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齿轮噪声的结构传动装置和变速箱 的 作用 齿轮组 （ 变速 箱）的噪音取决于 （ 齿轮啮合，轴承 运转等 等）和 箱体的绝热性能 和 配合形 式 。 当 然 箱体的轻微 振动可以预防或根据 改进 设计参数 。 噪音 的传播 可以 通过开展对大功率 传动 机 构 结构中 的 能 量 释放 过程 和 通过对外壳进行模态测试 了解 的 机械装置 这 是 令人兴奋 。在 对 模态测试结果和噪声测试结果 的对比中表明 噪声 的 识别可能性结构 来自 变速箱 的 选择 。 对 结果 的 比较和 分析获得 了导致 齿轮传动单元 全部光 谱的 创 造性 原因 的精确测定 。 关键词：变速箱 外壳 ，齿轮，振动，噪声，模态测试 1、 概述 ： 在齿轮传动 单元中 ， 噪 音 是 齿轮轮齿 的 啮合 和滚动轴承 产生 的 。 冲击声 ，滑动，滚动 等等。 安装有 弹性结构 的 机械零件 可以 通过它的整体结构 吸收 干扰的 能量 和传输 。 内 表面 这 种 能源的一部分 以 噪声的形式 排放到周围环境 中 。另一部分经过衰减 转化为热能。图 1 显示了扰动结构，阻尼和噪声 排放 到 齿轮传动 单元 。这一进程的主要部分如下： 初级 声波直接造成齿轮网进入 齿轮单元的 内 部 。这些波穿透 外壳 壁 的 周围 环境。波能量的一部分被减速机的壁 所 抑制 。 该传动装置 的 弹性结构 零件（齿轮，轴， 外壳 等）吸收能量的主要干扰。 这种能量以波的形式移动在这些 装置中并且 它很大的 衰减 。 这部分的 外表面喷出的 次级声 波。 干扰 能量在 机体积振动 可激发创造 声波 的 自然能 。 该 外壳 的 任务 是双重的。它可以是 初级 和 次 级的 绝缘体 ， 同时 也是 高等 声波 的放大器。 贝尔格莱德 机械工程学院 。 所有 版权 都 认为，噪音的产生机制 在 变速箱外壳 方面的作用。这是文件 2的 一个延续 ，其中包含一个模 式结构的 数值分析和自然振动。该模态方式 激发的简历 通过调查激发 模态 振动。其他 论文呈现 数值预报的噪声（ 参考文献 1和 3） 的 可能性 ，以及通过 几何形状的齿轮对经过处理 10和 9优化降低变速箱 的 噪音。 变速箱 声 音 强 度 的服务 情况 的影响 已 被在参考文献 6证明了 。由于工作速度 的提升 ，影响声音强度 的加剧 ， 人开发出了一种 为使用变速箱动态仿真的 全球 性 动态模型 7，然后一个计算声强 的 程序 8，他们所显示的 变速箱噪声谱 在一变形方 壳一起 振动。在 那个 例 子中 ，然而， 对一般噪音 标准 影响 最大 的是轮 齿在 啮合 时产生的 频率 。此外， 试 ， 为 “ 沃尔沃 ”9和哈里斯等人 的 需要 在 11从事实出发观察 问题，该 外壳 是不是有足够的刚性 承载 啮合齿 的 影响 （ 传动时的 增 长 误差 ）。这当然导致 扰动 和噪声 分别地 加剧。在参考 文献 12中 ，通过使用 减少震动， 通过 对现有 外壳 简单形 状的优化 ， 考虑到四舍五入 对 上部 半径的影响。 本文的目的是确定噪声 经过外壳壁 所 的 发 出 结构 ，确 立 外 壳 壁 和 噪 声 发 出 之 间 的 关系 。图 1一般结构中的 干扰 能量转化过程 2、 通过系统结构 的 能量传送 干扰 能量 的 传递 从 齿啮合 地区到 外壳 壁是通过齿轮机构，轴和轴承（图 2）实现 的 。能源是 通过这些部分 的波动被分散的 。一个部分能源 很大 大的损失 是 通过连接被传送的 （ 接触 面） 。一 个值得注意的问题是 能源 在 通 过 齿轮 到 轴上 时损失了 大部分 。 这种 程度的减 轻 类似 于从 轴 到 轴承 或是 从轴承 到外壳壁 。 球轴承的接触 面 这是相当 于 增加了能源 的损失 。 所以，这 指 的 是从啮合到外壳表面传输的方式有 相 当大的联系 。 齿啮合中 声 的 功率 扰动 能量 间 的 比例 可以被 定义 作为 扰动能源 通过系统结构 的传输因子 。 图 2 通过齿轮传动结构 的 能源传输 声音的功率（ 一 部分代表的一部分穿过墙壁来 的 内声能 。这种能量的传输 通过 弹性波穿过墙壁的厚度 实现 的 。声音 的衰减 是 和 声音的频率和墙的厚度成正比的 。另一部分声辐射 的 传输从齿轮到的 外壳 壁的表面 闭并以 弹性波 的 形式释放到环境中（ 这 两个部分的声功率 造成 辐射到周围环境的 外墙 的 弹性结构 中 声音 的 被迫波。声音 功率的 第三部分是自然的自由振动 的结 果 ， 也就是外壳壁（ 的弹性波 。通过使用测量模态阻尼， 活跃能 模态可以 通过 有限元方法计算 得出 。在这种情况下，总动能等于 某些 干扰 的所有形式的 总 能 果这种干扰是由齿轮啮合 引起的 ，振动模态引起的 能量是 其中 q - 对模态形状 的数量 。 自然频率。可以 将 总功率传输因子（传递） 分为两部分： 壁振动能量。 传输因子的第一部分是振动功率 成比例的 ， d，另一个因素是 如果周围环境的物质密度 2 比 壁密度 小， 传递因子 小 。 该 外壳 壁是用 高密度 1 的 铸铁或钢 和高弹性波速 成。 声学 空间 提出了较小密度 2 和波速度为空气 的 干扰功率 从 外壳传输 到周围环境 的 简化的公式 是 参考文献 14（图 2） 通过使用这个公式和密度与 钢 铁的 波 动 速度和空气 的关系 ，我们 可以 得到声功率和 壁 振动功率 之间的比值 。这 就 意味着一个非常小的 振动能量 是以声音能量 被传输的 ，即声功率传输。 3、 外壳壁 振动的模态 外壳壁被扰动产生自激 ， 这种扰动 通过轴承和轴，来 自于 齿啮合区， 以自然频率 振荡 的 2。 自然振荡 和弹性变形 的 波动 是复杂的。 主 体部分 激励 振荡的过程也是复杂的，以及对振动能 量 的 级 别决定的 ， 就是激发 能量 和 释放 能源 之间 所产生的 比。为 这种 原因 准确定义 导致某些方式 的震动 ， 可能的震荡形式及 自然振荡频率 ，通过 论首先做出定义， ，然后 通过 在变速箱 外壳 测试 模态完成。结果表明，只有一小部分 模型 在观察范围可达 3000 赫兹 下产生自激 的方式 。结果的分析，得到了 振荡 模态 和模态一致，则震荡模态 会被激发： 变形方向 ， 如在激发行为的最大点 发生变化并且， 如果相应模态形状 的 激励频率等于自然频率 。 然而，振荡模态形状也可以 被激励当 激励频率与自然频率 不一样 时 。 某些方式 的 复杂 机制激发 ，和 数值模态分析和 测试 模态齿轮传动 外壳的结果一样， 在 2，13有 详细的 对待 方式。 4、 振动 与噪音 测量与分析 在图 1 中提出的变速箱已被用作测试 项目 。振动 和噪音 的 测量与分析已经 通过 应用 被 执行 ， B&K。 传输单元 壁 的 模态测试已 通过 脉冲激励 的手段 被提出 - 模态锤（图 3） ，并 已通过 频谱分析仪分析 振动测量 措施 。一些选择结果 在 图 4中 。 振动 已经 在 轴承 领域被提出 ， 通过 使用压电加速度计（图3） 冲击力（锤 模态 的 冲击 ）已应用于 外壳壁 正交在 壁 上。 图 3变速箱住房模态 测试 在图 4，列出相对振动反应在薄壁 区 域的 冲击 所造成的 影响（图 3）。 这种 反应 在 约 赫 的 高密集自然频率 时非常集中的 。对于轴承 领域的 影响（ 薄 壁区），该频率 响应 较低（反应 图 4b）。下一个响应图（ ）通过在 齿轮齿 上的响应 获得 的 。冲击能（干扰能） 必须 传播 经 齿轮机构，通过轴和轴承各地，然后它激发 外壳 壁 的 自然振动。一个非常高的水平干扰耗能 由于 非常低的水平的自然振动 引起的 ，但它得到高 数 值 的自然 频率的 响应 。 图 4外壳 模态 测试 的 频率响应 1）影响了 壳壁 顶 点， 2） 在 轴承 区域受到的 影响 ， 3）齿轮 的影响 . 能量传送 单 元 已 被 放入一 镗孔里 （图 5），使声压可以用于分析。麦克风已放在 变速箱 的 上面 ， 的距离。 图 5 现场检测 变速箱驱动器已 通过 电动变速器 从 次 门相 室到其相邻镗孔 室 的旋转速度 的 手段实现 。 目前已进行了测量使用激励从 缺陷 齿轮 （图 6A） ，并已达到目的 。对于 精确 确定的 外壳 壁的影响， 当 上部（覆 盖）的 部分 已被 覆盖时实现 测量， （图 6B）及 它 已被关闭 的情况 （图 6c 中）。输入轴转速已被更改 在每分钟 140 到 1100 的范围内 。 180 下的两个角缺陷对已 由 驱动齿轮 弥补 ， 摆脱 哪一个是小，另一个是更大。一个 强烈的冲击在这些 齿的入口处 实现了 ， 并成为加强在齿 更大的缺陷。在这些 变速箱测试状态 的 照片。 图 6变速箱测试： 1）齿轮的缺陷， b）无盖 室 ，三）封闭的 室 态反应和 室 振动之间的相关性 该 室 模态响应 （图 7A） 已被 在 变速箱下部轴承 室的轴的 两个大洞外侧测 量 ，并已 通过 一个锤模式获得脉冲激励，这在方式 意味着 影响轴承的支持 点的影响 ，即点在实际操作轴承引入 的 干扰点 。通过 此响应结果与模态分析比 较 ， 通过 行 ，可以得出结论， 通信时 令人满意的 ， 除了 一定的偏差。 数值和试验模态 响 应 的对比并 不是这 篇文章 的主题 - 在模态试验的 室 反应谱 对在同一测点的振动光谱（图 7b 中） ， 在与齿轮啮合的缺陷，在 转数 n=500 / 分。振动频率 和两个频谱 基本 相同。因此，它 可以得出结论，变速箱 室的 震动是 自然振荡 的 结果 ，而振动 响 应 的强度 （图 7B 条） 与 模态测试 强度 大 致相同 （图 7A）。其中的差异目前仍然是其他 主题 ，更广泛 的 考虑。 图 7 齿轮箱 室的振动光谱 ： 1）在模态测试， b）在齿轮啮合与缺损 第三个结论，可在振动频谱图 7的 基础上提出 ，是对 指激励频率。在激励频率为为 16旋转 500 / 分钟，及缺陷驱动 齿轮。该振动 频率的强度是主要的，但不是最重要 。 进入弹性结构取决于干扰 能源 的强度 。 轮箱 振动和噪音之间的相关性 接下来的实验 应确认的论点是：噪音 通过变速箱排放到周围环境是室 自然振荡的结果。为此，图 8 给出了两个噪声 谱 ， 1指出轴的瑕疵 /损失，在 500 / 8A）及另 一 个 指封闭齿轮变速箱具有相同 齿轮 和相同的旋转 速度 （图 8通过比较这些频谱 ，及对比在图 7 中 振动的频谱，可以得出结论如下： *开放式齿轮 已取得复杂噪音 的频谱。他们主要是初级声音 波和已出现较高的谐波由 齿的 缺陷 所 影响 *室壁以 自然频率振荡并发出声波 进 入周围 环境并 进入 自己 室的内部 。该 声压强表示成 m 8B 号）已被测量在 封闭变速箱 的距离上 。频率 水平 等于室 自然频率 强调在这个频谱 上 。这证实了上述论断 ，室的 自然 频率占 声音频谱 的支配地位。 此外，其隔 离室 应 造成 声压水平 降低，与 无 室 （图 8A）款 齿轮相对比 。然而，这并没有发生。噪音水平 得到了显着提高。在 室内 ，有一个相当大的开孔。外壳 已充当谐振器框。 该 传动轴的 角 速 度也速度显着影响的噪声排放水平。 速度的改变导致激励频率 ，吸收 干扰 能量变化和噪音的水平 对 外壳 的自然频率 的改变 。 5、 结论 对 发射机噪声结构 的识别方 法论 已经研制成功。 最初的假说已被证实 ，能量传输室的 自然振荡 模态结构 和噪声 发射 频谱的全面关系。 在 输电系统（齿轮，轴振动，轴承） 的齿啮合激励震荡中的 干扰 能源 ， 以及外壳 的自然振动。 外壳 壁作为 基层声音 主要 绝缘 体 ，为 次级 和 第三级 声波透射作为一个 传动装置 。这些声波可以详细的分离 通过对 该 频谱 结构的深入分析。 图 8 传输单元噪声频谱 1）开启变速箱 2）封闭变 参考文献 1J.: of 999. 2S., .: o.1,006. 3 J., a on 002. 4 V., 003. 5 ., C., On 006. 6.,.: 992. 7. B.:o.2,993. 8W.:of ,992. 9.,.:A of of 004. 10),999. 11 a 8000. 12.:of 999. 13.,.:of 006. 14.:in 995.(15.,.:at of 904005. he of on on of of be or on of of is by of of of by of of in to of of of of to of of of of n is by in in in of it a of in of is by of in of of as in of A of is in of of in of a of it is of in of of is It be of of of in a of of of is a of 2, a of of is by of of of 1), of by of of 0. of on of in to of a of 7, a of on a in of In on of is by of in 91 by is on of to of in of 12, by EM of on of of by of of of at of by in in of of of F of of to is is by A of is A is at of to of is at to to It is at of of to a of on of to s in d be as a of of of ne of a of is by is to of is to of in of of in of of is a of of By be by EM In is to of kj of a If is by of is q of - It is to is of is to d, T2 is to in T2 is if 2 of is in of or of 1 is 2 14 of y of we an of is 3. 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B.:o.2,993. 8W.:of ,992. 9.,.:A of of 004. 10),999. 11 a 8- 000. 12.:of 999. 13.,.:of 006. 14.:in 995.(15.,.:at of 904005. 2007) 35, 105 105 of on on of of be or on of of is by of of of by of of in to of of of of to of of of of 1. In is by in in in of it a of in of is by of in of of as in of A is in of of in of a of it is of in of of is It be of of of in a of of of is a of 2, a of of is by of of of 1 3), of by of of 10 9. of on of in 6. to of a of 7, a of 8 on a in of In on of is by of in 9 11 by is on of to of in of 12, by EM of on of of by of of of at of by in in of 007, 007. 9, 36000 s106 35, , 2007 . of of Y N Y F Y N Y F F Y 35, , 2007 1072. F of of to is is by A of is A is at of to of is at to to It is at of of to a of on of to in be as a of of 2 . of ne of 1 a of is by is to of is to of in of 2. of in of of is a of of 3. By be by EM In is to of of a If is by of 11f=(1) q of It is to (12= = = (2) of is to , is to in is is in of or of is 14 of (2) 222 1111 2 21114+(3) By of we 2410 . an of is 3. F he by of 2. at of of of is as as of of is of of to of of by EM of a of in of up 000 of 108 35, , 2007 be if it is by of if at of if is to of of be is of of as as of of of in a 2, 13. 4. F he 1 as of of by of B&K. of by of by of by a of . in by a 3). of on . , a) by in of 3). is of .4 in of of is 4b). 4) is by in to be it of A of of it is of of . of a) on of b) on in of c) on . z 0 400 800 k 00 800 k 00 800 k z Nm/b) c) 35, , 2007 109up . 60 55 60 25 330 30 60 455 30 60 30 30 30 60 30 52 50 18 957 55 942 960 00 10 595 45 85 he an so be at . he by of an in to by 6a) on of of of 6b) in 6c). of 40800on of of is is An is at of it at of a of in of . . a) b) c) a) b) c) 110 35, , 2007 of of 7a) at on of it by by of a by at is at at is By of by it be is is of it of at of at 7b) at of at of n=500 o/of in it be of of 7b) to of at 7a). be of . a) at b) at of be on of of b to of of 6Hz 00 o/at of is of is he by is of of of to 00o/8a) to of 8b). By of , be A of of by of of of in 8b) at .5 m to of in of in to of of in of 8a). At is a as a of of of in of of of of of 5. of of of of of in in of (m/N (m/s)/N 0 40 80 00m 300m 400m 00m 300m 400m 00m .6 m/00 o/a) b) 35, , 2007 111as as of购买后包含有 咨询 摘要 由于生产发展的需要，机床对加工精度、生产效率提出更高的要求。机床在结构上发生改变，床身也增大了，尤其对加工尺寸要求相应的增多。 本设备主要是用来对大直径的圆形零部件在圆周上进行铣削加工和规定位置上进行铣平面或钻孔 ,它的主要控制系统由 02C 制 ,由流水线上的 号进行引导 ,利用光栅尺作为反馈信号。 在本次设计的过程中 ,采用了易于控制的步进电机作为动力装置 ,控制方式采用闭环控制 ,采用精度较高、使用较为普遍的光栅尺作为闭环控制的反馈元件。机械 执行机构采用滚珠丝杠副结构完成机床的横、竖向运动，机械导向机构则采用滚珠导轨和滑动导轨相结合的方式完成横、竖向导向运动。 数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床实现柔性自动化重要的装置，是发展柔性生产的基础。数控机床在零件的加工中，更能显示出它的优越性。 关键词 大直径圆形零部件；闭环控制；步进电机 购买后包含有 咨询 I ue to of to on in on on or 02C by LC on as a as a In is by an of of as a to of a to of a of NC is a of it a of a of to is of NC in it 买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 V 购买后包含有 咨询 目 录 1 概 述 . 1 论 . 1 控技术的发展水平和趋势 . 2 内数控机床的发展 水平 . 2 况及水平 . 3 统方案 设计 . 6 统内容 设计 . 6 2 机械部分的设计与计算 . 7 向机构的设计 . 7 行机构的设计 . 7 向运动装置 . 7 向运动装置 . 8 动机构设计和计算 . 8 向运动装置 . 8 向运动装置 . 10 服电机的设计、校验 . 13 动齿轮的设计与校验 . 17 3 电控部分设计 . 20 02C 系统介绍 . 20 统的电气组成原理示意图 . 21 编程序控制器 (其应用 . 21 统的主电路原理图 . 22 统的 I/O 电路原理图 . 22 制系统 . 25 柜设计 . 26 统的电源电路原理图 . 27 制变压器 . 27 ,咨询 1 概 述 论 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周 期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 目前，在国内的数控机床中 , 大都是加工直径比较小的领部件，而那些大直径的零部件都很难加工，本设计正是为了解决这一问题，能够对大直径圆形零部件在圆周上进行铣削和在规定位置上铣平面或钻孔，全部过程为数控系统进行控制，通过流水线上的 号引导，利用光栅尺作为反馈信号。 数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床实现柔性自动化重要的装置，是发展柔性生产的基础。数控机床在 下面一些零件的加工中，更能显示出它的优越性。它们是：批量小而又多次生产的零件；几何形状复杂的零件；在加工过程中必须进行多种加工的零件；切削余量大的零件；必须控制公差（即公差带范围小）的零件；工艺设计会变化的零件；加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件；需全部检测的零件，等等。度。数控机床的优点：提高生产率；稳定产品质量；有广泛的适应性和较大的灵活性；可以实现一机多用；提高经济效益；不需要专用夹具；大大地减轻了工人的劳动强 度。 数控机床是计算机辅助设计与制造（ 群控（ ,柔性制造系统（ 计算机继承制造系统（ 柔性加工和柔性制造系统的基础。 数控机床是具有广泛的通用性而又具有很高自动化程度的全新型机床。它的控制系统不仅能控制机床各种动作的先后顺序，还能控制机床运动部件的运动速度，以及刀具相对工件的运动轨迹。 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 购买后包含有 咨询 控技术的发展水平和趋势 国内数控机床的发展 水平 我国从 1958 年开始研究数控技术，一直到 60 年代中期处于研制、开发时期。当时，一些高等院校、科研单位研制出试验性样机，开始也是从电子管着手的。 1965 年，国内开始研制晶体管数控系统。 60 年代末至 70 年代初研制成了劈锥数控铣床、数控非圆齿轮插齿机、 53式铣床。 从 70 年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。但由于电子元期间的质量和制造工艺水平差。致使数控系统的可靠性、稳定性未得到解决，因此未能广泛推广 。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在磨具加工中得到了推广。 80 年代，我国从日本发那科（ 司引进了 5， 7， 3 等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机技术，以及从美国、德国等国引进了一些新技术。并进行了商品化生产，这些系统可靠性高，功能齐全。推动了我国数控机床稳定的发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。 1985 年，我国数控机床的品种有了新的发展。数控机床的品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床、重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外 技术的发展，北京机床研究所研制出了 2 型的柔性制造单元和柔性制造系统。这个时期，我国在引进、消化国外技术的基础上，进行了大量开发工作。一些较高档次的数控系统（五轴联动）、分辨率为 m 的高精度数控系统都开发出来了。并造出样机。 现在，我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。 90 年代将向高档数控机床发展。 我国近几年 数控机床 虽然发展 较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下 6 个方面着力研究： 1加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率。 2跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。 3加大成套设计开发能力上求突破。 4发挥服务优势，扩大市场占有率。 5多品种制造，满足不同层次的用户。 6模块化设计，缩短 开发周期，快速响应市场。 数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加购买后包含有 咨询 剧，我 们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。 数控技术的发展 状况及水平 随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。 高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统 。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。 随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比重明显增加，要求现代数控机床成为一种高效率、高质量、高柔性和低成本的新一代制造设备。同时，为了满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元（ 柔性制造系统（ 以及计算机集成制造系统（ 供基础设备，也要求数控机床向更高水平发展。这些要求主要有数字控制技术的发展来实现。数控技术体现在数控装置、伺 服驱动系统、程序编制、机床主机和检测监控系统等方面： （一）数控装置 推动数控技术发展的关键因素是数控装置。由于微电子技术的发展，当今占绝对优势的微型计算机数控系统发展非常快，其技术发展概况如下： 位 渡到 16 位和 32 位 率有原来的 5高到 160 32且开始采用精简指令集运算芯片 为主 一步提高了运算速度。采用大规模和超大规模集成电路和多个微处理器，使结构模块化、标准化和通用化，使其数控功能根据用户需要进行任意组合 和扩展。 梯形图语言， C 语言或 言进行编程。在 们有机地结合起来。除能完成开关量的逻辑控制外，还有监控功能和轴控制功能等。 统除配有 行接口，光纤维和20流回路等外，还有 口。可以实现几台数控机床之间的数据通讯，也可以直接对几台数控机床进行控制。 现代数控机床，为了适应自动化技术的进一步发展，适应工厂自动化规模越来购买后包含有 咨询 越大的要求，纷纷采用 高级工业控制网络，实现不同厂 家和不同类型机床的联网要求。 统具有“友好”的人机界面，普通采用薄膜软按钮的操作面板，减少指示灯和按钮数量，使操作一目了然。大量采用菜单选择操作方法，使操作越来越方便。 示技术大大提高，彩色图像显示已很普通。不仅能显示字符，平面图形，还能显示三维动态立体图形。 量采用高集成度的芯片、专用芯片及混合式集成电路，提高了硬件质量，减少了元器件数量。这样降低了功耗，提高了可靠性。新型大规模集成电路，采用了表面安装技术（ 实现了三维高密度安装工艺 。元器件经过严格筛选，建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系，使得数控装置的平均无故障时间 0000时。 （二）伺服驱动系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的定位精度、加工精度和位移精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统代替。伺服电机的位置、速度及电流环都实现了数字化。并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统。其发展的技术如下： 去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以 位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着追踪滞后误差，这使得在拐角加工及圆弧加工时精度恶化。所谓前馈控制就是在远来的控制系统上加上速度指令的控制，这样使追踪之后误差大大减小。 于一些具有较大精致摩擦的数控机床，新型的数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。 采用软件控制。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度的要求，预先调整加、减速性能。 高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分 电路，使得分辨率大大提高。增量位置检测为 10000P/r;绝对位置检测为1000000P/r 代数控机床利用 控系统的补偿功能，对伺服系统进行了多种补偿，有轴向运动误差补偿、丝杠螺距误差补偿、齿轮间隙补偿、热补偿和空间误差补偿。 （三）程序编制 数控机床的零件程序编制是实现数控加工的主要环节。编程技术的发展有以下几方面的特点： 统的编程是脱机进行的。由手工、电子计算机购买后包含有 咨询 以及专用编程机来完成，然后再输入给数控装置。现代的 置有很强的存储 和运算能力，把很多自动编辑机具有的功能 ，植入到数控装置里，使零件的程序编制工作可以在数控系统上在线进行，实现了人机对话。在手工操作键和彩色显示器配合下，实现程序输入、编辑、修改、删除。数控系统具有了前台操作、后台编辑的前后台功能。 了具有圆切削、固定循环和图形循环外，还有宏程序设计功能、会话式自动编程、蓝图编程和实物编程功能。 型的 控系统中装入了小型工艺数据库 ，使得在线程序编制过程中，可以自动选择最佳刀具和切削用量。 （四）机床主机 数控机床机械结构适应数控技术的发展，采用机电一体化的总体布局。为提高生产率，一般都采用自动换刀装置，自动更换工件机构、“数控夹盘”和“数控夹具”等。为了提高数控机床的动态性能，伺服系统和机床主机进行了很好的机电匹配。同时，主机进行了优化设计。 （五）数控机床的检测和监督 数控机床加工过程中进行检测与监督越来越普通，装有各种类型的监控、检测装置。例如红外、声反射（ 激光检测装置，对刀具和工件进行监测。发现工件超差、刀具磨损、破损 ，都能及时报警，并给予补偿，或对刀具进行调换，保证了产品质量。 现代的数控机床都具有很好的故障自诊断功能及保护功能。软件限位和自动返回功能避免了加工过程中出现的特殊情况而造成工件报废和事故。 （六）适应控制（ 数控机床增加更完善的适应控制功能是数控技术发展的一个重要方向。适应控制机床是一种能随着加工过程中切削条件的变化，自动地调整切削用量，实现加工过程最佳化的自动控制机床。数控机床的适应控制功能由检测单一或少数参数（如功率、扭矩或力等）进行调整的“约束适应控制”，发展到检测 调控多参数的“最佳适应控制”和“学习控制”。 购买后包含有 咨询 统方案 设计 在本次设计过程中 ,动力装置采用了易于控制的伺服电机 ,控制方式为闭环控制 ,传感器采用精度较高，较为普遍的光栅尺为闭环控制的反馈元件 。它的主控系统采用 02C 制 ,由流水线上的 号作为引导 。机械执行机构采用滚珠丝杠副结构完成机床的横、竖向运动。机械导向机构采用滚珠导轨与滑动导轨相结合的方式完成横、竖向导向。 统内容 设计 1. 执行元件的选择：选择时应考虑负载能力、调 速范围、运行精度等多方面要求，步进电机应用最为广泛，一般情况下，优先选用。因为步进电机控制简单，而且本次设计要求的速度不高，所以步进电机最为适合。 2. 传动机构方案的选择：传动机构实质上是执行元件和执行机构之间的一个机械接口，用于对运动和力进行变换和传递。 竖直传动机构 ：通过滚珠丝杠与普通丝杠进行比较 ,综合考虑进给部分功能及精度要求 ,本次设计选择了滚珠丝杠。横向传动机构：通过水平的滚珠丝杠传递扭矩，完成工作台上夹持器的横向运动。 3导向机构的选择：导向机构即导轨，主要有滑动和滚动两大类。滑动导轨结构 简单、制造方便和抗振性好，利于竖直导向，所以竖直导向装置采用滑动轨。而滚珠导轨精度高，导向性好，摩擦因数小，启动轻便，运动灵敏。不易爬行，寿命长，适用于水平导向及精度较高场合，所以本次设计水平导轨才用滚珠导轨。 4反馈元件的选择：由于光栅尺结构简单，精度高，控制容易，易于实现长度的测量，所以选用尺状的直线位移传感器光栅尺作为反馈元件。 购买后包含有 咨询 2 机械部分的设计与计算 向机构的设计 导向机构 其作用是支撑和导向，为机械系统中各运动装置能到安全、准确的完成其特定方向的运动提供保 障。根据导轨副之间摩擦情况，导轨可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨结构简单，制造方便个，刚度好，抗震性高。滚动导轨的导向面之间放置滚珠，滚珠或滚针等滚动体来实现两导轨无滑动地相对运动。这种导轨摩损小，寿命大，定位精度高，灵敏度好，运行平稳可靠，但对几何精度要求高，抗振性较差，防护要求高，本次设计采用了滑动导轨和滚珠导轨相结合的方式，因为滑动导轨是机械产品应用广，滚珠导轨传动精度高。 行机构的设计 向运动装置 图 2纵 向装置传动图 竖向运动装置的工作过程如下： 步进电机通过联轴器，由齿轮把扭矩传递给竖直方向的滚珠丝杠，带动升降台上下运动。由于滚珠丝杠无自锁，故采用电磁制动器，当需要停止是，由电子开关控制步进电机停转，同时起动电磁制动器，对滚珠丝杠自锁，防止滚珠丝杠自动下滑，达到精确定位。 购买后包含有 咨询 向运动装置 具体传动过程如下：伺服电机通过联轴器将转矩递给滚珠丝杠，让丝杠带动刀头运动，从而完成进给的过程。 图 2横向装置传动图 传动机构设计和计算 向运动装置 1滚珠丝杠副的 选择 已知：工作载荷 600N，丝杠的工作长度为 均转速 1600r/大转速 2100r/ c CF=因为精度等级为 D 级所以 F 根据参考文献 3选取：F =K H = A =3120N 3额定动载荷 n 3120 算的额定动载荷为 40895N 故选择 8010 号滚珠丝杠，其主要数据如下： 40895 公称直径： 80 程： P 10 旋角： 162 滚珠直径： 道半径： R052.0 d 买后包含有 咨询 偏心距： )2( = 丝杠内径： e 2R 80 2 稳定性验算 （ 1）由于一端轴固定的丝杠在工作时可能会发车生失稳，所以在设计时应验算其安全系数，其值应大于丝杠副传动允许安全系数 S。 计算临界载荷 2)( 弹性模量 E 1011 441 64)0 7 4 1 0 m 48104.7 m 根据参考文献 3 取 2/3 8112) = 全系数： S 800 =据参考文献 3，可知安全系数 S S S 即丝杠安全 ,不会失稳。 （ 2）丝杠需要验算其不会发生共振的最高转速 要求丝杠的最大转速 。 99102 12)( 根据参考文献 3选取 c =2/3 991022)74 =133782 r/ 2100 /以丝杠不会发生共振。 （ 3）要求滚珠丝杠副 D0 n 70000 0 40 1600 64000 70000 以该丝杠副工作稳定。 5刚度验算 滚珠丝杠在工作负载下 F（ N）和 T（ 同作用下引起每个导程的变形为： 购买后包含有 咨询 0 20 在本次设计中 取摩擦系数为 ，即 所以 T 1300 )1 4 3 3 a n (102/40 3 20 =492232113)010(16) =10 m 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为 = 23 0 0 0 0 =求 2/1 该丝杠的导程误差满足上式，故其刚度满足要求。 6效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 ) =3 )6333. /3 14 3. ） = 要求在 间，所以此丝杠副是合格的。 横向运动装 置 1导轨型号的选择 滑座上的载荷为 F=2600N， ，每分钟往复次数 2，工作时间 2000h F=F/M=2600/4=650N n/103 =2 12000 6 4 60/1000 =34560算动载荷 3= = 购买后包含有 咨询 1 根据参考文献 3， 查表 22 为寿命系数，一般取 K=50 因为 列）。两个变压器的初级不可以接入到 380 (10)现场没有良好接地的情况下，控制变压器必须为浮地设计，但此时任何与制器连接的外设（如 G),其 220源必须连接到控制变压器。 购买后包含有 咨询 7 统的电源电路原理图 制变压器 控制变压器和普通变压器原理没有区别 ， 只是用途不同 . 控 制变压器 :用途广泛 ,可做升压 ,亦可做降压用。 变压器的工作原 理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈 ， 初级线圈和次级线圈 ， 次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是 500 匝，次级线圈是 250 匝，初级通上 220V 交流电，次级电压就是110V。变压器能降压也能升压 电柜中必须采用独立的控制变压器，给系统的 24电。控制变压器接线如图所示。 图 3变压器接线图 (1)U,V,W 三相中未被 驱动变压器使用的两相； (2)只有 果不能确定，则禁止连接； (3)接地线截面积最少为 6确保接地良好。 购买后包含有 咨询 8 ，进行长刻线（一般 8密集刻划，得到如图所示的黑白相间间隔细小条纹，就是光栅。 图 3栅栅线图 购买后包含有 咨询 9 光栅上栅线的宽度为 a，线间宽度为 b ， 一般取 a=b，而 W=a+b， W 称为光栅栅距。 图 3栅测 量原理图 两块栅距相等的光栅，刻线面相对（中间有很小间隙），且两光栅栅线之间有很小夹角，将两光栅放置在图中所示的光路中，则在近似垂直于栅线方向上显现出比栅距宽得多的明暗相间的条纹 6，这就是莫尔条纹。相邻两莫尔条纹的间距为B=W/，当两光栅在栅线垂直方向相对移动一个栅距 W，莫尔条纹则在平行栅线方向移动一个莫尔条纹间距 B，即光通量分布曲线 7 变化一个周期，如果图 b 所示，光电元件 5 输出出的电信号变化一个周期。图 a 中 3 称为标尺光栅，类似刻线尺，也称主光栅 。 4 为指示光栅，只取一小块。 3， 4称为光栅 购买后包含有 咨询 0 购买后包含有 咨询 1 购买后包含有 咨询 2 购买后包含有 咨询 3 购买后包含有 咨询 4 控制程序 : 购买后包含有 咨询 5 购买后包含有 咨询 6 控制程序 : 购买后包含有 咨询 7 购买后包含有 咨询 8 购买后包含有 咨询 9 购买后包含有 咨询 0 程序 : 购买后包含有 咨询 1 购买后包含有 咨询 2 购买后包含有 咨询 3 购买后包含有 咨询 4 购买后包含有 咨询 5 购买后包含有 咨询 6 购买后包含有 咨询 7 4 结 论 本设备主要用于对大直径圆形零部件在圆周上进行铣削和在规定位置上铣平面或钻孔 ,其中动力装置采用了易于控制的步进电机 ,控制方式为闭环控制 ,传感器采用精度较高，较为普遍的光栅尺作为闭环控制的反馈元件 。 它的主控系统采用 02C 制 ,由流水线上的 号作为引导 ,机械执行机构采用滚珠丝杠副结构完成机床的横、竖向运动。机械导向机构采用滚 珠导轨与滑动导轨相结合的方式完成横、竖向导向。 数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床实现柔性自动化重要的装置，是发展柔性生产的基础。数控机床在零
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