【正文】 ，除有 RS232 串行接口、RS422 等接口外，還帶有遠程緩沖功能的 DNC 接口，可以實現幾臺數控機床之間的數據通信和直接對幾臺數控機床進行控制。 （ 9）開放式體系結構 20 世紀 90 年代以后，計算機技術的飛速發(fā)展推動數控機床技術更快的更新換代，世界上許多數控 系統(tǒng)生產廠家利用 PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數控系統(tǒng)。開放式體系結構可以大量采用通用微機的先進技術，其新一代數控系統(tǒng)的硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數控系統(tǒng)制造商和用戶進行系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促使了數控系統(tǒng)多檔次，多品種的來發(fā)和廣泛應用。 我國數控機床發(fā)展現狀及思考 我國數控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過 “ 六五 ” 期間引進數控技術， “ 七五 ” 期間組織消化吸收 “ 科技攻關 ” ，我國數控技術和數控產業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業(yè)發(fā)展迅速， 1998～ 2020 年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為 %%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從 2020 年開始，中國連續(xù)三年 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 4 成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國， 2020 年中國機床主機消費高達 億美元，但進出口逆差嚴重，國產機床市場占有率連年下降， 1999 年是 %， 2020 年僅占 %。 1999 年機床進口額為 億美元 (7624 臺 )， 2020 年達 億美元 (23320 臺 )，相當于同年國內 數控機床產值的 倍。國內數控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯， 70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控系統(tǒng)生產應用推廣不力及數控人才缺乏等 我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。 目前，數控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精 度化、復合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發(fā)展的趨勢和方向。 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數控產業(yè)不能安于現狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術，加大技術創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變，實現從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉變。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 5 第二章 總體設計 概述 為使兩級大齒輪相近取 主傳動系統(tǒng)是用來實現機床主運動的傳動系統(tǒng)，它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，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作，并能方便的實現運動的開停、變速、換向和制動等。 數控機床主傳動系統(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)相比在結構上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構，有些只有二機或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大主軸的無極調速范圍。 數控機床 主傳動系統(tǒng)特 與普通機床相比，數控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特點。 （ 1）轉速高、功率大 它能使數控機床進行大功率切屑和高速切屑，實現高效率加工。 （ 2）變速范圍寬 數控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調速范圍，一般Rn100，以保證加工時能選用合理的切屑用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。 （ 3）主軸變速迅速可靠 數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。由于直流和交流伺服主軸伺服電動機的調速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便的是現寬的變速范圍無級變速，而且減少了中 間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制可靠性。 （ 4）主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性 凡有機械摩擦的部位如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處有良好的潤滑【 1】 。 主傳動系統(tǒng)的設計要求 （ 1）主軸具有一定的轉速和足夠的轉度范圍、轉速級數，能夠實現運 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 6 動的開停、變速換向和制動，以滿足機床的運動要求。 （ 2）主電動機具有足夠的功率、全部結構和元件具有足夠的強度和剛度，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、抗震性，熱變形和噪聲小，傳動效率高，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，滿足經濟性要求。 數控機床主傳動系統(tǒng)配置方式 數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伺服電動機和直流伺服主軸電動機無極調速系統(tǒng)。為擴大調速范圍，適應低轉速大轉矩的要求，也經常應用齒輪有極調速和電動機無級調速相結合的調速方式。 （ 1）帶有變速齒輪的主傳動 大、中型主控機床采用這種變速方式。如圖 21a 所示 ，通過少數幾對齒輪降速，擴大輸出轉矩，以滿足主軸低速時對輸出轉矩特性要求。數控機床在交流或直流伺服電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現。 （ 2）通過帶傳動的主傳動 如圖 21b 所示，這種傳動主要應用于轉速較高、變速范圍不大上的機床。電動機本身的調速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的震動與噪聲。它適用于高速、低轉矩特性要求的主軸。常用的是 V 帶和同步齒形帶。 （ 3）用兩電動機分別驅動主軸 如圖 21c 所示，這是 上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅動主軸旋轉；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅動主軸旋轉，齒輪起到降速和擴大變速范圍作用，這樣就是恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。 （ 4）內裝電動機主軸傳動結構 如圖 21d 所示，這種主傳動方式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，但主軸輸出轉矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 7 21a 變速齒輪傳動的主傳動系統(tǒng) 21b 靠帶輪傳動的主傳動系統(tǒng) 21c 兩電機分別驅動的主傳動系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 8 21d 內裝電機主軸結構的主傳動系統(tǒng) 本章總結 本章先介紹了數控機床主傳動系統(tǒng)的 5 個特點：轉速高；變速范圍寬；主軸變速迅速可靠；主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。然后介紹了主傳動系統(tǒng)的 5 點設計要求。最后介紹了數控機床主傳動系統(tǒng)的 4 種配置方式：帶有變速齒輪的主傳動；通過帶輪傳動的主傳動；用兩電機分別驅動主軸 ；內裝電動機主軸結構。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 9 第三章 臥式加工中心主傳動系統(tǒng)設計及計算 主傳動設計方案的確定 加工中心的主傳動系統(tǒng)一般都設計成一個主軸箱，它主要包括電機、傳動裝置、主軸、主軸軸承、主軸定向機構、拉刀裝置及清潔、潤滑和冷卻裝置。 根據中型機床參數設計，所設計的主傳動配置選用 中提到的四種方案的第一種方案即采用變速齒輪的主傳動系統(tǒng)。 在本方案中主軸轉速主要是由主軸電動機的無級調速來實現，由三級齒輪變速系統(tǒng)來擴大電動機無級調速的范圍。主軸變速分為低速區(qū)域和高速區(qū)域，其中的變幻時通過液壓缸驅動撥叉來撥動齒輪以及 離合器，通過離合器的黏合以及分開來實現變速（如圖 31）。 圖 31 傳動軸和電機軸 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 10 主軸的定向機構是由無觸點開關和液壓活塞控制。準停前，定向活塞在下面，主軸必須處于停止狀態(tài)。當發(fā)出準停信號后，電機以 60 轉 /分轉動，經齒輪降速使主軸以 15 轉 /分轉動，無觸點開關在感應塊作用下通電，發(fā)出粗定位信號，主電機停轉，傳動齒輪變空擋，主軸以貫性空轉，定位活塞向上，定位頂尖進入精定位凹槽內，使主軸準停（如圖 32）。 圖 32 主軸和電機軸 拉刀裝置是通 過蝶形彈簧是拉桿向右移動，通過鋼球加緊刀柄。松刀時，活塞向左移動，推動拉桿也向左移動，使鋼球在到套大徑處時，噴氣頭將刀頂松，刀具即被取走，同時壓縮空氣經活塞和拉桿的中心孔從噴氣頭噴出清潔主軸錐孔及刀柄。新刀裝入后，活塞向右，蝶形彈簧又重新夾緊刀柄。（如圖 32）。通過圖 33，可以很容易看清楚整個系統(tǒng)的工作原理。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 11 圖 33 主軸電機的選擇 機床的工況是選擇主電機的依據，機床零件和結構的強度設計也是依據它進行的。它包括切屑功率 Nc、空載功率 Nmo、附 加功率 Nmc 三部分，即 N=Nc+Nmo+Nmc 其中，切屑功率 Nc 是按照各個加工情況下叫經常遇到的最大切屑力和最大切屑速度來計算，即 Nc=FzV 中 Fz 是主切屑力（ N） V 是切屑速度（ m/s） 至于空載功率和附加功率在此不考慮。 臥式加工中心主要具有銑、鏜、鉆、攻絲等功能。 以下是用圓柱銑刀來加工碳鋼、青銅、鋁合金、可鍛鑄鐵切屑力的公式 ZadaaCF pfeFZZ ??????? ? (33) 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 12 式中 Cfz—— 切屑力系數 ae—— 側吃刀量 af—— 進給量 d0——銑刀直徑 ap—— 背吃刀量 Z— — 銑刀面數 如果加工灰鑄鐵切屑力的公式為 ZadaaCF pfeFZZ ??????? ? （ 34） 在加工碳鋼、青銅、鋁合金、可鍛鑄鐵 選擇 ?CFZ mmae 5? ??afz mmd 800? mmap 70? Z=3 ???????? ? ZadaaCF pfeFZZ NFF ZC 1 0 7 6 1)( ??? smV C / ?? kwVFp CCc ?? ?? /pp ce ??? 取 ?? ?? pp ce 因為加工灰鑄鐵時 30?CFZ 遠小于加工碳鋼的 CFZ ，其算出的功率也一定小于加工碳鋼的 Pe 所以取電機功率為 。 所選取的是 1PH4 型水冷式主軸電機，它具有以下的優(yōu)點：功率 /重量比高：體積小 。冷卻的法蘭盤，用以隔離機械傳動系的熱應力：保護等級高。 它的電機額定功率是 ，額定轉速時 1500r/min，最大轉速是9000r/min，額定轉矩是 48NM. 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 13 圖 331PH4 型水冷式主軸電機 繪制轉速圖 采用 2 對滑移齒輪架一對固定齒輪來輔助系統(tǒng)變速，來擴大恒功率區(qū)的變速范圍。其轉速圖為：單位（ r/min） 圖 34 轉速圖 1,2/1,2/1 321 ??? uuu aaa 。 根據傳動比，我暫時選定 3 對齒輪的齒數分別為 24/48,48/24,43/43。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)論文 14 傳動軸直徑初定 mmNd nj4 )(/ ?? （ 35） 式中 d—— 傳動軸直徑； N—— 該軸傳動的功率（ kw）； nj—— 該軸的計算轉速（ r/min）； （ ? ） —— 該軸每米長度允許扭轉角（ deg/m），一般傳動軸?。?? ）=。 對于軸 1，起計算轉速 nj=1500r/min， N=，彈性聯軸器效率。?? 1 對軸承的效率 。?? ??? 221? ；取（ ? ） = mmN nd j 2 0 ))(/(91 41 ?? ?? 取 mmd 401? 對于齒輪的傳遞效率 。3??則 ????3421?； nj=750r/min mmN nd j 5 4 6