数控机床主传动系统设计 毕业设计

1、第一章 前言1.1 数控机床的发展概况数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。建立了一支数控研究、开发、管理人才

2、的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。1.2 数控机床的未来发展趋势1)高速化。随着汽车、航空航天工业的发展，铝合金及其他新材料的应用日益广泛，对高速加工的需求越来越强劲。2)高精度。机床的加工精度，以及其可重复性和可信赖度高，性能长期稳定，能够在不同运行条件下“保证”零件的加工质量。3)工序集约化。在

3、一台机床上尽可能加工完毕一个零件的所有工序，同时又保持机床的通用性，能够迅速适应加工对象的改变。4)机床的智能化。加工设备不仅提供“体力”，也有“头脑”，能够在线监测工况、独立自主地管理自己，并与企业的生产管理系统通信。5)机床的微型化。随着各种产品的小型化以及微机电系统的迅速发展，对机床微型化提出了强烈的需求。1.3 数控机床的主传动系统主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一。对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。由于数控机床的主运动要求有较大的调速范围，因此数控机床的主传动电机主要使用交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机。由于主

4、运动采用了无级变速，为了确保低速时的扭矩，数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。数控机床采用带有变速齿轮的主传动。通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位采用液压拨叉直接齿轮实现。第二章 主传动系统的运动设计2.1 主运动系统驱动电机的选择对于任何一种数控机械设备，它的各个运动中速度最高的，功率消耗最大的那个运动称为主运动。而驱动主运动的电机的选择主要考虑电机的功率，调速范围以及功率扭矩特性等。其中功率则应考虑有效功率、空载功率和随负载增加的摩擦损耗功率。数控机床的主传动运动是通过主传动电机拖动的。目前数控

5、机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一步扩大。数控机床变速时是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。主轴的最高转速n

6、max=3150r/min，最低转速nmin=16r/min，计算转速nj=78r/min，交流变频主轴电机其额定功率Pn=10kw，额定转速nd=1000r/min，最高转速nmax=2400r/min，最低转速nmin=62r/min主轴要求的恒功率调速范围： Rnp=电动机的恒功率调速范围：Rp=可见主轴要求的恒功率调速范围远大于电动机所能提供的恒功率调速范围，故必须配以分级变速箱。取变速箱的公比 Rnp=Fz-1Rp= 故变速箱的变速级数 Z=为了简化变速箱结构,取Z=4= 则2.2 拟定转速图和功率扭转特性图图1为转速图。要从电机的恒转矩调速的最低转速310r/min降至主轴的最低转

7、速30r/min其总降速比为i=30/310=1/10，用两个变速组的最小传动比来完成。图2为主轴上的功率扭转特性图。为了便于设计和制造，同一传动组内各齿轮的模数取相同值。两轴间的中心距一定，所以齿数和z相等，为了减小径向尺寸，齿数和应尽量取小些。但最小齿数和zmin又受到最小齿数Zmin和最小传动比的限制（一般Zmin1820，Umin1/4），为了实现变速二联滑移齿轮中，最大和最小齿轮的齿数差应大于4mm。同时还应考虑到小齿轮齿根圆与其键槽处的尺寸应大于两倍的模数，以防止根裂。另外齿数和z的选取不要使两轴中心距过小，否则有可能导致两轴轴承过近或使前后变速组的齿顶圆与轴相撞。综合考虑以上的因

8、素，根据金属切削机床设计及变数箱传动比查表得轴间齿数和z=124根据转速图确定各轴上齿轮的齿数轴：Z1=60 Z2=24轴：Z3=24 Z4=60 Z5=42 轴：Z6=24 Z7=42 绘制传动系统图如下：第三章 主传动系统的动力设计数控机床变速时是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。为了确保低速时的扭矩，有的数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。由于主运动采用了无级变速，在大

9、型数控车床上测斜端面时就可实现恒速切屑控制，以便进一步提高生产效率和表面质量。数控机床主传动主要有三种配置方式。1.带有变速齿轮的主传动 这是大、种型数控机床采用较多的一种方式。通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床业采用此种传动方式，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。2.通过皮带传动的主传动 这主要应用在小型数控机床上，可以避免齿轮传动是引起的振动与噪声。但它只能使用与要求的扭矩特性的主轴。3.由调速电机直接驱动的主传动 这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件

10、的刚度。但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。近年来,国外出现一种数控机床内装式的电机主轴,即主轴与电机转子合为一体.优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，且利于控制振动和噪声。缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的平衡、温度控制和冷却是内装式电机主轴的关键问题。本设计选用的是带有变速齿轮的主传动，其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力。但结构复杂，需增加润滑及温度控制系统，制造维修要求较高。3.2 轴径的确定：主轴轴径的确定：取前端直径D1=100mm,后端直径D2=(0.70.85)D1=80mm

11、,C/3/82/后轴承C/3/82/16主轴传递扭矩:取主轴最大回转直径240mm，则主轴所受切削力，.所以(2)取主轴悬伸a=90mm, 悬伸比,则前轴承所受力后轴承所受力前轴承径向位移:m有5m预紧量时相对位移查图线,取B=0.9,则弹性位移m轴承外圈与箱体孔接触变形:则外圈弹性变形:内圈弹性变形:所以轴承支承的综合刚度:(3)后轴承径向位移:m有5m预紧量时相对位移查图线,取B=0.9,则弹性位移m轴承外圈与箱体孔接触变形:则外圈弹性变形:内圈弹性变形:所以轴承支承的综合刚度:(4) 求最佳跨距: 假定主轴的当量外径D为例,后轴径平均值D=90cm,取主轴d=56mm,故惯性距查图线 则

12、 与假设初值相差不多,故不再检验.传动轴轴径的确定(1)I轴:取I轴为的花键轴(2)II轴：取II轴为的花键轴III轴: 取III轴为的花键轴(3)选择轴II检验弯曲刚度轴II上有三对齿轮,有四种传动情况:轴I II III之间的空间位置如下图1,受力情况的分析也如图1.X查图得K1查图得11Y查表得挠度许用量倾角许用量中心处挠度支承处倾角3.2.II轴选308轴承,额定动载C=3200kg,动载荷系数所以轴承所受径向载荷轴承寿命=h轴承的寿命足够1）设计功率由机械设计手册表50查得2)选定带型和节距根据和由机械设计手册表确定为H型节距mm3)小齿轮齿数Z根据带型H和小齿轮转速由机械设计手册表

13、51查得小齿轮最小齿数此处取4）小齿轮圆直径mm由机械设计手册表56查得外径大齿轮齿数5）大带轮节圆直径由机械设计手册表56查得外径6）带速V7）初定轴间距 取8）带长及其齿数 由机械设计手册表47查得应选用带长代号为630的H型的同步带，其节线长节线上的齿数 =9）小带轮啮合齿数 =1310）基本额定功率53查得11）所需带宽52查得H型带， 48查得，应选带宽代号300的H带其12）带轮的结构和尺寸传动选用的同步带为630H300小带轮，大带轮，估算传动齿轮类型、精度等级、材料及模数轴上的齿轮计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动7级精度（GB10095-88）选用

14、材料 由机械设计表10-1得小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS。大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。小齿轮齿数Z1=24大齿轮齿数=60 i由设计计算公式（10-9a）进行计算d1t1) 确定公式内的各计算数值(2)计算小齿轮传递的转矩 (3)由机械设计表10-7选取齿宽系数d=1(4)由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数ZE(5)由机械设计图10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600Mpa，大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550Mpa(6)由式10-13计算应力循环次数N1=60n1jLh=605201(

15、28300109N2109108(7)由机械设计图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.90, KHN2(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1由式（10-12）得H1= 600=540Mpa H2 = 2)计算小齿轮分度圆直径d1t，代入中H较小的值(1) d1t =(2)计算圆周速度VV=/s(3)计算齿宽bb=dd1t =180.81=80.81(4)计算齿宽与齿高之比b/h模数 mt=齿高 t3.37=b/h=(5)计算载荷系数根据V=/s 7级精度，由机械设计图10-8查得动载荷系数KV直齿轮假设KAFt/b100N/由机械设计表10-3查得KH=KF由机械设

16、计表10-2查得使用系数KA=1由机械设计表10-4查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置KH=由b/h =10.66, KH查图10-13得KF故载荷系数K=KAKV KHKH=1(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径d1=d1t=(7)计算模数：m=3.75由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为m1）确定公式内的各计算数值（1）由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500Mpa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE2=380Mpa（2）由机械设计图10-18查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85 KFN2（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 由式（10-12）得

17、F1= =F2= =a（4）计算载荷系数KK=KAKV KFKF=1（5）查取齿形系数由机械设计表10-5查得 YFa1=2.65, YFa2 （6）查取应力校正系数由机械设计表10-5查得 YSa1=1.58, YSa2 （7）计算大、小齿轮的YFaYSa/F并加以比较= =大齿轮的数值大 2)设计计算m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数，大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮的直径（即模数与齿数的乘积）有关。可取由弯曲疲劳强度算得的模数m=2.58并就近圆整为标准值m=4齿轮结构尺寸一览表

18、齿轮齿数模数m()分度圆直径d=mz ()齿根圆直径df=(z-2.5)m(mm) 齿顶圆直径da=(z+2)m(mm)齿宽()Z13515Z27713Z38220521023Z44925Z522556025Z64210511025Z77523Z810225526023数控机床主轴部件的精度、刚度和热变形对加工质量有直接影响。由于加工过程中不对数控机床进行人工调整，因此这些影响就更为严重。目前数控机床的主轴主要有三种型式。1.前后支撑采用不同轴承前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心推力球轴承。此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切屑的

19、要求，因此普遍应用于各类数控机床。2.前轴承采用高精度双列向心推力球轴承向心推力球轴承高速时性能良好，主轴最高转速可达4000r/min。但是，它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和紧密的数控车床。3.双列和单列圆锥滚子轴承这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。但是，这种轴承限制了主轴的最高转速和精度，因此使用中等精度、低速与重载的数控机床。本设计中主轴的前端轴承选用的是D级精度的NN3020K型双列短圆柱滚子轴承和一对背靠背安装的7020型角接触球轴承，用于承受纯径向力和向左向右的轴向力。这种轴承具有刚性好，精度高，尺寸小及承载能力大等优点。后端

20、轴承采用的是E级精度的NN3016K型双列短圆柱滚子轴承，用于承受径向力和一定轴向力。综合考虑，变速箱传动轴选用的是调心球轴承和深沟球轴承，装配方便，承载能力较大。第四章 主传动系统的结构设计数控机床的主体机构有以下特点：1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短。2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小。根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的

21、。由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承 ，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加

22、接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有较好的效果。二、减少机床的热变形在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因

23、为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施。 1.减少发热机床内部发热时产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。 2.控制温升在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是在机床的发热部位强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形。3.改善机床机构在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床

24、过去采用的单立柱机构有可能被双柱机构所代替。由于左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前

25、某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可以根据测量结果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。三、减少运动间的摩擦和消除传动间隙数控机床工作台（或拖板）的位移量十一脉中当量为最小单位的，通常又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令做出准确响应，就必须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。数控机床（尤其是开环系统的数控机床）的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加

26、工误差之外，另一个重要措施是采用无间隙传动副。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用脉冲补偿装置进行螺距补偿。四、提高机床的寿命和精度保持性为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。五、减少辅助时间和改善操作性能在数控机床的单件加工中，辅助时间（非切屑时间）占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构

27、必须有利于排屑。变速机构的类型本设计采用的是滑移齿轮变速机构。其优点是变速范围大，变速方便且节省时间。在较大的变速范围内可以传递较大的功率和扭矩，不工作时齿轮不啮合，所以空载功率损失较少。主传动系统的布局主传动系统的布局形式取决于机床的用途、类型和尺寸等因素。本设计是采用装入式的传动布局。既传动系统的全部变速机构和主轴组件装在同一箱体内，其优点是结构紧凑，便于调整和维修。其次是箱体焊接少，便于加工和装配，降低制造成本。齿轮的布置变速组中的滑移齿轮，最好布置在主动轴上。因主动轴转速一般比从动轴转速高，因此可以使滑移齿轮的尺寸小、重量轻、操纵省力。但由于具体的结构要求，本设计中的滑移齿轮放在从动轴

28、上。为了变速操纵方便，所以做此安排。此外，这里还应注意在一个变速组内，当一对齿轮完全脱开啮合之后，另一对齿轮才能开始进入啮合。就是说两个固定齿轮之间的齿距应大于滑移齿轮的宽度。另外滑移齿轮采用的是整体式的，两齿轮间应有足够的退刀槽。并为了使滑移齿轮能顺利的啮合，在其啮合端面上沿全部齿高倒成圆角。主轴和传动轴的位置确定为了使设计的结构尺寸尽量小，并且使箱体的外形尺寸长、宽、高的比例大体上相适应。考虑承受外力的情况，装拆调整等方面的问题，以及不得使箱体内的零件的径向尺寸和位置相干涉、碰撞。参阅了相关资料和同类型的数控机床的图纸和主轴的回转直径，先确定了主轴的位置。而后，确定了其它各轴的空间位置。主

29、轴组件主轴采用的是较好的结构，是一个空心的阶梯轴。主轴的内孔是为通棒料或卸顶尖时使用的铁棒，也可用于通过气动、电动或液压夹紧装置的机构。主轴的前端锥孔为莫氏6号的锥度，用来安装顶尖套和前顶尖。同时，也可安装心轴，利用锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工件转动，主轴后端的锥孔是工艺孔。主轴前端采用短法兰式的结构，它的作用是安装卡盘或拨盘。虽然在制造上可能稍复杂些，但装卸卡盘方便，工作可靠，定心精度高。而且主轴前端悬臂长度短，有利于提高主轴组件的刚度，所以得到广泛的应用。主轴轴肩右端面上的圆形拨块，用于传递扭矩。主轴尾端的圆柱面是安装各种辅具的基面。主轴安装在两个支承上。前支承中有一个滚动轴承，前端是

30、D级精度的NN3020K型双列短圆柱滚子轴承和一对背靠背安装的7020型角接触球轴承，用于承受纯径向力和向左向右的轴向力。这种轴承具有刚性好，精度高，尺寸小及承载能力大等优点。后端轴承采用的是E级精度的NN3016K型双列短圆柱滚子轴承，用于承受径向力和一定轴向力。主轴轴承需精密配合，因此轴承需定期调整。前端轴承的径向间隙是由轴承两端的螺母来调整的。扭动螺母时使NN3018K型轴承的内环相对主轴锥面做轴向移动，由于轴承的内环很薄，而且内孔和主轴锥面一样具有1：12的锥度。因此内环在轴向的移动的同时做径向弹性膨胀，从而调整轴承径向间隙或预紧的程度。调整妥当后，应将螺母锁紧。主轴的径向跳动及轴向跳

31、动允差都是0.01。主轴的径向跳动影响加工表面的圆度和同轴度。轴向跳动影响加工端面的平面度和螺距精度。当主轴跳动量超过允许值时，一般情况下，只需适当的调整前支承的间隙便可使主轴的跳动量调整至允许值内如径向跳动仍达不到要求，应调整后轴承。6、变速箱传动轴轴承的选择和支承的布置综合考虑，变速箱传动轴选用的是调心球轴承和深沟球轴承，装配方便，承载能力较大。轴安有带轮，所以采用调心球轴承和深沟球轴承支承。轴安装固定齿轮，采用两个深沟球轴承支承。轴安有带轮，所以采用调心球轴承和深沟球轴承支承。7、润滑和密封润滑的作用是降低摩擦，降低温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的侵入和防止腐蚀。滚动轴承可以

32、用润滑脂或润滑油润滑。主轴组件密封的作用，对于油润滑的主轴组件，主要是防止油外漏和灰尘屑末和冷却液进入。对于脂润滑的主轴组件，由于脂不会外漏，主要是防止外物进入。为了尽可能减少主轴部件温升热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油的循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件与箱体保持恒定的温度。在某些数控镗、铣床上采用专用的制冷装置，比较理想的实现了温度控制。近年来，某些数控机床的主轴轴承采用高级油脂，用封入方式进行润滑，每加一次油脂可以使用7年至10年。为了使润滑油和油脂不致混合，通常采用迷宫密封方式。本设计采用集中循环润滑方法，即利用润滑泵将过滤干净的润滑油经管路输送至各个润滑部位。用过的油

33、经回油管流向油箱，可以连续循环供油。润滑的部位很多，最主要的是主轴前后支承的润滑，润滑由带走轴承运转时产生的热量。为了避免漏油，在前、后端支承采用了油沟式密封，既在前端螺母及后支承套筒的外表面上都采用锯齿形截面的环形槽。主轴旋转时，由于离心力的作用，油液将沿斜向（朝箱内方向）被甩进法兰盘的接油槽里，油液经回油孔流回油箱。8、操纵机构为了符合不同的加工状态，主轴的转速需要经常调整。根据滑移齿轮变速传动的特点，以及参考同类数控机床，又考虑到本数控机床结构简单，降低成本。因此采用差动液压油缸操纵滑移齿轮。第五章 主轴数控加工编程5.1 加工编程 粗精车主轴外圆N0001 G54 GN0002 MN0

34、003 GN0004 G01 XN0005 GN0006 GN0007 GN0008 G71 P0009 Q0019 U0.4 W0.2 FN0009 G00 X78 Z2 ；AN0010 G01 X80 ZN0011 X83 Z-250N0012 X90N0013 W-117N0014 X100 W-5N0015 X100 W-102N0016 X104 Z-539N0017 X165N0018 W-26N0019 X180 W-2；B点N0030 G00 X250 Z200 T0100 T0202；精车刀N0031 G70 P0009 Q0019 切退刀槽42N0001 G00 X250

35、Z200 T0200 T0303；切槽刀4mmN0002 G00 X110 Z-395N0003 G01 X96 FN0004 G04 X1；停一秒N0005 N0006 G00 Z-215N0007 G01 X96 N0008 G04 X1；停一秒N0009 车螺纹N0001 G00 X250 Z200 T0300 T0404 ；螺纹车刀N0007 G00 X100 Z-367N0008 G92 X98.7 Z- 392FN0009 GN0010 GN0011 G92 X97.4 ZN0023 N0024 M05N0025 M09N0026 M30掉头N0001 GN0002 MN0003

36、GN0004 G01 XN0005 GN0006 GN0007 GN0008 G71 P0009 Q0015 U0.4 W0.2 FN0009 GN0010 G01 ZN0012 X166N0013 X170 W-2N0014 W-10；增量N0015 X180；B点N0016 GN0017 GN0018 T0202N0019 G70 P0009 Q00N0020 GN0021M05N0022M09N0023M30 车主轴内孔主轴孔编程（设已有30的底孔）N0001 GN0002 MN0006 GN0007 GN0008 G71 P0009 Q0014 U0.4 W0.2 FN0009 GN0

37、010 G01 ZN0011 X 54 Z-106N0012 X60 Z-146N0013 X54N0014 Z-425N0015 X20；B点N0016 G00 X250 Z200 T0100N0017 G00 X20 Z2N0018 T0202；精车内孔刀N0019 G70 P0009 Q0010N0020 N0021 M05N0022 M09N0023 M30注：键槽和孔需在数控铣床上进行编程在这里不给予编写。第六章 结论本文讨论了数控机床主传动系统的设计要点，给出了主传动系统中各个部分的参数，并且逐一对其进行了设计。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先

38、进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。数控机床是应用数控技术最成功、最典型的范例。其特点是高精度、高效率、高数度、低摩擦。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采

39、取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 我为能有这样一次设计机会而倍感自豪。虽然，就目前而言，我个人对其还不是了解的很透彻，但是我会继续努力的。过去的三个月时间，对我来说是十分短暂的，以后还需要在实际工作中有更深一步的学习和研究。在本文的最后，我要特别感谢我的指导老师-梁贵廷老师 ，在整个设计过程中对我提供的无私而细心的指导。数控技术和装备发展趋势及对策1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性

40、的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 11 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（cirp）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产30万辆的生产

41、节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组

42、成的生产线部分替代组合机床。美国cincinnati公司的hypermach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国dmg公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的mtbf值已达6 000h以上，伺服系统

43、的mtbf值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合

44、主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。 在emo2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国dmg公司展出dmuvoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由cnc系统控制或cad/cam直接或间接控制。1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系

45、统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的ngc(the next generation work-station/machine control)、欧共体的osaca(open system a

46、rchitecture for control within automation systems)、日本的osec(open system environment for controller)，中国的onc(open numerical control system)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统

47、的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在emo2001展中，日本山崎马扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能生产控制中心，简称cpc)；日本大隈（okuma）机床公司展出“it plaza”（信息技术广场，简称it广场

48、)；德国西门子(siemens)公司展出的open manufacturing environment（开放制造环境，简称ome）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.4 重视新技术标准、规范的建立 关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(omac、osaca、osec)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的onc数控系统的规范框架的研究和制定。

49、 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于iso6983标准，即采用g，m代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的cnc系统标准iso14649（stepnc)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 step-nc的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，step-nc提出一种崭新的制造

50、理念，传统的制造理念中，nc加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，nc程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，step-nc数控系统还可大大减少加工图纸（约75）、加工程序编制时间（约35）和加工时间（约50）。 目前，欧美国家非常重视step-nc的研究，欧洲发起了step-nc的ims计划(1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个cad/cam/capp/cnc用户、厂商和学术机构。美国的step tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(super mod

51、el)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了siemens、fidia以及欧洲osaca-nc数控系统的原型样机上进行了验证。2 对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、

52、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统（普及型）也达到了10。 纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。 a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 b.初步形成了数控产业基地。在

53、攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术

54、水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 a.技术水平上，与国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。 b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；

55、对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 c.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考3.1 战略考虑我国是制造大国，在世界产业转移中

56、要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告

57、”就是最好的例证。3.2 发展策略 从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会

58、有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。Numerical control technology and equipment trends and countermeasuresNC technology trendsCNC technology has

59、 not only revolutionized the traditional manufacturing industry has brought changes in the manufacturing industry as a symbol of industrialization, and with the continuous development of numerical control technology and applications of the expansion, some of his national economy and major industries

60、 (it, car , light industry, medical, etc.) play an increasingly important role in the development, because these industries have been required for the digital equipment is a major trend of modern development. CNC technology from the world and its trends in equipment development, the main research fo