （4） 應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒(méi)有完全推廣使用； （5） 自行開(kāi)發(fā)能力較差，相對(duì)有較高技術(shù)水平產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。 當(dāng)今世界工業(yè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能力和國(guó)防實(shí)力。目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家（近 300 萬(wàn)臺(tái)） ，但我們的機(jī)床數(shù)控化率僅達(dá)到1.9％左右，這與西方工業(yè)國(guó)家一般能達(dá)到 20％的差距太大。日本不到 80 萬(wàn)臺(tái)的機(jī)床卻有近 10 倍于我國(guó)的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機(jī)床利用率、開(kāi)動(dòng)率低，這是發(fā)展我國(guó) 21 世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問(wèn)題。每年我們國(guó)產(chǎn)全功能數(shù)控機(jī)床3000～4000 臺(tái)，日本 1 年產(chǎn) 5 萬(wàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，每年我們花十幾億美元進(jìn)口7000～9000 臺(tái)數(shù)控機(jī)床，即使這樣我國(guó)制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委從“八五” 、 “九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會(huì)也曾做過(guò)調(diào)研。當(dāng)時(shí)提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達(dá) 8～10 萬(wàn)臺(tái)，需投入80～100 億資金，但得到的經(jīng)濟(jì)效益將是投入的 5～10 倍以上。因此，這兩年來(lái)承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國(guó)公司加入。 “十五”剛剛開(kāi)始，國(guó)防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入 6.8 億元，用于對(duì) 1.2～1.8 萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的數(shù)控化改造。數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò) 50 年的 2 個(gè)階段和 6 代的發(fā)展： 第 1 階段：硬件數(shù)控（NC） 第 1代：1952 年的電子管 第 2 代：1959 年晶體管分離元件 第 3 代：1965 年的小規(guī)模集成電路。第 2 階段：軟件數(shù)控（CNC） 第 4 代：1970 年的小型計(jì)算機(jī) 第 5 代：1974 年的微處理器 第 6 代：1990 年基于個(gè)人 PC 機(jī)（PC－BASEO） 第 6 代的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要有： (1) 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達(dá)到５萬(wàn)小時(shí)以上； (2) 基于 PC 平臺(tái)，技術(shù)進(jìn)步快，升級(jí)換代容易； (3) 提供了開(kāi)放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴(kuò)展到很寬的領(lǐng)域（如 CAD、CAM、CAPP，連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、攝影機(jī)等） ； (4) 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來(lái)說(shuō)，提供了優(yōu)良的開(kāi)發(fā)環(huán)境，簡(jiǎn)化了硬件。 目前，國(guó)際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本 FANUC 公司，1 年生產(chǎn) 5 萬(wàn)套以上系統(tǒng)，占世界市場(chǎng)約40％左右，其次是德國(guó)的西門(mén)子公司約占 15％以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲亞，法國(guó)的 NUM，日本的三菱、安川。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽(yáng)藝天、廣州數(shù)控、南京新方達(dá)、成都廣泰等，國(guó)產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，13年產(chǎn)都還沒(méi)有超過(guò) 300～400 套。 近 10 年數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。(1) 高速化 由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由3000～4000r/min 提高到 8000～10000r/min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min 提高到 12000r/min、24000r/min、40000r/min 以上快速移動(dòng)速度由過(guò)去的 10～20m/min 提高到 48m/min、60m/min、80m/min、120m/min 在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度，其已由過(guò)去一般機(jī)床的 0.5G（重力加速度）提高到1.5～2G，最高可達(dá) 15G，直線電機(jī)在機(jī)床上開(kāi)始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。(2) 高精度化 數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的 0.01～0.02mm 提高到 0.008mm 左右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到 0.0005mm 左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到 0.005～0.01μｍ，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。 數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧都可以達(dá)到 1um 的圓度，插補(bǔ)前多程序段預(yù)讀，大大提高插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動(dòng)拐角處理等。 (3) 復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn) 如 5 軸 5 面體復(fù)合加工機(jī)床，5 軸 5 聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。也派生出各新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括 6 軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。 (4) 使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼” 。如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時(shí)大大提高效率。加工鋼件切削速度能達(dá) 1000m/min，加工鋁件能達(dá) 5000m/min。(5) 數(shù)控機(jī)床的開(kāi)放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開(kāi)動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，這必然成為 21 世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。1.3 機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，機(jī)械制造是制造業(yè)的核心?，F(xiàn)代的制造技術(shù)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，它對(duì)國(guó)民生計(jì)起著越來(lái)與重要的作用。對(duì)于現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，有一下幾點(diǎn)總結(jié)。(1) 追求具有更高加工效率的機(jī)床。因?yàn)樘岣邫C(jī)床的效率就等于縮短零件的加工周期，縮短加工周期有兩條途徑，一條途徑是提高切削速度，即提高主軸轉(zhuǎn)速。目前車床和車削中心的主軸轉(zhuǎn)速都在 8000r/min 以上，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般都在15000～20000r/min，還有 40000r/min 和 60000r/min 的。同樣，送給速度也有大幅度提高，可達(dá) 20m/min，甚至 60m/min。隨著切削速度的增加，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性和動(dòng)態(tài)特性都有明顯提高，高速主軸和刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)也獲得相應(yīng)提高；另一條途徑是14減少非加工時(shí)間。因?yàn)樵诹慵庸み^(guò)程中有大量的無(wú)用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，因此，復(fù)合機(jī)床的研發(fā)近期發(fā)展很快，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種操作工序。車床技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)是多功能機(jī)床，目前的多功能復(fù)合機(jī)床實(shí)際上就是一臺(tái)具有車削功能的加工中心。在磨削方面，目前的技術(shù)重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)基于 PC 的磨削控制系統(tǒng)，一臺(tái)磨床能進(jìn)行內(nèi)圓、外圓和臺(tái)階軸磨削，或給機(jī)床以不同的循環(huán)來(lái)加快生產(chǎn)進(jìn)程，既磨得快又能保證尺寸精度和表面粗糙度。 (2) 追求更加安全可靠和符合環(huán)保要求的機(jī)床。由于機(jī)床的運(yùn)行速度的提高，操作者的安全和健康也被提到優(yōu)先考慮的位置。目前美國(guó)研制的高檔機(jī)床在可能傷害人的地方幾乎都加有安全警示裝置。干切削和微量潤(rùn)滑劑切削方法因其可大大減少潤(rùn)滑劑的揮發(fā)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并且，幾乎整個(gè)機(jī)床都是被封閉起來(lái)的，有些機(jī)床甚至看不到切屑，這樣，即使有過(guò)量的油霧和煙霧也容易收集。同時(shí)，機(jī)床操作者在工作時(shí)的環(huán)境、位置會(huì)被考慮得非常舒適。此外，無(wú)污染的清潔加工技術(shù)也受到極大重視。 (3) 機(jī)床配套部件產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。機(jī)床配套件發(fā)展很快，品種齊全。主要產(chǎn)品有滾珠絲杠副、精密軸承、各種轉(zhuǎn)臺(tái)、換刀裝置、各種氣動(dòng)、液壓裝置、直線導(dǎo)軌及主軸部件等等。這些配套件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有力地推動(dòng)了機(jī)床主機(jī)的發(fā)展，不但有助于提高機(jī)床的速度和性能，而且可以大大縮短主機(jī)的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。 (4) 追求更加完善的控制系統(tǒng)。更高速的處理器和更精確的控制設(shè)備使機(jī)床的功能和性能完善而強(qiáng)大。技術(shù)密集已進(jìn)入超速發(fā)展階段，而集成的關(guān)鍵是開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。PCC技術(shù)的應(yīng)用，開(kāi)始改變了機(jī)床的工作方式，把 CNC 推向了控制中心而不局限于機(jī)床控制器的范圍?？刂栖浖l(fā)展更快，一年甚至改進(jìn)幾次。CNC 制造商已提供一些開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的 CNC 系統(tǒng)。目前機(jī)械制造廠里開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的 CNC 控制器占到 10%～20%。 零件程序可以離線開(kāi)發(fā)，然后傳送到生產(chǎn)車間的編程系統(tǒng)，在 CNC 控制器上運(yùn)行，操作者可以觀察、檢測(cè)刀具運(yùn)行情況和加工過(guò)程，還可以對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行必要的修正。美國(guó) GEFANUC 公司銷售的控制器中，有 30%是開(kāi)放式的，實(shí)現(xiàn)了真正的 CAM/CNC 集成，并趨于智能化控制，還可上網(wǎng)。虛擬制造和無(wú)紙化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，借助信息技術(shù)，此類軟件的應(yīng)用將以更快速度發(fā)展。 (5) 追求更高的機(jī)床外觀質(zhì)量。目前，機(jī)床制造商更加注重機(jī)床造型的美觀和色調(diào)的協(xié)調(diào)柔和，機(jī)床精品更向工藝品方向發(fā)展。1.4 目前銑床方面存在的一些問(wèn)題立式銑床立銑頭是立式銑床上一個(gè)不可或缺的附件，對(duì)銑床的工作有著舉足輕重的影響。例如對(duì)一些工件的表面的加工，使得我們要在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)工件，這樣對(duì)工件的夾緊及其定位產(chǎn)生了一定的影響。因此，從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，我們可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床的銑頭來(lái)加工工件。這樣可以避免因工件定位而產(chǎn)生的誤差。因此，研究銑頭是個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。如何在工件不動(dòng)的情況下能對(duì)工件上的斜面進(jìn)行加工，這個(gè)問(wèn)題的解決是要對(duì)傳統(tǒng)的銑床的銑頭進(jìn)行改造，使得它在一15定的范圍之內(nèi)能進(jìn)行加工零件，從而達(dá)到工件加工范圍的要求。使得工業(yè)生產(chǎn)效率的大幅度提高。解決了國(guó)內(nèi)機(jī)床界的一些問(wèn)題。圖 1.1圖 1 所示為立式升降臺(tái)銑床。立式升降臺(tái)銑床，它是銑床中應(yīng)用最多的一種。這類銑床與臥式升降臺(tái)銑床的主要區(qū)別，在于他的主軸是垂直安置的，可用各種端銑刀或立銑刀加工平面、斜面、溝槽、臺(tái)階、齒輪、凸輪以及封閉輪廓表面等。圖 1 為立式升降臺(tái)銑床中常見(jiàn)的一種。其工作臺(tái) 3、床鞍 4、及升降臺(tái) 5 的結(jié)構(gòu)與臥式升降臺(tái)銑床相同。立銑頭 1 可以根據(jù)加工要求在垂直平面內(nèi)調(diào)整角度，主軸 2 并可沿軸線方向進(jìn)行調(diào)整或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。綜上所述，升降臺(tái)式銑床的優(yōu)點(diǎn)是工藝范圍較廣泛，工作時(shí)切削加工的高低位置不變，有利于操作者的觀察加工情況，且機(jī)床的操縱手柄較集中，便于調(diào)整及操縱。其缺點(diǎn)是工作臺(tái)支承在成懸臂狀態(tài)的升降臺(tái)上，且層次多，因而剛性較差，不適合進(jìn)行重型切削及加工大型工件。1.5 立式升降臺(tái)銑床其主要組成部分1.5.1 銑頭立銑頭安裝于臥式銑床主軸端，由銑床主軸以傳動(dòng)比 i=1 驅(qū)動(dòng)立銑頭主軸回轉(zhuǎn)，使臥式銑床起立式銑床的功用，從而擴(kuò)大了臥式銑床的工藝范圍。立銑頭主軸在垂直平面內(nèi)最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±45°，其轉(zhuǎn)速與銑床主軸轉(zhuǎn)速相同。1.5.2 主軸它是一根空心的階梯軸，前端內(nèi)部有錐度為 7：24 的錐孔，用來(lái)安裝銑刀刀桿。161.5.3 工作臺(tái)它可沿轉(zhuǎn)臺(tái)上面的燕尾導(dǎo)軌移動(dòng)，帶動(dòng)安裝在工作臺(tái)上的工件縱向進(jìn)給運(yùn)