【正文】 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________ 評閱教師簽字 ： _______________ 評閱教師職稱 ： _______________ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 III 答辯委員會評語： ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 根據(jù)畢 業(yè)設(shè)計（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定： 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè)設(shè)計（論文）的特殊評語： ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 答辯委員會主任（簽字）： 職稱： ______________ 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員（簽字）： ___________ ___________ ___________ __________ __________ __________ __________ __________ 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 IV 哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 第一章 緒 論 課題背景 我國機床產(chǎn)量居世界第四 ， 但高檔數(shù)控機床仍主要靠進(jìn)口 。 專家指出 ， 要使 我國機床水平得到整體提升，就要加大數(shù)控機床的研發(fā)力度。去年產(chǎn)值 達(dá) 260 億元，產(chǎn)量 居四屆第四。因此，國際上一些發(fā)達(dá)國家一直把高性能數(shù)控機床作為戰(zhàn)略物資而嚴(yán)加控制，限制我國進(jìn)口高性能數(shù)控機床。數(shù)控機床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低是衡量一個國家綜合實力的重要標(biāo)志。從總體來看，我國機床工業(yè)與世界先進(jìn)水平相比，差距仍然十分明顯：一是國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在品種、水平和數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)發(fā)展要求，高檔數(shù)控機床目前仍然大量進(jìn)口；二是數(shù)控機床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸；三是機床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，制造能力、綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場快節(jié)奏的發(fā)展的要求。以加工中心為例，國產(chǎn)立式加工中心以低廉的價格、基本可靠的性能和質(zhì)量占據(jù)了國內(nèi)大部分市場，而在臥式加工中心等高自動化、高附加值、高利潤的產(chǎn)品市場卻很少見達(dá)到量產(chǎn)的本土企業(yè)。 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 （ 1） 高精度化 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料及新零件的出現(xiàn)，對精密加工技術(shù)不斷提出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機床， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為 數(shù)控機床的發(fā)展方向之一。數(shù)控機床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本。 （ 3） 高柔性化 采用柔性自動化設(shè)備或系統(tǒng)，提高加工精度和效率，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)市場變化需求和提高競爭能力的有效手段，數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時，朝著單位元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。 （ 5） 智能化 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的不斷滲透與發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)生產(chǎn)柔性、自動化發(fā)展需求，智能化正成為數(shù)控機床研究及發(fā)展特點，它不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控），還貫穿在產(chǎn)品的售后服務(wù)和維修中，目前采用的主要技術(shù)措施包括以下幾個方面。如通過監(jiān)控切屑過程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切屑力及零件的加工質(zhì)量等，向制造系統(tǒng)反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結(jié)合在一起，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 股沾自診斷、自修復(fù)技術(shù) 在整個工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時對 CNC 系統(tǒng)本身以及其 相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷和檢查。 智能化交流伺服驅(qū)動技術(shù) 目前已開始研究能自動識別負(fù)載并自動調(diào)節(jié)參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。 （ 6） 復(fù)合化復(fù)合化包括工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。加工中心的出現(xiàn)，又把車、銑、鏜等工序集中到一臺機床來完成，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度的提高設(shè)備的利用率。另外，數(shù)控系統(tǒng)的控制軸數(shù)也在不斷增加，有的多達(dá) 15 軸，其同時聯(lián)動的軸數(shù)已達(dá)六軸。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。 （ 8） 網(wǎng)絡(luò)化 為了適應(yīng) FMC、 FMS 以及進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)組成 CIMS 的要求，先進(jìn)的 CNC 系統(tǒng)為用戶提供了強大的聯(lián)網(wǎng)功能，除有 RS232 串行接口、RS422 等接口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的 DNC 接口，可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機床進(jìn)行控制。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機的先進(jìn)技術(shù)，其新一代數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進(jìn)行系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促使了數(shù)控系統(tǒng)多檔次，多品種的來發(fā)和廣泛應(yīng)用。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 1998～ 2020 年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為 %%。 1999 年機床進(jìn)口額為 億美元 (7624 臺 )， 2020 年達(dá) 億美元 (23320 臺 )，相當(dāng)于同年國內(nèi) 數(shù)控機床產(chǎn)值的 倍。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、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 我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結(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)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二機或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大主軸的無極調(diào)速范圍。 （ 1）轉(zhuǎn)速高、功率大 它能使數(shù)控機床進(jìn)行大功率切屑和高速切屑，實現(xiàn)高效率加工。 （ 3）主軸變速迅速可靠 數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。 （ 4）主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性 凡有機械摩擦的部位如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處有良好的潤滑【 1】 。 （ 2）主電動機具有足夠的功率、全部結(jié)構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。 （ 4）操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)配置方式 數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。為擴大調(diào)速范圍，適應(yīng)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有極調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。如圖 21a 所示 ，通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時對輸出轉(zhuǎn)矩特性要求?；讫X輪大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。電動機本身的調(diào)速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的震動與噪聲。常用的是 V 帶和同步齒形帶。高速時電動機通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴大變速范圍作用，這樣就是恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 21a 變速齒輪傳動的主傳動系統(tǒng) 21b 靠帶輪傳動的主傳動系統(tǒng) 21c 兩電機分別驅(qū)動的主傳動系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 21d 內(nèi)裝電機主軸結(jié)構(gòu)的主傳動系統(tǒng) 本章總結(jié) 本章先介紹了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的 5 個特點：轉(zhuǎn)速高；變速范圍寬；主軸變速迅速可靠；主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。最后介紹了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的 4 種配置方式：帶有變速齒輪的主傳動；通過帶輪傳動的主傳動；用兩電機分別驅(qū)動主軸 ；內(nèi)裝電動機主軸結(jié)構(gòu)。 根據(jù)中型機床參數(shù)設(shè)計，所設(shè)計的主傳動配置選用 中提到的四種方案的第一種方案即采用變速齒輪的主傳動系統(tǒng)。主軸變速分為低速區(qū)域和高速區(qū)域，其中的變幻時通過液壓缸驅(qū)動撥叉來撥動齒輪以及 離合器，通過離合器的黏合以及分開來實現(xiàn)變速（如圖 31）。準(zhǔn)停前，定向活塞在下面，主軸必須處于停止?fàn)顟B(tài)。 圖 32 主軸和電機軸 拉刀裝置是通 過蝶形彈簧是拉桿向右移動，通過鋼球加緊刀柄。新刀裝入后，活塞向右，蝶形彈簧又重新夾緊刀柄。通過圖 33，可以很容易看清楚整個系統(tǒng)的工作原理。它包括切屑功率 Nc、空載功率 Nmo、附 加功率 Nmc 三部分，即 N=Nc+Nmo+Nmc 其中，切屑功率 Nc 是按照各個加工情況下叫經(jīng)常遇到的最大切屑力和最大切屑速度來計算，即 Nc=FzV 中 Fz 是主切屑力（ N） V 是切屑速度（ m/s） 至于空載功率和附加功率在此不考慮。 以下是用圓柱銑刀來加工碳鋼、青銅、鋁合金、可鍛鑄鐵切屑力的公式 ZadaaCF pfeFZ