T611镗床主轴箱传动设计及尾柱设计

T611镗床主轴箱传动设计及尾柱设计 第1章 绪 论 1.1 项目的研究意义 在当今时代，任何一个具备完整工业体系的国家，都会有相当数量的制造业，如汽车、机车、电力、船舶、航空航天、冶金矿山、石油化工、机床工具、通信、轻工、建材、家电、食品、仪器、仪表等。上述这些部门大多与机械工业有关，有的是实质上就是机械工业，它们都是用机械设备制造各种各样的产品。所以说机械工业是国民经济的装备部，是国民经济的先导，是国家重要的基础工业。如果一个国家的机械工业水平不高，它生产的产品在国际市场上是很难有竞争力的，也是很难立于世界民族之林的～美国是世界工业强国，70年代美国曾认为制造业是“夕阳工业”，经济重心应由制造业转向高科技产业及服务业等第三产业。科研重理论成果，不重视实际应用，政府不支持产业技术，使美国制造业产生衰退。而同期日本重视制造技术，重视高素质人才的培养，注重将高科技成果应用于制造业，加之严密的社会组织，很快把原来美国占绝对优势的产业如汽车、照相机、家电、机床、复印机、半导体等变成自己的主导产业，占领了世界市场。这很快引起了美国政界、科技界、企业界有识之士的关注。为此，80年代后期，美国政府和企业迅速组织调查，MIT在调查 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中指出:“一个国家要想生活的好，必须生产的好。振兴经济的出路在于振兴制造业”，当前国际间“经济的竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争”。 镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。所以对其进行合理设计，其意义十分重大。 1.2 国内外的科技现状 国外现状: 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，于1956年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧 1 密合作，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。 国内现状: 在产品开发上，国内支柱企业重点放在数控机床上，年生产机床台数和数控机床所占比例逐年上升。据不完全统计，2004年钻镗床行业共开发新产品81种，其中数控机床新产品61种，占开发新产品的近80%。数控产品中在国内具有领先水平的有36种，包括车铣镗等复合加工中心，高速(最高转速在15000r/min至36000r/min)立、卧式加工中心、高速铣削中心、大型卧式加工中心(工作台尺寸2000mm×4000mm及以上)、龙门式加工中心(龙门五面、龙门五轴)、五轴联动加工中心、高精度数控机床等。 1.3设计产品的用途和应用领域 该产品主要用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向运动，可钻、扩、铰、和镗孔及车削内、外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面、端面及用端铣刀、圆柱铣刀铣平面等。 1.4 设计方案 1.4.1 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题 设计目标: 完成对T611型镗床主轴箱体传动设计以及尾柱设计 研究内容: (1)T611镗床主轴箱设计 (2)T611镗床尾柱设计 解决的关键问题:T611型镗床主轴箱体传动设计 2 1.4.2 设计方案 对T611型镗床主轴箱体传动设计以及尾柱设计 1.4.3 题目的可行性分析 当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今後如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。 1.4.4本项目的创新之处 对主轴箱传动进行优化设计，提高生产效率和降低生产成本。 3 第2章 机床总体设计 该型号镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向运动，可钻、扩、铰、和镗孔及车削内、外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面、端面及用端铣刀、圆柱铣刀铣平面等。 根据机床的精度等级和工作性能要求，构思主传动系统，初步拟定采用集中传动，采用三相异步电动机，经分级变速箱实现主轴所需的各级转速和转速范围。 (1)确定变速组传动副数目 实现18级主轴转速变化的传动 2.1确定电机 根据功率要求查表选取电动机型号 Y160M-4 11kw n=1460r/min 2.2机床布局 ?确定结构方案 ?主轴传动系统采用普通V带，齿轮传动 ?传动型式采用集中传动 ?主轴正反转方向，制动采用能耗制动器 ?变速齿轮系统采用多联滑移齿轮 ?润滑系统采用飞溅油润滑 (2)布局 采用卧式镗床常规的布局型式，机床主要组成部件有床身、前立柱、主轴箱、工作台和后立柱等。此次设计主传动系统包括?、?、?、?轴及相关部件。 4 第3章 主传动系统设计 3.1拟定结构 (1)确定变速组传动副数目: 18=3×3×2 (2)确定基本组和扩大组: 18=3×3×2 139 (3)验算最后扩大组变速范围: x(p,1)9，(2,1)22 r,,,1.26,8,Rmax2 所以符合设计原则 3.2分配降速比 该镗床主轴系统共设有四个传动组，其中有一个是带传动，根据降速比分配应“前快后慢”的原则，确定各传动组最小传动比: n31.511min = ,,,u总16.6n146046.341.26E 11111,，，， 16.62.6356,,,,, 3.3绘制转速图 4由1.26=1.06，查表4.2-1(文献13)转速有31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600。 5 3.4确定齿轮齿数 利用查表法及各对齿数比求出个传动组齿轮齿数。 Z:Z,1:1.26Z,40Z,501212 2Z:Z,1:1.26,1:1.58 Z,35 Z,553434 3Z:Z,1:1.26,1:2 Z,30 Z,60 5656 6 Z:Z,1.26:1Z,53Z,427878 2 Z:Z,1:1.26,1:1.58Z,37Z,58910910 5 Z:Z,1:1.26,1:3.17Z,23Z,7211121112 3 Z:Z,1.26:1,2:1Z,66Z,3313141314 6 Z:Z,1:1.26,1:4Z,20Z,7915161516 变 速 一 二 三 组 齿 数 90 95 99 和 齿 ZZZZZZZZZZ ZZZZZZ12141轮 齿4535365437 58 23 72 66 33 20 79 数 0 0 5 5 0 0 3 2 3.5确定带轮直径 带传动是机械传动学科的一个重要分支，主要用于传递运动和动力。它是机械传动中重要的传动形式，也是电机设备的核心，联接部件，种类异常繁多，用途极为广泛。其最大的特点是可以自由变速，远近传动，结构简单，更换方便。 设计功率P由表3.2-5(文献2)查得载荷修正系数 K,1.3Ad P,KP,1.3，11,14.3kw dA 7 查表2.4-3，图2.4-1(文献1)。取小带轮基准直径: mm d,120d1 1大带轮直径由公式求得: d,d，，(1,,)d2d1, 2.6mm d,120，1.26，0.98,214d2 3.6验算主轴转速误差 主轴各级实际转速值由公式: d1d n,n，，(1,,)，u，u，uEabc实d2d 其中，，分别为第一、二、三变速齿轮传动比。 uuuabc 120111，， n,1460，，0.98，,31.5613561.261.261.26214 120111 ，， n,1460，，0.98，,39.822561.261.261.26214 120111，，=50.1 n,1460，，0.98，3561.261.261.26214 120111，，=63.1 n,1460，，0.98，43261.261.261.26214 120111，，=79.6 n,1460，，0.98，52261.261.261.26214 120111，，n=100.2 ,1460，，0.98，6261.261.261.26214 12011，，1.26=126.3 n,1460，，0.98，7361.261.26214 12011，，1.26=159.1 n,1460，，0.98，8261.261.26214 8 120111.26=200.5 ，，n,1460，，0.98，961.261.26214 120113=252.6 ，，n,1460，，0.98，1.2610351.261.26214 120113，，=318.3 n,1460，，0.98，1.2611251.261.26214 120113，，=401.1 n,1460，，0.98，1.261251.261.26214 120113，，= 505.4 n,1460，，0.98，1.2613321.261.26214 120113，，=636.8 n,1460，，0.98，1.2614221.261.26214 120113，，=802.3 n,1460，，0.98，1.261521.261.26214 12013，，1.26=1010.9 n,1460，，0.98，1.261631.26214 12013，，1.26=1273.8 n,1460，，0.98，1.261721.26214 12013，1.26，=1604.9 n,1460，，0.98，1.26181.26214 转速误差: n,n 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 实际,n,，，=4.1% ,10,,1%n标准 所以转速误差表为: 主轴转n n n n n n nnn356789124速 标准转 速31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 r/min 实际转 速31.56 39.8 50.1 63.1 79.6 100.2 126.3 159.1 200.5 9 r/min 转速误 差% 0.2 0.5 0.2 0.2 0.5 0.2 1.0 0.6 0.3 主轴转 nnnnnn nnn速 标准转 速250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 r/min 实际转 速252.6 318.3 401.1 505.4 636.8 802.3 1010.9 1273.8 1604.9 r/min 转速误 差% 1.0 1.0 0.3 1.1 1.1 0.3 1.1 1.9 0.3 易知转速误差满足要求 3.7绘制传动系统图 根据传动情况及齿轮分布情况，绘制传动系统图如下: 10 11 第4章 估算传动件参数并确定其结构尺寸 4.1确定传动件转速 由转速图可得各轴转速及各齿轮转速: 传动件 计算转速 ? 800 ? 400 轴 ? 125 ? 100 800 Z1 630 Z2 800 Z3 500 Z4 800 Z5 400 Z 6齿 630 Z7 800 Z 8 500 Z 9 315 轮 Z 10 400 Z11 12 125 Z12 800 Z13 1600 Z14 125 Z15 31.5 Z16 4.2确定主轴支承轴颈尺寸 参照图2.3-2(文献1)，选取前支承轴颈直径: =100mm D1 后支承轴颈直径: =(0.7,0.8)=70,85mm DD12 取=80mm D2 4.3估算传动轴直径 P (mm) 4d,91,,n,,c 其中为轴危险截面的直径 (mm) d P为该传动轴的载入功率(kw) P= (kw) P,E 轴计算传动效率 输入允许扭传估 花键轴尺 , 号 转速 功率转角动计 寸 P 轴轴 N×d×Dn [] ,c计算公式 kw 长直 ×B 13 r/min deg/m 度 径 mm mm ? 800 0.96 10.56 1.5 400 35.0 8×36×42 ×7 ? 400 0.96×0.995 10.51 1.5 400 41.6 8×42×48P4d,91,,n,,×8 c ? 125 0.96×0.995×10.4 1.5 500 52.5 8×52×60 0.99 ×10 4.4估算传动齿轮模数 许用接触应力=0.96，查表2.4-17，图2.4-8(文献1) ,,HPHLim 2得 =1100N/ ,mmHP 由表2.4-17(文献1)有=，查图2.4-13(文献1)取 ,,FPFLim 2=518 N/ ,mmFP 查表2.4-17取齿宽系数 =b/m=7。 ,m 由图2.4-10 (文献1)取 Z=30时 =4.1; Y5FS =23时 =4.24; ZY11FS =20时 =4.34 ZY15FS 按齿面疲劳强度: KPu(1),3 mA,267HH22,,nZumcHP1 按轮齿弯曲疲劳强度: 14 KPYFS3 ,267mAFF,,nZ1mcFP 可得下表: 传 小 齿 齿传 载系 系 许 许 计 系 模 模 选 宽递 荷 用 用 算 取 动 齿 数 系功 系 接 齿 转 模 数 率 数 触 根 速 数 应 应 组 轮 比 数 数 力力 数 数 数 ,A,nYmm ,mFFPcFSHFHP A ,,1mP K H 第 Z5一 变 2 7 10.56 1 61 1 1100 518 800 4.1 2.23 2.12 2.5 速30 组 第 Z11二 变 3.17 7 10.51 1 61 1 1100 518 400 4.24 3.22 2.94 3.5 速 组 23 第 Z15三 变 4 9 10.4 1 61 1 1100 518 125 4.34 3.96 4.19 4.5 速 组 20 4.5制动器的选择与计算 选择电机能耗制动方式，特点是制动比较平稳，制动时间可以调整，简 15 化机床结构，但需要直流电源，功率大，设备复杂。 由于电机制动采用电气方法直接制动电动机使机床结构简化。制动器安装位置应根据机床具体结构，使用条件、综合全面考虑来确定。一般情况下，力争将制动器安放在靠近主轴(或其他执行元件上)、且转速较高，变速范围较小的轴上，可达到制动时间短、冲击小、制动灵敏、结构尺寸小(制动转矩小)的综合效果。因此将制动器放在?轴上。 4.6普通V带的选择与计算 计符 单 算 计算公式 计算过程 结果 内 容 号 位 设 计kw 14.3 ,表2.4-2(文献1) =1.3×11 PPKP,PddAd功 率 带 =120mm, dd1型mm 图2.4-1(文献1) A型 选r/mm n,1460E择 初 选 0.7()2()ddadd，,,，dddd12012中600 mm 根据机床的布局及结构方案 a0心 距 计 算 带 ,, L,，，，2600(120214)Ladd,，，2()d0ddd0012 的 1728.3 22Ld0基mm 16 准 22()dd,(214120),dd21 长， ，4a4600，0度 选 择 的 带 的mm 表2.4-4(文献1) 1800 Ld基 准 长 度 2P()dd,ddd21 Z, B,()PPKK,,811al实 际 =318.8 Ldd,()，ddd12 A,, a中mm 635.9 482(214120),心 B,,1104.52()dd,8dd21距 B,8 2 a,，,318.8318.81104.5V dd,,1dd211802sina,:,1带? 171.5 214120,2a,1 a a,:,1802sin01轮 合格 2635.9，包 ,120 角 ,dnd11 ,,vv,, v带9.17 ,，，1201460601000，L v,d速 合格 601000，v,5~25m/s ,, 带 的 ,1挠 10.2 s 17 u 曲合格 100029.17，，1000mv u, u,,40次1800Ld数 带 P14.3d Z, Z,的Z 8.16 ()PPKK,,(1.920.15)0.981.01,，，11aL根取8 数 表2.4-6 表2.4-9 表2.4-10(文 献1) 其中表示接触弧的包角修正系数; Ka 表示带长修正系数。 KL 4.7几何计算 的尺寸: 计算Z2 端面齿形角: 20? aa,,t 分度圆直径: mm dzm,,，,502.51252 齿顶高: mm hm,,2.5a 齿根高: hm,,1.253.125 mm f 全齿高: hhh,，,，,2.53.1255.625 mm af 齿顶圆直径: 18 =125+2×2.5=130 mm ddh,，2aa齿根高直径: =125-2×3.125=118.75 mm ddh,,2ff中心矩: ()(4050)2.5zzm，，，12 =112.5 mm a,,22 同理算出的几何尺寸: Z4 20? aa,,t mm dzm,,，,552.5137.54 mm hm,,2.5a mm hm,,1.253.125f mm hhh,，,，,2.53.1255.625af =137.5+2×2.5=142.5 mm ddh,，2aa =137.5-2×3.125=131.25 mm ddh,,2ff Z的几何尺寸: 6 20? aa,,t dzm,,，,602.5150 mm 6 hm,,2.5 mm a hm,,1.253.125 mm f 19 mm hhh,，,，,2.53.1255.625af =150+2×2.5=155 mm ddh,，2aa =150-2×3.125=143.75 mm ddh,,2ff 20 第5章 结构设计 5.1带轮设计 根据V带计算选用8根A型V带，由于?轴安装制动器及传动齿轮，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用卸荷带轮结构。 5.2齿轮块设计 齿轮采用滑移齿轮变速机构，根据各传动组的工作特点，第一扩大组的滑移齿轮采用销钉联接装配式结构，基本组采用了整体滑移式齿轮。第二扩大组，由于传递转矩较大，采用链接装配式齿轮，所有滑移齿轮与传动轴间均采用花键联接。 5.3轴承选择 为了简化结构，主轴采用了轴向后端定位的两支承轴组件、前支承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用角接触球轴承和推力轴承，为了保证主轴的回转精度，主轴前后轴承均用压块式防松螺母调整轴承的间隙。 5.4操纵机构 为了适应不同的加工状态，主轴的转速经常需要调整。根据各滑移变速传动组的特点，分别采用了集中变速操纵机构和单独操纵机构。 5.5润滑系统设计 主轴内采用飞溅式润滑，卸荷皮带轮轴承采用脂润滑方式。 5.6密封装置 为了保证密封效果，采用接触密封，主轴直径大，线速度高，采用非接触式密封，卸荷皮带轮的润滑采用毛毡式密封以防止杂物进入。 21 第6章 传动件验算 6.1验算轴弯曲刚度 (1)受力分析 ?轴上的齿轮为滑移齿轮。根据本镗床齿轮排列特点。主轴转速为 100r/min时，?轴受力变形最大，故采用此时的齿轮位置为计算位置。 (2)计算挠度、倾角 齿轮受力计算 6传 转 传 齿 齿 9.5510，，P; 齿轮 齿轮zzT,29 n 轮 面 切 合 分 切 合 分 FFFF1111递 动 2T ; F,t 压 摩 d 在 在 度 在 在 度 X Z X Z 功 转 力 擦 向 轴轴圆 向 轴轴圆 Ft,; F 上上 上上 cos, 角 角 的的直 的的直 投投 投投 ; ,,，ar率 速 矩 力 力 影 影 径 力 力 影 影 径 22 a r P n T FFFFFdFFFdt2t11x1z112x2z22? ? kw r/min N?mm dmz, N N N N mm N N N N mm 10.51 630 159318 6.2花键键侧挤压应力计算 20 6 8Tmax，，,,,, jyjy22，，2317.4 ,()DdlNk 2578.3 其中为计算挤压应力 ,359.8 jy 2554.3 ，，, 为许用挤压应力 137.5 jy，， 2460.5 T 为花键轴传递的最大转矩 max2737.6 -1515 D 为花键轴的大径 -2280.2 d 为花键轴的小径 129.5 N 为花键的赤数 k 为载荷分布不均系数=0.7~0.8 k 23 最 花花花 载 工 许 计 结 计算公式 大 键键键 荷 作 用 算 转 轴轴数 系 长 挤 挤 矩 小大 数 度 压 压 径径 应 应 论 力 力 ND 6T 9.5510，，Plkd max T,max ,，，, njyjy，，c N?mm mm mm mm MPa MPa 8Tmax，，,,,, jyjy22，，,()DdlNk 42 48 8 0.8 70 30 8.30 合格 250926.3 6.3验算齿轮模数 按齿面接触疲劳强2KKKKKPucos(1),，AHPntvHHa,2验度 3 mZZZ,267()HnHE,,22nZu,,mcHP1算 公按齿轮弯曲疲劳强KKKKKPYcos,AFPntvFFaFS,3式 度 ,mY267Fn,,nZ,,1mcFP 序 计算内容 计算用图表或公式 计算过程 结果 名符号 单位 号 称 1 齿Z 23 数 使 2 用表3.4-31(文献2) 1.0 K A系 24 数 功 表3.4-32(文献2) 0.84 KHP3 率 系 表3.4-32(文献2) 0.83 KFP数 转 表3.4-33(文献2) 0.97 KHn 速 4 变 化表3.4-33(文献2) 0.97 KFn系 数 变 =0.84×0.97×1.27 KKKKK,KHPntHPntHPHnHtHPnt 动1.03 工 5 作 用 =0.83×0.97×2.02 KKKKK,KFPntFPntFPFnFtFPnt量取1 系 数 工 K6040010000，，Ht6.6 作1.27 = KHt760nt510，minp ,KK()6 期HtFtN,限 K6040010000，，Ft6.25系2.02 = KFt6310，数 名 P75; 1.910F,， 义 10.51 5.010，t7F=× 1.910，ntc7 切N 400 Ft向PP,, E力 分 度 圆 26.6 25 vm/s 8 圆,，，，630233.5,nzm v,maxn ,v周60006000cos,速 度 动 Kzv12.1111() KK,，，K,，，1(v2v5/100FKb 载 tA，，5.0101.0/24.5 系 2 K2326.63.17，v9 数 1.12 0.0192)22u10013.17， 21，u 齿 向 载 10 荷1.37 =1+0.2+0.17 KKKKK,，，1,,,,,SM分 布 系 数 齿 表3.4-38(文献2) 1.1 KHa 间 载 荷 11 分表3.4-38(文献2) 1.1 KFa配 系 数 节 点 12 区图3.4-7(文献2) 2.5 Z H域 系 数 弹 26 13 性表3.4-39(文献2) 189.8 Nmm/ ZE 系 数 接 触 强 度 重 合 14 度图3.4-8(文献2) 0.9 Z,,及 螺 旋 角 系 数 许 用 = =1200×0.89 ,,,Z,HPHPHLimLVRHP215 接1068 N/mm 触 应 力 复 合 16 齿插齿、滚齿查图3.4-10(文4.0 YFS形献2) 系剃齿、磨齿查图3.4-11(文 数 献2) 弯 曲 强 度 重 27 17 合图3.4-12(文献2) 0.8 Y,,度 及 螺 旋 角 系 数 许 用 218 齿579.8 N/mm =1.3×446 ,,,,1.3,FPFPFlimFP根 应 力 接 触 19 强mm 3.24 mHn度 模 数 弯 曲 20 强mm 3.31 mFn度 模 数 6.4滚动轴承验算 根据?轴的受力状态，分别计算出左(A端)、右(B端)两支承端支反力。 28 在xoy平面内: FfFb,1515165359.8195，,，xx21, N R,,,530.4A339l FcFa,1515174359.8144，,，xx21, N R,,,146.9Bl339在zoy平面内: FfFb,2280.21652554.3195，,，zZ21,, N R,,,,359.5Al339 FcFa,2280.21742554.3144，,，zZ21,, N R,,,85.3Bl339左、右端支反力为: 2222,,, RRR,，,，,530.4359.5640.8 N AAA 2222,,, RRR,，,，,624.885.3630.6 N BBB 两端支承受力相同、左端受力大，所以只验算左端轴承。 轴承验算: 29 计 Cf,n (h) ,,500()LT,,算疲劳寿命验算 hKKKKFAHPHnl公 式 静负荷验算 (N) CKFC,,,,oj00 序 计算内容 计算用表或公式 计算过程 结果 名符号 单位 号 称 额 定 1 动C N 查轴承手册 20000 负 荷 速 f100100n3.3,2 度f,0.47 f,nnn3，3400c系 数 使 3 用表2.4-19 1.0 KA系(文献1) 数 功 率 4 利表2.4-20 0.80 KHP用(文献1) 系 数 转 速 5 变表2.4-21 0.97 K Hn化(文献1) 系 30 数 齿 轮 轮 6 换表2.4-27 0.75 Kl(文献1) 工 作 系 数 当 量 7 动N 640.8 F 负 荷 许 8 用h 10000 T 寿 命 寿 9 命3.33 指 数 额 10 定h 将上述参数代入合格 6 L计算得 L,810，,Thh寿公式 命 额 定 11 静N 查轴承手册 15200 C 0负 荷 安 12 全表2.4-32 1.2 31 系(文献1) K0数 当 量 FF,F00r13 静N 已计算求得 640.8 负 荷 静 Coj14 负N 合格 CKF,Coj0oj荷 ,，,,1.2640.8769C0 6.5尾柱设计 尾柱安装在床身的左端，它由后立柱和支架组成，支架用来支承悬伸较长的刀杆，以增加刀杆的刚度。后立柱还可沿床身导轨作纵向移动，以调整位置。尾柱的动力来源于主轴箱，通过安装在床身导轨上的光杠，再经由一对锥齿轮传递过来，支架的上下移动是通过立柱上的丝杠来实现的。 尾柱对于提高加工精度有很大作用，加工大型缸体，特别是对于加工深孔。其高度为1280mm，具体参数见图。 32 33 第7章 技术经济分析 技术与经济之间存在着极为密切的关系，它们既相互联系，相互制约，又相互促进。技术进步是推动社会发展的强大动力;经济条件是技术进步的必要前提。技术经济分析就是研究怎么把一项技术政策，技术设施或技术方案在技术上的先进性和经济上的合理性，有机结合起来。科学的加以评定，使之达到完善统一的一门科学。 制定机械加工工艺规程时，通常应提几种方案。这些方案都应满足工件的设计要求—精度，表面质量和其他技术要求，而其生产率和成本则有所不同，为了选取最佳方案，就必须要进行技术经济分析。 工艺过程的技术经济分析有两种方法:一是对不同的工艺过程进行成本的分析和评比，二是按相对技术经济指标进行宏观比较。 经济性是机械产品的重要指标之一，从产品设计到产品的加工制造，应始终贯彻经济性原则。 投资回收期计算 按动态投资回收计算: 公式 TtKRAPitAPitAPit,，,，,[/(/,,)]/[(/,,1)(/,,)]0 tt KKiii,，，,[(1)/(1)1]0 = (/,,)APiKR/ R该镗床初步定价为=20万元，预期年净收益为=5万元，贴现率K0 i=12%。 i由表7.1-3(文献2)，=12%，且=20/5=4 KR/0 有(A/P，12%，5)=3.805〈KR/;(A/P，12%，6)=4.1117〉KR/ 00 可见，=5 t 34 43.805, 所以 T,，54.1113.805, =5+0.64 =5.64 年 经过5.64年，能收回投资。 35 第8章 绿色制造技术 机械制造业为社会生产机器的同时，也产生了大量的工业废液、废气、固体废气物等污染。随着全社会保健意识的增长，企业家和技术人员也都意识到，若在延伸用这种粗放式的机械制造模式，将不利于整个行业和社会的可持续法展，因此急需探索符合环保要求的节能、降耗、少污染的绿色机械制造模式，采取相应的绿色模式，适应社会发展的要求。绿色制造是庞大的系统工程是一个综合考虑环境影响和资源消耗的制造技术。它着眼在产品的制造过程中，对环境的负面影响最小，与环境协调发展，促进企业经济效益和社会效益共同提高的制造模式。 目前机械制造工业存在的主要问题有: (1)废旧或闲置设备回收和再利用率较低; (2)能源和原材料的浪费现象十分严重; (3)环境保护意识在机制工业厂家头脑中还比较淡薄尤其是一些中小企业对环境的污染还比较严重; (4)产品的回收利用率很低。 近几年开始开发的绿色制造，正是针对以上这些现象，提出综合考虑环境因素和资源利用效率的现代制造模式。传统制造和绿色制造的最大区别就是传统制造只是根据市场信息设计生产和销售产品，而其余就考虑得较少。绿色制造则通过绿色生产过程(绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理)生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少对环境的负面影响，同时原材料和能源的利用效率能达到最高。目前已经颁布的 ISO9000系列国际质量标准和ISO14000国际环保标准更为绿色制造提供了广阔的应用空间。 一、低物耗的绿色制造技术 原材料(尤其是一些不可再生的金属材料)大量消耗，将不利于全社会的可持续发展，因此，机械工业应积极推广资源消耗少的绿色技术，也就是在机械制造中，优化工艺方案，采用先进的加工技术，可采取以下绿色工艺技术。 1、绿色材料:绿色设计与制造所选择的材料既要有良好的适用性能，又要与环境有较好的协调性。为此，可改善机械产品的功能，简化结构，减少所用材料的种类;选用易加工的材料，低耗能、少污染的材料，可回收再利用的材料。 36 2、少无切削:随着新技术、新工艺的发展、精铸、冷挤压等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟，从近似成形向净成形仿形发展。有些成形件不需要机械加工，就可直接使用，不仅可以节约毛坯制造时的能耗、物耗，也大大减少了产品的制造周期和生产费用。 3、节水制造技术:水是宝贵的资源在机械制造中起着重要作用。但由于我国北方缺水，从绿色可持续发展的角度，应积极探讨节水制造的新工艺。干式切削就是一例，它可消除在机加工时使用切削液所带来的负面效应，是理性的机械加工绿色工艺。它的应用不局限于铸铁的干铣削，也可扩展到机加工的其它方面，但要有其特定的边界条件，如要求刀具具有较高的耐热性、耐磨性和良好的化学稳定性，机床则要求高速切削，有冷风、吸尘等装置。 4、减少加工余量:若机件的毛坯粗糙，机加工余量较大，不仅消耗较多的原材料，而且生产效率低下。因此，有条件的地区可组织专业化毛坯制造，提高毛坯精度;另一方面，采用先进的制造技术，如高速切削，随着切削速度的提高，则切削力下降，且加工时间短，工件变形小，以保证加工质量 5、新型刀具材料:减少刀具，尤其是复杂、贵重刀具材料的磨耗是降低材料消耗的另一重要途径，对此可采用新型刀具材料，发展涂层刀具。 6、回收利用:绿色设计与制造，非常看重机械产品废弃后回收利用，它使传统的物料运行模式从开放式变为部分闭环式。 二、低能耗的绿色制造技术 机械制造企业在生产机械设备时，需要大量钢铁、电力、煤炭和有色金属等资源，随着地球上矿物资源的减少和近期国际市场石油的不断波动，节能降耗已经是不争的事实，对此可采取以下绿色技术。 1、技术节能:加强技术改造，提高能源利用率，如采用节能型电机、风扇，淘汰能耗大的老式设备。 2、工艺节能:改变原来能耗大的机械加工工艺，采用先进的节能新工艺和绿色新工装。 3、管理节能:加强能源管理及时调整设备负荷，消除滴、漏、跑、冒等浪费现象，避免设备空车运转和机电设备长期处于待电状态。 4、适度利用新能源:可再生利用、无污染的新能源是能源发展的一个重要方向。如把太阳能聚焦，可以得到利用辐射加工的高能量光速。太阳能、天然气、风扇、地热能等新型洁净的能源还有待于进一步开发。 5、绿色设备:机械制造装备将向着低能耗，与环境相协调的绿色设备 37 方向发展，现在已出现了干式切削加工机床、强冷风磨削机床等。绿色化设备减少了机床材料的用量，优化了机床结构，提高了机床性能，不使用对人和生产环境有害的工作介质。 三、废弃物少的绿色制造技术 机械制造目前多是采用材料去除的加工方式，产生大量的切屑、废品等废弃物，既浪费了资源，有污染了环境，对此可采取以下绿色技术。 1、切削液的回收再利用:已使用过的废乳化液中，一般含油，此外还含有S,P等化学添加剂，如直接排放或燃烧，则将造成严重的环境污染，绿色制造对切削液的使用、回收利用或再生非常重视。 2、磨屑二次资源利用:在磨削中，磨屑的处理有些困难，若采用干式磨削，磨削处理则较为方便，由于CBN砂轮的磨削比较高，磨屑中很少有砂轮的微粒，磨屑纯度很高，可通过一定的装置，搜集被加工材料的磨粒，作二次资源利用。 一台机器的全生命周期要经历设计、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、包装、使用和维修、报废回收等阶段，每一个阶段都与环境保护紧密相连，都有可能造成环境污染。 38 结 论 时光如水，毕业设计的完成代表大学生活的即将结束，同时也是对我四年学业的综合检验。本次我设计的是T611镗床主轴箱传动及后立柱。镗床通常用于加工尺寸较大，要求精度较高的孔，如各种箱体、汽车发动机等。 对于一台机床来讲，主轴箱是其最重要的部件，它关系到传递各种转速，扭矩。而再设计它的传动系统，目的主要有:提高其工作效率、减少各种损耗、降低成本、减小噪音。尽管目前数控机床大量的使用，效率也大大高于普通机床，但价格相对便宜的普通机床还是有其广阔的市场，如何提高竞争就只能在提高工作效率和降低成本上做文章。因此就有必要不断地对设计进行改进。 在近三个月的设计过程中，设计的每个过程，我都严格按照国家的标准进行制图和设计。同时也发现自己很多方面的不足，只有通过长期的实践，通过设计，生产，再设计，才能最终设计出满意的产品。 几个月的设计，最大的收获是对机械产品的研发有了很高的认识以及极大的锻炼了自己的自主设计能力，为以后步入工作岗位打下了很好的基础。 由于缺乏经验，在设计过程中难免会存在不合理之处，还请各位老师指出，深表谢意。 39 致 谢 感谢马老师在整个毕业设计过程中对我的帮助和支持，正是因为有了马老师的指导，我的毕业设计才得一完成。同时也感谢胡老师和苏老师在参考资料方面对我的帮助。 40 参考文献 1.李洪。机械制造工艺金属切削机床设计指导。东北工学院出版社。1989 2.李洪。实用机床设计手册。辽宁科学技术出版社。1999 3.成大先。机械设计手册。化学工业出版社。2002 4.陈宏钧。镗工操作技能手册。机械工业出版社。2004 5.刘维民、夏延秋、付兴国。齿轮传动润滑材料。化学工业出版社。2005 6.齿轮手册编委会。齿轮手册。机械工业出版社。2001 7.张展。减速器设计选用手册。上海科学技术出版社。2002 8.罗善明、余以直、郭迎福、诸世敏。带传动理论与新型带传动。国防工业出版社。2006-6 9.张松林。轴承手册。江西科学技术出版社。2005 10.朱孝录。机械传动装置选用手册。机械工业出版社。1999 11.卜炎。机械传动装置设计手册。机械工业出版社。1999 12.王旭、王积森。机械设计课程设计。机械工业出版社。2003 13.杜君文。机械制造技术装备及设计。天津大学出版社。1998 14.濮良贵、纪名刚。机械设计。高等教育出版社。2001 15.汪星桥。机床设计手册。机械工业出版社。1986 16.陈于萍。互换性与测量技术基础。机械工业出版社。2000 17.王宪军。赵存友。机械设计。哈尔滨工程大学出版社。2002 18.王知行。刘廷荣。机械原理。高等教育出版社，2004 19.张跃峰，陈通编著。AutoCAD2006入门与提高。第1版，北京:清华大 学出版社。2006 20. 陈于萍。互换性与测量技术基础。机械工业出版社。2000 21. 李澄，吴天生，闻百桥。机械制图。高等教育出版社。1998 22.Richard P。Paul，Robot Manipulators Mathematics，Programming and Control，MIT Press,1981 23.Sors L。Fatigue Design of Machine Components)Oxford:Pergamon Press， 1971 24. Richard P。Groover，Mitchell Weiss，Roger N)Nagel，and Nicholas G )Odrey，Industrial Robotics，Technology，Programming，and Applications， Mcgraw — Hill Book company ，1989 41 附录 1 NOVEL METHOD OF REALIZING THE OPTIMAL TRANSMISSION OF THE CRANK-AND-ROCKER MECHANISM DESIGN Abstract: A novel method of realizing the optimal transmission of the crank-and-rocker mechanism is presented. The optimal combination design is made by finding the related optimal transmission parameters. The diagram of the optimal transmission is drawn. In the diagram, the relation among minimum transmission angle, the coefficient of travel speed variation, the oscillating angle of the rocker and the length of the bars is shown, concisely, conveniently and directly. The method possesses the main characteristic. That it is to achieve the optimal transmission parameters under the transmission angle by directly choosing in the diagram, according to the given requirements. The characteristics of the mechanical transmission can be improved to gain the optimal transmission effect by the method. Especially, the method is simple and convenient in practical use. Keywords:Crank-and-rocker mechanism, Optimal transmission angle, Coefficient of travel speed variation INTRODUCTION By conventional method of the crank-and-rocker design, it is very difficult to realize the optimal combination between the various parameters for optimal transmission. The figure-table design method introduced in this paper can help achieve this goal. With given conditions, we can, by only consulting the designing figures and tables, get the relations between every parameter and another of the designed crank-and-rocker mechanism. Thus the optimal transmission can be realized. The concerned designing theory and method, as well as the real cases of its 42 application will be introduced later respectively. 1 ESTABLISHMENT OF DIAGRAM FOR OPTIMAL TRANSMISSION DESIGN It is always one of the most important indexes that designers pursue to improve the efficiency and property of the transmission. The crank-and-rocker mechanism is widely used in the mechanical transmission. How to improve work ability and reduce unnecessary power losses is directly related to the coefficient of travel speed variation, the oscillating angle of the rocker and the ratio of the crank and rocker. The reasonable combination of these parameters takes an important effect on the efficiency and property of the mechanism, which mainly indicates in the evaluation of the minimum transmission angle. The aim realizing the optimal transmission of the mechanism is how to find the maximum of the minimum transmission angle. The design parameters are reasonably combined by the method of lessening constraints gradually and optimizing separately. Consequently, the complete constraint field realizing the optimal transmission is established. The following steps are taken in the usual design method. Firstly, the initial values of the length of rocker and the oscillating angle of rocker are ,l3 given. Then the value of the coefficient of travel speed variation K is chosen in the permitted range. Meanwhile, the coordinate of the fixed hinge of crank AKpossibly realized is calculated corresponding to value . 1.1 Length of bars of crank and rocker mechanism AAs shown in Fig.1, left arc is the permitted field of point . The C2G coordinates of point A are chosen by small step from point to point . C2G 43 The coordinates of point are A (1) yA,yc2,h0 22 (2) x,R,yAA where , the step, is increased by small increment within range(0,H). If h0 the smaller the chosen step is, the higher the computational precision will be. R is the radius of the design circle. is the distance from to . CdG2 ,,,，，cos2cos()cosd,l，R,,l (3) ,33,,222，， Calculating the length of arc and , the length of the bars of the ACAC12 [1,2]Amechanism corresponding to point is obtained. 1.2 Minimum transmission angle ,min Minimum transmission angle (see Fig.2) is determined by the ,min 44 [3]equations 222l，l,(l,l)2341 (4) cos,,min2ll23 222l，l,(l，l)2341 (5) cos,,max2ll23 , (6) ,,180:,,minmaxwhere ——Length of crank(mm) l1 ——Length of connecting bar(mm) l2 ——Length of rocker(mm) l3 ——Length of machine frame(mm) l4 ,Firstly, we choose minimum comparing with . And then we ,,minmin record all values of greater than or equal to and choose the ,40:min 45 maximum of them. Secondly, we find the maximum of corresponding to any oscillating ,minangle which is chosen by small step in the permitted range (maximum of , is different oscillating angle and the coefficient of travel speed ,,min variation ). K Finally, we change the length of rocker by small step similarly. Thus l3we may obtain the maximum of corresponding to the different length of ,minbars, different oscillating angle and the coefficient of travel speed variation , . K Fig.3 is accomplished from Table for the purpose of diagram design. 46 47 It is worth pointing out that whatever the length of rocker is evaluated, l3 the location that the maximum of arises is only related to the ratio of the ,min length of rocker and the length of machine frame l/, while independent of l34 l. 3 2 DESIGN METHOD 2.1 Realizing the optimal transmission design given the coefficient of travel speed variation and the maximum oscillating angle of the rocker The design procedure is as follows. K(1) According to given and , taken account to the formula the , extreme included angle is found. The corresponding ratio of the length of , 48 bars / is obtained consulting Fig.3. ll34 K,1 (7) ,,，180:K，1 (2) Choose the length of rocker according to the work requirement, the l3 length of the machine frame is obtained from the ratio /. ll34 (3) Choose the centre of fixed hinge as the vertex arbitrarily, and plot an D isosceles triangle, the side of which is equal to the length of rocker (see l3Fig.4), and . Then plot , draw , and make angle ，CDC,,CM,CCCN122121 . Thus the point of intersection of and is gained. ，CCN,90:,,CMCN2121Finally, draw the circumcircle of triangle . ,PCC12 D(4) Plot an arc with point as the centre of the circle, as the radius. l4 49 at point . Point is just the centre of the The arc intersections arc AACG2 fixed hinge of the crank. Therefore, from the length of the crank (8) l,(AC,AC)/2112 and the length of the connecting bar (9) l,AC,l211 we will obtain the crank and rocker mechanism consisted of , , , and lll321 .Thus the optimal transmission property is realized under given conditions. l4 2.2 Realizing the optimal transmission design given the length of the rocker (or the length of the machine frame) and the coefficient of travel speed variation We take the following steps. (1) The appropriate ratio of the bars / can be chosen according to given ll34 K. Furthermore, we find the length of machine frame (the length of rocker l4 l). 3 (2) The corresponding oscillating angle of the rocker can be obtained consulting Fig.3. And we calculate the extreme included angle . , Then repeat (3) and (4) in section 2.1 3 DESIGN EXAMPLE The known conditions are that the coefficient of travel speed variation and maximum oscillating angle ,,40:. The crankandrocker K,1.1818 mechanism realizing the optimal transmission is designed by the diagram solution method presented above. First, with Eq.(7), we can calculate the extreme included angle . ,,15: Then, we find consulting Fig.3 according to the values of and l/l,0.93,34 50 . , If evaluate mm, then we will obtain mm. l,50l,50/0.93,53.7634 Next, draw sketch(omitted). As result, the length of bars is mm, mm, l,50l,16l,46312 mm, mm. l,53.764 The minimum transmission angle is 222llll，,(,)2341 ,,arccos,46.3698:minll223 The results obtained by computer are mm, mm, l,16.2227l,44.509312 mm, mm. l,50.0000l,53.898634 Provided that the figure design is carried under the condition of the Auto CAD circumstances, very precise design results can be achieved. 4 CONCLUSIOUS A novel approach of diagram solution can realize the optimal transmission of the crank-and-rocker mechanism. The method is simple and convenient in the practical use. In conventional design of mechanism, taking 0.1 mm as the value of effective the precision of the component sizes will be enough. 认识曲柄摇臂机构设计的最优传动方法 摘要:一种曲柄摇臂机构设计的最优传动的方法被提出。这种优化组合设计 被用来找出最优的传递参数。得出最优传递图。在图中，在极小的传动角度 之间, 滑移速度变化系数，摇臂的摆动角度和杆的长度被直观地显示。 这 51 是这种方法拥有的主要特征。根据指定的要求，它将传动角度之下的最优传动参数直接地表达在图上。通过这种方法，机械传动的特性能用以获取最优传动效果。特别是， 这种方法是简单和实用的。 关键字:曲柄摇臂机构 最优传动角度 滑移速度变化系数 0 介绍 由曲柄摇臂机构设计的常规方法, 在各种各样的参量之间很难找出优化组合的最优传动。通过本文介绍的图面设计方法可以帮助达到这个目的。在指定的情况下，通过观查设计图面, 我们就能得到每个参量和另外一个曲柄摇臂机构设计之间的联系。由因认识最优传动。 具体的设计的理论和方法， 以及它们各自的应用事例将在以下介绍。 1 优化传动设计的建立 优化传动的设计一直是设计师改进传输效率和追求产量的最重要的索引的当中一个。曲柄摇臂机构被广泛应用在机械传动中。如何改进工作效率和减少多余的功率损失直接地与滑移速度变化系数，摇臂的摆动角度和曲柄摇臂的比率有关系。这些参数的合理组合采用对机械效率和产量有重要作用, 这些主要体现在极小的传输角度上。 认识机械优化传动目的是找到极小的传输角度的最大值。设计参数是适度地减少限制而且分开的合理优化方法的结合。因此，完全限制领域的优化传动建立了。 以下步骤被采用在通常的设计方法。 首先，测量出摇臂的长度和摇臂l3的摆动角度K的初始值。 然后滑移速度变化系数的值被定在允许的范围, 内。 同时，曲柄固定的铰接座标AK可能被认为是任意值。 1.1 曲柄摇臂机构杆的长度 由图Fig.1，左弧是点A被允许的领域。点A的座标的选择从点到C2GC2点。 G 52 点的座标是 A (1) yA,yc2,h0 22 (2) x,R,yAA 当，高度，在range(0 ，H) 被逐渐增加。如果选的越小,计算精度将越h0 R高。 是设计圆的半径。是从到的距离。 CdG2 ,,,，，cos2cos()cosd,l，R,,l (3) ,33,,222，， 计算弧A和的长度，机械杆对应于点的长度是obtained[1,2 ] 。 ACAC12 1.2 极小的传动角度 ,min 极小的传动角度 (参见Fig.2) 由equations[3]确定 ,min 53 222l，l,(l,l)2341 (4) cos,,min2ll23 222l，l,(l，l)2341 (5) cos,,max2ll23 , (6) ,,180:,,minmax 由于——曲柄的长度(毫米) l1 ——连杆的长度(毫米) l2 ——摇臂的长度(毫米) l3 ——机器的长度(毫米) l4 ,首先, 我们比较极小值和。 并且我们记录所有的值大于或,,,minminmin 等于，然后选择他们之间的最大值。 40: 第二, 我们发现最大值对应于一个逐渐变小的范围的任一个摆动的,min 54 角度 (最大值是不同于摆动的角度和滑移速度变化系数) 。 K,,min 最后, 我们相似地慢慢缩小摇臂的长度。 因而我们能获得最大值l,3min 对应于杆的不同长度, 另外摆动的角度和滑移速度变化系数。 K, Fig.3成功的表达设计的目的。 它确定了无论是摇臂的长度,最大值出现的地点，只与摇臂的长度l,3min 和机械的长度的比率/有关, 当确定时。 lll334 55 2 设计方法 2.1 认识最优传动设计下滑移速度变化系数和摇臂的最大摆动的角度 设计步骤如下。 (1) 根据所给的K和， 通常采取对发现极限角度的解释。 杆的长度,, l的对应的比率/是从图Fig.3获得的 。 l34 K,1 (7) ,,，180:K，1 (2) 根据工作要求选择摇臂的长度ll， 机械的长度是从比率/l获得334的。 D(3) 任意地选择固定的铰接的中心作为端点，并且做一个等腰三角形, 56 令一条边与摇臂的长度相等 (参见Fig.4)，令。 然后做l，CDC,,312 ， 连接，并且做角度。 因而增加了交点CM,CCCN，CCN,90:,,212211 和。 最后， 画三角形。 CMCN,PCC2121 (4)以点DAA作为圆的中心，为半径画圆弧。 弧交点在点。 点lCG42是曲柄的固定铰接的中心。 所以, 从曲柄的长度 (8) l,(AC,AC)/2112并且连杆的长度 (9) l,AC,l211 我们将获得曲柄摇臂机构包括ll，l，和l。因而优化传动加工会在指定2341 的情况下进行。 2.2 认识优化传动设计下摇臂的长度(或机械的长度) 和滑移速度变化系数 57 我们采取以下步骤。 (1)根据选择的确定杆的适当比率/。 此外，我们得出机械 (摇Klll344 臂的长度) 。 l3 (2) 摇臂对应的摆动的角度可以从图Fig.3 获得。 并且我们计算出极限 角度。 然后根据2.1重覆(3) 和(4) 3 设计例子 已知的条件是, 滑移速度变化系数和最大摆动角度。 ,,40:K,1.1818提出曲柄摇臂机械优化传动图方法设计方案。 首先， 通过公式(7)，我们能计算出极限角度。 然后，我们通过,,15:表格Fig.3 查出以及和的值。 l/l,0.93,,34 假设mm, 然后我们将得出mm。 l,50l,50/0.93,53.7634 然后, 做sketch(omitted) 。 最后, 算出杆的长度分别是 mm, mm, l,50l,16l,46312 mm, mm. l,53.764 极小传动角度是 222llll，,(,)2341 ,,arccos,46.3698:minll223 结果由计算可得 mm， mm， mm， l,50.0000l,16.2227l,44.5093312 mm。 l,53.89864 在运用Auto CAD 制图设计的情况, 可达到非常精确设计结果。 58 5 4 CONCLUSIOUS 认识图解法解答曲柄摇臂机构的最优传动。这种方法是简单和实用的。通常在机械设计中, 将0.1 毫米作为最小有效精度是足够的。 59 附录 2 数控技术和装备发展趋势及对策 摘要:装备工业的技术水平和现代化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技术和最基本的装备。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的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的战略物资，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先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 关键字:数控技术 精度 智能化 开放式 网络化 正文: 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。 1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面,1,4,。 1(1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提 60 高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3,5μm，提高到1,1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大 61 为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。 在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。 1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的 62 “CyberProduction Center”(智能生产控制中心，简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“IT plaza”(信息技术广场，简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境，简称OME)等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.4 重视新技术标准、规范的建立 1.4.1 关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 1.4.2 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何(how)加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP,NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75,)、加工程序编制时间(约35,)和加工时间(约50,)。 目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1,2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。 63 2 对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段:第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50,，配国产数控系统(普及型)也达到了10,。 纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。 a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。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。 b.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的数控产业基地。 c.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。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 a.技术水平上，与国外先进水平大约落后10,15年，在高精尖技术方面则更大。 b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及成套能力较低;外观质量相对差;可靠性不高，商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 64 c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。 分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足;对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足;对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少;没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 c.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 的有效实施，往往规划理想，实施困难。 d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考 3.1 战略考虑 我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定;其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。 3.2 发展策略 从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机(如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关 65 键设备等)带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件(数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等)的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品;当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。 参考文献: ,1, 中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001巡礼,J,.世界制造 技术与装备市场，2001(3):18-20. ,2, 梁训王宣 ,周延佑.机床技术发展的新动向,J,.世界制造技术与装备 市场，2001(3):21-28. ,3, 中国机床工具工业协会 数控系统分会.CIMT2001巡礼,J,.世界制 造技术与装备市场，2001(5):13-17. ,4, 杨学桐，李冬茹，何文立，21世纪数控机床技术发展战略研究[M]。 北京:国家机械工业局，2000. 66