XK714数控铣床总体设计及主传动系统的设计 立柱设计 床身设计【三维SW建模】【含CAD图纸+PDF图】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== XK714数控铣床总体设计及主传动系统的设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名： 指导老师： 职称： 摘要 本文介绍了立式数控铣床XK714的一些基本概况，简述了机床主传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理，立式数控铣床主传动系统包括了主轴电动机、主轴传动系统和主轴组件三部分组成。其次详细介绍了XK714的设计过程，该立式数控铣床主轴变速箱是靠齿轮进行传动的，主轴变速采用双联滑移齿轮。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比准确等优点。文中介绍了数控铣床主传动系统各种优缺点的比较，主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计、轴承的选用及其润滑、关键零件的校核等。 关键词：立式数控铣床、主传动系统、主轴组件 一． 绪论 （一）概述 1.数控铣床概述 数控铣床是一种功能很强大的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心柔性加工单元都是在数控铣床、数控镗床的基础上生产的，两者都离不开铣削方式，由于数控铣削方比较复杂，需要解决的技术问题也就很多，因此，人们在研究和开发数控系统级自动化编程语言软件时，一直把铣削加工作为重点，数控铣床机械部分与普通铣床基本相同，工作台可以做横向、纵向和垂直三个方向的运动，因此普通铣床能加工的工艺内容，数控铣床都能做到。 2.数控机床的发展 随着机械性能不断的提高，其价格成倍地下降；随着网络通讯的普及化、信息处理的智能化、多媒体技术的实用化；数控技术的普及应用越来越广泛，越来越深入，数控技术正在向着开放、集成、智能和标准化的方向发展。90年代以来，从事科研和应用开发数控的技术人员认识到，要让数控技术成为第一生产力，关键是让设计人员都用上、会用数控系统。今天，许多地方、企业己经推广了数控技术，取得了较好的效果，但也还存在一些问题值得探讨。  二．数控铣床的结构设计 （一） 控铣床结构组成 1.数控铣床组成 数控铣床的机械结构主要由：主传动系统；进给传动系统；支撑件；辅助装。本次设计的铣床采用工作台移动，主轴升降转动的布局形式。 2.XK714主传动系统方案的确定 为了适应不同的加工要求，目前主传动系统分为三种变速方式：（1）、二级以上齿轮变速系统；（2）、一级带传动方式；（3）、调速电动机直接驱动方式。 由于二级以上齿轮变速系统变速装置多采用齿轮变速结构。通常使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统。滑移齿轮的移位大都采用液压驱动。因为数控铣床使用可调无机变速交流、直流电动机，所以经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速范围增加。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调速的能力。故本次设计采用二级以上齿轮变速系统。 三．主传动变速系统主要参数计算 （一）计算切削功率 1.切削功率的计算 铣削时切削公式： 2.切削功率的计算 切削功率计算公式： 3.主传动功率的计算及电动机的初选 用一下公式初选电动机的功率； 其中为铣床传动总的机械效率， 则主轴电动机选用5.5KW，额定转速为：1500Rr/min;最高转速为：6000r/min。 （二）分级变速箱的传动系统的设计 1.变速范围 计算转速的确定：=380； 主轴要求恒功率调速范围： 电动机恒功率的调速范围： 变速级数：=1.99； 可以取Z=2 （三）传动系统图 图1 传动系统图 四．齿轮传动设计 （一）齿轮的概述 1.齿轮简单概述齿轮 齿轮传动式机械传动种应用最广泛的一种传动形式。齿轮的直径可以从不足1mm到100m，甚至超过100m，传递的功率可以不足1W到数万KW，圆周速度可以从很小到200m/s以上。常见的齿轮传动场合包括家用电器的机械定时，机床主轴箱以及用于各种加速器等 （二）齿轮设计 1.齿轮设计方法 (1).材料选择热处理方式及进度等级 考虑到该铣床功率较大，且有中等的冲击载荷，故大小齿轮采用40Cr钢表面淬火，平均硬度52HRC，选用6级精度。 （2）.按齿轮接触疲劳强度设计：；可取d=70mm 则m=2 （3）.采用齿根弯曲疲劳强度进行校核: 2.齿轮基本参数 齿轮参数 =35 =77 =35 =41 =73 d 70mm 154mm 158mm 70mm 82mm 146mm m 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm b 14mm 15mm 16mm 15mm 15mm 16mm a 112mm 114mm 114mm 表1 齿轮基本参数表 五．主轴组件的设计 （一）主轴的结构设计 1.概述 主轴部件设计是机床设计重要的部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支持并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成型运动。 2.结构设计 主轴的结构如图 （二）主轴的校核 1.主轴刚度校核 阶梯轴的刚度条件：； =0.168°/m； 查手册 六．轴承的选用 （一）概述 滚动轴承是现代化机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支撑主动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，启动灵活，效率高，润滑方便和互换性好等优点，其缺点是抗干扰能力差，工作时有噪声，工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。 1.寿命计算 寿命计算公式： 满足机床的设计要求 2.轴承的润滑 本设计采用脂润滑，其优点是润滑膜强度高，能够承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间，方便简洁。 3.轴承的密封 本次采用非接触式密封中的迷宫密封，其优点是在于工作中几乎不产生摩擦热没有磨损，特别适用于高速和高温场合。前段轴承受力较大，且要求较高故采取迷宫密封方式。 七.结论 本次设计任务是XK714的总传动系统及主传动系统的设计，主要是数控铣床主传动系统的设计，该立式数控铣床主轴采用齿轮传动的，传动形式采用集中式传动，主轴变速采用多联滑移齿轮变速。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比准确等优点。还对立式数控铣床各种传动系统做了对比，主传动方案的选择与确定，主传动变速系统的计算，主轴组件设计，轴承的选用密封及润滑等，关键零件的设计校核。 本次毕业设计中所有零件的设计与绘制均是在三维绘图软件solidworks中进行的，然后完成所绘零件的装配，完成主轴箱的三维绘制。最终与同组成员所绘制的部分进行总体的装配完成XK714的总体设计。最后按照要求对相应的零部件进行工程图的生成并修改完成任务的要求。 经过三个月的努力，我们的毕业设计完成了，大学生活也即将结束，毕业设计是我们对大学四年的机械知识的总结与整理，也是理论与实践的结合。在这次毕业设计过程中我们学习到了很多东西，不光是理论知识，还有互相帮助的重要，团队合作的重要性等，这些收获会将在今后的道路上帮助我指导我前行的更远。 参考文献 [1] 夏田.数控加工中心设计.北京：化学工业出版社，2006. [2] 陈秀宁，施高义.机械设计课程设计（第三版）.杭州：浙江大学出版社，2007. [3] 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册（上册）.北京：机械工业出版,2006.6 [4] 王为，汪建晓.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，2007. [5] 戴曙.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1993.5 [6] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.机械设计手册（第五版）第4卷.北京：化学工业出版社，2008 [8] 文怀兴，夏田.数控机床系统设计.北京：化学工业出版社，2005. [9] 中国·南京工艺装备制造有限公司.中国工艺，2008版：76 [10] 马贤智.实用机械加工手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002. [11] 李金伴，马伟民.实用数控机床技术手册.北京：化学工业出版社，2007. [12] 黄如林.切削加工简明实用手册（第二版）.北京化学工业出版社，2009. [13] 胡占齐.机床数控技术.北京：机械工业出版社，2002 [14] 蔡厚德，李刚炎.数控机床构造.北京：北京理工大学出版社，2007 [15] 徐宏海，谢富春.数控铣床.北京：化学工业出版社，2006.12 [16] 徐宏海，谢富春.数控铣床.北京：化学工业出版社，2003.10 [17] 邓三鹏，刘朝华，田南平.数控机床结构及维护.北京：机械工业出版社，2003.1 [18] 沈兵.数控机床数控系统.北京：清华大学出版社，2001 [19] 李铁尧.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1990 [20] 林其骏.机床数控系统.北京：中国科学技术出版社，1991 XK714数控铣床总体设计及床身设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名： 指导老师： 职称： 摘要 本文介绍了立式数控铣床XK714的一些基本概况，简述了机床主传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理，立式数控铣床主传动系统包括了主轴电动机、主轴传动系统和主轴组件三部分组成。其次详细介绍了XK714的设计过程，机床床身的整体设计，轴变速采用双联滑移齿轮。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比准确等优点。文中介绍了数控铣床主传动系统各种优缺点的比较，主传动方案的选择和确定、床身是不是的设计计算、床身组件的设计、轴承的选用及其润滑、关键零件的校核等。 关键词： 立式数控铣床 床身设计 镶装导轨 轴承 丝杠 一、绪论 （一）概述 1.数控铣床概述 数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作。过去的数控机床经历了一个由单一向多元转换的一个过程，数控机床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的位置，与我们生活的各个方面都有直接或间接的关系。未来数控机床将会有一个前所未有的发展，世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展. 二、数控铣床的结构设计 （一） 数控铣床结构组成 1.数控铣床组成 （1）主机，他是数控铣床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 　　（2）数控装置，是数控铣床的核心，包括硬件以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 　　（3）辅助装置，指数控铣床的一些必要的配套部件，用以保证数控铣床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 　　（4）编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 　　（5）驱动装置，他是数控铣床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 　　数控铣床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展 2.XK714主传动系统方案的确定 为了适应不同的加工要求，目前主传动系统分为三种变速方式： （1）二级以上齿轮变速系统； （2）一级带传动方式； （3）调速电动机直接驱动方式。 由于二级以上齿轮变速系统变速装置多采用齿轮变速结构。通常使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统。滑移齿轮的移位大都采用液压驱动。因为数控铣床使用可调无机变速交流、直流电动机，所以经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速范围增加。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调速的能力。故本次设计采用二级以上齿轮变速系统。 三、数控铣床XK714床身设计 （一）床身设计 1.材料的选择 灰铸铁材料 2.切削力的计算:Fc=CF∙apxf∙fzyf∙aeμF∙zd°qF∙nwf=37.68N 3.导轨的选择 由精度的选择和型号的选择最后得出选用的是镶装导轨 计算导轨的寿命L=fnfifcfgGafwp∙u∙k (二)滚珠丝杠螺母副的确定 1.滚珠丝杠螺母副的循环方式 采用内循环方式 2.滚珠丝杠间隙与调整预紧 3.滚珠丝杠的选定原则和选型 Pn=VmaxNmax （三）轴承的选用 1.概述 滚动轴承是现代化机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支撑主动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，启动灵活，效率高，润滑方便和互换性好等优点，其缺点是抗干扰能力差，工作时有噪声，工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。 2.寿命计算 寿命计算公式：Lh=166671500×ft∙Cfp∙Pϵ=18886.4h 满足机床的设计要求 3.轴承的润滑 本设计采用脂润滑，其优点是润滑膜强度高，能够承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间，方便简洁。 4.轴承的密封 本次采用非接触式密封中的迷宫密封，其优点是在于工作中几乎不产生摩擦热没有磨损，特别适用于高速和高温场合。前段轴承受力较大，且要求较高故采取迷宫密封方式。 四、结论 本次设计任务是XK714的总传动系统及主传动系统的设计，主要是数控铣床主传动系统的设计，该立式数控铣床主轴采用齿轮传动的，传动形式采用集中式传动，主轴变速采用多联滑移齿轮变速。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比准确等优点。还对立式数控铣床各种传动系统做了对比，主传动方案的选择与确定，主传动变速系统的计算，主轴组件设计，轴承的选用密封及润滑等，关键零件的设计校核。 本次毕业设计中所有零件的设计与绘制均是在三维绘图软件solidworks中进行的，然后完成所绘零件的装配，完成主轴箱的三维绘制。最终与同组成员所绘制的部分进行总体的装配完成XK714的总体设计。最后按照要求对相应的零部件进行工程图的生成并修改完成任务的要求。 参考文献 [1] 夏田.数控加工中心设计.北京：化学工业出版社，2006. [2] 陈秀宁，施高义.机械设计课程设计（第三版）.杭州：浙江大学出版社，2007. [3] 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册（上册）.北京：机械工业出版,2006.6 [4] 王为，汪建晓.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，2007. [5] 戴曙.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1993.5 [6] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.机械设计手册（第五版）第4卷.北京：化学工业出版社，2008 [8] 文怀兴，夏田.数控机床系统设计.北京：化学工业出版社，2005. [9] 中国·南京工艺装备制造有限公司.中国工艺，2008版：76 [10] 马贤智.实用机械加工手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002. [11] 李金伴，马伟民.实用数控机床技术手册.北京：化学工业出版社，2007. [12] 黄如林.切削加工简明实用手册（第二版）.北京化学工业出版社，2009. [13] 胡占齐.机床数控技术.北京：机械工业出版社，2002 [14] 蔡厚德，李刚炎.数控机床构造.北京：北京理工大学出版社，2007 [15] 徐宏海，谢富春.数控铣床.北京：化学工业出版社，2006.12 [16] 徐宏海，谢富春.数控铣床.北京：化学工业出版社，2003.10 [17] 邓三鹏，刘朝华，田南平.数控机床结构及维护.北京：机械工业出版社，2003.1 [18] 沈兵.数控机床数控系统.北京：清华大学出版社，2001 [19] 李铁尧.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1990 [20] 林其骏.机床数控系统.北京：中国科学技术出版社，1991 XK714数控铣床总体设计及立柱的设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名： 指导老师： 职称： 摘要 本文是以XK714型立式数控铣床立柱的设计为研究对象，主要进行立柱传动系统的设计。根据给定的参数的要求，对进给传动结构和各部件：导轨、丝杠、支撑轴承、驱动电机进行具体计算、并选型，再逐一对选定的部件进行强度、寿命校核确定各设计部件的可靠性和可行性。导轨采用直线滚动导轨，摩擦系数小，反应速度快，动态响应好。进给传动采用双螺母滚珠丝杠，确保高定位精度；同时滚珠丝杠采用预拉伸装置，补偿热膨胀。最后通过对机械传动的误差计算与分析从理论上确定所设计的各部件符合设计要求。利用solidworks绘制出立柱部分总装配图和关键零件图。 关键词：立式数控铣床； 导轨； 丝杠； 校核 一．绪论 （一）.概述 1.我国数控机床的发展现状 国内一些专家在对我国数控机床产业的发展进行了分析，得出了如下的结论： 一是我国数控机床产业化低，与国外发达国家数控机床产业相比仍有很大差距。 二是高速、柔性、精密机床配套技术的自主研发能力低。数控机床的机械结构设计、制造的配套环节、集成技术和制造工艺等方面比较落后。 三是适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。 四是缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，造成数控机床领域共性关键技术的持续创新能力不足。 五是对国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出。 2.我国数控机床的发展趋势 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方面发展。 （1） 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。 （2） 多功能化配有自动换刀机构的各类数控铣床，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用多主轴，多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。 （3） 智能化现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工境地和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。 二． 数控铣床的结构设计 （一）数控铣床结构组成 1.数控铣床组成 数控铣床的机械结构主要由：(1)主传动系统；(2)进给传动系统；(3)支撑件；(4)辅助装。本次设计的铣床采用工作台移动，主轴升降转动的布局形式。 2.XK714主传动系统方案的确定 为了适应不同的加工要求，目前主传动系统分为三种变速方式：（1）、二级以上齿轮变速系统；（2）、一级带传动方式；（3）、调速电动机直接驱动方式。 由于二级以上齿轮变速系统变速装置多采用齿轮变速结构。通常使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统。滑移齿轮的移位大都采用液压驱动。因为数控铣床使用可调无机变速交流、直流电动机，所以经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速范围增加。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调速的能力。故本次设计采用二级以上齿轮变速系统。 三．数控铣床立柱部分总体方案设计思路 （一）计算切削功率 1.切削功率的计算 铣削时切削公式： FZ=μPV×103 FZ--主切削力； μ—机械效率，取μ=0.8； v---主轴的计算转速； 2.电动机的计算和初选 用一下公式初选电动机的功率pL=Pcηc=3.1kw； 其中ηc为铣床传动总的机械效率，ηc=0.90 则主轴电动机选用3.1KW，额定转速为：2500r/min;最高转速为：6000r/min。 （一） .滚珠丝杠觉得设计计算 1.计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 最大轴向负载力：Famax=Fμ+FV=282.65N 最小轴向负载力：Famin=Fμ0=15.45N 2.滚珠丝杠的动负荷计算与直径估算 确定滚珠丝杠的导程L0 L0=Vmaxinmm 3.计算滚珠丝杠螺母副的平均转速 丝杠螺母副的平均转速：nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min 4.确定滚珠丝杠预期的额定动载荷 按预定工作时间估算：Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N 5.数控铣床滚珠丝杠的计算 切削方式 轴向载荷/N 进给速度/(m/min) 时间比例/(%) 备注 强力切除 282.65 v1=0.6 10 F1=Famax 粗加工 71.98 v2=0.8 30 F2=Famin+20%Famax 精加工 29.58 v3=1 50 F3=Famin+5%Famax 快移和钻镗定位 15.45 v4=8 10 F4=Famin 四．总结 本次课程设计主要是立式数控铣床总体方案设计及立柱部分的设计。立柱是承载主轴箱实现机床Z向进给运动的重要部件。在其上拟设计Z向的导轨，在两导轨间拟设计安装Z方向的滚珠丝杠装置。因此，立柱的设计同样要解决好提高刚性的问题。 总体方案设计的思路主要是对立柱上Z向进给传动的重要部件：滚珠丝杠螺母副的类型、丝杠支撑方式、以及轴承、联轴器、电机、导轨的选择，以及铣床Z向传动主要精度的提高措施。 1、 选用内循环双螺母滚珠丝杠螺母副作为Z轴向传动机构。 2、 为了使设计的数控机床达到预定的精度、刚度的要求，滚珠丝杠采用两端固定式（F-F）的支撑方式。 3、 为了保证其高速、高精度可靠性，及经济因素。选用600接触角推力角接触球轴承。两端选用DF型安装。 4、 选用利用夹紧螺丝固定的单节夹紧螺丝固定式联轴器，使电机与滚珠丝杠直接，实现无键传动，无反向间隙，还可以调节安装时间轴度。 5、 交流伺服电动机具有响应迅速、精度和效率高、负载能力大、控制性能优越等优点，被广泛使用在闭环或半闭环控制的伺服系统中，故本设计选用交流伺服电机。 6、 在立柱两侧设置有支撑主轴箱的导轨，导轨采用直线滚动导轨，导轨滑块为四个，导轨采用楔块进行固定安装。 7、 在Z向导轨，设计了伸缩式不锈钢防护罩，以防Z向导轨和滚珠丝杠； 8、 提高立柱的刚度是设计立柱部分的关键。立柱采用长方体开式结构，在其内腔合理布筋，以加强立柱部件的弯曲刚度和扭转刚度。 参考文献 [1] 夏田.数控加工中心设计.北京：化学工业出版社，2006. [2] 陈秀宁，施高义.机械设计课程设计（第三版）.杭州：浙江大学出版社，2007. [3] 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册（上册）.北京：机械工业出版,2006.6 [4] 王为，汪建晓.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，2007. [5] 戴曙.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1993.5 [6] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.机械设计手册（第五版）第4卷.北京：化学工业出版社，2008 [8] 文怀兴，夏田.数控机床系统设计.北京：化学工业出版社，2005. [9] 中国·南京工艺装备制造有限公司.中国工艺，2008版：76 [10] 马贤智.实用机械加工手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002. [11] 李金伴，马伟民.实用数控机床技术手册.北京：化学工业出版社，2007. [12] 黄如林.切削加工简明实用手册（第二版）.北京化学工业出版社，2009. [13] 胡占齐.机床数控技术.北京：机械工业出版社，2002 [14] 蔡厚德，李刚炎.数控机床构造.北京：北京理工大学出版社，2007 [15] 徐宏海，谢富春.数控铣床.北京：化学工业出版社，2006.12 [16] 徐宏海，谢富春.数控铣床.北京：化学工业出版社，2003.10 [17] 邓三鹏，刘朝华，田南平.数控机床结构及维护.北京：机械工业出版社，2003.1 [18] 沈兵.数控机床数控系统.北京：清华大学出版社，2001 [19] 李铁尧.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1990 [20] 林其骏.机床数控系统.北京：中国科学技术出版社，1991 外文资料翻译 The Numerical Control Engine Bed Transforms Harvey B.M ackey First numerical control system development summary brief history and tendency In 1946 the first electronic accounting machine was born in the world, this indicated the humanity created has been possible to strengthen and partially to replace the mental labor the tool. It with the humanity these which in the agriculture, the industry society created only is strengthens the physical labor the tool to compare, got up the quantitive leap, entered the information society for the humanity to lay the foundation. After 6 years, in 1952, computer technology applied to the engine bed , the first numerical control engine bed were born in US. From this time on, the traditional engine bed has had the archery target change. Since nearly half century, the numerical control system has experienced two stages and six generation of development. 1.1 Numerical control (NC) stage (1952 ~ 1970) The early computer operating speed is low, was not big to then science computation and the data processing influence, but could not adapt the engine bed real-time control request. The people can not but use numeral logic circuit "to build" to become an engine bed special purpose computer to take the numerical control system, is called the hardware connection numerical control (HARD-WIRED NC), Jian Chengwei numerical control (NC). Along with the primary device development, this stage has had been through repeatedly three generations, namely 1952 first generation of -- electron tube; 1959 second generation of -- transistor; 1965 third generation -- small scale integration electric circuit. 1.2 Computer numerical control (CNC) stage (in 1970 ~ present) In 1970, the general minicomputer already appeared and the mass production. Thereupon transplants it takes the numerical control system the core part, from this time on entered the computer numerical control (CNC) the stage ("which should have computer in front of the general" two characters to abbreviate). In 1971, American INTEL Corporation in the world first time the computer two most cores part -- logic units and the controller, used the large scale integrated circuit technology integration on together the chip, called it the microprocessor (MICROPROCESSOR), also might be called the central processing element (to be called CPU). The microprocessor is applied to 1974 in the numerical control system. This is because minicomputer function too strong, controlled an engine bed ability to have wealthily (therefore once uses in controlling the multi- Taiwan engine bed at that time, called it group control), was inferior to used the microprocessor economy to be reasonable. Moreover then small machine reliability was not ideal. The early microprocessor speed and the function although insufficiently are also high, but may solve through the multi-processor structure. Because the microprocessor is the general-purpose calculator core part, therefore still was called the computer numerical control. In 1990, PC machine (personal computer, domestic custom had called microcomputer) the performance has developed to the very high stage, may satisfiedly take the numerical control system core part the request. The numerical control system henceforth entered based on the PC stage. In brief, the computer numerical control stage has also experienced three generations. Namely 1970 fourth generation of -- minicomputer; 1974 five dynasties -- microprocessor and 1990 sixth generation -- (overseas was called PC-BASED) based on PC. Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC). 　　Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC), but our country still the custom called the numerical control (NC). Therefore we daily say "numerical control", the materially already was refers to "computer numerical control". 1.3 the numerical control future will develop tendency 1.3.1 open style continues to, to develop based on the PC sixth generation of direction The software and hardware resources has which based on PC are rich and so on the characteristic, the more numerical controls serial production factory can step onto this path. Uses PC machine to take at least its front end machine, processes the man-machine contact surface, the programming, the association Question and so on net correspondence, undertakes the numerical control duty by the original system. PC machine has the friendly man-machine contact surface, will popularize to all numerical controls system. The long-distance communication, the long-distance diagnosis and the service will be more common. 1.3.2 approaches and the high accuracy development This is adapts the engine bed to be high speed and the high accuracy direction need to develop. 1.3.3 develops to the intellectualized direction Along with the artificial intelligence in the computer domain unceasing seepage and the development, the numerical control system intellectualized degree unceasingly will enhance. (1) applies the adaptive control technology The numerical control system can examine in the process some important information, and the automatic control system related parameter, achieves the improvement system running status the goal. (2) introduces the expert system instruction processing The skilled worker and expert's experience, the processing general rule and the special rule store in the system, take the craft parameter database as the strut, the establishment has the artificial intelligence the expert system. (3) introduces the breakdown to diagnose the expert system (4) intellectualized numeral servo drive May through the automatic diagnosis load, but the automatic control parameter, causes the actuation system to obtain the best movement. Second, engine bed numerical control transformation necessity 2.1 microscopic looks at the transformation the necessity From on microscopic looked below that, the numerical control engine bed has the prominent superiority compared to the traditional engine bed, moreover these superiority come from the computer might which the numerical control system contains. 2.1.1 may process the traditional engine bed cannot process the curve, the curved surface and so on the complex components. Because the computer has the excellent operation ability, may the instant accurately calculate each coordinate axis instant to be supposed the movement physiological load of exercise, therefore may turn round the synthesis complex curve or the curved surface. 2.1.2 may realize the processing automation, moreover is the flexible automation, thus the efficiency may enhance 3 ~ 7 times compared to the traditional engine bed. Because the computer has the memory and the memory property, may the procedure which inputs remember and save, then the order which stipulated according to the procedure automatic carries out, thus realization automation. The numerical control engine bed so long as replaces a procedure, may realize another work piece processing automation, thus causes the single unit and the small batch of production can automate, therefore is called has realized "flexible automation". 2.1.3 processings components precision high, size dispersion degree small, makes the assembly to be easy, no longer needs "to make repairs". 2.1.4 may realize the multi- working procedures centralism, reduces the components in engine bed between frequent transporting. 2.1.5 has auto-alarm, the automatic monitoring, automatic compensation and so on the many kinds of autonomy function, thus may realize long time nobody to safeguard the processing. 2.1.6 advantage which derives by above five. For example: Reduced worker's labor intensity, saved the labor force (a person to be possible to safeguard the multi- Taiwan engine bed), reduced the work clothes, reduced the new product trial manufacturing cycle and the production cycle, might to the market demand make rapid reaction and so on. Above these superiority are the predecessor cannot imagine, is an extremely significant breakthrough. In addition, the engine bed numerical control carries out FMC (flexible manufacture unit), FMS (flexible manufacture system) as well as CIMS (computer integration manufacture system) and so on the enterprise becoming an information based society transformation foundation. The numerical control technology already became the manufacturing industry automation the core technology and the foundation technology. 2.2 great watches the transformation the necessity From on macroscopic looked that, the industry developed country armed forces, the airplane weapon industry, in the end of the 70's, at the beginning of the 80's started the large-scale application numerical control engine bed. Its essence is, uses the information technology to the traditional industry (including the armed forces, airplane weapon industry) carries on the technological transformations. Except that uses outside the numerical control engine bed, FMC, FMS in the manufacture process, but also includes in the product development carries out CAD, CAE, CAM, the hypothesized manufacture as well as carries out MIS in the production management (management information system), CIMS and so on. As well as increases the information technology in its production product, including artificial intelligence and so on content. Because uses the information technology to the country foreign troops, the airplane weapon industry carries on the thorough transformation (to call it becoming an information based society), finally causes them the product in the international military goods and in the goods for civilian use market the competitive power greatly is the enhancement. But we in the information technology transformation tradition industry aspect compared to the developed country to fall behind approximately for 20 years. Like in our country engine bed capacity, numerical control engine bed proportion (numerical control rate) to 1995 only then 1.9%, but Japan has reached 20.8% in 1994, therefore every year has the massive mechanical and electrical products import. This also on from on macroscopic explained the engine bed numerical control transformation necessity. Thord, the numerical control transformation content and superiorly lacks 3.1 Transformation industry starting In US, Japan and Germany and so on the developed country, their engine bed transforms took the new economical growth profession, thrives abundantly, is occupying the golden age. As a result of the engine bed as well as the technical unceasing progress, the engine bed transformation is "the eternal" topic. Our country's engine bed transformation industry, also enters from the old profession to by the numerical control technology primarily new profession. In US, Japan, Germany, have the broad market with the numerical control technological transformations engine bed and the production line, has formed the engine bed and the production line numerical control transformation new profession. In US, the engine bed transformation industry is called the engine bed regeneration (Remanufacturing) industry. Is engaged in the regeneration industry famous company to include: The Bertsche engineering firm, the ayton engine bed company, Devlieg-Bullavd (are valuable) serves the group, the US equipment company and so on. The American valuable company has set up the company in China. In Japan, the engine bed transformation industry is called the engine bed to reequip (Retrofitting) industry. Is engaged in the reequipment industry famous company to include: Big indentation project group, hillock three mechanical companies, thousand substitute fields labor machine company, wild engineering firm, shore field engineering firm, mountain this engineering firm and so on. 3.2 Numerical control transformation content The engine bed and the production line numerical control transformation main content has following several points: First is extensively recovers the function, to the engine bed, the production line has the breakdown partially to carry on the diagnosis and the restoration; Second is NC, the addend reveals the installment on the ordinary engine bed, or adds the numerical control system, transforms the NC engine bed, the CNC engine bed; Third is renovates, for increases the precision, the efficiency and the automaticity, to the machinery, the electricity partially carries on renovates, reassembles the processing to the machine part, extensively recovers the precision; Does not satisfy the production request to it the CNC system to carry on the renewal by newest CNC; Fourth is the technology renews or the technical innovation, for enhances the performance or the scale, or in order to use the new craft, the new technology, carries on the big scale in the original foundation the technology to renew or the technical innovation, the great scope raises the level and the scale renewal transformation. The new electrical system transforms after, how carries on the debugging as well as the determination reasonable approval standard, also is the technology preparatory work important link. The debugging work involves the machinery, the hydraulic pressure, the electricity, the control, and so on, therefore must carry on by the project person in charge, other personnel coordinate. The debugging step may conform to simplicity to numerous, from infancy to maturity, carries on from outside to in, after also may the partial overall situation, after first the subsystem the 3.3 The numerical control transformation superiorly lacks 3.3.1 reduced investment costs, the date of delivery are short 　　With purchases the new engine bed to compare, may save 60% ~ 80% expense generally, the transformation expense is low. Large-scale, the special engine bed especially is specially obvious. The common large-scale engine bed transforms, only spends the new engine bed purchase expense 1/3, the date of delivery is short. But some peculiar circumstances, like the high speed main axle, the tray automatic switching unit manufacture and the installment too requires a lot of work, costs a great deal of money, often transforms the cost to enhance 2 ~ 3 times, with purchases the new engine bed to compare, only can economical invest about 50%. 3.3.2 machine capability stable are reliable, the structure is limited Uses foundation and so on lathe bed, column all is heavy but the firm casting component, but is not that kind of welding component, after the transformation engine bed performance high, the quality is good, may take the new equipment continues to use many years. But receives the original mechanism the limit, not suitably makes the unprecedented transformation. 3.3.3 familiar understood the equipment, is advantageous for the operation service When purchases the new equipment, did not understand whether the new equipment can satisfy its processing request. The transformation then otherwise, may precisely calculate the engine bed the processing ability; Moreover, because many years use, the operator already understood to the engine bed characteristic, uses and services the aspect to train the time in the operation short, effective is quick. The transformation engine bed as soon as installs, may realize the capacity load revolution. 3.3.4 may fully use the existing condition May fully use the existing ground, does not need to like buys when the new equipment such to have reto construct the ground. 3.3.5 may use the newest control technology enhances the production equipment the automated level and the efficiency, improves the equipment quality and the scale, alters to the old engine bed now the horizontal engine bed. 数控机床 1 数控系统发展简史及趋势 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 　　6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.1 数控（NC）阶段（1952～1970年） 　　早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。 1.2 计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 　　到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 　　到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 　　到了1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 　　总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（也就是为PC-BASED）。 1.3 数控未来发展的趋势 1.3.1　继续向开放式、基于PC的第六代方向发展 　　基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 1.3.2　向高速化和高精度化发展 　　这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 1.3.3　向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。 （1）应用自适应控制技术 　　数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。 　（2）引入专家系统指导加工 　　将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 （3）引入故障诊断专家系统 　（4）智能化数字伺服驱动装置 　 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。 2 机床数控化改造的必要性 2.1 微观看改造的必要性 　　从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 2.1.1 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 　　由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 2.1.2 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。 　　由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了"柔性自动化"。 2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要"修配"。 2.1.4 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 2.1.5 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 2.1.6 由以上五条派生的好处。 　　如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。 　　以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 2.2 宏观看改造的必要性 　　从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。 3 数控化改造的内容及优缺 3.1 数控改造业的兴起 　　在美国、日本和德国等国家，机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 3.2、数控化改造的内容 机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点： 其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； 其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床； 其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新； 其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 3.3、数控化改造的优缺 3.3.1　减少投资额、交货期短 　　同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。 3.3.2　机械性能稳定可靠，结构受限 　　所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。 3.3.3　熟悉了解设备、便于操作维修 　　购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。 3.3.4　可充分利用现有的条件 　　可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。 3.3.5　可以采用最新的控制技术 　　可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。 精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。 　　该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。 第12页