【正文】 目 錄緒論 1第一章 數(shù)控加工技術(shù)概論 3 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念 3 數(shù)控機床的組成與分類 4 6第二章 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng) 7 數(shù)控機床對主傳動的要求 7 數(shù)控銑床主傳動的配置方式 7第三章 主軸電動機的選取 10第四章 同步帶傳動 11 材料選擇 11 參數(shù)計算 11第五章 主軸組件的設(shè)計 14 主軸組件的設(shè)計要求 14 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計算 16 主軸傳動裝置箱體的作用 20 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算 20第六章 主軸軸承的選擇 21 軸承的選擇和軸承的精度 21 軸承預(yù)緊力的要求 22 主軸軸承的潤滑與密封 23 軸承壽命校核 24第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計算 25 25 2厚度和脫碳 2表面強化處理和防腐處理 26第八章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計 28第九章 液壓缸與密封件的設(shè)計 30 31 31 31 密封件的作用及其意義 32 密封的分類及密封件的材料要求 32 33結(jié) 論 34致 謝 35參考文獻 36附錄 37緒論在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、數(shù)控銑床等。其中數(shù)控銑床與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。而精細等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量，但成本卻遠低于激光切割。因此，數(shù)控銑床自20世紀50年代中期在美國研制成功以來，得到迅速發(fā)展。1 國外數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢國外數(shù)控銑床的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。從機械結(jié)構(gòu)上看，其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個階段，相應(yīng)的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控銑床技術(shù)最高水平的廠家主要集中在德國，目前，國外已有廠家在龍門式切割機上安裝一個專用切割機械手，開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具，該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控制切割運行軌跡。我國工廠的板材下料中應(yīng)用最為普遍的是數(shù)控銑床和等離子切割，所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機下料、半自動切割機下料及數(shù)控切割機下料等。與其他切割方式比較而言，手工下料隨意性大、靈活方便，并且不需要專用配套下料設(shè)備。但手工切割下料的缺點也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后道加工工序的工作量大，同時勞動條件惡劣。用仿形機下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一種形狀的切割。上述3種切割方式，相對于數(shù)控切割來說由于設(shè)備成本較低、操作簡單，所以在我國的中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。隨著國內(nèi)經(jīng)濟形勢的蓬勃發(fā)展以及以焊代鑄趨勢的加速，數(shù)控銑床的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認識。數(shù)控銑床不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進，而且改善了工人的勞動環(huán)境，勞動效率進一步提高。目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控銑床是以火焰和普通等離子切割機為主，但純火焰切割，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，該類切割機可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零件的加工的需要，因此需求量將會越來越大，但與國外的差距仍極為明顯，主要表現(xiàn)為：發(fā)達國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機下料僅占下料總量的10%，其中數(shù)控銑床下料所占比例更小。我國數(shù)控銑床每年市場需求量約在400~500臺之間。相較而言，仿形切割機每年銷售幾千臺，半自動切割機每年銷售達上萬臺。由此可見，我國數(shù)控切割市場，尤其是數(shù)控銑床市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹? 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展計算機技術(shù)的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術(shù)的更新?lián)Q代，而這也日益完善了數(shù)控銑床的高精、高速、高效功能。代表世界先進水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商利用工控機豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），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、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。近幾年來，由于對切割質(zhì)量、勞動環(huán)境等的要求越來越高，其相應(yīng)產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的數(shù)控銑床設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏切割理論研究與生產(chǎn)實踐相轉(zhuǎn)換的機制，因此新技術(shù)運用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了數(shù)控銑床技術(shù)的進一步發(fā)展和運用。第一章 數(shù)控加工技術(shù)概論 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念一 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)是本世紀中期發(fā)展起來的機床控制技術(shù)，是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透行程的機電一體化鏟平，即所謂的數(shù)字化裝備。 (1)數(shù)控與數(shù)控機床數(shù)字控制 （Numerical Control，簡稱NC）,國家標準定義為：“是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法”。定義中的“機床”，不僅指金屬切削機床，還包括其他各類機床，如線切割機床等。數(shù)控機床 （Numerical Control Machine Tools）是技術(shù)密集度及自動化程度很高的機電一體化加工裝備。簡單地說就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟 （Internaional Federation of Information Proceccing，簡稱 IFIP）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床作了如下定義：數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號編碼指令規(guī)定的程序。（2） 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) （NC System）就是上訴定義中所指的那種程序控制系統(tǒng)，它是邏輯地處理駛?cè)氲较到y(tǒng)中具有特定代碼的程序，并將其譯碼，從而使機床運行并加工零件。數(shù)控系統(tǒng)在本質(zhì)上是一臺計算機。在硬件方面，它經(jīng)歷了電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路、微處理機到當前PC結(jié)構(gòu)的五代發(fā)展；在體系結(jié)構(gòu)上，經(jīng)歷了硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC）、計算機數(shù)控（CNC）、到目前的PC數(shù)控（PCNC）三個階段。[9]二 數(shù)控加工數(shù)控加工技術(shù)是20世紀40年代后期為適應(yīng)加工復(fù)雜外形零件而發(fā)展起來的一種自動化加工技術(shù)。數(shù)控加工就是用數(shù)控機床加工零件的方法。數(shù)控加工是伴隨數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們長期從事數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。 數(shù)控機床的組成與分類一 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的種類很多，但是任何一種數(shù)控機床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機械系統(tǒng)組成。1 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是數(shù)控機床的“指揮系統(tǒng)”。 數(shù)控系統(tǒng)通常是一臺帶有專門系統(tǒng)軟件的專用微型計算機。2 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)（或稱驅(qū)動系統(tǒng)）是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，是由驅(qū)動和執(zhí)行兩大部分組成。用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和株洲伺服控制。它接受數(shù)控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進給熟讀、方向和位移。3 機械系統(tǒng)數(shù)控機床的機械系統(tǒng)，除機床基礎(chǔ)件意外，有下列各部分組成:(1)主軸部件：包括主軸電動機和主軸傳動系統(tǒng)。(2)進給系統(tǒng)：包括進給執(zhí)行電動機和進給傳動系統(tǒng)。(3)實現(xiàn)共建回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。(4)實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置。(5)刀庫和自動換刀裝置(Autormatic Tools Changer, 簡稱 ATC)(6)自動托盤交換裝置（Autormatic Pallet Changer，簡稱 APC）機床基礎(chǔ)件或稱機床大件，通常是指床身(或底座)、立柱、滑座和工作臺等，它是整臺機床的基礎(chǔ)和框架。[9]二 數(shù)控機床的分類1 按工藝用途分按照工藝的不同，數(shù)控機床可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪加工機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控沖床、數(shù)控剪床、數(shù)控液壓機等各種工藝用途的數(shù)控機床。2 按運動方式劃分按運動方式即刀具與工件相對運動方式，數(shù)控機床可分為：點位控制、直線控制和輪廓控制。3 按伺服系統(tǒng)類型劃分按伺服系統(tǒng)類型的不同，數(shù)控機床可分為：開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床、閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)時空機床。（1） 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床是一種不叫原始的數(shù)控機床。這類機床的數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)據(jù)指令給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床運動，沒有來自位置傳感器的反饋信號。最典型的系統(tǒng)就是采用步進電動機的伺服系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去以后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制。這類機床較為經(jīng)濟，但加工速度和加工精度較低。（2） 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行檢測。這類控制系統(tǒng)，因為把機床工作臺納入位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的運動誤差，因而定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。但由于該系統(tǒng)受進給絲杠的拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等非線性因素的影響，給調(diào)試工作造成較大的困難。由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)復(fù)雜和成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機床，如精密鏜銑床、超精密數(shù)控機床等。（3） 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床大多數(shù)數(shù)控機床是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，這類系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)試卻比閉環(huán)方便，因而得到了廣泛的應(yīng)用。4 按數(shù)控機床系統(tǒng)的功能水平劃分按數(shù)控機床系統(tǒng)的功能水平可分為：低檔、中檔和高檔。按控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)可分為幾軸聯(lián)動等多種數(shù)控機床；按數(shù)控機床功能多少可分為經(jīng)濟型數(shù)控機床和全功能型數(shù)控機床等。[9]1 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床與普通機床比較具有以下特點。（1） 自動化程度高。（2） 進給傳動機構(gòu)簡單。（3） 工藝復(fù)合化和功能集成化。（4） 具有加工復(fù)雜形狀兩件的能力。（5） 具有高度柔性，適用性強。（6） 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。（7） 生產(chǎn)效率高。2 數(shù)控機床的發(fā)展方向當今數(shù)控機床正朝著以下幾個方向發(fā)展。（1） 高速度、高精度。（2） 多功能化。（3） 智能化。（4） 目前CAD/CAM圖形交互式自動變成已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。（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。（6） 控制系統(tǒng)小型化和時空系統(tǒng)小型化便于將機、電裝置結(jié)合為一體。[20]第二章 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機，傳動系統(tǒng)和主軸組件。與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)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(diào)速來承擔(dān)。省去了繁雜的齒輪變速機構(gòu)，還有一些數(shù)控機床設(shè)計中還存在二級或三級齒輪變速機構(gòu)用以擴大主軸電動機無級變速的范圍。 數(shù)控機床對主傳動的要求1. 范圍： 各種不同的機床對調(diào)速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機床，要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)距的功能，而且還要有比較高的速度。2. 熱變形：電動機、主軸及傳動件都有熱源。降低溫升，減少熱變形是對主傳動系統(tǒng)要求的重要指標。3. 旋轉(zhuǎn)精度和運動精度（1）主軸的旋轉(zhuǎn)精度:是指裝配后，在無載荷，低速轉(zhuǎn)動條件下，測量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動值。（2）主軸在以工作速度旋轉(zhuǎn)時，測量上述兩項精度稱為運動精度。4. 主軸的靜剛度和抗振性由于數(shù)控機床的加工精度比較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高。因此，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對主軸組件的靜剛度和抗振性都會產(chǎn)生影響。5. 主軸組件的耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持要求的準確精度。凡是有機械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應(yīng)具有良好的潤滑。[6] 數(shù)控銑床主傳動的配置方式數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證進行加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。大多數(shù)的數(shù)控銑床是用無級變速系統(tǒng)控制的。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式：1. 帶有變速齒輪的主傳動這種配置方式在大中型數(shù)控機床中采用比較普遍。它通過少數(shù)幾對齒輪進行降速，使之能夠分段變速，確保低速時擁有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性。但也有一部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。2. 通過帶傳動的主傳動主要應(yīng)用在中小數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，做無滑動的嚙合傳動。帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動和從動帶輪可做無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點：（1）無滑動，傳動比準確。（2）傳動效率高，可達98%以上。（3） 傳動平穩(wěn)可靠，噪聲小。（4） 使用范圍廣，速度要達到50m/s，速比可達10左右，傳動功率由幾瓦到數(shù)千瓦。（5） 修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。但是同步帶也有不足之處，其安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。3. 由調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主傳動這種主傳動方式大大簡化了主軸箱與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動機轉(zhuǎn)動時發(fā)出的熱量對主軸的精度影響比較大。在低于額定轉(zhuǎn)速時為恒轉(zhuǎn)矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可實現(xiàn)電氣定向。我們把機床主軸驅(qū)動與一般工業(yè)的驅(qū)動相比較，便可知機床要求其驅(qū)動系統(tǒng)有較高的速度精度和動態(tài)剛度