【正文】 年研制出第一臺數(shù)控機床后， 1978年產(chǎn)量 (7,342臺 )超過美國 (5,688臺 )，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位 (2020年產(chǎn)量 46,604臺，出口 27,409臺，占 59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀(jì) 80年代開始進(jìn)一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本 FANUC 公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場 所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工 3,674人，科研人員超過 600人，月產(chǎn)能力 7,000套，銷售額在世界市場上占 50%，在國內(nèi)約占 70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。 隨著各國數(shù)控機床的發(fā)轉(zhuǎn)，我國的數(shù)控行業(yè)從 20世紀(jì) 80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段?！笆濉逼陂g，中國數(shù)控機床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量 2020年為 17521臺， 2020年 24803臺， 2020年 36813臺， 2020年 51861臺， 2020年產(chǎn)量是 2020年的 倍，平均年 增長 39%； 2020年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量 59639臺，接近 6萬臺大關(guān)，是“九五”末期的 。“十五”期間，中國機床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快所致。 2020年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達(dá)到 85756臺，同比增長 %，增幅高于金切機床產(chǎn)量增幅 ，進(jìn)而使金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到 %，同比增加 個百分點。此外，數(shù)控機床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人，全年實現(xiàn)出口額 ，同比增長 %，高于全部 金屬加工機床出口額增幅 。 2020年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達(dá) 123,257臺，數(shù)控金屬成形機床產(chǎn)量達(dá) 3,011臺；國產(chǎn)數(shù)控機床擁有量約 50萬臺，進(jìn)口約 20萬臺。 2020年 10月，中國數(shù)控機床產(chǎn)量達(dá) 105,780臺，比 2020年同比增長 %。長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國家重點工程需要的 關(guān)鍵設(shè)備 主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其 原因，國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在 產(chǎn)品設(shè)計 水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了 510年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了 1015年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要 原因是缺乏 自主創(chuàng)新能力 ，完全擁有 自主知金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 1章 引言 3 識產(chǎn)權(quán) 的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng)銷量中的 80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系 ，提高中國的自主設(shè)計、開發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平?！笆晃濉逼陂g，中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機遇，根據(jù)中國數(shù)控 車床 19962020年消費數(shù)量，通過模型擬合，預(yù)計 2020年數(shù)控車床銷售數(shù)量將達(dá) ，年均增長率為 %。根據(jù)中國加工中心 19962020年消費增長模型，預(yù)計 2020年加工中心消費數(shù)量將達(dá) ，較 2020年年均增長率為 %。 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 數(shù)控金切機床的構(gòu)成比逐漸趨于合理。數(shù)控機床工序集中的加工特點，將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機床的需求增長，這將導(dǎo)致數(shù)控機床擁有量和市場消費量中各類數(shù)控機床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機床構(gòu)成比。數(shù)控機床的應(yīng)用由單機向單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展。目前歐、美、日等國應(yīng)用 DNC 已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機床銷售量的 30%以上。而我國 FMC、 FMS和 FML 的擁有量不足 50套，相當(dāng)于日本 80年代的水平，占數(shù)控機床消費額不到 5%。出口前景良好。 1998年及前幾年我國機床工具的出口額徘徊在 5億美元左右，2020年上升到 ，隨著東南亞經(jīng)濟復(fù)蘇和我國出口多極化市場的形成和鞏固，以及我國加入 WTO，今后幾年我國機床出口將實現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預(yù)計到 2020年出口創(chuàng)匯可達(dá)到 12億美元。 加入 WTO后，外資對我國機械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊也大大加強主要表現(xiàn)在： 1）、部分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受到?jīng)_擊。在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更為突出：一是在國內(nèi)處于市場成長期、外方掌握專有技術(shù)并處于壟斷地位的技術(shù)密集型行業(yè)，如燃?xì)廨啓C、直流輸電關(guān)鍵設(shè)備、半喂入式水稻聯(lián) 合收割機、機電一體化的汽車發(fā)動機附配件等；二是單靠有限市場難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球市場支撐的行業(yè)，如高壓開關(guān)、大型變壓器高檔科學(xué)儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等；三是國內(nèi)外制造成本相差較大、外方享有明顯的品牌優(yōu)勢、在華設(shè)廠可以在世界市場獲取豐厚利潤的勞動密集型或易于流通的裝配型產(chǎn)品行業(yè)，如照相機、復(fù)印機、部分工業(yè)和民用儀表、高品質(zhì)低壓電器等。 2）、工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競爭。隨著服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域?qū)ν忾_放，實力雄厚的國外公司可能更積極地到國內(nèi)舉辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務(wù)的工程公司，以 其母公司產(chǎn)品為后盾，以熟悉國內(nèi)情況的中方雇員為業(yè)務(wù)骨干，與我內(nèi)資企業(yè)展開激烈的競爭。 3）、我國機械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制。由于外資在華機械企業(yè)主要承擔(dān)制造車間的角色，技術(shù)來源主要依靠其母公司，而原本就實力有限的內(nèi)資企業(yè)在完全開放的市場競爭中堅持自行研制開發(fā)將冒很大風(fēng)險，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn)品的形象，多數(shù)內(nèi)資企業(yè)將盡可能與外方合作，采用國際同行的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。 4)、處于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長環(huán)金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 1章 引言 4 境趨于嚴(yán)峻。由于國外企業(yè)將更加不愿轉(zhuǎn)讓技術(shù)，更愿意通過在華舉辦由他們控制的企業(yè)來與內(nèi)資機械企業(yè)爭奪中國 用戶的訂單，國內(nèi)用戶也有了更多的便利采購?fù)赓Y產(chǎn)品，從而部分處于成長初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。 高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在 :1)． 機床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴展隨著數(shù)控機床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑 車復(fù)合、車銑復(fù)合、車 鏜 鉆 齒輪加工等復(fù)合，車磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精度和效率大大提高?！耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復(fù)合加工 機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。 2)．?dāng)?shù)控機床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調(diào)整干涉防碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測和自動補償學(xué)習(xí)功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進(jìn)入了實用化階段，智能化提升了機床的功能和品質(zhì)。 3)．機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、功能進(jìn)一步擴展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復(fù)合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工 機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。 4)．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（ ）提升到目前的微米級（ ），有些品種已達(dá)到 m 左右。超精密數(shù)控機床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到 m左右，形狀精度可達(dá) m左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級（ m）。通過機床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補 償技術(shù)，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時代。 5）．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機和驅(qū)動裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控機床的技術(shù)水平。 體現(xiàn)在新技術(shù)的廣泛應(yīng)用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機床行業(yè)的消費主流是數(shù)控機床。從國內(nèi)外市場對數(shù)控機床的需求來看，以后數(shù)控機床市場具有以下特征：一是經(jīng)濟 型數(shù)控機床是以后的主流產(chǎn)品。二采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是企業(yè)生存的關(guān)鍵。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點，才對機床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。 設(shè)計目的 數(shù)控機床是高度自動化機床 ,其生產(chǎn)效率和加工精度也越來越高，但是由于機械結(jié)構(gòu)金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 1章 引言 5 （如機床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等）的幾何誤差、加工過程機床的熱變形、運動間的摩擦、傳動間隙等因素的影響，數(shù)控機床的加工精度和加工效率還有一定的提升空間，本次設(shè)計的目的就是最大程度的提高數(shù)控機床的加工精度。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2章 主傳動方案的擬定 6 初定傳動方案 傳動機構(gòu)是將機器原動機的運動和動力傳遞給機器執(zhí)行機構(gòu)的中間環(huán)節(jié) ,傳動機構(gòu)中各傳動件因設(shè)計、制造和裝配不準(zhǔn)確及運行中產(chǎn)生的磨損、受外力、溫度變化引起的變形等因素會影響傳動機構(gòu)的精度 ,所以對傳動機構(gòu)的設(shè)計要求較高。 常見的變速方式有三種： 通過齒輪結(jié)構(gòu)變速、通過帶傳動變速、有調(diào)速電機直接驅(qū)動。這三種傳動各有優(yōu)缺點。 齒輪調(diào)速機構(gòu)可以 通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。以獲得強力切屑時 所需要的扭矩。而且齒輪傳動的經(jīng)度較高，但是這種結(jié)構(gòu)幾何尺寸較大，而且對制造精度、安裝精度要求高。 帶傳動可以緩和沖擊和振動，而且?guī)鲃又行木嗖皇芟拗?，只要陪以合適的緊鏈結(jié)構(gòu)，理論上中心距可以達(dá)到很大。當(dāng)設(shè)備承受載荷過大時可以通過打滑，提高設(shè)備的防過載能力。但帶傳動傳遞效率較低，易出現(xiàn)皮帶打滑造成皮帶磨損劇烈，而且傳動比也不明確。所以帶傳動一般和齒輪傳動一起進(jìn)行傳動。 電機的旋轉(zhuǎn)速度之所以能夠自由改變，是因為 感應(yīng)式交 流電機（以后簡稱為電機）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為 2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2，4， 6），所以一般不適和通過改變該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。 這種主傳動方式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。 改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法 但如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導(dǎo)致電機可能被燒壞。因此變頻器 在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機的額定電壓。因此電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p 小， 難以保證低速時主軸的轉(zhuǎn)矩。 綜合上述所有問題的考慮，本次設(shè)計采用齒輪傳動和帶傳動相結(jié)合的傳動方式。這種傳動方式不但能夠保證低速時的轉(zhuǎn)矩，還能使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重，更容易控制傳動的精度。 方案的選擇 參照數(shù)控機床的發(fā)展趨勢以及對一些典型機床的分析，可初定步將此數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速分為高低兩檔 ,共有 12 級轉(zhuǎn)速：其中高低兩檔各有 6 級轉(zhuǎn)速，低速檔時金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2章 主傳動方案的擬定 7 maxn =340r/ minn =45r/min。高速檔時 maxn =1800 r/min， minn =235 r/min； 電機的轉(zhuǎn)速和功率分別為 1500 r/min， 。 已知主軸的轉(zhuǎn)速分為 12 級，參考文獻(xiàn) 1，可將機床的轉(zhuǎn)速分為高低兩檔，其中高檔最大轉(zhuǎn)速 maxn 為 1800r/min ，最小轉(zhuǎn)速 minn 為 235 r/min ；R1= maxn / minn =1800/235=,R= 1?z? [1] 當(dāng) 機 床 處 于 低 速 檔 時 , 轉(zhuǎn) 速 范 圍 nR = minmaxn = 45340 = 。 nR = 1?z? ，即?= 1?z nR =5 =，取 ? =≈ ,已知 minn =45,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表 (見參考文獻(xiàn) 1第 6 頁 ).從表中找到 minn =45,就可每隔六個數(shù)取得一個數(shù) ,