1、毕业论文(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
2、的数控产业基地。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
3、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
4、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 毕业论文(设计) - 2 - 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。 毕业论文(设计) - 3 - 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
5、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
6、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 nmax=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= 3150 40.36 78 电动机的恒功率调速范围：Rp= 2400 2.4 1000 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 Fz = Rnp=2.4 则由于无级变速时 Rnp=Fz-
