【正文】 傳動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響，故可以獲得比傳統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更高的定位精度，快進(jìn)速度和加速度。 4. 直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高速、高精度數(shù)控機(jī)床最有代表性的先進(jìn)技術(shù)之一。采用齒輪齒條副運(yùn)動(dòng)是，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小是也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。 齒輪齒條副傳動(dòng)用于行程較長(zhǎng)的大型機(jī)床上，可以得到較大的傳動(dòng)比，進(jìn)行高速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，剛度及機(jī)械效率也高。 靜壓蝸桿蝸條副的 工作原來(lái)與靜壓絲杠螺母相同，蝸條實(shí)質(zhì)上是螺母的一部分，蝸桿相當(dāng)于一根短絲杠，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，壓力油必須從蝸桿進(jìn)入靜壓油腔， 加上蝸桿是旋轉(zhuǎn)的，與蝸條的接觸區(qū)只有 120。 （ 6）承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，但靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對(duì)油的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將造成股良后果。 （ 4）油膜成具有一定剛度，減小了反向間隙。 （ 2）油膜層可以吸振，提高了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)到是通過(guò)油膜推動(dòng)螺母直線(xiàn)移動(dòng)，反之，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)也可使絲杠直線(xiàn)移動(dòng)。另外，為了防止安裝、使用是螺母脫離絲杠，在機(jī)床上還必須配置超程保護(hù)裝置，這一點(diǎn)對(duì)于高速加工數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)尤為重要。 但由于它有運(yùn)動(dòng)的可逆性，即一方面能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，反過(guò)來(lái)也能將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)自鎖。 1. 滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)； （ 1）摩擦損失小，傳動(dòng)效率高； （ 2）絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度； （ 3）摩擦阻力小，而且它幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)、靜摩擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象； （ 4）長(zhǎng) 期工作磨損小，使用壽命廠，精度保持性好。 數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本型式 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以分為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)兩大類(lèi)。 3. 減小系統(tǒng)的摩擦阻力 進(jìn)給系統(tǒng)的的摩擦阻力一方面會(huì)降低傳動(dòng)效率，產(chǎn)生發(fā)熱，另一方面，它還直接影響系統(tǒng)的快速性；此外，由于摩擦力的存在，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的編號(hào)，將導(dǎo)致傳動(dòng)配件的彈性變形，產(chǎn)生非線(xiàn)性的摩擦死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 2. 減小傳動(dòng)部件的慣量 在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一定是，傳動(dòng)部件的慣量直接決定了進(jìn)給系統(tǒng)的加速度，它是影響進(jìn)給系統(tǒng)快速性的主要因素。如果傳動(dòng)部件的剛度不足，必然會(huì)使出阿杜部件產(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的定位精度、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)快速性。 數(shù)控銑床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和慣量主要決定于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙、摩擦死區(qū)則是造成傳動(dòng)系統(tǒng)非線(xiàn)性的主要原因。 一個(gè)典 型的數(shù)控銑床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常有位置比較、放大元件、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成，而其中的機(jī)械傳動(dòng)裝置是 位置控制環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 2）計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力 截面右側(cè)彎矩為 2212M M M?? 1 3 2 7 6 7 9 .1 5M N m m?? 2 1 1 9 8 8 7 .2 5M N m m?? 2212 3 4 8 9 8 0 .3 6M M M N m m? ? ? ? 截面上的扭矩 T為： 44 .89T N mm?? 抗彎截面系數(shù)： ? ?? mm? 抗扭截面系數(shù)： ? ?? ? 截面上的彎曲應(yīng)力： /b MW? ? 34 89 80 .36 / 66 18 39? /N mm? 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： / 4 4 8 9 0 / 1 2 9 8 9 4 .0 2tTW? ?? /N mm? 彎曲應(yīng)力幅： 26 .9 5 7 /ab N m m???? 彎曲平均應(yīng)力： 0m?? 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即 2/ 2 0. 35 / 2 0. 17 5 /am N m m? ? ?? ? ? ? 3）確定影響系數(shù) 軸的材料為 40 ,riCN 調(diào)質(zhì)處理，查表得 290 0 / ,B N mm? ? 221147 0 / , 28 0 /N m m N m m?????? 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù) k? 、 k? 取 , 5?????? 由上面結(jié)果可得 1 / ( ) 4 7 0 / ( 2 .5 5 6 .9 5 7 )a b mS S K?? ? ? ??? ? ? ?? 1 / ( ) 2 8 0 / ( 1 .5 6 0 .1 7 5 0 .0 5 0 .1 7 5 )amSK? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ?? 2 2 2 2/ 2 6 .4 9 9 9 3 .7 8 9 / 2 6 .4 9 9 9 3 .7 8 9caS S S S S? ? ? ?? ? ? ? ?? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 中的許用安全系數(shù) ??S 值： ? ? ? 由 ? ?caSS? ，可知該軸安全。 （ 5）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1）判斷危險(xiǎn) 截面 危險(xiǎn)截面應(yīng)該是應(yīng)力較大，同時(shí)應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。（ 2179。 48/= 2）選擇帶長(zhǎng) Lp Lp=2acosφ +π（ d1+d2） /2+πφ（ d2d1） /180 式中，φ =arcsin（ d2d1/2a） =arcsin（ ） =。 24=48 小帶輪直徑為 d1=PbZ1/π =179。取小帶輪齒數(shù) Z1=24。 Pd=Ko? Pm=179。 為保證主軸箱在伺服電機(jī)斷電后，不會(huì)因自重而下滑，在立柱內(nèi)腔設(shè)有與主軸箱相連結(jié)的鋼絲繩、滑輪、平衡塊等組成的平衡裝置。 2． 主軸箱 主軸箱結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 ，箱體材料為 HT2040 鑄鐵件，主軸軸承采用前軸承軸向固定，后軸承可游動(dòng)的 支承方式，前軸承用兩個(gè)角接觸向心球 D46118 軸承，后軸承用一個(gè)深溝球 E317 軸承。 但是，不管采用任何型式，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要比普通機(jī)床簡(jiǎn)單的多。 （ 3） 在高速加工機(jī)床上，廣泛使用主軸和電動(dòng)機(jī)一體化的新穎功能部件 —— 電主軸。 主傳動(dòng)的無(wú)級(jí)變速通常有以下三種方法： （ 1） 采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，在早期的控制機(jī)床或大型數(shù)控機(jī)床（主軸功率超過(guò) 100kw）上，也有采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況。 （ 4） 在加工中心上，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需要的自動(dòng)夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手的正確嚙合。 （ 2） 要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速、高效的加工需要。 銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控化改造 主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求和變速方式 數(shù)控銑床和普通銑床一樣，主傳動(dòng)系統(tǒng)也必須通過(guò)變速，才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的加工要求，在變速的同時(shí)，還要求傳遞一定的功率和足夠的扭矩，滿(mǎn)足切削的需要。 數(shù)控銑床是一種高度自動(dòng)化的加工設(shè)備，動(dòng)作復(fù)雜，高速運(yùn)動(dòng)部件較多，對(duì)機(jī)床動(dòng)作互鎖、安全防護(hù)性能等要求比普通銑床要高的多。而且由于加工效率的提高，數(shù)控機(jī)床的工件裝卸可能比普通機(jī)床更加頻繁。 4. 具有良好的操作、安全防護(hù)性能 方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關(guān)心的問(wèn)題。伺服系統(tǒng)的最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量），一般只有 ，甚至更小，最低進(jìn)給速度，一般只有 1mm/min，甚至更低，這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度，良好的跟蹤性能低速穩(wěn)定性，才能對(duì) 數(shù)控系統(tǒng)的位置指令作出準(zhǔn)確的響應(yīng)，從而得到要求的定位精度。因此，在數(shù)控銑床上還應(yīng)采取必要的措施，盡可能減少機(jī)床的熱變形。 2. 具有良好的熱穩(wěn)定性 銑床的熱變形是影響銑床加工精度的主要因素之一。為了滿(mǎn)足數(shù)控銑床高效，高精度、高可靠性以及自動(dòng)化的要求、與普通銑床相比，數(shù)控銑床應(yīng)具有更高的靜剛度。 數(shù)控銑床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 1. 具有較高的靜、動(dòng)剛度和良好的抗振性 銑床的剛度反映了機(jī)床結(jié) 構(gòu)抵抗變形的能力。 4. 對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高 高速、高效、高精度的加工要求，無(wú)人化的管理以及工藝復(fù)合化、功能集成化一方面可以大大提高生產(chǎn)率，同時(shí)，也必然會(huì)使機(jī)床的開(kāi)機(jī)時(shí)間、工作負(fù)載隨之增加，機(jī)床必須在高負(fù)載下，長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。因此，自動(dòng)換刀裝置、動(dòng)力刀架、自動(dòng)排屑裝置、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置等特殊機(jī)械部件是必不可少的，有的機(jī)床還帶有自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置（ APC）。主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了每分鐘上萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，采用電主軸、直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)、直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌新產(chǎn)品，新技術(shù)勢(shì)在必行。 近年來(lái)，隨著新材料、新工藝的普及、應(yīng)用、高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控銑床的 發(fā)展方向之一。 2. 廣泛采用高效、無(wú)間隙傳動(dòng)裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品 數(shù)控銑床進(jìn)行的是高速、高精度加工，在簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和元件在數(shù)控銑床上得到廣泛的應(yīng)用。在操作上，它不像普通機(jī)床那樣，需要操作者通過(guò)手柄進(jìn)行調(diào)整和變速，操作結(jié)構(gòu)比普通機(jī)床要簡(jiǎn)單得多，許多機(jī)床甚至沒(méi)有手動(dòng)機(jī)械操作機(jī)構(gòu) 。它必須利用伺服進(jìn)給系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，并可以通過(guò)主軸調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)變速，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，數(shù)控機(jī)床的主軸箱、進(jìn)給變速箱結(jié)構(gòu)一般都非常簡(jiǎn)單；齒輪、軸類(lèi)零件、軸承的數(shù)量大為減少；電動(dòng)機(jī)可以直接聯(lián)接主軸和滾珠絲杠，不用齒輪。 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 數(shù)控銑床作為一種高速、高效和高精度的自動(dòng)化加工設(shè)備，由于其控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大，使機(jī)床的性能得到大大提高。普通銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造 ，除了選擇可靠性高、性能穩(wěn)定的數(shù)控系統(tǒng)外，對(duì)銑床自身的改造也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。 第二章 銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì) 介紹 根據(jù)我國(guó)國(guó)情，八十年代在普通機(jī)床的改造方面，出現(xiàn)了以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，尤其是普車(chē)、普銑數(shù)控化改造的熱潮，并逐步形成了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控產(chǎn)業(yè)。 從微觀上看，數(shù)控機(jī)床本身是高科技產(chǎn)品，它比傳統(tǒng)機(jī)床有很多突出的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性的發(fā)揮，是數(shù)控機(jī)床的性能有了質(zhì)的提高，打了推動(dòng) 了制造也的發(fā)展。隨著我國(guó)現(xiàn)代化制造的不斷推進(jìn)，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。而我國(guó)在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后約 20 年。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床， FMC、 FMS 外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行 CAD、 CAE、 CAM、虛擬制造，在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)）、 CIMS等，以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性 從宏觀上看，在 20 世紀(jì) 70 年代末、 80 年代初，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)被稱(chēng)為機(jī)床再生業(yè)；在日本，機(jī)床改造業(yè)被稱(chēng)為機(jī)床改裝業(yè) 。另外，從市場(chǎng)容量來(lái)講，不管是汽車(chē)制造業(yè)、模具制造業(yè)，還是軍工企業(yè)，機(jī)床數(shù)控化改造都蘊(yùn)藏著無(wú)限商機(jī)。 我國(guó)機(jī)電行業(yè)（包括機(jī)械、電子、汽車(chē)、航空、航天、輕工、紡織、 冶金、煤炭、郵電、船舶等）擁有的機(jī)床結(jié)構(gòu)比較陳舊，操作系統(tǒng)復(fù)雜，控制系統(tǒng)落后，生產(chǎn)效率低下，如果靠購(gòu)置新的數(shù)控機(jī)床取而代之，顯然耗資巨大，不符合國(guó)情。為改變這種落后狀況，必須提高制造業(yè)的裝備水平，特別是機(jī)床的數(shù)控化率。加入 WTO 之后，我國(guó)制造業(yè)正面臨極大的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。這種變化的目的是為了滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。 位置檢測(cè)裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置之后，數(shù)控裝置將反饋回來(lái)的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行 比較，控制驅(qū)動(dòng)裝置按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟動(dòng)停止，工件和機(jī)床部件的松開(kāi) 、夾緊，分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位分度等開(kāi)關(guān)輔助動(dòng)作 驅(qū)動(dòng)裝置和位置檢測(cè)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件，以加工出符合圖樣要求的零件。但輸入的零件加工程序只能是各線(xiàn)段軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)，不能滿(mǎn)足要求，因此 要進(jìn)行軌跡插補(bǔ)，也就是在線(xiàn)段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，并向相應(yīng)坐標(biāo)輸出脈沖信號(hào)，控制各坐標(biāo)軸（即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的各執(zhí)行元件）的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量等。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來(lái)的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。 零件加工程序輸入過(guò)程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工（數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小時(shí)），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置 內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再?gòu)膬?nèi)部存儲(chǔ)器中逐段逐段調(diào)出進(jìn)行加工。根據(jù)控制存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。 編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種 存儲(chǔ)載體上，它可以是穿孔紙帶、磁帶和磁盤(pán)等，采用哪一種存儲(chǔ)載體，取決于數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)類(lèi)型。在對(duì)