第 I 页 共 I 页目 录1 引言11.1 数控机床的发展趋势11.2 数控系统的发展趋势21.3 数控系统的新形式21.4 国内数控机床状况分析22 数控机床的组成和原理42.1 数控机床的组成42.2 数控机床的工作方法53 联轴器63.1 联轴器的特性63.2 联轴器的分类64 数控机床的进给传动系统94.1 对数控机床进给传动系统的要求94.2 滚珠丝杠螺母副105 减速机构165.1 齿轮传动装置165.2 减速齿轮设计及校核166 电动机及其调速216.1 伺服电动机的特点以及选型216.2 校核电机转矩217 数控机床效率提高的方法26结束语28参 考 文 献30 第 26 页 共 30 页1 引言科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能和成本提出了越来越高的要求。机械加工的自动化生产可以实现以上功能的重要途径之一。单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而应运而生的数控机床可以满足需求，适应各种功能的生产。1946第一台计算机的出现，表明人类发明出了一种可以代替人类自己的一些无法单独完成的劳动工具，为人类进入信息时代埋下了伏笔和铺垫。6年过后，计算机技术在机床了得到了应用，第一台数控机床在美国诞生。从此以后，机械行业掀起了一次跨时代的工业改革。1.1 数控机床的发展趋势随着科学技术的不断发展，数控机床不断采用计算机、PLC、数据采样等领域的最新技术成果，它的功能日趋完善，加工范围越来越广，涉及的领域愈来愈广。同时，为了满足日益增长的市场和工业需求，为了满足当今的机械生产各种各样的加工要求，现今，数控机床的未来正朝着以下方面发展1。1.1.1 高速、高效和高精度机械化生产需要达到速度快、效率高、精度高的要求。速度快可以通过提高数控机床的性能，比如提高转速和切削速度；效率高可以通过减少加工的耗时，生产流水线的执行能力和监管力度；精度高可以通过提高数控机床各个零部件的精度来满足。为了达到如此高的要求，数控装置的性能和可操作性必须有所保证。(1) 高速新材料的出现以及机械工业的飞速发展，加工产品以及产品的售后服务的速度越来越要赶上现代工业的前进步伐。(2) 高效工业机器人的出现又将机械生产推向了又一个高度，特别是机械手的出现使数控机床的生产效率有了最大化的提高，它的出现使机床越向自动化方向前进，它代替了人工操作大大减少了加工时间；新型夹具和快速拆装工具的出现，缩短了耗时，实现了数控机床效率高的特点。(3) 高精度精度的高低是检验一个国家工业是否发达的重要指数，高新技术的应用是数控机床有别于传统机床的一大特点2。1.2 数控系统的发展趋势1.2.1 向计算机第六代高新技术方向的发展计算机发展到如今，其中的发展前景被大多数人所看好与利用。数控系统也不；例外。现代的数控系统大多采用计算机控制来处理数控编程、产品生产。计算机控制技术已经渗入到机械生产的各个环节中去了，它的普遍性已经没有任何东西可以取代得了的。1.2.2 向高速、高精度、高效率发展这是机械生产发展到如今的必然走向，只有达到如此要求才能在工业生产中有立足之地。1.2.3 向智能化方向发展如今智能化越来越被大众所接受和推广，人工智能的发展必然导致数控技术的改革和创新，这是大势所趋。1.3 数控系统的新形式(1) 运用高新技术和智能检测数控系统的模拟图形功能能检测到机械生产过程中的错误报告和重要环节的运行，能确保系统的正常化运行。(2) 联网通信的比对和改进网络的高速发展，数据库的应用使数控系统具有了一定智能，在数据库中找到最适合的加工方法和改进措施。使得生产更为方便和快捷(3) 增加诊断错误的自动纠正仪器和装置(4) 增加了比较先进的交流伺服传动系统随着交流伺服传动的广泛应用使得数控系统的运行更加具有效率性和精度4。1.4 国内数控机床状况分析1.4.1 国内数控机床现状随着数控机床在我国大中型企业中的普遍应用，它已经逐渐取代了传统机床在我国工业上的地位。虽然我国是一个机床使用大国，但不是一个机床利用大国。由于技术有限，我国机床的使用效率一直不高，这一直是制约我国机床发展的重要障碍之一。再加上我国管理机床经验的缺乏，使得机床的发展在我国比较尴尬。最近几年我国机床生产的工业值已经名列前茅，机床消费也稳步直上。由于市场的千变万化，我国进口机床率越来越高5。1.4.2 国内数控机床的特点(1) 产品的创新性逐渐趋向于成熟，高新技术应用广泛。 (2) 国产数控机床的生产量逐年递增，机床的消费越来越高。 (3) 我国自主研制的机床纷纷出现，具有自主知识产权的机床越来越被广大企业所接受。我国通过引进国外先进技术，先进数控机床来提高工业的发展。通过这种方式来改造我国的机床，从而来缩短我国和发达国家之间的差距。我国在创新方面有了很大突破，在国外机床的基础上来创新研制新型机床，技术含量高。更多的技术来融入现代数控机床必将引起一番改革。在如今的工业舞台上，一台机床的性能、生产效率、可操作性等逐渐成为检验一个国家机械工业发展水平的重要凭证。为了在国际上打响具有我国自主知识产权的数控机床的名声，我国还有很长的一段路要走。不管前方道路如何崎岖与陡峭，我相信中国的工业人都会怀着无比的热情向前方奋斗。我相信在不久的将来，我国自主研制的机床会在发达国家中崭露头角，向世界证明我国的工业水平也是顶级的。2 数控机床的组成和原理数控机床是利用数控技术，准确地按照事先编制好的程序，自动加工出所需工件的机电一体化设备。在现代机械制造中，特别是在航空、造船、国防、汽车模具及计算机工业中得到了广泛应用。2.1 数控机床的组成数控机床一般都是由程序载体、CNC装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体四个部分等组成的，就如下图1所示。图1 数控机床组成部分的联系图2.1.1 程序载体 程序载体顾名思义就是将所要加工零件的程序转换成数字信号存放在一个程序中，即为程序载体。它可以是磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。工人将所要运行的加工程序输入到机床的计算机控制系统中，机床就会按照所输入的程序运行。2.1.2 CNC装置 CNC系统的中枢当属CNC装置，它控制整个系统，是机床的指挥者。CNC装置的作用就是将接受到的信号通过一定的方式进行运算等操作后，向伺服系统输出一定的控制指令。在这些控制指令中，除了送给伺服系统的位置和速度指令外，还送给辅助控制装置的机床辅助动作指令。从而控制机床的各部分部件联动，使其按照输入的加工程序进行动作执行7。2.1.3 伺服系统 伺服系统是CNC装置和机床本体的联系环节，它的功能是把来自CNC装置的指令信号解调、放大后驱动电机，通过执行装置来驱动部件的移动，使工作台定位，然后加工出所要的零件。2.1.4 检测和反馈装置该装置是提高加工精度的一个重要方法。它将导轨和主轴移动的位移、速度等检测出来，转换成数字信号，反馈到数控装置中，据此开判断发出指令，修改产生的误差。常用的有编码器、感应同步器、光栅等。2.1.5 辅助装置辅助装置是把计算机送来的辅助指令转换成电信号，来控制电机的开关和变速。冷却液的开关以及换刀等。2.1.6 机床本体机床本体就是本身的形状和实体。由主运动部件、进给部件、支承件以及辅助装置等组成。2.2 数控机床的工作方法(1) 根据零件加工图纸进行工艺分析，拟定加工零件的多种方案，在进行比较，选取最适合的方案，确定各种所需参数。(2) 用规定的程序代码和格式编写加工程序生成加工零件的加工程序。(3) 数控系统接受输入的零件加工的程序代码，并且模拟生成加工图形。(4) 数控系统对加工程序进行译码和运算，通过驱动机床的运动部件，控制刀具的运动加工出想要的零件。 数控机床的主运动是实现去除待加工工件多余金属的运动，主要提供切削过程所需的运动和动力。数控机床是时代的产物，是工业生产的中流砥柱，不可或缺的一部分，在工业生产中占有一席之地。3 联轴器3.1 联轴器的特性联轴器就是用来联结两个轴的装置。轴和轴之间不可无联轴器，否则无法完成转矩的传动和运动的进行，有的时候它也用来做安全装置。机器转动时，被连接的两根轴不能强行拆开，这样会产生无法预料的结果，唯有将运动停止，方可将联轴器拆开，分散两根轴来进行清理和维修。3.2 联轴器的分类联轴器可分为刚性联轴器和扰性联轴器。3.2.1 刚性联轴器 这类联轴器主要分为有套筒，凸缘式，我就这两种联轴器进行叙述。(1) 套筒联轴器如图2所示，套筒联轴器由连接两轴轴端的套筒和联结套筒与轴的联结件所组成。图2 套筒联轴器(2) 凸缘联轴器凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分别与两轴相连，然后用螺栓把两个连在一起，来传递运动和转矩。如图3所示：图3 凸缘联轴器 1 ,4-半联轴器 2-螺栓 3-螺母凸缘式联轴器联结的两轴中间如果存在一定的位移和同轴度的问题时，它就会产生不必要的载荷，严重影响传动的平稳性。3.2.2 扰性联轴器 当数控机床所要传动的扭矩很大时，我们可以与丝杠之间可采用直接连接的方式，这不仅可以使结构简单明了、减少不必要的声响和噪音，而且有利于传动的可靠性和稳定性。图4为消隙联轴器，它可以使两轴之间没有间隙，运动更为平稳和可靠。当然，机床生产中肯定有一些误差，例如同轴度、垂直度等。这个时候我们可以放弃使用消隙联轴器，而是改用如图5的扰性联轴器。图4 消隙联轴器1-套筒 2-锥环 3-压圈 4-轴 5-螺钉图5 扰性联轴器这类联轴器的缺点在于没有弹性部件，所以它们不能缓冲和减震。大型机床传动中大多选用这种联轴器的原因，在于它们可以使得两轴之间可以有轴向位移的相互弥补不足，更具有使用价值。联轴器的选用一般从以下方面着手：(1) 首先根据图纸计算出所需要的转矩，在根据它对生产环境的要求进行选择联轴器。(2) 根据所需传动的转速要求，选择所需联轴器。(3) 观察两轴之间对中性的要求以及有无间隙和安装过程中的误差，选择出最适合的联轴器。(4) 看看传动的可靠性以及所需要联轴器的材料的好坏。 (5) 最后当然考虑成本，假如你是机床生产的产家，优先肯定考虑利益的好坏，综合考虑多方面的元素才是一名好的机械从业人员。联轴器大多需要我们机械设计人员选用，而不是去设计，因为它正在日益步入标准件的行列。 本次我的毕业设计选用的伺服传动系统是：伺服电动机二级齿轮减速器滚珠丝杠螺母副等。由于伺服电动机选用的不是具有很大转矩的电动机，而且为了增加传动的平稳性，传动的转矩，我在伺服电动机后并没有按照资料那样直接用联轴器连接电机和丝杠，而是采用了齿轮减速器来传动转矩。虽然从经济性来看，这样设计不是很适合，但是整体来看齿轮减速器还是挺适合该传动系统的8。4 数控机床的进给传动系统伺服