数控铣床主传动

天津大学成人高等教育本科毕业设计(论文)1第一章数控机床产生及发展趋势1.1课题的意义装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和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战略物资，不仅采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。1.2数控机床产生背景随着科学技术的不断进步和社会生产的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，而机械加工过程的自动化是实现上述要求的有效途径。从工业化革命以来，人们实现机械加工自动化的主要手段有：1.自动机床。2.组合机床。3.专用自动生产线。这些设备的使用大大提高了机械加工自动化的程度，提高了劳动生产率，促进了制造业的发展。但它也存在固有的缺点，如：1.初始投资大。2.准备周期长。3.柔性差。因此，上述方法仅适用于批量较大的零件生产。然而，随着市场竞争的日趋激烈，产品更新换代周期缩短，小批量产品的生产所占的比重越来越大，约占总加工量的80％以上。在航空、航天、重型机床以及国防工业部门尤为突出。因此，迫切需要一种精度高，柔性好的加工设备来满足上述需求，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。另一方面，电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的发展提供了坚实的技术基础。NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的，它极其有效地满足了上述要求，为小批量、精密复杂的零件生产提供了自动化加工手段。任何事物都有其特点与发展条件，人们掌握後才能加速其发展。数控机床的发展条件：天津大学成人高等教育本科毕业设计(论文)2它是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合，特别是以电子、计算机等现代先进技术为基石，必须具有巩固的技术基础，互相配套，缺一不可。如不齐备，则数控机床难以顺利发展；数控机床是由主机、各种元部件(功能部件)和数控系统三大部分组成，还需先进的自动化刀具配合，才能实现加工，各个环节在技术上、质量上必须切实过关，确保工作可靠、稳定，才能保数控机床工作的精度、效率和自动化，否则，难以在生产实际中使用;它是社会需求、科技水平和人员素质三者的结合，缺一不成。如果人员素质差、科技水平达不到，则难以满足社会需求。人是一切活动的主体，需要各种精通业务的专家、人才和熟练技术工人，互相配合，共同完成。否则，数控机床难以顺利发展。1.3数控机床的发展趋势1〕高速加工技术发展迅速高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。2〕精密加工技术有所突破通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，从1950年至2000年50年内提升100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到1µm，进入亚微米超精加工时代。3〕技术集成和技术复合趋势明显技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型——车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合——金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床——复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。4〕数字化控制技术进入了智能化的新阶段数字化控制技术发展经历了三个阶段:数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动天津大学成人高等教育本科毕业设计(论文)3找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。5〕极端制造扩张新的技术领域极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。6〕数控机床用于飞机零件的高速高效加工新型高速加工技术和高速机床的出现，使切削速度得到更进一步的提高，同时应用最新控制和优化技术，机床精度提高，动态性能优异，使得飞机零件的加工质量和加工效率大大提高。高难度、高质量飞机零件的加工需求一直是数控技术和新型数控机床发展的主要原动力，而新型数控加工技术及机床设备往往首先在飞机零件加工中得到实际应用，飞机零件的加工制造与新型数控机床的发展相得益彰，互相促进。随着技术的发展和进步，飞机零件的加工制造越来越多地依赖新型高速高效数控机床。新一代飞机，尤其是军用飞机，需要具备更优异的飞行和作战性能，新技术不断应用，新材料、新结构不断涌现，复杂结构、复杂型面、薄壁、整体结构、大尺寸零件等难加工零件被更多地设计应用；同时，新机研制周期明显缩短，型号数量增多，每种型号的批量减少，这就对承担大部分飞机零件数控加工任务的现代航空用数控机床提出了更高的要求。如何在要求的生产周期内，提高加工生产效率，提高零件加工质量，成为衡量飞机零件数控加工机床水平高低的重要因素，同时也成为各飞机工厂努力追求的目标之一。其中，提高加工生产效率，缩短生产周期在目前显得尤为紧迫和重要。飞机零件的主要特点是尺寸大（如长桁、大梁、壁板等），结构形状复杂（如具有各种形式的槽腔结构、下陷、加强筋及凸缘，带有变斜角、空间复杂曲面等），难加工材料多（如钛合金等），材料去除率高（部分零件可达90%以上），尺寸及位置精度要求高，零件表面质量要求高，零件品种规格多但批量较小等。如按常规加工方法进行加工，尤其是大型复杂整体结构件（如机身整体框等）、薄壁件（要求变形小）等难加工零件，则工艺路线复天津大学成人高等教育本科毕业设计(论文)4杂，加工时间长，很难满足周期要求。应运而生的高速加工技术和高速高效加工机床显著地提高了飞机零件的加工精度和加工效率，改善了零件表面质量，本文重点论述提高飞机零件加工效率的高速加工技术和新型高速高效加工机床。高速加工技术，飞机零件多由铝合金材料制成，为得到好的零件表面质量，即使在常规机床上加工时，切削速度也要比加工其他金属材料零件时高得多。新型高速加工技术和高速机床的出现，使切削速度得到更进一步的提高，同时应用最新控制和优化技术，机床精度提高，动态性能优异，飞机零件的加工质量和加工效率大大提高。高速加工应该以刀具所能达到的切削速度进行定义，对应不同的加工材料有着不同的指标值。为简单起见，在飞机零件加工中，通常将主轴转速达到或高于10000r/min、进给速度达到或高于10m/min的大型机床称为高速加工机床。目前，常见的高速机床主轴转速可达20000～40000r/min（最高可达100000r/min以上），进给速度可达20～40m/min（最高可达80m/min）。高速切削时，机床主轴高速旋转，刀具的每齿进给量很小，相当于刀具变得异常锋利，切削所产生的工件材料挤压变形非常小，切削力得到有效减小；因刀具与工件摩擦、工件材料变形等产生的切削热也大大减少，而且热量的大部分会被切屑带走，刚加工完的切削区域也不会有热聚积，用手摸时会感觉到零件表面是凉的，因此，零件的加工变形小，表面质量高；同时，机床的快速进给保证了单位时间内的金属切除率很高，所以，高速加工非常适合具有薄壁、整体等特征的飞机零件的高效加工；另外，随着加工精度和零件表面光洁度的提高，由人工进行零件修整的后续工作量可有效减少甚至取消，减少了后续工序；而且，高速加工使得在一台机床上完成飞机零件的粗加工、半精加工和精加工整个全过程变成可能，大大简化了工艺路线，减少零件加工的辅助时间，缩短零件制造周期，因此，高速加工使得飞机零件加工过程发生了根本性的变化，是迄今为止所用到的提高飞机零件加工效率最有效的手段，实现这一变化的关键就是新型高速高效加工机床。第二章数控机床的组成及优点2.1数控机床的组成数控机床是采用数控技术对工作台运动和切削加工过程进行控制的机床，是典型的机电一体化产品，是数控技术的最典型应用。典型数控机床的组成如图所示。由图可知，数控机床主要由零件加工程序、输入装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置、机床本体等七部分组成，其中数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置又合称为数控系统。实际上，零件加工程序并非数控机床的物理组成部分，但从逻辑上讲，数控机床加工过程必须按数控加工程序的规定进行，数控加工程序是数控机床加工的天津大学成人高等教育本科毕业设计(论文)5一个重要环节，因此常将数控加工程序作为数控机床的一个组成部分。1.输入装置数控机床的零件加工程序是通过程序输入装置输入数控机床的。输入装置与输入方法有关。（1）控制介质输入，所谓控制介质就是零件加工程序存贮介质即程序载体。通常程序载体有穿孔纸带、磁带、磁盘、光盘等，与之相应的输入装置为光电纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器、光驱等。早期的数控机床常用穿孔纸带存贮加工程序，即在特制的纸带上穿孔，孔的不同位置的组合构成不同的数字或数控代码。通过光电纸带阅读机将纸带上的零件加工程序转换为相应的二进制代码输入数控装置中的存贮器。虽然现在很多数控机床上仍附带有纸带阅读机长磁带录机音机，但由于微型计算机的普遍使用期，穿孔纸带和磁带控制介质的应用已越来越少。（2）手工输入，利用键盘输入控制机床运动和刀具运动的指令。具体说有三种情况：①手动数据输入（ManualDataInput,MDI）,通过数控系统操作面板上的相应按键，把数控程序指令逐条输入存储器中。这种方法一般只适用于一些较为简短的程序。②在数控显示的程序编辑界面，通过数控系