【正文】 rical control technology and the numerical control equipment are the factory industry modernization foundations, does this foundation whether reliable immediate influence to a country39。 The numerical control installment uses 51 monolithic integrated circuits to realize to an electrical machinery more precise control and realizes the machinery velocity modulation automatic control. Keywords:Main drive system。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。我國(guó)數(shù)控技術(shù)研究從 1958年起步，國(guó)產(chǎn)的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。 總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。合理使用加工中心的工藝裝備，能提高零件的加工精度。國(guó)外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在 m in/2 5 0 0 0~1 2 0 0 0 r，由于某些機(jī)床采用磁浮軸承和空氣靜壓軸承，預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)速上限可提高到 min/100000r 。國(guó)外加工中心定位精度基本上按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，行程 mm1000 以下，定位精度可控制在 ~ 之內(nèi)。國(guó)內(nèi)高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般在 m in/18000~6000 r，定位精度控制在~ 之內(nèi)，重復(fù)定位精度控制在 ~ 之內(nèi)。除此之外，在機(jī)床可靠性上也存在著明顯差距，國(guó)外機(jī)床的平均無故障時(shí)間（ MTBF）都在 5000 小時(shí)以上，而國(guó)產(chǎn)機(jī)床大大低于這個(gè)數(shù)字，國(guó)產(chǎn)機(jī)床故障率較高是用戶反映最強(qiáng)烈的問題之一。 剛度：指主軸組件和進(jìn)給組件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力?？拐裥灾苯佑绊懠庸け砻尜|(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高。主要影響因素是材料熱處理、軸承類型和潤(rùn)滑方式。主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是自動(dòng)刀具交換裝置的組成部分。齒輪傳動(dòng)大多數(shù)為傳動(dòng)比固定的傳動(dòng)，少數(shù)為有級(jí)變速傳動(dòng)。它的帶由專業(yè)廠商生產(chǎn)，帶輪自行設(shè)計(jì)制造，它在遠(yuǎn)距離、多軸傳動(dòng)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。 在主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，采用滾珠絲杠。 在換刀 過程中，刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)也是不可獲缺的一部分。同時(shí)，在換刀過程中，活塞及拉桿的內(nèi)部將被加工成中空狀。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)具有電刷和換向器，需要常常維修，故不適合于主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中。 6 圖 25 切削力圖 表 21 銑削各分力與圓周力的比值 銑削條件 比 值 對(duì)稱銑削 不對(duì)稱銑削 逆銑 順銑 端 銑 PH/PZ B/D= zS = PV/PZ PO/PZ 平面銑、立銑、圓盤銑、成形銑 t/D= PH/PZ zS = PV/PZ PO/PZ 銑削圓周力的計(jì)算 公式如下： p p pppx y up [2]z料 pqwc t g s g B zP = K ( 公 斤 力 ）D g n 7 ?????銑 削 功 率 ： [2 ]6120EPvN = g ?????銑 削 扭 矩 ： [2 ]2021EPDM = g 刀具：高速鋼（粗加工，低速） 加工材料： бb=75公斤力 /mm,中、高碳鋼 1）端銑： B=～ =26～ 52mm(取 B=40mm) t= Z=3 v=9～ 12m/min n=100r/min V=? Dn=65? *100/1000=????銑 削 扭 矩 ： 公 斤 力 ＝ 公 斤 力 ＝1 1 3 . 2 3 6 5 3 . 6 7 3 62 0 0 0 2 0 0 0EPDM m m N m180。== g 刀具：硬質(zhì)合金鋼（精加工、高速） 加工材料： b? =75 公斤力 /mm,中、高碳鋼 1）端銑： 精加工：銑削深度 t=～ 1mm 取 t=1mm銑削速度 v=90～ 150m/min V=? Dn=45? *1000/1000=B=～ D=18～ 36mm(取 B=35mm) z=2 ?????銑 削 扭 矩 ： 公 斤 力 ＝ 公 斤 力 ＝2 . 2 4 5 0 . 0 5 0 . 4 92 0 0 0 2 0 0 0EPDM m m N m180。 9 經(jīng)驗(yàn)植： D=32mm,B=32mm,t=3mm, ?zS mm ， z=4,n=1000r/min, V=? Dn=32? *1000/1000= 銑削功率： N= kWgv P E * ?? 選用電機(jī) 選用變頻調(diào)速電機(jī)，頻率范圍 2~100HZ， 4 極，轉(zhuǎn)速范圍 60~3000r/min。則主軸轉(zhuǎn)速范圍為 ~2860r/min，滿足要求100r/min~2500r/min。09009 0 0 8 4 5 .9 82 5 0 2 7 7 .0 1 2 8 022dddL m mLLa a m m a m m?? ?? ? ? ? ? ?取 21 [ 3 ]10[ 3 ]01 8 0 5 7 .5 1 7 5 .9 0 .8 3 , 0 .9 94 .8 2 .0 2( ( 2 .6 1 0 .3 2 0 .9 9 0 .8 33ddcaddaPzPPz????? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ?? ?? ?Ｌ０ Ｌ所 以 Ｋ ＝ 　 Ｋ ＝＝） Ｋ Ｋ ）取 滿 足 條 件 要 求 caP?20 2 .55 0 0 ( 1 )caPF q vz v K?? ? ? 12 202 ( 1 ) ( 1 ) 3 caPF qvzv KN?? ? ?? ? ? ??? 6 計(jì)算作用到 Ⅰ 軸上的壓軸力 110 0 011102 c os 2 c os( ) 2 si n2 2 2 2 si n si n 101 722ppF zF zF zFF zF N??? ????? ? ? ????? ? ? ? ?式 中 主 動(dòng) 輪 的 包 角 z 帶 的 根 數(shù) 帶 的 預(yù) 緊 力 =2 3 169 .640F 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1 材料的選擇：小齒輪 40Cr 調(diào) , ；大齒輪 45鋼 , 。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖 1021d 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim2 550 MP? ? a。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 表 103 查得 。 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 式（ 105）的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式 ? ?[ 3 ]13 212 ()Fa S adFYYKTm z??? 1）確定公式中的各計(jì)算數(shù)值 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [3] 圖 1020C 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是 。 計(jì)算大小齒輪的并加以比較： ? ? [ 3 ]1 2 . 6 0 1 . 5 8 5 0 . 0 1 2 93 2 1 . 4 3FSFYY? ???a 1 a 1 ? ? [ 3 ]2 2 . 2 3 1 . 7 6 0 . 0 1 5 22 5 7 . 8 6FSFYY? ???a 2 a 2 比較可知大齒輪的數(shù)值比較大。 6 34z、 z 的齒輪設(shè)計(jì) [3] ?1a ?2a[ 3 ] 1 . 2 5 7 2 3 . 6 / 4 5 . 7 5 / 1 0 025AtKF N m N m M Pb ?? ? ? 16 齒輪的材料都為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于直徑d100mm的軸，當(dāng)軸截面上開有一個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大 3％；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大 7％。其中軸的結(jié)構(gòu)如下圖 33Ⅰ 軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 33Ⅰ軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 軸上力的計(jì)算步驟如下： 1）軸上各個(gè)方向力的計(jì)算 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。 由以上的計(jì)算過程可得， 。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 224ca? ? ???。齒輪上的扭矩是脈動(dòng)的，所以去 ?? 。 T? 軸所受的扭矩，單位為 N ? ?222222()( ) 4( )2881 102 48 606400caMTM TW W WM Pa M Pa??? ?? ? ? ????????????? ? ? ?和和 21 F t 2 400N1 99 mm 4 5 mmT 4 8 0 00NmmF t = 2 400NF H V 1 = 443NF H N2 =1 95 7NM 1 = 88 15 7N mmF N V2 = 1 8 72NF N V1 = 1 5NF r= 87 0NF r 87 0NM 2 = 35 59 5N mmM 和 = 1 0 5 5 85Nmm4 8 0 0 0NmmF p 1 017NF p 1 017NM 3 = 35 59 5N mmM 3 = 35 59 5N mm 圖 34 軸的載荷分析圖 主軸的設(shè)計(jì) 主軸的設(shè)計(jì) 主軸的主要參數(shù)是指：主軸前軸頸直徑 1D ；主軸內(nèi)孔徑 d ；主軸懸伸量 a 和主軸支承跨距 l ，見圖 。 設(shè)計(jì)時(shí)主要用類比分析的方法來確定主軸前軸頸直徑 1D 。確定孔徑 d 的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對(duì)空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求 以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)盡量取大值。在結(jié)構(gòu)上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)型式和尺寸、前支承的軸承配置和密封裝置等，有的還與機(jī)床其他結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，如工作臺(tái)的行程等，因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。跨距 l 是決定主軸系統(tǒng)動(dòng)、靜剛度的重要影響因素。實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近于推得的最優(yōu)值。 由于 mmlmml 1 1 6 1209 0 ??? ，故滿足設(shè)計(jì)要求。 (a) (b) 25 (c) 圖 軸承受力圖 主軸上的軸承采用一端固定，另一端游動(dòng)的支承形式。為了使其變形與原靜不定梁相同，必須滿足變形協(xié)調(diào)條件，即要求 0?B? 。 圖 軸的結(jié)構(gòu)和載荷圖 AB段支承反力： 水平面： 0?ABXF 垂直面： 0?ABYF BC段支承反力： 水平面： )( 7 1 03 NFF HrB C X ???? 垂直面： )(6653 NFF VrB C Y ???? CD段支承反力： 水平面： )( NFFF HrHrC D X ????? 垂直面： )(3 9 56 6 51 0 6 032 NFFF VrVrC DY ????? DE段支承反力： 水平面： )(4 4 1 7 1 7 2 73 3 9 3321 NFFFF HrHrHrD E X ??????? 垂直面： )(171566510601320321 NFFFF VrVrVrD E Y ??????? 軸的受力簡(jiǎn)圖、水平面及垂直面受力簡(jiǎn)圖見圖 、 c、 e。因此，這兩個(gè)截面是危險(xiǎn)截面。 得 )(5 6 6 9 88542132 851 4 1 343 mmW ????????? ?????????? 29 根據(jù)主軸材料為 Cr40 ，由《工程力學(xué)》查得許用彎曲應(yīng)力 ? ? MPa701 ??? 。若變形量超過允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。由《工程力學(xué)》查得軸的允許撓度為 )( mmLy p ???? 將上述參數(shù)代入公式（ ），則軸的計(jì)算剛度為 )( 17154410 344 221 mmy ?????? ?? 由于 pyy ?1 ，所以軸能夠滿足剛度要求。 控制系統(tǒng)可以直接購(gòu)買國(guó)內(nèi)外較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品作為數(shù)控裝置， 還可以由設(shè)