加工中心工作臺設(shè)計0目錄摘要 .5Abstract .61 緒論 11.1 課題研究背景及意義 11.2 加工中心的基本組成、分類及結(jié)構(gòu)特點 22 設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)特點 53 加工中心工作臺的基本參數(shù) 73.1 進行工作臺條件選定 73.2 銑削分析 .73.2.1 銑削抗力分析 .83.2.2 坐標軸導(dǎo)軌摩擦力計算 .93.2.3 滾珠絲杠螺母副軸向負載力的計算 .104 橫向進給系統(tǒng) 134.1 橫向進給系統(tǒng)工作原理 .134.2 導(dǎo)軌設(shè)計與選型 134.2.1 導(dǎo)軌概述 .134.2.2 對導(dǎo)軌要求 .144.2.3 對導(dǎo)軌的技術(shù)要求 .144.2.4 滾動直線導(dǎo)軌的選型與計算 .154.3 軸承的選擇與計算 174.3.1 滾珠絲杠螺母副支承方式選擇 .174.3.2 軸承所受的最大軸向載荷 .184.3.3 根據(jù)滾珠絲杠副支承要求選擇軸承型號 .184.4 聯(lián)軸器及傳感器的選擇 204.5 滾珠絲杠螺母副的選型與計算 204.5.1 滾珠絲杠螺母副循環(huán)方式選擇 .204.5.2 滾珠絲杠螺母副的計算 .214.5.3 滾珠絲杠螺母副預(yù)緊方式的選擇以及預(yù)緊力的確定 .2414.6 滾珠絲杠的確定 .265 縱向進給系統(tǒng)設(shè)計 285.1 縱向進給系統(tǒng)工作原理 285.2 導(dǎo)軌設(shè)計與選型 285.3 軸承的選擇與計算 295.3.1 滾珠絲杠螺母副支承方式選擇 .295.3.2 軸承所受的最大軸向載荷 .295.3.3 根據(jù)滾珠絲杠副支承要求選擇軸承型號 .305.4 滾珠絲杠螺母副的選型與計算 315.4.1 滾珠絲杠螺母副循環(huán)方式選擇 .315.4.2 滾珠絲杠螺母副的計算 .325.4.3 滾珠絲杠螺母副預(yù)緊方式的選擇以及預(yù)緊力的確定 .355.5 滾珠絲杠的確定 365.5.1 確定滾珠絲杠螺母副的螺紋長度 Ls365.5.2 滾珠絲杠參數(shù)確定 .376 回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計 386.1 回轉(zhuǎn)工作臺工作原理及蝸桿材料選擇 386.2 對蝸輪蝸桿力學(xué)分析及電機選擇 386.2.1 對蝸輪蝸桿力學(xué)分析 .386.2.2 電機選擇 .396.3 蝸輪的計算與校核。 406.3.1 按齒面接觸強度確定主要參數(shù) .406.3.2 驗算蝸輪圓周速度 ν2 和相對滑動速度 νs 及總效率 η 416.3.3 驗算蝸輪齒根彎曲強度 .426.3.4 確定蝸輪的主要幾何參數(shù) .436.4 蝸桿的計算與校核 446.4.1 蝸干的基本參數(shù)確定 .446.4.2 驗算蝸干的剛度計算 .446.5 蝸輪蝸桿的參數(shù)確定 46加工中心工作臺設(shè)計26.6 圓周運動導(dǎo)軌的選擇 476.7 回轉(zhuǎn)工作臺傳感器的選擇 47結(jié)論 .49參考文獻： .50致謝 .51外文文獻及譯稿 .52英文文獻 .52中文翻譯 .593立式加工中心工作臺設(shè)計摘 要本文設(shè)計的主要內(nèi)容為立式加工中心直線、回轉(zhuǎn)工作臺，該工作臺承擔運 動 功能 為 縱 向 （ X） 軸 和 橫 向 （ Y） 兩 個 方 向 的 直 線 移 動 及 一 個 繞 （ Z） 軸 的 轉(zhuǎn) 動 。主要設(shè)計內(nèi)容包括：本設(shè)計首先做總體結(jié)構(gòu)方案的擬定。確定工作臺組成結(jié)構(gòu)，方案擬定為縱向、橫向兩個方向移動的直線工作臺，在縱向直線移動工作臺的導(dǎo)軌上安裝一個繞（Z）軸轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)工作臺。其次主要部件概述。這一部分主要描述在工作臺設(shè)計過程中主要設(shè)計的幾個典型部件，如伺服進給系統(tǒng)、工作臺、導(dǎo)軌，陳述選用這幾個部件的原因和對它們的基本要求。第三部分是結(jié)構(gòu)力學(xué)的設(shè)計計算也是本設(shè)計的主要部分。 結(jié)合給定的主要參數(shù)對伺服進給系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)工作臺進行選擇計算并校核，得到必需的幾何參數(shù)，基本確定工作臺的結(jié)構(gòu)尺寸。第四部分為工作臺裝配圖與零件圖的繪制。圖紙可以清楚地表示工作臺及其組成部分的連接、裝配關(guān)系和主要零件結(jié)構(gòu)、大小及技術(shù)要求。 關(guān) 鍵 詞 ：加工中心；工作臺；回轉(zhuǎn)工作臺；滾珠絲杠加工中心工作臺設(shè)計4AbstractIn this paper, mainly is the design of linear moving working table, vertical machining center CNC rotary worktable.CNC machine main motor function is the two longitudinal（ X） and transverse （Y） directions of the linear movement and rotation of a circling.The main design content includes:The first ,the formulation of the overall structure scheme.Determine the structure of machining center,scheme for linear table two longitudinal, transverse direction.,guide in the longitudinal linear moving working table is provided with a rotation of the rotary table.Secondly,descripe the typical components of vertical machining center.In this part, the components used in the design, such as servo feed system tables and guide rails,are descriped respectively why choose them,and the require-ments for them. Third,design and calculation of structural mechanics.The main parameters in combination with the given were selected to calculate and check on the servo feed system and the rotary table, geometric parameters required, determine the basic structure size table.Fourth,working table assembly and parts drawing.Drawings can clearly express the platform and its component connection, assembly relations and major parts of the structure, size and technical requirements. Key words：Machining Center;Working Table;Rotary Working Table ;Ball Screw加工中心工作臺設(shè)計第 0 頁 共 61 頁1 緒 論 1.1 課題研究背景及意義加工中心,簡稱 cnc，是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，是對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。加工中心是高度機電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸，攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時間、測量和機床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟效果，目前加工中心正在向著高速高效、高精度、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和復(fù)合化方向發(fā)展。由于加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，其生產(chǎn)效率高、柔性好、一機多用和易于加工復(fù)雜的曲線、曲面零件等特點，早已成為工業(yè)發(fā)達國家軍民機械工業(yè)的主力加工設(shè)備。 一個國家的加工中心擁有量、消費量及總體技術(shù)水平與這個國家機械工業(yè)的加工制造技術(shù)水平息息相關(guān)。我國的加工中心從二十世紀 70 年代開始，加工中心得到迅速的發(fā)展并逐漸出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠遠不能適應(yīng)我國的經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展的需要。進入 21 世紀以后，中國加工中心的消費量隨著軍民機械工業(yè)的大規(guī)模技術(shù)改造而迅速增長，如 2001 年中國加工中心的消費量僅為 2662 臺（其中進口 2290 臺），而同年美國、日本和德國的加工中心消費量分別為 11505 臺、6090 臺和 5291 臺。到了 2005 年，中國加工中心的消費量猛增至約 13200 臺（估計值，加工中心的產(chǎn)量數(shù)據(jù)未公布） ，其中進口 10343 臺。2005 年加工中心的消費量是 2001 年的 4.96 倍，年均增幅達 49.2%，一舉超過美、日、德諸國，成為世界上消費加工中心最多的國家。 根據(jù)《機械工人》雜志社等單位的調(diào)查，從近 600 份重點用戶的有效問卷中得出的結(jié)果是，加工中心機床的應(yīng)用已遍及全國 26 個行業(yè)，其中汽車、摩托車及其零部件制造業(yè)占 24%，航空航天和軍工行業(yè)占 18%，機床工具業(yè)占 11%，模具行業(yè)占 8%，輕工機械行業(yè)占 4%。在這些企業(yè)擁有的加工中心中，雖然普及型的立式和臥式加工中心仍占多數(shù)，但多軸聯(lián)動、高速、大型精密等高檔加工中心也占有一定比重，如在所調(diào)查的近 600 戶用戶中，擁有 5 軸聯(lián)動加工中心的占 24%。說明中國市場消費的加工第 1 頁 共 61 頁中心雖然以普及型的中檔機為主，但高檔機在消費量中所占比重估計已達 15%至20%。 中國消費的加工中心大部分依靠進口（2005 年進口量占消費量的七成多） ，進口金額 12.97 億美元，居各類機床進口額之首，主要從日本、中國臺灣、德國和韓國等地進口。2006 年上半年，中國進口加工中心 5511 臺，金額 6.88 億美元，同比分別增長 20%和 11%，仍保持兩位數(shù)增長，說明中國加工中心市場的規(guī)模還有增長空間。1.2 加工中心的基本組成、分類及結(jié)構(gòu)特點 加工中心是一種功能較全的自動化加工機床。它把切削、銑削、鏜削和鉆削等功能集中在一臺設(shè)備上，使其具有多種工藝功能。加工中心自 1958 年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功問世至今世界各國出現(xiàn)了各種類型的加工中心，雖然外形各異，但從總體結(jié)構(gòu)來看主要由以下幾大部分組成。 基礎(chǔ)部件 由床身、立柱、工作臺等組成。它們是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它們不僅要承受加工中心的靜載荷，還要承受切削加工時產(chǎn)生的切削負載，所以要求加工中心的基礎(chǔ)部件必須有足夠的剛度。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接而成的鋼結(jié)構(gòu)件，它們是加工中心中體積和重量最大，同時也是主要的減震部件。 （2）主軸部件 由主軸伺服電源、主軸電動機、主軸箱、主軸、主軸軸承和傳動軸等零件組成。主軸的啟動、停止、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動，是進行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、動態(tài)剛度、加工精度等。 數(shù)控系統(tǒng) 單臺加工中心的數(shù)控部分由 CNC 裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電動機等部分組成。CNC 裝置是一種位置控制系統(tǒng)，其控制過程根據(jù)輸入的信息進行數(shù)據(jù)處理、差補運算，獲得理想的運動軌跡信息，然后輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的工件?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）替代一般機床中機床電器柜，執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)指令，控制機床執(zhí)行動作。數(shù)控系統(tǒng)主要功能有：控制功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能和第二輔助功能、補償功能、字符圖形顯示功能、自動診斷功能、通信功能、人機對話程序編制功能等。數(shù)控系統(tǒng)是加工中心執(zhí)行順序控制功能和完成加工過程的控制中心。 （4）自動換刀系統(tǒng) 該系統(tǒng)是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機床的典型裝置，它解決加工中心工作臺設(shè)計第 2 頁 共 61 頁工件一次裝夾后多工序連續(xù)加工中，工序與工序間的刀具具有自動儲存、選擇、搬運和交換任務(wù)。它由刀庫、機械手、驅(qū)動機構(gòu)等部件組成。 （5）自動托盤交換系統(tǒng) 如今有的加工中心為了實現(xiàn)進一步的無人化運行或進一步縮短非切削時間，采用多個自動交換工作臺方式儲備工件。一個工件安裝在工作臺上加工的同時，另外一個或幾個可交換的工作臺面上裝夾上一些等待加工的工件。當完成一個托盤上工件的加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可以減少裝夾的等待時間，提高加工效率。 （6）輔助裝置 包括潤滑、冷卻、排泄、防護、液壓、氣動檢測系統(tǒng)等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。第 3 頁 共 61 頁加工中心工作臺設(shè)計第 4 頁 共 61 頁2 設(shè) 計 方 案 及 結(jié) 構(gòu) 特 點（1）設(shè)計方案的預(yù)期目標 設(shè)計任務(wù)定為立式加工中心工作臺，工作臺承擔運動功能為縱向（X ）軸和橫向（Y）軸兩個直線方向的移動及一個繞（Z）軸的轉(zhuǎn)動。 （2）設(shè)計方案的可行性及結(jié)構(gòu)特點 立式加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的，它綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品，將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能并聚集在一臺加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動換刀裝置和刀庫，可在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床 3~4 倍，達 80%以上。所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是目前數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。本設(shè)計中，主要設(shè)計立式加工中心的工作臺，工作臺作為加工中心的重要部分，其設(shè)計的優(yōu)劣性對于加工中心的加工性能有很大的影響。加工中心工作臺實現(xiàn)的目標是縱向（X）軸和橫向（Y）軸兩個直線方向的移動及一個繞（Z）軸的轉(zhuǎn)動，所以在設(shè)計過程中，必須要把該功能實現(xiàn)。直線進給系統(tǒng)如圖 2-1，橫向進給系統(tǒng)的工作原理和縱向進給系統(tǒng)的工作原理一樣，其中橫向與縱向進給系統(tǒng)只是在工作臺行程和導(dǎo)軌承擔的額總重不一樣之外，其他的都相同，所以在滾珠絲杠副、軸承、聯(lián)軸器、電機等選擇都以導(dǎo)軌承載最重的方案來選擇。通過計算其中一組，另外一組則可以采用相同的零件，但由于行程不一樣，所以絲杠的長度不一樣。本設(shè)計為了實現(xiàn)一個繞（Z）軸的轉(zhuǎn)動，在直線進給系統(tǒng)中增加一個回轉(zhuǎn)工作臺，該工作臺主要通過電機、聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)工作臺的轉(zhuǎn)動，其工作原理如圖 2-2 所示。該系統(tǒng)主要確定蝸輪蝸桿的幾何尺寸以及電機的選擇，該內(nèi)容都在第六章進行計算確定。因此就可以實現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計目標。第 5 頁 共 61 頁圖 2-1 橫向及縱向進給系統(tǒng)工作簡圖圖 2-2 回轉(zhuǎn)工作臺工作簡圖加工中心工作臺設(shè)計第 6 頁 共 61 頁3 加 工 中 心 工 作 臺 的 基 本 參 數(shù)3.1 進行工作臺條件選定工作臺重量計算：材料：HT200 密度：ρ=7200KG/m3X,Y 直線工作臺： kg1607205.9. ??回轉(zhuǎn)工作臺： 3230???????總質(zhì)量預(yù)算：總重=工作臺+ 工件+滾珠絲杠螺母副 +夾具+導(dǎo)軌=1000kg重量=10000N縱向（X）工作臺行程=750mm 橫向（Y）工作臺行程=500mm工作進給速度為 1~1500mm/min 快速進給速度為 15m/min工作臺導(dǎo)軌選擇滾動導(dǎo)軌，動摩擦因數(shù)取 μ=0.01，靜摩擦因數(shù) μ0=0.01，工作快速進給νmax=15m/min,壽命設(shè)定為 20000h（約工作十年） ，主軸伺服電機暫取 7.5KW，強力切削時銑刀選擇直徑為 Φ125mm，主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為 300r/min表 3-1 數(shù)控機床進給速度與時間比例經(jīng)驗值切削方式 進給速度 m/min 時間比例% 備注強力切削 0.6 10 主電動機滿功率工作一般切削 0.8 30 粗加工精加工切削 1 50 精加工快速進給 15 10 空載3.2 銑削分析采用端銑刀在主軸上進行強力切削下計算，主軸此時具有最大的扭矩，并能傳遞主電機的全部功率，此時銑刀的切削速度為：第 7 頁 共 61 頁m/s （3-96.106325106?????Dn1）式中：ν—銑刀切削速度，單位為 m/min；n—強力切削下主軸轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；D—刀具直徑，單位為 mm；3.2.1 銑削抗力分析機床主傳動機械效率 η 一般取 η=0.8，在傳動軸系工作轉(zhuǎn)速的各階段臨界轉(zhuǎn)速范圍之外，當取 n≤（0.75~0.8 ）n c1。 銑削運動運動特征：主運動為銑刀繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，進給運動為工作臺帶動工件在垂直銑刀軸線方向緩慢進給（銑鍵槽時，可使鍵槽銑刀沿軸線進給） 。銑刀的類型很多，多以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。在本設(shè)計中主要以端銑刀銑削方式來進行計算。切向銑削力可按照主電動機功率 Pe（KW）計算，主切削力為N （3-2）2.306196.157803??????EmZPF式中：F Z——切向切削力，單位為 N；η m ——機床主傳動系統(tǒng)的傳動效率，一般取 η m =0.8；ν——機床主軸的計算轉(zhuǎn)速（主軸傳遞全部功率時的最低切削速度） ，單位為 m/s；PE——主電動機滿載功率，單位為 KW。各切削分力的計算：縱向切削分力 F1，橫向切削分力 Fc，垂向切削分力 Fv，單位皆為 N表 3—2 工作臺工作載荷與切削力的經(jīng)驗比值 銑削條件 比值 對稱端銑Fl/FZ 0.3~0.4Fc/FZ 0.85~0.95端銑（a e=(0.4~0.8)d0,af=0.1~0.2) Fv/FZ 0.5~0.55加工中心工作臺設(shè)計第 8 頁 共 61 頁式中：d 0——端銑刀直徑，單位為 mm；ae——每齒進給量，單位為 mm/齒；af——銑削寬度，單位為 mm。則：Fl=（0.3~0.4）F ZFc=（0.85~0.95 ）F ZFv=（0.50~0.55）F Z所以Fl=0.4×3061.22N=1224.49 NFc=0.95×3061.22N=2908.16 NFv=0.55×3061.22N=1683.67 N3.2.2 坐標軸導(dǎo)軌摩擦力計算（1）在切削狀態(tài)下坐標軸導(dǎo)軌摩擦力 Fμ的計算? 坐標軸導(dǎo)軌水平時，有（3-3））（ cvgfWF???1式中：F v,Fc——主切削力的垂向切力分力和橫向切削分力，單位為 N；W——坐標軸上移動部件的全部重量（包括機床夾具和工件的重量） ，單位為 N；μ——摩擦因數(shù)，對于滾動直線導(dǎo)軌， μ=0.01；fg——鑲條緊固力，單位為 N，查表 3—2；表 3—3 鑲條緊固力推薦值主電動機功率/KW導(dǎo)軌形式 2.2 3.7 5.5 7.5 11 15 18滾動直線導(dǎo)軌25 40 75 100 125 150 175由公式（3-3 ）得第 9 頁 共 61 頁Fμ1=0.01×（10000+100+1683.67+2908.16）=146.9 N? 坐標軸導(dǎo)軌垂直時，有（3-）（ cvgFfW??21?4）式中：W—— 坐標上移動部件和平衡重量的總重量，單位為 N。則由公式（3-4）得 Fμ2 =0.01×（0.5×10000+100+1683.67+2908.16 ）=96.9 N（2）在不切削狀態(tài)下坐標軸導(dǎo)軌摩擦力 Fμ0 的計算?坐標軸導(dǎo)軌水平時，有（3-）（ gfW???015）則由公式（3-5）得Fμ01 =0.01×（10000+100）N=101 N?坐標軸導(dǎo)軌垂直時，有（3-）（ gfW??210?6）則由公式（3-6）得Fμ02 =0.01×（0.5×10000+100）N=51 N3.2.3 滾珠絲杠螺母副軸向負載力的計算滾珠絲杠螺母副軸向負載力是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所受的軸向力，也稱進給牽引力。（1）最大軸向負載力 Famax的計算滾珠絲杠螺母副的最大軸向負載力 Famax發(fā)生在機床主電機滿功率運行的切削狀態(tài)時。此時，最大的軸向負載力 Famax為? 坐標軸導(dǎo)軌水平時（3-1max1???加工中心工作臺設(shè)計第 10 頁 共 61 頁7）則由公式（3-7）得Famax=1224.49+146.9=1371.39 N? 坐標軸導(dǎo)軌水平時（3-21max2?F??8）則由公式（3-8）得Famax=1224.49+96.9=1321.39 N（2）最小軸向負載力 Famin的計算滾珠絲杠螺母副的最小軸向負載力 Famin發(fā)生在機床空載運行時，此時，最小的軸向負載力 Famin為? 坐標軸導(dǎo)軌水平時（3-9）)f(F01amingW???則由公式（3-9）得Famin1=101 N? 坐標軸導(dǎo)軌水平時（3-10）)f21(0amin2g???則由公式（3-10）得Famin2=51 N第 11 頁 共 61 頁加工中心工作臺設(shè)計第 12 頁 共 61 頁4 橫 向 進 給 系 統(tǒng)4.1 橫向進給系統(tǒng)工作原理橫向進給系統(tǒng)主要由電動機，聯(lián)軸器，軸承，滾珠絲杠螺母副，導(dǎo)軌組成。運動順序為，電動機帶動聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，聯(lián)軸器與滾珠絲杠剛性連接，滾珠絲杠隨聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠螺母隨著滾珠的運動帶動工作臺移動，實現(xiàn)工作臺的進給運動。該進給系統(tǒng)推動橫向?qū)к壱陨系目v向工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺在 Y 軸方向進行移動，為工件在 Y軸方向加工進行位置移動。進給系統(tǒng)的進給精度對于工件 Y 軸方向的加工精度有很重要的影響。其中滾珠絲杠在精度控制上影響最大，所以在設(shè)計中應(yīng)注意滾珠絲杠螺母副的移動精度以及剛度等要求。圖4-1 橫向進給系統(tǒng)圖4.2 導(dǎo)軌設(shè)計與選型4.2.1 導(dǎo)軌概述導(dǎo)軌主要用來支撐和引導(dǎo)運動部件沿一定的軌道運動。在導(dǎo)軌副中，運動的一方稱為動導(dǎo)軌，不動的一方稱為支撐導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌運動，通常作直線運動和回轉(zhuǎn)運動。第 13 頁 共 61 頁4.2.2 對導(dǎo)軌要求（1） 導(dǎo)向精度:導(dǎo)向精度主要指導(dǎo)軌沿支撐導(dǎo)軌運動的直線度和圓度。（2） 耐磨性好及壽命長（3） 足夠剛度（4） 低速運動的平穩(wěn)性（5） 工藝性好4.2.3 對導(dǎo)軌的技術(shù)要求（1）導(dǎo)軌的精度要求滑動導(dǎo)軌，不管是 V-平型還是平-平型，導(dǎo)軌面的平面度通常取 0.01~0.015mm，長度方向的直線度通常取 0.005~0.01mm；側(cè)導(dǎo)向面的直線度取 0.01~0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度去 0.01~0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面對導(dǎo)軌地面的垂直度去0.005~0.01mm。鑲剛導(dǎo)軌的平面度必須控制在 0.005~0.01mm 以下，其平行度和垂直度控制在 0.01mm 以下。（2）導(dǎo)軌的熱處理由于數(shù)控機床開動率普遍很高，所以要求導(dǎo)軌具有較高的耐磨性，以提高其精度保持性。為此，導(dǎo)軌大多需要淬火處理。（3）導(dǎo)軌的類型選擇及其特點導(dǎo)軌的分類方法很多，在本次設(shè)計中用到的導(dǎo)軌有直線導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌。直線到導(dǎo)軌的截面形狀選取為三角形，且采用小于 900的夾角，以此提高導(dǎo)向精度。直線滑動導(dǎo)軌的組合形式，也稱雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)軌面同時起支承和導(dǎo)向作用。磨損后可以自動補償，導(dǎo)向精度高。但裝配時要對四個導(dǎo)軌面進行刮研，難度很大。由于過定位，所以制造、檢驗和維修都困難，它適用于精度要求高的機床，所以該導(dǎo)軌適合絲杠車床。（4）直線滑動導(dǎo)軌的選擇原則① 當要求導(dǎo)軌具有較大的剛度和承載能力時，用矩形導(dǎo)軌。一般中小型機床導(dǎo)軌常采用三角形-矩形導(dǎo)軌組合。②當要求導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高時，機床常采用三角形導(dǎo)軌。③矩形導(dǎo)軌、圓形導(dǎo)軌工藝性好，制造、檢驗都方便；三角形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌工藝性差。加工中心工作臺設(shè)計第 14 頁 共 61 頁④ 當用要求結(jié)構(gòu)緊湊、高度小及調(diào)整方便的機床時，用燕尾形導(dǎo)軌。4.2.4 滾動直線導(dǎo)軌的選型與計算在本設(shè)計中，機床的精度等級選擇可根據(jù)表 4-1 取表 4-1 各類機床和通用機械推薦的精度等級數(shù)控機床精度等級 車床 銑床 鏜床 磨床 電加工機床 精密充剪機 繪圖機普通機床通用機床2 √ √ √ √ — — — — —3 √ √ √ √ — — √ √ —4 √ √ — — √ √ √ √ √5 — — — — √ √ - — √從表 4-1 的中可以得到，在本設(shè)計中，滾動直線導(dǎo)軌的精度等級選擇為 2 等精度。（1） 結(jié)構(gòu)與優(yōu)點結(jié)構(gòu)：滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、反相器、保持架、密封端蓋及擋板組成。優(yōu)點：① 導(dǎo)軌的動、靜摩擦系數(shù)差別小，隨動性極好；② 驅(qū)動功率大大降低，只相當于普通機械的 1/10；③ 與滑動導(dǎo)軌和滾子導(dǎo)軌相比，摩擦力可下降約 40 倍；④ 適用于高速直線運動運動速度比滑動速度提高約 10 倍；⑤ 可以實現(xiàn)較高的定位精度和重復(fù)定位精度。（2） 選型與計算① 滾動直線導(dǎo)軌選型一般依照導(dǎo)軌的承載量，根據(jù)經(jīng)驗確定導(dǎo)軌規(guī)格，然后計算壽命表 4-2 導(dǎo)軌承載量與導(dǎo)軌規(guī)格對應(yīng)的經(jīng)驗關(guān)系承載量/N 3000 以下 3000~5000 5000~1000010000~2500025000~50000導(dǎo)軌規(guī)格 30 35 45 55 65第 15 頁 共 61 頁（2） 滾動直線導(dǎo)軌計算滾動直線導(dǎo)軌的計算就是計算其距離額定壽命或時間額定壽命。① 距離額定壽命 L 和時間額定壽命 Lhkm6.38267.183.40205503 ????????????????kmFfcwath（4-1）式中：f h——硬度系數(shù)，一般要求滾道的硬度不得低于 58HRC，常取 fh=1；ft——溫度系數(shù)，取表 4-3 得 ft=1.00；fc——接觸系數(shù)，取表 4-4 得 fc=0.81；fa——精度系數(shù)，取表 4-5 得 fa=1.0；fw——載荷系數(shù)，取表 4-6 得 fw=1.3；Ca——額定動載荷，單位為 N；F—— 計算載荷，單位為 N。表 4-3 溫度系數(shù)表 4-4 接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)1 2 3 4 5fc 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61表 4-5 精度系數(shù)精度等級 2 3 4 5fa 1.0 1.0 0.9 0.9工作溫度/℃9055.9N，故滿足要求，則軸承為：7204C/BD。4.4 聯(lián)軸器及傳感器的選擇（1） 聯(lián)軸器的選擇 m1.9503n9ed????NPT剛性聯(lián)軸器，查《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 13.4 取聯(lián)軸器為 GY1，公稱轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速 ，符合設(shè)計要求，m19.25n????NT??in/50in/12rr?該選擇符合橫向進給系統(tǒng)，縱向進給系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)工作臺的選擇要求。（2）傳感器選擇現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán) 境 合 理 地 選 用 傳 感 器 ， 是 在 進 行 某 個 量 的 測 量 時 首 先 要 解 決 的 問 題 。 當 傳 感 器 確 定之 后 ， 與 之 相 配 套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。在本設(shè)計中選用的是機械式傳感器，該傳感器的輸入量可以是力﹑壓力﹑溫度等物理量，而輸出則為彈性元件本身的彈性形變（或應(yīng)變） 。在自動檢測﹑自動控制技術(shù)中廣泛應(yīng)用的微型探測開關(guān)也被看做是機械式傳感器。這種開關(guān)能把物體的運動﹑位置或尺寸變化，轉(zhuǎn)換為接通﹑斷開信號。在該 Y 進給系統(tǒng)和 X 進給系統(tǒng)中選用這類的微型開關(guān)正合適選擇要求。4.5 滾珠絲杠螺母副的選型與計算4.5.1 滾珠絲杠螺母副循環(huán)方式選擇滾珠絲杠螺母副常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造簡單，使用較廣泛。其缺點是滾到接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動的平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪音也較大。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器分為兩種形式：加工中心工作臺設(shè)計第 20 頁 共 61 頁圓柱凸鍵反向器和扁圓鑲塊反向器。后一種尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸并縮短了軸向尺寸，兩種反向器的外廓和螺母的切槽尺寸精度要求高。在本次設(shè)計中采用的是內(nèi)循環(huán)方式。4.5.2 滾珠絲杠螺母副的計算（1）滾珠絲杠精度選擇國家標準 GB/T 17587.3-1998 將滾珠絲杠分為定位滾珠絲杠副（P 型）和轉(zhuǎn)動滾珠絲杠螺母副（T 型）兩大類。滾珠絲杠的精度等級為 7 級，即 1、2、3、4、5、7、10級，在本次設(shè)計中，選用的精度為 2 級精度。由于選用半閉環(huán)系統(tǒng)使用的滾珠絲杠則（定位精度-δ k）8.03?PV（定位精度-δ k）ep（2）滾珠絲杠的動載荷計算與直線估計① 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程（4-10）m105max0???inVL式中：V max——移動部件的最高移動速度，單位為 mm/min；i——傳動比，當滾珠絲杠與電動機直接連接時，i=1；nmax——電動機的最高轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。② 滾珠絲杠的當量載荷 Fm與當量轉(zhuǎn)速 nm計算r/min （4-11）mqnq10.102??N （4-12）3331.mnmF當載荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化，各種轉(zhuǎn)速使用機會均等時，可采用下列公式計算：r/min （4-13）2inaxnm??N （4-14）3miF式中：F amin——機床空載時滾珠絲杠所受的軸向力，單位為 N；Famax——機床切削時滾珠絲杠所受的切向力，單位為 N；第 21 頁 共 61 頁nmax——滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速；nmin——滾珠絲杠的最低轉(zhuǎn)速。則由公式（4-11） ， （4-12）可得? ??? ??????k1 min/230150150%8360iim rqNF42215.699.739.7 3 ???當切削力的軸向載荷定為力最大軸向載荷 Fmax，快速移動和鉆鏜定位時的軸向載荷定為最小軸向載荷 Fmin。一般切削和精加工切削時，滾珠絲杠螺母副的軸向載荷分為F2=Famin+20%Famax=101+1371.39×0.2=375.29 NF3=Famin+5%Famax=101+1371.39×0.05=169.57 N各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速（4-0nLvii?15）當 ν1=0.6m/min,ν2=0.8m/min,ν3=1m/min,ν4=15m/min 時n1=60r/min,n2=80r/min,n3=100r/min,n4=1500r/min。表 4-7 滾珠絲杠在各種切削方式下軸向載荷，進給速度，及時間比例的數(shù)值切削方式 軸向載荷/N 進給速度/（m/min）時間比例（%）備注強力切削 F1=Famax=1371.39 0.6 10 主電機滿功率一般切削 F2=375.29 0.8 30 粗加工精細切削 F3=169.57 1 50 精加工快速移動 F4=Fmin=101 15 10 快速移動加工中心工作臺設(shè)計第 22 頁 共 61 頁③ 確定預(yù)期額定動載荷 Cam根據(jù)滾動絲杠螺母副的預(yù)期工作時間 Lh（h）計算（4-16）caw3amf10n6mhF?式中：n m——滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；Lh——數(shù)控機床預(yù)期工作時間 h,Lh=20000h；Fm——滾珠絲杠的當量載荷，單位為 N；fw——載荷性質(zhì)系數(shù)， fw=1.3；fa——精度系數(shù)，f a=1；f——可靠性系數(shù)，f c=1。則由公式（4-16）可得 NC2.348710.22360am????根據(jù)滾珠絲杠螺母副預(yù)期運行距離 Ls（KM）計算（4-17）30cawmfF式中：L s——數(shù)控機床的預(yù)期運行距離（KM 計算）則由公式（4-17）可得NC1560213.4am???對于有預(yù)加載荷的滾珠絲杠螺母副，需要根據(jù)最大軸向載荷 Fmax（4-18）maxafFe式中：f e——預(yù)加載荷系數(shù)，f e=4.5；則由公式（4-18）可得Cam=4.5×1371.39=6171.26N根據(jù)以上三種預(yù)算中最大值，則 Cam=6171.26N④ 根據(jù)位置精度要求確定滾珠絲杠螺母副允許的最小螺紋底經(jīng) d2m第 23 頁 共 61 頁估算滾珠絲杠螺母副允許的最大軸向變形量 δ max，暫定工作時的定位精度為30μm，重復(fù)定位精度 10μmδmax=（1/3~1/2）重復(fù)定位精度 μmδmax=（1/5~1/4 ）定位精度 μ m則 δmax=（1/3~1/2 ）×10=（3.33~5）μmδmax=（1/3~1/2 ）×30=（6~7.5）μm在計算結(jié)果取最小值3.3μm，最大軸向變形量 δ max（μm ）⑤估算滾珠絲杠螺母副螺紋的底經(jīng) d2mL=行程 +安全行程+余程+螺母長度+支撐長度≈（1.2~1.4）行程+（20~30 ）L 0=1.3×500+30×10=950mm當滾珠絲杠螺母副的安裝方式為兩端固定時（4-19）m39.ax02?Fdm?式中：E——彈性模量，單位 MPa,一般取2.1×10 5MPa；δmax——最大軸向變形量，單位為 μm；L——滾珠絲杠螺母副兩個固定支承之間的距離，單位為 mm；F0——導(dǎo)軌靜摩擦力，單位為 N。則由公式（4-19）可得 mdm6.3.95010.2 ???據(jù)基本導(dǎo)程 L0，預(yù)期額定動載荷和滾珠絲杠的螺紋底徑 d2m,d2≥d2m,Ca≥Cam,且 d2適當大。得，d 2=27.3mm,Ca=40kN,型號 FF3210-5，符合要求。4.5.3 滾珠絲杠螺母副預(yù)緊方式的選擇以及預(yù)緊力的確定（1） 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方式選擇加工中心工作臺設(shè)計第 0 頁 共 61 頁外 文 文 獻 及 譯 稿英文文獻NC Technology1.1 Research current situation of NC lathe in our timesResearch and development process to such various kinds of new technologies as numerical control lathe , machining center , FMS , CIMS ,etc. of countries all over the world, linked to with the international economic situation closely. The machine tool industry has international economy to mutually promote and develop, enter 21 alert eras of World Affairs, the function that people's knowledge plays is more outstanding , and the machine tool industry is regarded as the foundation of the manufacturing industry of the machine, its key position and strategic meaning are more obvious. Within 1991-1994 years, the economic recession of the world, expensive FMS, CIMS lowers the temperature, among 1995-2000 years, the international economy increases at a low speed, according to requisition for NC lathe and the world four major international lathes exhibition in order to boost productivity of users of various fields of present world market (EMO , IMTS , JIMTOF , China CIMT of Japan of U.S.A. of Europe), have the analysis of the exhibit, there are the following several points mainly in the technical research of NC lathe in our times:（1） 、Pay more attention to new technology and innovationWorldwide , are launching the new craft , new material , new structure , new unit , research and development of the new component in a more cost-effective manner, developmental research of for instance new cutter material , the new electric main shaft of main shaft structure , high speed , high-speed straight line electrical machinery ,etc Regard innovating in improvement of the processing technology as the foundation, for process ultra and hard difficult to cut material and special composite and complicated part , irregular curved surface ,etc. research and develop new lathe variety constantly.（2） 、Improve the precision and research of machine toolingIn order to improve the machining accuracy of the machining center , are improving 第 1 頁 共 61 頁rigidity of the lathe , reduction vibration constantly, dispel hotly and out of shape, reduce the noise , improve the precision of localization of NC lathe , repeat precision , working dependability , stability , precision keeping, world a lot of country carry on lathe hot error , lathe sport and load out of shape software of error compensate technical research, take precision compensate , software compensate measure improve , some may make this kind of error dispel 60% already. And is developing retrofit constantly, nanometer is being processed.（3） 、Improve the research of the machine tooling productivityWorld NC lathe, machining center and corresponding some development of main shaft , electrical machinery of straight line , measuring system , NC system of high speed, under the prerequisite of boosting productivity.（4） 、What a lot of countries have already begun to the numerical control system melt intelligently, openly, study networkedlyA、elligent research of the numerical control systemMainly showing in the following aspects: It is intelligent in order to pursue the efficiency of processing and process quality, the self-adaptation to the processing course is controlled, the craft parameter produces research automatically; Join the convenient one in order to improve the performance of urging and use intelligently, to the feedback control , adaptive operation , discerning automatically load selects models automatically , since carries on research whole definitely ,etc. of the electrical machinery parameter; There are such research of the respect as intelligent automatic programming , intelligent man-machine interface , intelligence diagnosing , intelligent monitoring ,etcB、The numerical control system melts and studies openMainly showing in the following aspects: The development of the numerical control system is on unified operation platform, face the lathe producer and support finally, through changing, increasing or cutting out the structure target(numerical control target ), form the seriation, and can use users specially conveniently and the technical know-how is integrated in the control system, realize the open numerical control system of different variety , different grade fast, form leading brand products with distinct distinction. System structure norm of the open numerical control system at present, norm , disposing the norm , operation platform , 加工中心工作臺設(shè)計第 2 頁 共 61 頁numerical control systematic function storehouse and numerical control systematic function software developing instrument ,etc. are the core of present research to pass through.C、Meeting the manufacture system of the production line , demand for the information integration of the manufacturing company networkedly greatly of numerical control equipment, it is a basic unit of realizing the new manufacture mode too.1.2 Classification of the machining center（1）Process according to main shaft space position when it classifies to be as follows, horizontal and vertical machining center.Horizontal machining center, refer to the machining center that the axis level of the main shaft is set up . Horizontal machining center for 3-5 sport coordinate axis, a common one three rectilinear motion coordinate axis and one turn the coordinate axis of sports round (turn the workingbench round), it can one is it is it finish other 4 Taxi processing besides installing surfaces and top surfaces to insert to install in work piece, most suitable for processing the case body work piece . Compared with strength type machining center it, the structure is complicated, the floor space is large, quality is large, the price is high.Vertical machining center, the axis of the main shaft of the vertical machining center, in order to set up vertically, its structure is mostly the regular post type, the workingbench is suitable for processing parts for the slippery one of cross, have 3 rectilinear motion coordinate axis generally , can find a room for one horizontal numerical control revolving stage (the 4th axle ) of axle process the spiral part at workingbench. The vertical machining center is of simple structure, the floor space is small, the price is low, after allocating various kinds of enclosures , can carry on the processing of most work pieces .Large-scale gantry machining center, the main shafts are mostly set up vertically, is especially used in the large-scale or with complicated form work piece , is it spend the many coordinate gantry machining center to need like aviation , aerospace industry , some processing of part of large-scale steam turbine.Five machining centers, this kind of machining center has function of the vertical and horizontal machining center, one is it after inserting , can finish all five Taxi processing besides installing the surface to install in work piece, the processing way can make form of 第 3 頁 共 61 頁work piece error lowest , save 2 times install and insert working, thus improve production efficiency , reduce the process cost.(2)Classify by craft useIs it mill machining center to bore, is it mill for vertical door frame machining center , horizontal door frame mill the machining center and Longmen door frame mill the machining center to divide into. Processing technology its rely mainly on the fact that the door frame is milled, used in case body, shell and various kinds of complicated part special curve and large processes , curved surface of outline process, suitable for many varieties to produce in batches small.Complex machining center, point five times and compound and process mainly, the main shaft head can be turned round automatically, stand, lie and process, after the main shaft is turned round automatically, realize knowing that varies in the horizontal and vertical direction.(3)Classify by special functionSingle workingbench , a pair of workingbench machining center;Single axle , dual axle , three axle can change machining center , main shaft of case;Transfer vertically to the tower machining center and transfer ;One hundred sheets of storehouses adds the main shaft and changes one one hundred sheets of machining centers;One hundred sheets of storehouses connects and writes hands to add the main shaft and change one hundred sheets of machining centers; One hundred sheets of storehouses adds the manipulator and adds one pair of main shafts to transfer to the tower machining center.1.3 Development trend of the current numerical control latheAt present, the advanced manufacturing technology in the world is rising constantly, such application of technology as ultrafast cutting , ultraprecision processing ,etc., the rapid development of the flexible manufacturing system and integrated system of the computer one is constant and ripe, have put forward higher demand to the process technology of numerical control. Nowadays the numerical control lathe is being developed in several following 加工中心工作臺設(shè)計第 4 頁 共 61 頁directions.（1）. The speed and precision at a high speed , high accuracy are two important indexes of the numerical control lathe , it concerns directly that processes efficiency and product quality. At present, numerical control system adopt-figure number, frequency high processor, in order to raise basic operation speed of system. Meanwhile , adopt the super large-scale integrated circuit and many microprocessors structure, in order to improve systematic data processing ability , namely improve and insert the speed and precision of mending operation. Adopt the straight line motor and urge the straight line of the lathe workingbench to be servo to enter to the way directly, it is quite superior that its responds the characteristic at a high speed and dynamically. Adopt feedforward control technology , make it lag behind error reduce greatly , thus improve the machining accuracy cut in corner not to track.For meet ultrafast demand that process, numerical control lathe adopt main shaft motor and lathe structure form that main shaft unite two into one, realize frequency conversion motor and lathe main shaft integrate , bearing , main shaft of electrical machinery adopt magnetism float the bearing , liquid sound pigeonhole such forms as the bearing or the ceramic rolling bearing ,etc At present, ceramic cutter and diamond coating cutter have already begun to get application.（2）. Multi-functional to is it change all kinds of machining centers of organization (a of capacity of storehouse can up to 100 of the above ) automatically to furnished with, can realize milling paring , boring and pares , bores such many kinds of processes as paring , turning , reaming , reaming , attacking whorl ,etc. to process at the same time on the same lathe , modern numerical control lathe adopt many main shaft , polyhedron cut also , carry on different cutting of way process to one different position of part at the same time. The numerical control system has because adopted many CPU structure and cuts off the control method in grades, can work out part processing and procedure at the same time on a lathe , realize so-called “ the front desk processes , the backstage supporter is an editor “. In order to meet the needs of integrating the systematic one in flexible manufacturing system and computer, numerical control system have remote serial interface , can network , realize data 第 5 頁 共 61 頁communication , numerical control of lathe, can control many numerical control lathes directly too.（3）. Intelligent modern numerical control lathe introduce the adaptive control technology, according to cutting the change of the condition, automatic working parameter, make the processing course can keep the best working state , thus get the higher machining accuracy and roughness of smaller surface , can improve the service life of the cutter and production efficiency of the equipment at the same time . Diagnose by oneself , repair the function by oneself, among the whole working state, the system is diagnosed, checked by oneself to CNC system and various kinds of equipment linking to each other with it at any time. While breaking down , adopt the measure of shutting down etc. immediately , carry on the fault alarm, brief on position , reason to break down ,etc Can also make trouble module person who take off automatically , put through reserve module , so as to ensure nobody demand of working environment. For realize high trouble diagnose that requires , its development trend adopts the artificial intelligence expert to diagnose the system.（4）. Numerical control programming automation with the development of application technology of the computer, CAD/CAM figure interactive automatic programming has already get more application at present, it is a new trend of the technical development of numerical control. It utilize part that CAD draw process pattern , is it calculate the trailing punishing to go on by cutter orbit data of computer and then, thus produce NC part and process the procedure automatically, in order to realize the integration of CAD and CAM. With the development of CIMS technology , the full-automatic programming way in which CAD/CAPP/CAM integrates has appeared again at present, it, and CAD/CAM systematic programming great difference their programming necessary processing technology parameter needn't by artificial to participate in most, get from CAPP database in system directly.（5）. The dependability of the dependability maximization numerical control lathe has been the major indicator that users cared about most all the time . The numerical control system will adopt the circuit chip of higher integrated level , will utilize the extensive or super large-scale special-purpose and composite integrated circuit, in order to reduce the quantity of the components and parts , to improve dependability . Through the function software of the 加工中心工作臺設(shè)計第 6 頁 共 61 頁hardware, in order to meet various kinds of demands for controlling the function, adopt the module , standardization , universalization and seriation of the structure lathe noumenonn of the hardware at the same time , make not only improve the production lot of the hardware but also easy to is it produce to organize and quality check on Still through operating and starting many kinds of diagnostic programs of diagnosing , diagnosing , diagnosing off-line online etc. automatically, realize that diagnoses and reports to the police the trouble to hardware , software and various kinds of outside equipment in the system. Utilize the warning suggestion, fix a breakdown in time; Utilize fault-tolerant technology, adopt and design the important part “ redundantly “, in order to realize the trouble resumes by oneself; Utilize various kinds of test , control technology , exceed Cheng , one one hundred sheets of damages , interfering , cutting out ,etc. at the time of various kinds of accidents as production, carry on corresponding protection automatically.（6）. Control system miniaturization systematic miniaturization of numerical control benefit and combine the machine , electric device for an organic whole. Adopt the super large-scale integrated component , multi-layer printed circuit board mainly at present, adopt the three-dimensional installation method , make the electronic devices and components must use the high density to install, narrow systematic occupying the space on a larger scale. And utilize the new-type slim display of colored liquid crystal to substitute the traditional cathode ray tube, will make the operating system of numerical control miniaturize further. So can install it on the machine tool conveniently, benefit the operation of the numerical control lathe correctly even more.第 7 頁 共 61 頁中文翻譯數(shù)控技術(shù)1.1 當前世界 NC 機床的研究現(xiàn)狀世界各國對數(shù)控機床、加工中心以至 FMS、CIMS 等各種新技術(shù)的研究與發(fā)展進程，是與世界經(jīng)濟形勢緊密相連的。機床工業(yè)有世界經(jīng)濟相互促進和發(fā)展，進入 21 世界知識機警時代，人們的知識所起的作用更加突出，而機床工業(yè)作為機器制造業(yè)的基礎(chǔ)，其重點地位與戰(zhàn)略意義也更加明顯。在 1991—1994 年間，世界經(jīng)濟衰退，昂貴的FMS， CIMS 降溫，1995—2000 年間，世界經(jīng)濟在低速增長，根據(jù)當前世界市場各方面用戶為提高生產(chǎn)率對 NC 機床的要求以及世界四大國際機床展（歐洲的 EMO、美國的 IMTS、日本的 JIMTOF、中國的 CIMT）上展品的分析，當前世界 NC 機床的技術(shù)研究主要有以下幾點：（1） 、更加重視新技術(shù)和創(chuàng)新在世界范圍內(nèi)，對新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)、新單元、新元件的研究開發(fā)工作正在大力開展，如新的刀具材料、新的主軸結(jié)構(gòu)、高速電主軸、高速直線電機等的開發(fā)研究。以加工工藝的改進創(chuàng)新為基礎(chǔ)，為加工超硬、難切削材料及特殊復(fù)合材料及復(fù)雜零件、不規(guī)則曲面等在不斷研究開發(fā)新機種。（2） 、提高機床加工的精度和研究為了提高加工中心的加工精度，不斷提高機床的剛度、減少振動，消除熱變形，降低噪聲，提高 NC 機床的定位精度、重復(fù)精度、工作可靠性、穩(wěn)定性、精度保持性，世界很多國家都在進行機床熱誤差、機床運動及負載變形誤差的軟件補償技術(shù)研究，并采取精度補償、軟件補償?shù)却胧┘右愿纳?，有的已?jīng)可以使此類誤差消除 60%。并在不斷開發(fā)精細加工，納米加工。（3） 、提高機床加工生產(chǎn)率的研究世界 NC 機床、加工中心及相應(yīng)的高速點主軸、直線電機、測量系統(tǒng)、 NC 系統(tǒng)的開發(fā)，均以提高生產(chǎn)率為前提。（4） 、許多國家都已經(jīng)開始對數(shù)控系統(tǒng)的智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化研究A、數(shù)控系統(tǒng)的智能化的研究主要表現(xiàn)在：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，對加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成進行研究；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，對反饋控制、加工中心工作臺設(shè)計第 8 頁 共 61 頁電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等進行研究；還有智能化的自動編程、智能化的人機界面、智能診斷、智能監(jiān)控等方面的研究。B、數(shù)控系統(tǒng)開放化研究主要表現(xiàn)在：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終擁護，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控對象） ，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，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通行規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。C、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)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式的基礎(chǔ)單元。1.2 加工中心的分類（1）按主軸加工時的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。臥式加工中心，是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心。臥式加工中心一般具有 3—5個運動坐標軸，常見的是三個直線運動坐標軸和一個回轉(zhuǎn)運動坐標軸（回轉(zhuǎn)工作臺） ，它能在工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余 4 個面的加工，最適合加工箱體類工件。它與力式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，質(zhì)量大，價格高。立式加工中心，立式加工中心主軸的軸線為垂直設(shè)置，其結(jié)構(gòu)多為固定立柱式，工作臺為十字滑臺，適合加工盤類零件，一般具有 3 個直線運動坐標軸，并可在工作臺上安置一個水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺（第 4 軸）來加工螺旋類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格低，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。大型龍門式加工中心，主軸多為垂直設(shè)置，尤其使用于大型或形狀復(fù)雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機上的某些零件的加工都需要用這類多坐標龍門式加工中心。五面加工中心，這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低，省去二次裝夾工作，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。（2）按工藝用途分類有：鏜銑加工中心，分為立式樘銑加工中心、臥式樘銑加工中心和龍門樘銑加工中心。第 9 頁 共 61 頁其加工工藝以樘銑為主，用于箱體，殼體以及各種復(fù)雜零件特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，適合多品種小批量生產(chǎn)。復(fù)合加工中心，主要指五面復(fù)合加工，主軸頭可自動回轉(zhuǎn)，進行立，臥加工，在主軸自動回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直方向?qū)崿F(xiàn)知道變換。（3）按特殊功能分類有：單工作臺、雙工作臺加工中心；單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心；立式轉(zhuǎn)塔加工中心和臥式轉(zhuǎn)塔加工中心；刀庫加主軸換刀加工中心；刀庫接寫手加主軸換刀加工中心；刀庫加機械手加雙主軸轉(zhuǎn)塔加工中心。1.3 當今數(shù)控機床的發(fā)展趨勢：目前，世界先進制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，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(shù)提出了更高的要求。當今數(shù)控機床正在朝著以下幾個方向發(fā)展。（1）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(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，數(shù)控系統(tǒng)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。同時，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，即提高插補運算的速度和精度。并采用直線電動機直接驅(qū)動機床工作臺的直線伺服進給方式，其高速度和動態(tài)響應(yīng)特性相當優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù)，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。為適應(yīng)超高速加工的工作要求，數(shù)控機床采用主軸電動機與機床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)了變頻電動機與機床主軸一體化，主軸電機的軸承還采用磁浮軸承、液體動靜壓軸承或陶瓷滾動軸承等新的形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。（2）多功能化配有自動換刀機構(gòu)(刀庫容量可達 100 把以上)的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多 CPU 結(jié)構(gòu)和分級中斷控制方式，即可加工中心工作臺設(shè)計第 10 頁 共 61 頁在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現(xiàn)所謂的“前臺加工，后臺編輯” 。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計算機集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對多臺數(shù)控機床進行控制。（3）智能化現(xiàn)代數(shù)控機床將引進自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時對 CNC 系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時，自動立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機，而進而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。為了實現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢將是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。（4）數(shù)控編程自動化隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前 CAD／CAM 圖形交互式自動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，再經(jīng)計算機內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進行計算和后置處理，從而自動生成 NC 零件加工程序，以實現(xiàn) CAD 與 CAM 的集成。隨著 CIMS 技術(shù)的發(fā)展，當前又出現(xiàn)了CAD／ CAPP／CAM 集成的全自動編程方式，它與 CAD／CAM 系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是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。（5）可靠性最大化數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標。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，以減少元器件的數(shù)量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時采用硬件結(jié)構(gòu)機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還通過自動運行啟動診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障；利用容錯技術(shù)，對重要部件采用“冗余”設(shè)計，以實現(xiàn)故障自恢復(fù)；利用各種測試、監(jiān)控技術(shù)，當生產(chǎn)超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應(yīng)的保護。（6）控制系統(tǒng)小型化和數(shù)控系統(tǒng)小型化更加便于將機、電裝置結(jié)合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)地?？s小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器第 11 頁 共 61 頁替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數(shù)控操作系統(tǒng)進一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機床設(shè)備上，更便于對數(shù)控機床的操作使用。