時間：2022-02-03 18:25:57
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇機床設計論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
制造業作為我國的支柱產業，在整個國民經濟中占有舉足輕重的地位，它是我國比較優勢產業，是勞動密集及智力密集型產業。而制造業的主體和基礎是機床行業；2002年中國機床一躍成為世界最大的消費國和全球最大的機床進口國。同時加入WTO以后，全球經濟貿易的一體化，這對我國制造業的要求不斷提高，各種技術壁壘已經阻礙了我國機床行業走向國際化。如何刷新今天的被動局面，積極的應對挑戰、抓住機遇、贏得發展的契機，成為機床行業普遍面臨的問題。在國外，機床改造已有較長的歷史，在美國已有50多年的歷史。由于各國的政治、經濟、科學技術的差異，機床的種類、性能、結構的繁雜多樣，使機床的改造內涵更加豐富多彩，出現了機床的翻修、改進、改裝、改造、再生、再造。機床改造在汽車、機床、內燃機、航空等行業廣泛應用，并批量投入生產。
一般認為：機床改造就是：利用最新的控制裝置和進給系統使舊機床獲得新生再造是一種較高的設備改造形式，國外稱這種工程技術是把老設備“重新回到圖板，以進行再設計，再制造，再鑒定的工作過程。通過全面改造設備主體結構和控制系統，引入最新技術，使機床達到現代化設計的新機床的水平，以滿足現代生產率、精度、環靜和技術標準。鑒于機床改造工藝技術水平要求較高。一般工廠用戶自行改造。往往難于達到技術性能和經濟效益。
現代制造業的優化，除了信息化以外，還包括加工順序的工藝優化、加工參數、切削刀具、熱處理金屬成型的優化設計制造，從而實現降低成本、高效益的運作，達到高標準、高規范的要求。
設計課題涉及到課題的分析、資料的查詢、資料摘錄，整理收集的資料。然后深入鹽城市機床廠生產一線向使用者、設計者學習，從而了解所設計的產品的成本、生產效率、特殊用途、設計理念、以及產品的市場競爭力。具體的了解機床的外形、主軸箱的大致結構，并記錄了如何有所改進，最后確定設計的方案。以及箱體的結構圖，并進行相關零件的選型計算。此種機床的構造設計要求我們具備相當強的實踐知識和經濟意識因此考慮到：動力裝置、電機的選用，優化的配置企業內部現有各種資源，真正做到資源最小化，提高產品精度，實現了經濟效益最大化的要求，更好的服務于生產和經濟建設。
本課題就是從培養我們的工程實踐意識、經濟意識，樹立正確的生產觀出發，并結合機床廠的多年實踐總結，該課題的設計由本本人單獨完成，設計任務由指導老師作了明確指配：由于我負責該立式組合機床的總體設計和組合鉆床主軸箱設計，故本人的設計說明書包括立式組合機床的總體設計和組合鉆床主軸箱設計，附件有生產率計算卡、圖的詳細說明。
1立式組合鉆床總體設計概述
1.1零件加工工序圖
加工工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺機床上或一條自動生產線上完成的工藝內容。包括加工部件的尺寸精度、技術要求、加工時的定位基準、夾緊部位以及被加工零件的材料、硬度和在機床上加工前毛坯的情況。
本工序的加工內容是鉆口面Φ14孔，要求在立式鉆床上加工，以底面兩銷孔（上箱體為頂面）為定位基準，夾緊點位于第三軸孔和對側的第二、四軸孔上。
在一個箱體上,因為有兩個孔是不對稱的,為了提高生產效率,縮短輔助時間,減少設備,用一臺組合機床來加工上、下箱體。在主軸箱上把所有軸孔都排成對稱的,在加工時,把不應有的鉆頭取下就可以加工上下箱體,則該立式組合機床有16根主軸。
該加工孔的直徑為Φ18mm,表面粗糙度,孔深分別為110mm、50mm、25mm。定位時以底面和兩銷孔為定位基準是合理的,這樣定位精度高,易于保證各軸孔間的位置精度,故這種在立式組合鉆床上采用“一面兩銷”的定位方法加工精度是較高的。
1.2零件加工示意圖
加工示意圖反映了機床的加工過程和加工方法,并決定了浮動夾頭或接桿的尺寸、刀具的種類和數量,刀具的長度和加工尺寸、主軸、刀具與工件間的關系尺寸等。合理的選擇切削用量、并決定動力頭的工作循環時間也是調整機床和刀具的依據。
1.2.1鉆頭的選擇
加工時選用麻花鉆由《量具、刀具標準》P290-JB781-65查得:
①鉆110mm深的孔,用錐柄長麻花鉆
d=18mm,柄部形式:BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號,L2=90.5mmd1=17.2mm
②由P282-JB780-65查得
鉆50mm深的孔和25深的孔,用錐柄麻花鉆
d=18mm柄部形式BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號,L2=90.5mmd1=17.2mm
1.2.2導向選擇:
①由［I］P223表3-4和3-3及［Ⅱ］P63選擇選擇導向長度L1=45mm的固定式導套。
②導套配合的選擇查［I］表3-5可知:
d用Db新標準為G7
D用D/db,新標準為H7/g6
D1用D/ga,新標準為H7/n6
（導套）
1.2.3主軸的選擇
切削扭矩為1424.86Kg.mm
由［I］表5-10查得
d=B=7.5=25.22mm
按標準系列取主軸軸徑為30mm
由［I］表可查得
主軸外伸長度L=115-15=100mm
D/d1=50/36
按桿莫氏圓錐號2號
（主軸）
1.2.4接桿的選擇
選用B型(A型為加強型接桿)11號接桿
（連接桿）
1.3動力部件的選擇
1.3.1動力部件的功率選擇
動力部件的功率選擇是根據所選的切削用量計算出切削功率及進給功率之需要,并考慮提高切削用量的可能性(一般提高20％)選擇相應的動力部件。
切削用量為
V=13米/分n=230轉/分f=0.16毫米/轉
刀具耐用度驗算
T=(
=181971.027分=3032.85小時
一天按工作15小時計算,刀具耐用度為202.19天,則切削用量選擇合理。
切削功率由計算得:N=14×0.3733=5.227(KW)
取η=0.8則
N動>=6.53(KW)
6.53+(6.53×30%)=8.49(KW)
故選用10KW的電動機。
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇
根據工件外輪廓尺寸和結構需要,選用1000×630×340mm的標準主軸箱,由于結構的需要在1000方向上再加四個導桿座,導桿座內徑為Φ100mm,這樣用來支承導桿的外形尺寸成為1200mm,外廓尺寸就成為1200×630×340mm。
D=36mmD1=30mmB型D2=50mmL1=110mmL2=30mm
莫氏錐度號為2號,L1選擇由具體情況而定
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸
導向長為45mm,鉆模板厚為35mm,加工終了位置時鉆模板與工件相距10mm,切出長度為12mm,導向套與主軸箱間間距為30mm,采用活動方式鉆模板。（如下圖）
1.3.4動力循環的選擇
動力頭的工作循環包括:快進、行進、工作進給和快退等動作。
本機床采用“工進—快退”的循環,這是由機床總聯系尺寸圖確定后又重新修改的結果。
1.4機床聯系尺寸圖
1.4.1機床裝料高度的確定
考慮到通用部件尺寸的限制和操作方便,裝料高度可在850～1060mm之間選取,具體到本設計中取裝料高度1000mm。
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定
裝卸工件是在機床外面完成的,夾具在裝卸工件時可拉進拉出。由于結構限制,夾具與滑臺做成一個整體是特制滑臺。參考63滑臺制造而成,導軌部分局部尺寸不變,最大外輪廓尺寸為1200×950×500mm。
1.4.3中間底座尺寸的確定
中間底座支撐著夾具體,按需要取長為1700mm.寬和高取坐標準值分別為1000mm和560mm。
1.4.4主軸箱各尺寸的確定
前面已經確定了其外形輪廓尺寸,根據［I］確定后蓋為90mm,前蓋為70mm(考慮作油池用)主軸箱體為180mm。
1.4.5滑臺的選擇
滑臺的選用應根據工件的外輪廓尺寸和進給抗力,工作循環來確定。
進給抗力:
ΕP=300.5×14=4207(Kg)
由一部組合機床通用機床部件設計組所編寫的指導教材直接查得用HY63B型滑臺。行程為630mm,最大進給抗力為6300Kg,快進行程速度為4.2米/分。
1.4.6動力箱的選擇
由［Ⅱ］可查得,選用TD63AⅡ型動力箱,電機型號為JO2-61-6。功率為10KW,驅動軸轉速為48.5rpm。
1.4.7其它配套部件的選擇
由一部組合機床設計小組所編指導資料查得與HY63BⅡ型滑臺配套的其它部件為:
立柱:型號CL63A
立柱底座:型號CD63
由以上資料即可作出機床總體設計的“三圖一卡”具體見圖紙和該說明書的附錄部分。
附件清單
序號內容備注
1組合鉆床聯系尺寸圖B9912027-ZZC-80TA0一張（手工圖）
2組合鉆床主軸箱裝配圖B9912027-ZZCZZX-80TA0一張
3減速器箱體加工工序圖B9912027-JGGX-80TA1一張
4減速器箱體加工示意圖B9912027-JGSY-80TA1一張
5齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-01A3一張
6齒輪套B9912027-ZZCZZX-80T-02A3一張
7導套B9912027-ZZCZZX-80T-03A3一張
8電機齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-04A3一張
9蓋B9912027-ZZCZZX-80T-05A3一張
10鍵套B9912027-ZZCZZX-80T-06A3一張
11手柄軸B9912027-ZZCZZX-80T-07A3一張
12套筒B9912027-ZZCZZX-80T-08A3一張
13油杯B9912027-ZZCZZX-80T-09A3一張
14葉片油泵B9912027-ZZCZZX-80T-10A3一張
15傳動軸B9912027-ZZCZZX-80T-11A3一張
16軸B9912027-ZZCZZX-80T-12A3一張
17軸承蓋B9912027-ZZCZZX-80T-13A3一張
18軸承透蓋B9912027-ZZCZZX-80T-14A3一張
19生產率計算卡一份
目錄
0引言1
1立式組合鉆床總體設計概述3
1.1零件加工工序圖3
1.2零件加工示意圖3
1.2.1鉆頭的選擇3
1.2.2導向選擇:4
1.2.3主軸的選擇4
1.2.4接桿的選擇5
1.3動力部件的選擇5
1.3.1動力部件的功率選擇5
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇6
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸6
1.3.4動力循環的選擇7
1.4機床聯系尺寸圖7
1.4.1機床裝料高度的確定7
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定7
1.4.3中間底座尺寸的確定7
1.4.4主軸箱各尺寸的確定7
1.4.5滑臺的選擇7
1.4.6動力箱的選擇8
1.4.7其它配套部件的選擇8
2組合鉆床主軸箱的設計8
2.1繪制主軸箱設計原始依據圖8
2.2主軸結構形式的選擇及動力計算11
2.2.1主軸結構形式的選擇11
2.2.2主軸直徑和齒輪模數的初步確定12
2.2.3主軸箱動力計算12
2.3傳動系統的設計與計算14
2.3.2主軸箱的和手柄設置17
2.3.3傳動軸直徑的確定:17
2.4主軸箱坐標系計算18
2.5主軸箱上變位齒輪系數的計算24
2.6繪制坐標檢查圖26
2.7主軸箱中軸的校核計算26
2.8齒輪強度的校核計算28
2.9其它31
2.9.1主軸箱中軸的支承軸承的類型選擇31
2.9.2軸上零件的固定與防松31
2.9.3主軸箱體及其附件的選擇設計32
2.9.4油的選擇、密封件的選擇32
2.9.5主軸箱的安裝定位33
結束語34
致謝35
此次設計包括機床的主運動設計，縱向進給運動設計，其中還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。
關鍵詞：數控機床開放式數控系統電動機
Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.
Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.
Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor
當前的世界已進入信息時代，科技進步日新月異。生產領域和高科技領域中的競爭日益加劇，產品技術進步、更新換代的步伐不斷加快。現在單件小批量生產的零件已占到機械加工總量的80%以上，而且要求零件的質量更高、精度更高，形狀也日趨復雜化，這是擺在機床工業面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床——數字控制(Numericalcontrol)機床的產生也就是必然的了。
此次設計是數控機床主傳動系統的設計，其中包括機床的主運動設計，縱向進給運動設計，還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。
數控車床是基于數字控制的，它與普通車床不同，因此數控車床機械結構上應具有以下特點：
1．由于大多數數控車床采用了高性能的主軸，因此，數控機床的機械傳動結構得到了簡化。
2．為了適應數控車床連續地自動化加工，數控車床機械結構，具有較高的動態剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3．更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副等。CNC裝置是數控車床的核心，用于實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數據的變換，插補運算以及實現各種控制功能。
2.2總體方案的擬定
1．根據設計所給出的條件，主運動部分z=18級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉速是2000r/min，最低轉速是40r/min，。
2．縱向進給是一套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應滿足機床所要求的。
3．為了保證進給傳動精度和平穩性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。
4．采用滾珠絲桿螺母副可以減少導軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現精確和微量移動，且方法簡單。
主運動設計
參數的確定
一.了解車床的基本情況和特點---車床的規格系列和類型
1.通用機床的規格和類型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結構都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。
2.車床的主參數（規格尺寸）和基本參數（GB1582-79，JB/Z143-79）：
最大的工件回轉直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號（JB2521-79）是6；最大工件長度L是750～2000；主軸轉速范圍是：32～1600；級數范圍是：18；縱向進給量mm/r0.03～2.5；主電機功率（kw）是5.5～10。
傳動件的設計
傳動方案確定后，要進行方案的結構化，確定個零件的實際尺寸和有關布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數、離合器、制動器、帶輪的根數和型號等。在這些尺寸的基礎上，畫出草圖，得出初步結構化的有關布置與尺寸；然后按結構尺寸進行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結構和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求。
對于本次設計，由于是畢業設計，所以先用手工畫出草圖，經自己和指導老師的多次修改后，再用計算機繪出。
一.三角帶傳動的計算
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩。帶傳動結構簡單，但尺寸，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。
目錄
第一章引言1
第二章設計方案論證與擬定2
2.1總體方案的論證2
2.2總體方案的擬定2
2.3主傳動系統總體方案圖及傳動原理2
第三章設計計算說明5
3.1主運動設計5
3.1.1參數的確定5
3.1.2傳動設計6
3.1.3轉速圖的擬定8
3.1.4帶輪直徑和齒輪齒數的確定12
3.1.5傳動件的設計19
3.2縱向進給運動設計38
3.2.1滾珠絲桿副的選擇38
3.2.2驅動電機的選用42
結論47
小結48
1927年，美國物理學家伍德(RWWOOD)和盧米斯(AELOOMIS)做了超聲加工試驗，利用超聲振動對玻璃板進行雕刻和快速鉆孔。1951年，美國的科恩(KOLN)制成第一臺實用的超聲加工機。1964年，英國人LEGGE提出使用燒結或電鍍金剛石刀具的旋轉超聲加工的方法，克服了一般超聲加工深孔時加工速度低和精度差的缺點。在20世紀70年代中期，美國在超聲鉆中心孔、聲光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已處于生產應用階段;超聲車削、鉆孔、鏜孔，已處于試驗性生產設備原形階段;超聲振動切削系統已供工業應用，目前已形成部分標準。我國超聲加工的研究始于20世紀50年代末。20世紀60年代，中國成功研制了超聲振動加工深小孔的機床。1973年，上海超聲波電子儀器廠研制了CNM-2型超聲研磨機。1984年，中國科學院聲學研究所成功研制了超聲旋轉加工樣機，該樣機功率為400W，工作頻率為7～22kHz，加工精度為:圓柱度0.03mm，圓度小于0.005mm。清華大學已經開發出了完全數控化的旋轉超聲加工機床，其數控系統由Z軸進給控制、旋轉電機控制、自動頻率跟蹤控制等功能模塊組成。天津大學也在旋轉超聲加工方面做出了很多研究，對機床進行了模塊化設計研究。河南理工大學研究設計了旋轉超聲銑頭裝置，該裝置作為立式數控銑床的一種附件，可安裝在立式數控銑床上，方便裝卸。
2旋轉超聲機床的機電系統設計
旋轉超聲機床整體包括旋轉超聲機床本體、多軸聯動電控系統、超聲振動系統、切削液系統等。
2.1旋轉超聲機床
機床本體包括W、X、Y、Z四軸，工作臺支架，機床外罩和機床底座。W、X、Y、Z四軸，即旋轉軸加上水平兩軸和垂直運動一軸，其中旋轉軸采用步進電機控制，其余三軸均采用交流伺服電機連接絲杠帶動工作臺移動的方式;X、Y、Z三軸均安裝有正、負、零限位，保證軸的往復運動行程安全及準確回零，同時三軸均安裝了光柵尺，其精度為1000pulse/mm，保證工作臺的位置反饋和精確運動。其中Z軸為垂直運動軸，其工作臺上安裝有機床主軸系統，質量約為50kg，故Z軸電機帶有抱閘功能，以保證Z軸滑臺在電機非使能狀態下不下滑。工作臺支架用20mm厚鋼板焊接，其頂端安裝高精度三角卡盤用于工件的夾持，總高度為600mm，以保證工件具有足夠高度與主軸刀具接觸。機床外罩固定于機床底座上，分為上下兩部分，上半部分包括背板、左右側板和前面板，其中左右側板分別裝有一扇可拉開的旋轉門，以供方便維修及查看機床;前面板裝有滑槽和兩扇可裝卸的推拉玻璃門，方便在機床加工時觀察，機床檢修時可卸下;四板相互連接及與機床連接處均涂有防水膠，防止切削液的泄漏。下半部分包括左、右、前三塊板，機床后方下半部分無遮擋，方便切削液回路的布設。機床底座承受整座機床的質量，四角均有高度調節滑槽及固定螺釘，以保證機床在固定安裝后其臺面的水平度。
2.2電控系統
電控系統包括控制器，W、X、Y、Z四軸及主軸驅動器，24V開關電源，光耦電路板，繼電器和保險絲。控制器以ACR9000為核心，采用全閉環回路，速度控制模式，ACR9000控制器型號為P3U8M0，即可以有USB口、串口、以太網口為通信接口，具有八軸聯動功能、程序及配置掉電保持功能。控制器在引進X、Y、Z三軸光柵尺信號的同時，引進了三軸電機的編碼器信號，方便查看電機的運行狀態。同時在其開關量輸入接口接入了三軸的正、負、零開關信號，以設置軟件限位和軟件零位。主軸電機配置為軸A，只有編碼器反饋信號，采用位置控制模式。X、Y、Z三軸限位信號與控制器接口均采用光耦隔離的方式連接，Z軸抱閘打開動作從ACR9000控制器發出的Z軸使能信號接出，采用光耦隔離后，接入繼電器給Z軸電機抱閘電路供電，以保證使用安全。
2.3超聲振動系統
超聲振動系統由超聲波發生器、變頻電源、超聲頭、滑環及電刷組成，其中超聲頭與滑環及電刷安裝在機床的主軸系統內，超聲波發生器和變頻電源外置。筒連接，電刷安裝在主軸系統的底板上，其碳刷與滑環切向接觸，為超聲頭中的陶瓷換能器供電。其中超聲主軸在旋轉超聲加工中是核心部件，其性能直接影響到加工質量、加工效率和主軸的壽命。因此超聲主軸變幅桿的設計需要從實際條件和實際需求出發，利用解析法確定變幅桿的大致尺寸及裝配尺寸，在此基礎上利用有限元對該裝配進行模態分析驗證。
2.4切削液系統
切削液系統包括自吸清水泵、出口閥門、出水管、冷卻管閥門、冷卻管及噴嘴、回流管、入水管及水箱。其中自吸清水泵擁有過濾功能，揚程10m，保證切削液回路的動力供應。出口閥門位于自吸清水泵的出水處，可調節切削液出水速度，在停止使用時關閉閥門可防止出水口空氣進入泵內導致泵內氣壓增大。出水管由豎直和水平兩段4分鐵管組成，豎直鐵管安裝在出口閥門上，水平鐵管固定于機床立柱側面，中間用蛇皮軟管連接，保證水路暢通的同時增加了系統的柔性。冷卻管閥門連接水平出水管及冷卻管，可根據加工需要隨時調節切削液的流量大小。回流采用在機床臺面左右兩側各打一通孔，再以管道接回水箱的方式。入水管采用植入螺旋型鐵絲的塑料管，方便連接且不因工作時的負壓導致管路變形。水箱分為進水部分和出水部分，進水處安裝一層過濾網以保證水箱內切削液的清潔，同時出水部分蓋板只留出供入水管進入的孔，方便入水管的固定及保證水箱內切削液的清潔，底部裝有滾輪，方便拖出更換切削液。
3結束語
工作的開展都離不開對數控機床的控制原理的應用，數控機床是一種高度自由化的機床，相對于普通的機床其加工表面形式及方法是協調的。最根本的不同就是在自動化控制原理及方法的應用上。數控機床需要進行數字化信息的控制應用，這涉及到與加工零件相關的信息。也就是工件及刀具的相對運動軌跡的尺寸參數的應用。這些工作的開展，都離不開切削加工工藝參數的應用，其主要涉及到主運動及進給運動速度的協調，通過各種輔的操作，保證各種加工信息的協調，實現了規定文字、數字、符合等代碼的應用，按照一定的格式需要進行程序的編寫，這就需要進行加工程序的應用，進行控制介質的輸入，保證數控裝置的良好應用。這些工作的開展，都要進行數控裝置的分析及處理，進行相關加工程序信號及指令，從而實現數控機床的加工。這就需要遵循相關的數控機床控制原理，進行數控機床的系統的協調，保證其功能的實現。
2數控機床組成及其優化設計方案
為了提升工程的效益，進行數控機床體系的健全是必要的，這需要針對數控機床應用過程中的各種問題進行分析，比如進行數控機床構成、程序編制等的分析，進行程序載體等的分析，保證數控機床自動加工零件的良好應用。這離不開良好的加工零件的工藝分析，保證零件坐標的基礎坐標體系的相對位置優化。通過對機床及其零件的安裝位置的協調，更有利于提升刀具及零件的效益，保證其滿足尺寸參數的應用需要。這就需要實現機床安裝位置及零件的協調，保證刀具及零件的良好協調性，滿足尺寸參數的應用需要，這離不開零件加工工藝體系的健全，實現其加工順序的協調性，實現切削加工工藝參數的健全，保證輔助裝置的良好工作。在數控機床的應用過程中，為提升工作效益，進行數控代碼體系的健全是必要的，這涉及到電脈沖信號模式的應用，將其進行數控裝置的有效應用，做好數控裝置及強電控制裝置的協調工作，這是數控機床良好工作的核心，從而進行輸出位置的脈沖信號的回饋。當然，這也需要進行數控裝置系統軟件的應用，做好邏輯電路的編譯工作。進行相關機床部分的控制，需要做好規定運算及其相關的邏輯處理，進行有關信號及其動作的協調。這離不開驅動系統及位置檢測裝置環節的應用，保證伺服驅動系統體系的健全，實現驅動裝置的良好設置，從而滿足數控機床的進給系統分析。在這個環節中，機床的機械部分也扮演著重要的地位，數控機床的應用部分是非常多的，比如主運動部件、進給運動執行部件，比較常見的應用方式是工作臺、拖板及傳動部件，這些都是實現支撐性工作的關鍵，為了提升工作效益，進行相關工作步驟的冷卻是必要的，需要保證輔助裝置的協調。在數控系統的優化方案中，做好硬件部分的控制是必要的。數控銑床系統需要進行銑床專用數控器的應用，滿足半閉環數數控系統的工作要求，在基本結構優化過程中，進行機床本體、銑床專用數據器等的協調是必要的。在其系統硬件的應用過程中，需要做好銑床專用數控器的應用，做好信號板的控制工作，進行交流伺服驅動器如交流伺服電機的應用，從而實現無刷直流電機及無刷直流電機驅動器的應用，以滿足實際工作的要求，其中也涉及到很多的工作步驟要求。
在數控系統操作過程中，做好軟件設計的工作是必要的，從而落實好銑床專用數控器的應用方案，保證數控銑床的系統效益的提升，這里我們也要進行銑床專用數控器參數的設置，針對其應用程序，做好編輯輸入工作，滿足程序設計的諸多要求，按照其具體指令完成規定工作。在參數設置過程中，需要應用到相關的參數設置方法，保證參數修改模式的更新應用，做好參數修改效益的應用工作。需要進行分辨率情況的分析，認真的做好分析，更有利于進行機械軸向轉動裝置的應用，實現伺服電機回授脈波數的正常應用。這離不開工作臺的良好設計，保證不同工廠的設置優化，保證伺服馬達的良好安裝，從而滿足工作臺的工作需要，實現參數的良好設定，進行工作臺方向的修正。進行數控銑床的實際情況的不同軸電機旋轉方向的控制，滿足當下馬達旋轉方向的設定要求。在這個階段中，需要實現不同軸的最高進給速度的控制，針對數控銑床的應用趨勢，保證不同軸的行距的控制，進行過高速度的控制，從而有效應對其沖擊情況，保證電機工作的良好開展。這些工作的協調，離不開各軸的最高進給速度的控制，滿足不同軸向的進給速度控制需要。在這些工作的優化過程中，進行程序的選擇是必要的，這里可以進行H4C-M銑床專用數控器的應用，在這些程序工作過程中，可以進行相關程序編輯及執行工作。在其程序選擇過程中，可以進行編輯及程序選擇，進入程序選擇模式，通過對輸入鍵及選取鍵的選擇，以滿足當下工作的開展。在實際操作中，進行程序的畫面選擇也是必要的，從而滿足舊程序的應用需要，在舊程序的修改及應用中，需要針對不同情況，進行工作方式的協調，進行指令的增加或者修改，保證程序語句區的良好操作，保證其所增加指令的單節的移動。在數據輸入區進行相關指令字數的添加或修改。在程序語句區，需要將光標移動到所刪除指令中，在數據輸入區，需要進行相關指令所需字母的輸入。在程序語句區，可以進行單節的插入，將其光標進行所需單節程序的插入。在數據輸入區，可以進行插入單節的第一個指令的字母或者是數字，再進行輸入鍵的按下。從而保證單節的刪除。在程序語句區，需要將光標移動到需要刪除的單節處，再進行刪除鍵的按下。在數控系統的應用過程中，進行機械部分的分析是必要的，從而進行機床本身誤差及其所需要加工零件精度的分析，更好地落實好機床的誤差補償控制。在數控銑床的工作應用中，進行數控技術、電子技術等的協調是必要的，這需要滿足機床設計的諸多理論，保證數控機床的加工工作，從而滿足機械設計制造的工作要求。為了實際工作的要求，需要協調好機械設計及自動化應用方向。
3結束語
1.1工藝路線確定
工藝路線的制定是工藝規程的關鍵，是工藝規程的總體設計。工藝路線是否合理，會直接影響加工質量、生產率，也影響到人員、設備、工藝裝備及生產場地等的合理利用。此零件加工精度較高，為保證加工精度，加工分三個階段進行：粗加工首先要完成主要余量的切削，半精加工完成次要表面的加工，并為精加工加工出精基準，精加工完成主要表面加工，達到圖紙要求。為確保加工質量，提高生產效率，確定加工此零件的工藝路線為：粗車—熱處理—半精車—銑削—磨削。
1.2工序尺寸及其公差確定
首先確定圓柱面的工序尺寸，圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關。前面已確定各圓柱面的總加工余量（毛坯余量），應將毛坯余量分為各工序加工余量，然后由后往前計算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經濟精度確定。
1.3毛坯選擇
零件屬于軸類零件，尺寸變化不大，結構也不復雜，所以毛坯的類型采用棒料。
1.4基準確定
因為零件是軸類零件，所以選擇中心孔定位，這既符合基準重合原則又符合基準統一原則，便于保證加工質量，提高生產效率。
1.5加工順序確定
按照先面后孔的原則，所以加工時應先加工外圓，然后后加工鍵槽和四個平面。另外，因零件需要熱處理調質，為了保證調質層深度，調質熱處理安排在粗車之后半精車之前較合理。螺紋、退刀槽等次要表面，應在半精加工過程中完成，以保證質量和效率。
1.6新工藝效果
對于普通機床的適用而言，大多數工廠只會用于粗加工和半精加工，缺乏有效的工藝卡片使得普通機床并不能夠體現出它的價值所在，而某些零件并不一定都適合或者必須適用數控機床來完成，對于很多生產條件較差的企業，普通機床加工軸類零件意味著更加有效的使機床的適用能夠最大化，過本文粗車和半精車的裝夾順序可以保證，倘若按照傳統加工裝夾順序，外圓尺寸精度和同軸度的要求對于普通機床而言非常難以控制，就會造成生產率大幅度降低并且容易出現廢品。這正是本文合理加工工藝的關鍵所在。
2結論
立柱式電火花機床依靠工作臺的移動來實現X/Y軸的運動，因而這兩條軸的精度與工件的重量密切相關，其動態精度和剛性都會受之影響。同時，X/Y軸的行程因工作臺需在狹小有限的空間內移動而受到限制，如果要設計加工稍大一點的工件，則機床的底座和立柱會更顯大型化，相對于機床尺寸來說，可加工區域明顯偏小，而剛性也會隨著立柱橫梁懸伸加長而變差。此結構不宜設計、安裝可升降式工作液槽，工作液容易隨著工作臺的不斷平動而濺出。以上兩種國內常見電火花成型機床結構由于機械結構本身內在的問題，導致在實際的使用中直接影響到零件或模具的加工精度和表面質量，因此必須通過機床結構正確選型和優化設計，特別是針對這兩種結構存在的問題來尋求相對應的解決方案。
2高精密數控電火花成型機床結構選型及優化設計方案
2.1結構選型基本思路
通過對國內常用的兩種電火花成型機床機構內在問題點的比較及分析研究，從中得到結論：雖然通過改良部分零件的設計和采用性能更加好的功能部件如導軌和絲桿等，可以改善國內兩種常見結構機床的剛性和精度，但要避免因結構本身帶來的各種問題，因此需要對機床的結構進行合理選型和優化設計，力求結構簡潔、性能可靠，以達到高精密數控電火花成型機床在性能、精度和穩定性等方面的要求。相對于滑枕式結構，龍門式結構因為工作頭工的位置自動升降，省去沖放時間。通過以上比較可以看出，龍門式結構除了能夠避免滑枕式結構和立柱式結構的內在結構問題，而且本身很多優點也正好能夠滿足高精密電火花成型機床的各種要求，因此龍門式結構是設計高精密數控電火花成型機床的首選機械結構。
2.2方案
G450C龍門式高精密數控電火花機床是巨輪股份專門為中小型高精密零件和工模具市場開發的新機型，該機型針對常見龍門式結構電火花成型機床制造成本高，操作不太方便，占地面積大，只適合大、中型電火花成型機床等問題點，從結構適用及加工工藝性好的設計原則方面考慮對龍門式結構進行優化設計。與常見的龍門式電火花機床一樣，結構優化后的G450C機床主體機械結構仍然由床身、龍門架、滑枕、主軸箱和工作液槽組成，整體結構沒改變，只是將一些主要零部件的結構進行改進和優化。優化后的龍門式電火花成型機床結構跟原來的機械結構存在如下不同點。傳統的龍門式機床采用動龍門結構，因為需要有足夠大的“門”結構空間懸掛滑枕和主軸頭，因此只適合大中型電火花成型機床設計使用。為了兼容床身和工作液槽，通常床身是由鋼板焊接而成。為保證主軸頭的懸伸剛性，滑枕和主軸箱在滿足剛性和使用尺寸的情況下，采用了緊湊的設計原則。而優化后的龍門結構則是針對G450C機床適用零件的特點，對機械部分的幾大部件進行改進和優化。主要體現在：龍門架采用三角橫梁設計，既能保持龍門結構的特點，又加強了龍門架的剛性（對比門式龍門架）；床身為了配合龍門架懸掛在龍門架上，受力情況不會隨主軸頭的位置而變化，長期精度可以保持穩定，主軸頭可以到達工作臺面任意一個角落，且受力情況都是一致的。同時，由于工作頭懸伸短且固定不變，剛性好，受外力影響較小，平行度誤差也最小化；該結構的床身、工作液和龍門架可以實現整體溫度控制，從而實現機床的高精度和熱穩定性。相對于立柱式結構，龍門式結構（動龍門式）因機床工作臺固定不動，各條軸的運動與工件的重量和工作液無關，其動態精度和剛性不會受之影響。此結構便于設計、安裝可升降式工作液槽，油槽可裝滿工作液時移動，隨放電成型 的三角橫梁設計，將原來長方體的結構改進優化成L型箱體結構，使得三角龍門架可以在L型箱體上部實現前后運動；為了確保X/Y軸的行程和剛性，滑枕和主軸箱由原來的緊湊設計改成仿生箱體設計。相對于傳統的龍門式電火花成型機床結構，優化后的G450C機床結構具有如下優點：
（1）整機結構沿用經仿生優化設計的龍門式結構，結構緊湊且行程大，剛性大且可保持長期高精度，靜態和動態性能俱佳；
（2）采用高性能鑄鐵結構，確保機床的機械穩定性和精度，不受工件重量或工作液重量的影響；
（3）機床設計符合人機工程學原理，提供了機床占地面積和加工面積的最佳比例，工作臺采用3方向的全開放式設計，高度根據東方人的身高特點而設計；
（4）ATC采用獨創的內藏式和懸掛導軌伸縮設計，充分利用有限空間，電極容量大且不干涉主軸的移動，沒有運動死角；
一般情況下，創新設計先后經過抽象思維、邏輯思維、全面分析和最后決策四個環節。抽象思維主要是是通過設計人員充分發揮創新思維和智慧，提出新穎的有可能實施的想法，是創新設計必備過程。有了抽象思維過后再將想法具體化，考察其邏輯性和可行性，結合有關的科學理論知識、原理進行進一步的新穎的、可行的、具體化的機械設計。而全面分析則包含了創新設計過程中所涉及的所有可能性，綜合考慮技術的可行性、成本與性價比，最后設計出新的可以滿足人們生活和生產需要的機器或者其他產品。
1.1我國機械創新設計過程
機械創新設計的目的在于改善機械本身的功能、性能或者以更低的經濟成本制造滿足生產生活需求的機械。目前，我國技術專家認可的機械創新設計過程一般可分為四個部分，一是根據具體需求確定機械設計的基本原理，二是機械結構的優化和改進，三是機械尺寸設計和參數優化，四是機械運動性能及動力參數優化。機械創新設計與普通的機械設計并沒有實質性的差異，主要的區別在于機械創新性設計注重發揮人的主觀能動性和創新能力的突破，在充分的調動人的積極性的同時創造出更加符合使用者需求的機械工具。
1.2我國機械創新設計的特點
機械創新設計主要包括四個特點：一是多學科知識交叉運用，互相融合，互相滲透；二是機械創新設計中，數字并非主要思考因素，而是應該充分結合過往經驗和相關的理論知識，合理判斷和提出可行的新的設計方案；三是機械創新設計不僅需要理論知識和經驗，同時也十分注重靈感、想象力、創造力的作用，因此應該最大程度發揮四者的作用；四是凡是設計創造類等實踐活動都需要不斷重復、嘗試，從中吸取經驗，多級選擇最佳方案。在機械創新設計過程中，只有完全領略和充分展現以上四個特點，才能做出優秀的創新設計。
2.我國機械創新設計思維
機械創新設計思維對于機械創新設計來說意義重大，只有通過不斷的改革創新和開拓進取，勇于突破現有的固定模式和局限，采取新的方法、體制、設計才能使自身在飛速發展的時代中保持領先，走在時代的前沿。
2.1機械創新設計思維的涵義
創新設計思維就是指在原有的科學理論知識、原理以及過往的設計和經驗中設想出新穎的、更能滿足審美或者實用需求的設計方案。而對于機械設計人員來說，創新無疑是自身最核心的競爭力，通過提高產品的性能、降低產品的成本以及縮短生產時間來提高機械設計的性價比。在機械創新設計過程中，首先應該有創造性思維，在前人的基礎上提出更加優化的觀念，并將這些優化的觀念付諸實踐，從而創造出新的不一樣的機械設計。創造性思維具有多維多向性的特點，強調聯想、靈感和感覺，并不是依靠固定的邏輯思維推理出來的，而是激發于機械創新設計人員的大腦。
2.2機械創造性思維的三大特征
2.2.1自由性
機械創造性思維最大的特征在于自由，創新是自由的，思想是自由的。機械創新設計人員可以在結合有關客觀科學理論的基礎上完全自由憑借自己的想象、靈感、直覺設計出新的機械，而不必有太多的思想束縛。在當今變化趕不上計劃的經濟時代，思維的自由符合現代社會發展的需要。而在機械設計工作中，要不斷地有新的進步的成果，就必須突破原有的事物，消除固定思維的束縛，自由地翱翔在創新設計的天空中，只有不斷突破和創新才能設計出更令人滿意的成果。
2.2.2多向性
每個人的思維方式都不一樣，具有多向性的特點。而在機械創造性思維中，同樣具有多向性的特點，設計人員可以從不同角度去觀察和判斷問題，并且設想出完全不同視角的方案。設計的美妙恰巧在于它的多樣性和多向性，沒有固定的設想方向，任意一個方向都可以是設計者們延伸的目標。多向性思維與創造力是相輔相成、密不可分的，一個機械產品的設計過程中一定有過多向性的設想，從中擇優進行實踐得出最后產品。因此，多向性思維是機械設計中十分重要的一點。
2.2.3獨創性
獨創性即設計出跟別人不一樣的產品，提出不一樣的理念，突破原有的固定模式，創造出新穎的進步的成果。獨創性是機械創新設計的目標，創新的目的在于獨創，擁有別人沒有的想法和成果。因此，在機械創新設計過程中，要學會從新的切入點思考問題，掌握不同的設計方法，敢于向原有的觀點提出新的看法，從而設計出具有獨創性、新穎的機械產品，更好滿足生活和生產的需求。
機械設計具有自身的程序，圖1為設計的基本程序。圖1機械設計的基本程序目前，機械設計教學中主要存在以下問題。
1.1教學內容過于防范
目前，機械設計這門課程包含的內容較多，有機械原理和機械設計。機械設計包括材料、力學、熱處理、機械原理、公差與配合、機械零件、機械CAD等內容，所涉及的知識層面較廣，教學內容較散，且與其他課程有著很多重復，如機械設計學科中有一項螺紋連接的相關教學內容。可見，教學范圍與機械設計這門學科的學習原則不相符合。又如，減速器的類型、樣式和設計參數要求，和機械制圖中的減速器設計相關知識存在較高重復率，不僅在學科的學習層次上造成混亂，還浪費了學生的學習精力。
1.2與時俱進能力不強
機械設計這門學科的實用性較強，同時其教學內容隨著科技的不斷發展而不斷變化。所以，傳統的教學內容如果不進行更新，很難滿足現代社會的需求。現代機械設計教學應當滿足工程性和技術性需求，同時也應當具備系統性。因此，現代機械設計學科緊隨時代的變化而改變，將傳統的設計技術進行時代元素的融入。如今，很多相關院校對機械設計教學中的設備結構、設備強度和運動學等技術的教學比較注重，教學力度也較大，使能源問題、環境問題的教學很少涉及。尤其是安全、人機關系、美學等社會因素和價值工程、周期費用分析等經濟因素，導致機械設計教學無法滿足現代人們的生產需求。
1.3教學方式落后
很多相關院校對機械設計的教學仍然采用講學通用的原則，對于教學中的重點知識，讓學生采取理論知識記憶的灌輸性傳統學習方法，而對這門學科的實際應用教學涉及較少，僅僅加深了學生的相關知識或原理的理解。同時，缺乏案例式教學、現場教學以及討論啟發式教學，在學生的學習過程中沒有充足的時間進行自主探索，嚴重阻礙學生對知識的理解與掌握，同時一定程度上阻礙了學生運用所學知識解決實際工程問題能力的發展。因此，應當對機械設計教學體系進行創新。
2創新機械設計教學體系措施
2.1調整教學內容
機械設計的學科教學內容應從實際出發，注重教學的整體性、實踐性以及創新性。如今，很多學生對于機械設計的基礎知識掌握不明確。所以，機械設計教學中應當遵循適度夠用的理論知識學習原則，可采取重點學習、部分理解等方式。首先，教學內容要清晰精簡，要精簡機械設計這門課程的教學內容，避免學生在相關知識的學習中產生知識重復。同時，在學生的實際應用教學中，如實驗、實習、課程設計、社會調查、畢業論文以及課外科技活動等注重實踐運用的教學環節，不但要適度融入相關基礎知識，還要增加其課程。其次，要注重知識的整合。在機械設計的實際教學中，將其中關聯性與聯系性較大的知識急性整合學習。最后，在機械設計的教學過程中應當注重知識點的增設。不僅要注重知識的重點性，還要考慮知識的完整性，可以增設以電、液為動力的機構組合，結合實際的典型機械等新內容，使學生全面認識現代機械，以適當前生產實際需要，方便計算機輔助設計的應用和推廣。
2.2加強學生能力培養
機械設計是一門極具實踐性的課程，過程中應當注重學生設計技能和創新能力的培養，以培養學生技術應用能力為主要教學目的，同時注重學生工程意識、工程實踐能力、創新意識以及社會實踐能力的培養。實際教學過程中，教師應當徹底摒棄傳統的灌輸式教學模式，在講解相關理論知識或原理時，注重培養學生總結結論的能力。同時，在相關知識或原理的講解時，融入其在實踐中的應用，堅持產、學、研相結合，體現機械設計教學的基礎性、系統性、實踐性以及現代性。
2.3創新教學方法
目前，相關院校的招生多是面向全國，導致各種學生的機械設計學習基礎不一。因此，要不斷創新如今的機械設計教學。教學過程中，應當加強直觀教學，在學生學習相關理論知識或原理的同時，讓學生接觸各類種機械、機構、零件、部件、圖紙，提高學生相關知識或原理的實踐性。同時，教師也可以利用多媒體、電子教案、CAI課件以及錄像等現代教學技術，借助計算機和互聯網，利用虛擬現實技術和仿真軟件系統，開展機械設計的現代化、立體式教學。此外，教師在機械設計的實際教學中，應當盡量減少相關知識或原理的理論推導，運用例證講清思路，加深學生對相關理論知識或原理理解，提高課堂教學效率。
2.4增加教學實踐
機械設計是一門較注重實踐運用的學科，教學時教師不能僅僅注重學生的知識學習，要更加重視學生的知識運用，如繪制機構運動簡圖。圖2為機構簡圖的繪制步驟。以四桿機構為例，結合日常見到的篩東西、磨豆腐等，布置設計任務。在四桿機構的講解過程中，不斷提醒雙曲柄機構、曲柄搖桿、雙搖桿機構分別有什么運動特性，能轉化為什么樣的運動形式，現實生活中有哪些物品用到了這些機構，不斷啟發引導學生思考設計任務。一個機器少不了動力，因此課程中增加電動機的選用環節。學生設定自己運動機構的各種參數后，按部就班選用電動機，由此掌握效率等概念，并對整體的機器建立一個大概的認識。電動機選好后，考慮減速的問題。這時，可以引進齒輪機構（包括蝸輪蝸桿）、帶傳動、鏈傳動。齒輪機構重點講傳動比的分配、計算及選用，對于漸開線的形成等和現場應用聯系不密切的內容可忽略不講。帶傳動、鏈傳動重點講傳動特點和應用。此外，學習過程中要加入查手冊選材料環節，把時間用到應用實踐上。
3結語
目前，我國機械設計教學體系仍然存在教學內容過于龐雜、無法適應時代的快速發展以及教學方式過于陳舊和落后等問題。因此，在機械設計實際教學過程中，應當調整教學內容，加強學生能力培養，同時不斷創新教學方法，以期為國家培養更多機械設計創新性人才。
作者:李愛軍 徐紅芹 王紅梅 單位:山東理工大學機械學院
參考文獻
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