【正文】 由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 ③主軸變速迅速可靠。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 ②變速范圍寬。 與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)： ①轉(zhuǎn)速高、功率大。 ，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 ，特別是主軸組件要有足夠高的精度，抗振性、熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率要高，以滿足機(jī)床餓工作性能要求。主傳動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)必須盡量滿足下面的要求，才能夠做到符合要求： 、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速，換向和制動(dòng)，以滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求。 除上述幾方面外，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)正向小型化、數(shù)控編程自動(dòng)化等方向發(fā)展。 ④ 引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)：應(yīng)用圖象識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨別圖樣，按照語言命令進(jìn)行加工。 ③ 刀具壽命自動(dòng)檢測和自動(dòng)換刀功能：利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行檢測。 ② 采用故障自診斷、自修復(fù)功能：主要是利用 CNC 系統(tǒng)的內(nèi)裝程序?qū)崿F(xiàn)在線故障診斷， 一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采取停機(jī)等措施，并通過 CRT進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。由于在實(shí)際加工過程中，大約有 30 余種變量直接或間接地影響加工效果，如工件毛坯余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形等。 ③ 具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除具有通訊口、 DNC 功能外，還有網(wǎng)絡(luò)功能。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 2）多功能化 ① 數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多用途，以最大限度地提高設(shè)備利用效率。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，超著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。在運(yùn)動(dòng)過程中刀具對(duì)工件表面連續(xù)進(jìn)行銑削，可以進(jìn)行各種直線、圓弧、曲線的加工。為了滿足刀具沿工件輪廓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的位移控制和速度控制按照規(guī)定的比例關(guān)系精確地協(xié)調(diào)起來。 2）直線控制數(shù)控機(jī)床：又稱平行控制數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是除了控制河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線，但其運(yùn)動(dòng)路線只是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行移動(dòng)，也就是說同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)，在移位的過程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行銑削，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。一般可根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)，按下面四種原則進(jìn)行分類。 6）輔助裝置：輔助裝置主要包括自動(dòng)換刀裝置 ATC（ Automatic Tool Changer ） 、自動(dòng)交換工作臺(tái)機(jī)構(gòu) APC（ Automatic Pallet Changer）、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、銑削液裝置、排屑裝置、過載和保護(hù)裝置等。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，同樣由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)、床身以及立柱等部分組成，但數(shù)控機(jī)床的整體布局、外觀造型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大變化。它與一般普通機(jī)床的電氣類似，但為了提高對(duì)弱電控制系統(tǒng)的抗干擾性，要求各類頻繁啟動(dòng)或切換的 電動(dòng)機(jī)、接觸器等電磁感應(yīng)器件中均必須并接 RC 阻容吸收器；對(duì)各種檢測信號(hào)的輸入均要求用屏蔽電纜連接。此外，它也與機(jī)床操作臺(tái)有關(guān)手動(dòng)按扭連接。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置拖動(dòng)工作臺(tái)或刀架運(yùn) 動(dòng)。主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和位置檢測與反饋裝置等組成。而時(shí)序邏輯控制通常由可編程控制器 PLC 來完成，它根據(jù)機(jī)床各個(gè)部件有條不紊地按順序工作。其控制對(duì)象是位置、角度、速度等機(jī)械量，以及溫度、壓力、流量等物理量，其控制方式又可分為數(shù)據(jù)運(yùn)算處理控制和時(shí)序邏輯控制兩大類。主要由輸入裝置、監(jiān)視器、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類輸入 /輸出接口等組成。 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床由以 下幾部分組成 1）控制介質(zhì)：控制介質(zhì)又稱信息載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間聯(lián)系的中間媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加工中全部信息。 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成 數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。因此，機(jī)床價(jià)格較高，而且要求河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 具有較高技術(shù)水平的人員來 操作和維修。這樣可以減少裝夾的誤差，節(jié)約工序之間的運(yùn)輸、測量和裝夾等輔助時(shí)間，還可以節(jié)省機(jī)床的占地面積，帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。 4）工序集中，一機(jī)多用。同時(shí)由于數(shù)控機(jī)床 本身的精度較高，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，又因?yàn)樗歉鶕?jù)數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，因此，不但加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的銑削用量，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)工時(shí)。因此，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，有利于機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 1）能適應(yīng)不同零件的自動(dòng)化。特別是相繼出現(xiàn)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，進(jìn)一步說明，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為組成現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn)過程自動(dòng)化的基本設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域也從航空工業(yè)部門逐步擴(kuò)大到汽車、造船、機(jī)床、建筑等民用機(jī)械制造行業(yè)。該銑床的研制成功是機(jī)械制造行業(yè)中的一次革命，使機(jī)械制造的發(fā) 展進(jìn)入一個(gè)新的階段。 數(shù)字控制機(jī)床，就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。在機(jī)械產(chǎn)品中，單件與小批量產(chǎn)品占70~80%，這類產(chǎn)品一般都采用通用機(jī)床加工，當(dāng)產(chǎn)品改變時(shí)，機(jī)床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機(jī)床的自動(dòng)化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn) 品質(zhì)量。大批大量的產(chǎn)品，如汽車、拖拉機(jī)與家用電器的零件，為了解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問題，多采用專用的工藝裝備、專用自動(dòng)化機(jī)床或?qū)Ｓ玫淖詣?dòng)化生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間進(jìn)行生產(chǎn)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高。在上世紀(jì) 80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。自 1958 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后， 1978 年產(chǎn)量 (7,342臺(tái) )超過美國 (5,688 臺(tái) )，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位 (2021 年產(chǎn)量 46,604 臺(tái)，出口 27,409 臺(tái)，占 59%)。 日本政府對(duì)機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī) (如 “ 機(jī)振法 ” 、 “ 機(jī)電法 ” 、 “ 機(jī)信法 ” 等 )引導(dǎo)發(fā)展。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價(jià)實(shí)，出口遍及世界。于 1956 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，德國特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。由 于 美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。因其社會(huì)條件不同，各有特點(diǎn) ： 美國政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù) ,并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究 “ 效率 ” 和 “ 創(chuàng)新 ” ，注重基礎(chǔ)科研。而數(shù)控銑床也在不斷的隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展不斷的采 用計(jì)算機(jī) .控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。其控制裝置由 2021 多個(gè)電子管組成，占了普通實(shí)驗(yàn)室那么大。經(jīng)三年的努力，于 1952 年正式試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)樣機(jī)。早在 1948 年，美國在研制加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，就提出了研制數(shù)控機(jī)床的初步設(shè)想。對(duì)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，無疑會(huì)有助于理解各類數(shù)控機(jī)床的工作原理和結(jié)構(gòu)特性 。 銑床是普通機(jī)床中比較常見的一種，而數(shù)控銑床則是數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用比較廣泛的一種。智能化的人機(jī)界面、智能診斷、智能監(jiān)控等。（ 2）高可靠性：當(dāng)前國外的數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間 MTBF 在（ 7～ 10） 104h 以上，整機(jī)的平均 無故障工作時(shí)間達(dá) 800h 以上。 為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展的需要，當(dāng)前，世界數(shù)控銑床正朝著（ 1）高速、高效和高精度：主軸轉(zhuǎn)速最高達(dá) 202100r/min,在分辨率為 微米時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到 240m/min,自動(dòng)換刀時(shí)間最短可達(dá) ，加工精度可達(dá)177。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠 缺、數(shù)控 ,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 1998～ 2021 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為 %和 %。在新世紀(jì)到來時(shí)，如何有效解河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們?cè)趪H競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以 PC 平臺(tái)為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè) 。 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。但是，隨著數(shù)字控制技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的發(fā)展，以及數(shù)控機(jī)床高剛度 、 高精度 、 高速度的要求，逐步發(fā)展到目前數(shù)控機(jī)床獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步提高。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化性能 、 優(yōu)異而穩(wěn)定的精度 、 靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機(jī)床及其由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 、 構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備。 headstock. 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 I 目 錄 前 言 ...................................................... 1 1 緒 論 ................................................... 4 數(shù)控機(jī)床簡介 ........................................ 4 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 ........................ 4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) ............................... 7 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成 ............................ 8 數(shù)控機(jī)床的工作原理 ........................... 8 數(shù)控機(jī)床的組成 ............................... 8 數(shù)控機(jī)床的分類 ..................................... 10 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向 ................................. 11 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................... 14 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 ................................. 14 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式 ...................... 16 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 ............................. 17 精度 ......................................... 17 剛度 ......................................... 19 3 主軸電動(dòng)機(jī)的選取 ........................................ 20 采用交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速 ............................. 20 初選主軸電動(dòng)機(jī)（交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)）的功率： .......... 20 銑削力的計(jì)算 ....................................... 21 初選交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)的功率 ...................... 23 機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速 nj 的確定 .............................. 23 變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率功率的確定 .. 23 4 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................ 26 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 II 選擇 V 帶型號(hào) ....................................... 26 確定帶輪的計(jì)算直徑 ................................. 27 確定 V 帶速度 .........