趋势自从年计算机技术应用于机床上，数控系统经历了数控和计算机数控两个阶段的发展。目前，数控系统正处于第六代基于。未来数控系统将呈以下发展趋势继续向开放式基于的第六代方向发展基于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。向高速化和高精度化发展向智能化方向发展应用自适应控制技术向高速化和高精度化发展数控系统能检测过程中些重要信息，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。引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的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。引入故障诊断专家系统引入动装置智能化数字伺服驱动系统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。我国数控车床的研究现状及发展趋势研究现状我国数控车床从世纪年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作合资技术引进样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。床身按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身有图所示的种布局形式。般来说，中小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身，立床身采用的较少。平床身工艺性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，但排屑困难刀架横滑板较长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点容易实现机电体化机床外形整齐美观，占地面积小容易设置封闭式防护装置容易排屑和安装自动排屑器从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度宜人性好，便于操作便于安装机械手，实现单机自动化。导轨车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单制造方便接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。滚动导轨的优点是摩擦系数小，动静摩擦系数很接近，不会产生爬行现象，可以使用油脂润滑。根据滚动体的不同，滚动导轨可分为滚珠直线导轨和滚柱直线导轨。后者的承载能力和刚度都比前者高，但摩擦系数略大。后斜床身斜滑板直立床身直立滑板平床身平滑板前斜床身平滑板平床身斜滑板图床身布局型式主轴传动系统机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动是在定范围能均匀的离散地分布着有限级数的转速，主要用于普通机床。无级变速形式可以在定范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳转速，能在运转中变速，便于自动变速。数控车床得主传动系统通常采用无级变速。与普通车床相比，数控车床的主传动采用交直主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴结构大为简化。为了适应不同的加工需求数控车床主传动系统有以下三种方式。电动机直接驱动主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构，能有效地提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化输出转矩与主轴的特性完全致。但因主轴的功率和转矩特性直接决定主轴电机的性能，因而这种变速传动的应用受到定限制。采用定比传动主轴电动机经定比传动给主轴。定比传动可采用带传动或齿轮传动，这种传动方式在定程度上能满足主轴功率和转矩的要求，但其变速范围仍和电动机的调速范围相同。目前，交流直流主轴电动机的恒功率转速范围般只有，而恒转矩范围则达以上许多大中型机床的主轴要求有更宽的恒功率转速范围。很明显，这种情况下主轴电动机的功率特性和机床主轴的要求不匹配调速电动机的恒功率范围远小于主轴要求的恒功率变速范围。所以这种变速方式多用于小型或高速数控机床。采用分档变速方式采用这种变速方式主要是为了解决主轴电动机的功率特性和机床主轴功率特性不匹配。变速多采用齿轮副来实现，电动机的无级变速配合变速机构可确保主轴的功率转矩要求，满足各种切削运动的转矩输出，特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。用两个电机分别驱动主轴上述两种方式的混合传动，高速时带轮直接驱动主轴，低速时另个电机通过齿轮足，在切削力及其它力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形，不仅影响工件的加工质量，还会破坏齿轮轴承的正常工作条件，使其加快磨损，降低精度。主轴部件的刚度与主轴结构尺寸支承跨距轴承类型及配置型式轴承间隙的调整主轴上传动元件的位置等有关。抗振性主轴组件的抗振兴是指切削加工时，主轴保持平稳地运行而不发生振动的能力。主轴组件抗振兴差，工作时容易产生，不仅降低加工质量，而且限制了机床生产率的提高，使刀具耐用度下降。提高主轴抗振兴必须提高主轴组件的静刚度，采用较大阻尼比的前轴承，以及在必要时安装阻尼器。另外，使主轴的固有频率远远大于激振力的频率。④温升主轴组件在运转中，温升过高会引起两方面的不良后果是主轴组件和箱体因热彭涨而变形，主轴的回转中心线和机床其它组件的相对位置会发生变化，直接影响加工精度其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生抱轴。数控机床般采用恒温主轴箱来解决恒温问题。耐磨性主轴组件必须有足够的耐磨性，以能长期保持精度。主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬或氮化处理。主轴轴承也需有良好的润滑，以提高耐磨性。以上这些要求，有的还是矛盾的。例如高刚度和高速，高速与低温升，高速与高精度等。这就要具体问题具体分析，例如设计高效数控机床的主轴组件时，主轴应满足高速和高刚度的要求设计高精度数控机床时，主轴应满足高刚度低温升的要求。轴承配置型式本课题中数控机床的转速较高，却要求径向刚度好，所以轴承的配置型式选择为刚度速度型。前轴承采用双列角接触球轴承，接触角为，它们通过套筒背靠背配置，以减少主轴悬伸量。后轴承采用双列短圆柱滚子轴承，以承受较大的传动力。如下图所示图主轴支承型式主要参数的确定主轴的主要参数是指主轴平均直径或主轴前轴颈直径主轴内孔直径主轴悬伸量和主轴支承跨距。这些参数直接影响主轴的工作性能，但为简化问题，主要是由静刚度条件来确定这些参数，即选择使主轴获得最大静刚度，同时兼顾其它要求，如高速性抗振性等。主轴前轴颈直径的确定主轴平均直径对主轴部件刚度影响较大。加大直径，可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形引起的轴端位移，从而提高主轴部件刚度。但加大直径受到轴承值的限制，同时造成相配零件尺寸加大制造困难结构庞大和重量增加等，因此在满足刚度要求下应取较小值。按车床主电动机功率来确定，由资料图可取。主轴内孔直径的确定确定孔径的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔颈要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应取较大值。对于数控机床，，本课题中车床主轴尾端需要安装皮带轮，轴径较小，故取，即。主轴悬伸量的确定主轴悬伸量是指主轴前端面到支承径向反力作用中点的距离，它对主轴部件的刚度和抗振性影响很大。因此在满足结构要求的前提下尽可能取小值。减小的常见措施有尽量采用短锥法兰式主轴端部结构。推力轴承配置在前支承时，应安装在径向轴承的内侧而不是外侧。合理设计前支承的调整结构和密封装置形式。尽量采用主轴端部的法兰盘和轴肩等构成密封装置。④采用向心推力轴承来代替向心轴承。成对安装的圆锥滚子轴承，应采取滚锥小端相对的形式成对安装的向心推力轴承应采取背对背或面朝外的同方向排列形式。本课题中主轴前端的对向心推力轴承正是采用这种安装形式。改变轴端工夹具的结构形式来减小值。支承跨距的确定支承跨距是指相邻两支承的支承反力作用点之间的距离。合理确定是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之。当时，主轴部件具有最大刚度，即为主轴部件的最佳跨距。在具体设计时，往往由于结构上的限制而使，这就造成主轴部件的刚度损失。合理跨距,通常取。因为定时，越大，轴承的径向跳动对主轴前端的径向跳动影响越小，且加大可较小振动。当需要远大于时，可采用三支承结构。主轴头的选用如前文所述，采用短锥法兰式主轴端部结构有利于减小主轴悬伸量。本课题选用型法兰式主轴端部，代号为，其基本尺寸由资料表可获得。编码器的选择与安装在经济型数控车床上加工螺纹或丝杠时，进刀速度应与车床主轴转速之间保持个恒定的比例关系，为此要在车床主轴上安装个主轴位置信号的反馈元件。即主轴脉冲发生器。在选用简易数控装置时，应选用含有螺纹加工功能的系统软件和相应的主轴脉冲发生器。光电编码器由于是数字信号，所以噪声容限大，容易实现高分辨率，检测精度高，且体积小重量轻易安装，在现代检测技术中得到了广泛地应用。本课题选用增量式实心轴编码器。其技术参数如下表编码器的安装通常采用两种方式同轴安装和异轴安装。同轴安装结构简单，缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件异轴安装较同轴安装麻烦，需配对同步平带轮及同步平带。在加工螺纹时，将其装上，不使用时将其断开，避免磨损和信号干扰，延长主轴脉冲发生器的使用寿命。本课题采用异轴安装方式，利用同步带传动带动电编码器转动。绘制主传动系统总装图从前文的设计结果,可绘制出主传动系统的装配图,参考资料图所示图主传动系统总装图第五章结论本文在在系统地了解数控车床主传动系统的理论基础上，考虑对数控车床主传动系统进行的初步设计。数控车床的主传动系统包括主轴电机传动系统与主轴组件，与普通机床相比，变速功能绝大部分由主轴电机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级调速的范围设计过程中存在的主要问题起初对于数控车床传