【正文】 控制軌跡分類(lèi)1）點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床：點(diǎn)位控制只要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求并不嚴(yán)格，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)是不相關(guān)的。因此在這類(lèi)控制方式中，就要求數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算功能，所謂插補(bǔ)就是根據(jù)程序輸入的運(yùn)算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或圓弧的形狀描述出來(lái)，也就是一邊計(jì)算，一邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)位移量與要求的輪廓相符合。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）高速度與高精度化速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速銑削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，它對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是相互制約的，也就是說(shuō)要求位移速度越高，定位精度越難提高。3）智能化①引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)：自適應(yīng)控制AC（Adaptive Control）技術(shù)的目的是要求在隨機(jī)變化的加工過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過(guò)程中所得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。并利用“戎余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊。4）高的可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶(hù)最關(guān)心的主要指標(biāo)，它取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性，為了提高可靠性，目前主要采取以下幾個(gè)方面的措施：① 提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量；② 采用硬件結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方式；③ 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能。，全部結(jié)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。相比之下，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省之了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時(shí)能選用合理的銑削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。④主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有多速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻凋速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定的變速范圍內(nèi)均勻、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級(jí)數(shù)一般不超過(guò)20一30級(jí)。摩擦片式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，操縱方式可以是機(jī)械的、電磁的或液壓的，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。液壓無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動(dòng)中。為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪合級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段元級(jí)變速。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。(4)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖3—1(d)所示，這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)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，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。各類(lèi)機(jī)床按精度可分為普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)。如主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)、主軸中心線對(duì)滑臺(tái)一動(dòng)方向的平行度或垂直度等。如高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。傳動(dòng)精度有傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)件的制造和裝配精度等決定。用試件的加工精度表示。 剛度1）定義：機(jī)床剛度是指機(jī)床系統(tǒng)抵抗變形的能力，通常用下面的式子來(lái)表示即： K 式中 K——機(jī)床剛度，N/ F——作用在機(jī)床上的載荷，N y——在載荷的作用下，機(jī)床或主要零部件的變形，作用在機(jī)床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動(dòng)力、摩擦力、沖擊力和振動(dòng)干擾力等。故機(jī)床剛度相應(yīng)地分為靜剛度和動(dòng)剛度，后者是抗振性的一部分。顯然，靜剛度對(duì)機(jī)床抗振性、生產(chǎn)率均有影響。 采用交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)和脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都是恒轉(zhuǎn)矩的，而且功率不大，所以只能用直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。 初選主軸電動(dòng)機(jī)（交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)）的功率由《中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本》所列電機(jī)得，目前適用于這類(lèi)機(jī)床的系列交流主軸電機(jī)，、1122KW五種規(guī)格，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速。為1500r/min。所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，來(lái)擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍。4 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)XK5325A數(shù)控銑床的傳動(dòng)特性，《機(jī)械設(shè)計(jì)》中幾種帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，可選定從電動(dòng)機(jī)到主軸部分的傳動(dòng)選V帶傳動(dòng)。V帶又分為普通V帶和窄V帶。下面是V帶傳動(dòng)中的設(shè)計(jì)計(jì)算： 選擇V帶型號(hào)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知：普通V帶按斷面尺寸分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，如下圖：根據(jù)計(jì)算功率（kw）和帶輪的轉(zhuǎn)速?gòu)膱D中選取帶型號(hào)計(jì)算功率=K式中 電動(dòng)機(jī)額定功率； K工作情況系數(shù)，取K=則=K== KW而=1500r/min可從圖中選取帶的型號(hào)為C型號(hào)帶 確定帶輪的計(jì)算直徑小帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力越大，同時(shí)會(huì)增大帶傳動(dòng)的有效拉力，從而導(dǎo)致V帶根數(shù)的增加。∴ =()=參考帶輪的選取基準(zhǔn). 確定V帶速度 == 初定中心距 帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定，一般以下列范圍內(nèi)選取 中心距大時(shí)可以增加帶輪的包角，減小單位時(shí)間內(nèi)地帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命。 確定實(shí)際中心距 = 707mm考慮到帶輪的制造誤差，帶長(zhǎng)誤差，帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的需要，常給出中心距的變動(dòng)范圍 驗(yàn)算帶輪包角如果過(guò)小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。為了提高帶傳動(dòng)的工作能力，應(yīng)使 確定V帶根數(shù)1）計(jì)算單根V帶的額定功率。因此，在設(shè)計(jì)分檔變速機(jī)構(gòu)時(shí)，主要考慮主軸恒功率調(diào)速范圍的要求。③同一變速組中的各對(duì)齒輪，其中心距必須保持相等。此時(shí)各傳動(dòng)組的相差不能太多。 齒輪的齒厚⑥保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。對(duì)于專(zhuān)用機(jī)床，它是按照持定工藝設(shè)計(jì)的，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速是固定不變的，所傳遞的轉(zhuǎn)矩也是一定的。由此可知，通用機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)只是從某轉(zhuǎn)速開(kāi)始才有可能使用電動(dòng)機(jī)的全部功率。軸I由電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)得到3000 r/min、1000 r/min、100 r/min轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速通過(guò)齒輪傳動(dòng)傳到II軸得到63r/min的轉(zhuǎn)速，要傳遞全部功率，所以軸I的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：。 各齒輪副模數(shù)計(jì)算模數(shù)m的計(jì)算結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪的工作條件、空間安排、材料和精度等都已確定，才可能核算齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞值是否滿足要求。I軸最小直徑：經(jīng)圓整可得， II軸最小直徑 經(jīng)圓整取: III軸最小直徑=經(jīng)圓整取: 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（此謹(jǐn)僅以每軸上一個(gè)齒輪為例進(jìn)行計(jì)算） 主軸齒輪的設(shè)計(jì)：主軸齒輪 ，∴ =250mm mm (502) 査機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪傳動(dòng)齒寬系數(shù) 軸I上的齒輪設(shè)計(jì)尺寸如下：=，=8∴ （下圖為各軸上齒輪設(shè)計(jì)的示意圖） =(30)=96 査機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪傳動(dòng)齒寬系數(shù) 軸II上的齒輪設(shè)計(jì)尺寸如下：軸II采用雙聯(lián)滑移齒輪 ，=8∴ =(48)=158査機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪傳動(dòng)齒寬系數(shù) 軸I和軸II軸軸承的選擇滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要原件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。上圖為立式升降臺(tái)數(shù)控銑床主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)的示意圖6 主軸及其組件的設(shè)計(jì)主軸組件是機(jī)床的重要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行件。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸和夾持，還必須有刀具的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體等的制造、裝配和調(diào)整精度。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸組件的剛度。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加丁余量的變化，主軸組件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及銑削過(guò)程中的頤振等引起的。主軸組件的低階固有頻率與振型是其抗振性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，各種類(lèi)型機(jī)床對(duì)溫升都有一定限制。磨損的速度與摩擦的種類(lèi)有關(guān)，與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表面粗糙度、材料的熱處理方式、潤(rùn)滑、防護(hù)及使用條件等許多因素有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都己標(biāo)誰(shuí)化。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼(如45鋼)，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位進(jìn)行局部高頻淬硬，以提高其耐磨性。傳動(dòng)方式如下圖所示： 傳動(dòng)件位置的合理布置 主軸部件軸承的配置主軸軸承是主軸部件的重要組成部分，它的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)的范圍大；能在零間隙或負(fù)間隙(一定的過(guò)盈量)條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較高的旋轉(zhuǎn)精度和剛度；軸承潤(rùn)滑容易，維修、供應(yīng)方便，摩擦因數(shù)小等。軸承類(lèi)型及型號(hào)選用主要應(yīng)根據(jù)主軸組件的剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、抗振性及結(jié)構(gòu)等要求告理進(jìn)行選定。(1)中高速重載 雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承(如配推力軸承，則極限轉(zhuǎn)速低)。(3)軸向載荷為主 精度不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承；精度較高時(shí)，選用向心推力軸承。 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定主軸的照顧要結(jié)構(gòu)參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑和，主軸內(nèi)孔直徑d，軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L，這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度⑴主軸前軸承軸徑的選取一般按機(jī)床類(lèi)型，主軸傳遞的功率或最大加工直徑選取,銑床后軸頸的直徑()如下表所示，根據(jù)功率15KW，選范圍為110—115之間，初選為115mm。選26mm。支撐跨距過(guò)小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支撐變形引起主軸前軸端的位移量增大，反之，支撐跨距過(guò)大，支撐變形引起主軸前軸端的位移量盡管見(jiàn)效了，但主軸的彎曲變形增大，也回引起主軸前端叫大的位移。如下圖所示： 圖（1） 主軸的技術(shù)要求數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是主軸部件的結(jié)構(gòu)，主軸部件既要滿足精加工時(shí)精度較高的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削的能力。用普通螺母作主軸軸承軸向限位如圖（3）所示，通常難以保證螺母端面與軸心線有較高的垂直度，鎖緊后易使軸承偏斜，甚至有可能使軸彎曲。端面鍵既作刀架1上的刀具定位用，又可通過(guò)它傳遞轉(zhuǎn)距?？墒莿偰玫筋}目時(shí)卻是一頭的霧水，不知從何下手。一切要從頭做起！以自己不足半斤八兩的實(shí)力去面對(duì)如此復(fù)雜的畢業(yè)設(shè)計(jì)這本身就是一個(gè)很大的考驗(yàn)，但換個(gè)角度，也是一種很大的挑戰(zhàn)！說(shuō)是鍛煉，很顯然，讓我這種不足半斤水平的實(shí)力來(lái)完成如此復(fù)雜的的畢業(yè)設(shè)計(jì)，這個(gè)過(guò)程就是一種鍛煉！通過(guò)這次鍛煉，提高了自己查閱資料的能力，并熟悉了有關(guān)的技術(shù)政策，提高了熟練應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊(cè)、圖冊(cè)等工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫(xiě)技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力。參考文獻(xiàn)[1]《數(shù)控銑床設(shè)計(jì)》文懷興主編．北京：化工工業(yè)出版社，2006[2] 《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例》余英良主編．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994[3]《機(jī)電傳動(dòng)控制》鄧星鐘主編．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001[7]160