摘要：數(shù)控機(jī)床是生產(chǎn)加工作業(yè)中的重要設(shè)備，它能夠加工普通機(jī)床難以完成的零件，并提高作業(yè)效率，降低工人的勞動強(qiáng)度。本文將對機(jī)床主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；主軸；優(yōu)化；專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國工業(yè)加工技術(shù)水平不斷提高。數(shù)控加工機(jī)床已經(jīng)逐漸替代了普遍機(jī)床在加工作業(yè)中廣泛應(yīng)用。

2、數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)概述

數(shù)控重型機(jī)床的主軸部件是整臺機(jī)床核心的執(zhí)行件，它是支承并帶動工件旋轉(zhuǎn)，承受切削力和驅(qū)動力等載荷的執(zhí)行部件。其結(jié)構(gòu)特性直接影響到機(jī)床的加工精度，精度穩(wěn)定性和加工效率。因此控制機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是機(jī)床設(shè)計(jì)精度賴以保證的關(guān)鍵性因素，通過控制機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性保證主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗震性、溫升變形以及后期的精度保持性。以往主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)?？吭O(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)計(jì)算來進(jìn)行主軸部件的優(yōu)化。對主參數(shù)的選取有一定的盲目性。勢必造成設(shè)計(jì)主參數(shù)并非最優(yōu)參數(shù)，使設(shè)計(jì)參數(shù)的改變引起結(jié)構(gòu)特性的變化。

3、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)調(diào)速方式設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動系統(tǒng)是重要的一部分，對于主驅(qū)動系統(tǒng)配置較多，一般可分為分級傳動系統(tǒng)和CVT系統(tǒng)。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造行業(yè)的重要作用，在設(shè)計(jì)主驅(qū)動系統(tǒng)時，必須以一定的速度旋轉(zhuǎn)最經(jīng)濟(jì)的主軸切削速度。機(jī)械制造的經(jīng)濟(jì)效益。

總之，主驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮到經(jīng)濟(jì)技術(shù)的統(tǒng)一，選擇合適的驅(qū)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)機(jī)器恒功率自動變速的速度，以達(dá)到主控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)的速度控制方式設(shè)計(jì)重要目的。另外，在速度模式設(shè)計(jì)中，還要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行交流電機(jī)的頻率控制和頻率控制，需要全面了解電機(jī)的工作原理。只有按照電機(jī)的原理，使用相應(yīng)的公式計(jì)算，才能清除科學(xué)的頻率控制，使數(shù)字電機(jī)達(dá)到平穩(wěn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。應(yīng)該注意的是，數(shù)控機(jī)床交流電機(jī)轉(zhuǎn)速相對較小，旋轉(zhuǎn)靈活，響應(yīng)靈敏，有效避免了傳統(tǒng)電機(jī)的不利影響，應(yīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，確保數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)更科學(xué)。

3.2驅(qū)動電機(jī)和主軸功率的匹配設(shè)計(jì)

機(jī)器是否可以運(yùn)行取決于驅(qū)動電機(jī)，而在數(shù)控機(jī)床和電機(jī)中有自己的速度特性。為了促進(jìn)高精度數(shù)控加工，必須在速度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)充分利用設(shè)備，促進(jìn)電機(jī)和機(jī)床具有類似的速度性能。通過數(shù)控機(jī)床調(diào)速發(fā)現(xiàn)，一般交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為3——5，而機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速范圍為10—20，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高于交流電機(jī)轉(zhuǎn)速。在數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要注重主軸與機(jī)床主軸功率的匹配，使數(shù)控機(jī)床電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍達(dá)到速度范圍要求機(jī)床主軸，并調(diào)整主軸與電機(jī)之間的關(guān)系速度調(diào)節(jié)，使數(shù)控機(jī)床主軸以適當(dāng)?shù)乃俣缺ＷC數(shù)控機(jī)床恒功率在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，唯一的方法是實(shí)現(xiàn)機(jī)器加工性能和經(jīng)濟(jì)性能的重要目標(biāo)。

4、數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)優(yōu)化

數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動系統(tǒng)的精度影響很大。為了促進(jìn)數(shù)控機(jī)床高精度加工的重要目標(biāo)，當(dāng)數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動系統(tǒng)得到優(yōu)化時，主驅(qū)動系統(tǒng)的誤差必須為入口點(diǎn)，是主要優(yōu)化主機(jī)的唯一途徑驅(qū)動系統(tǒng)為數(shù)控機(jī)床提供足夠的保護(hù)。數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生錯誤的主要原因主要體現(xiàn)在兩個方面：一是指傳統(tǒng)鏈條本身產(chǎn)生的錯誤。主要是因?yàn)闄C(jī)器驅(qū)動系統(tǒng)，傳輸鏈越長，傳輸會越多，導(dǎo)致誤差非常大。因此，數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化，需要盡量推動傳動鏈簡單，降低傳動速度，在機(jī)械結(jié)構(gòu)空間允許大傳動比的情況下，傳動鏈?zhǔn)怯行Мa(chǎn)生誤差的唯一途徑，從而為驅(qū)動精度提供充分的保護(hù)。但需要注意的問題是，驅(qū)動器較大端的沖擊力必須大幅減速，才是有效提高傳動精度的唯一途徑，這就促使數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)高精度的生產(chǎn)重要目標(biāo)。第二，需要減少常規(guī)系統(tǒng)齒輪與軸承間隙之間的誤差的可能性。主要是因?yàn)樵跀?shù)控機(jī)床的運(yùn)行過程中，傳統(tǒng)系統(tǒng)齒輪間隙會對傳動精度有一定的影響，從而影響傳動的靈敏度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。只有根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)軸承間隙的合理調(diào)整，才能最大化主軸的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，減少數(shù)控機(jī)床的振動振幅，降低噪音，使軸承間隙合理控制，提高軸承精度，減少機(jī)器剛度負(fù)載，真正提高機(jī)器精度達(dá)到重要目標(biāo)的唯一途徑。

另外，數(shù)控機(jī)床優(yōu)化主驅(qū)動系統(tǒng)，還需要考慮軸承鉆孔表面粗糙度，軸承鉆孔表面粗糙度符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)數(shù)控機(jī)床軸承精度和軸頸精度，軸承孔精度適應(yīng)。主要是因?yàn)檩S承孔和軸頸的緊度會對機(jī)床的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，提高數(shù)控機(jī)床主軸的精度和抗振性，需要改善軸承孔和軸頸的緊密度，如果二使用過緊，會造成機(jī)床主軸間隙誤差，從而影響機(jī)床主軸精度的轉(zhuǎn)動，當(dāng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時，發(fā)熱現(xiàn)象，數(shù)控機(jī)床的安全運(yùn)行形成非常負(fù)面影響。

5、主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)

充分利用主軸驅(qū)動模式的模糊優(yōu)化方法和主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可用于形成一套數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)可以解決主軸設(shè)計(jì)過程，利用現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識。在非確定性問題中。數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)需要輸入切割功率，切割能量切割能量等數(shù)據(jù)，由設(shè)計(jì)工程師輸入主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，然后通過模糊處理模糊隸屬函數(shù)。通過對模糊處理結(jié)果的聚類分析，獲得主軸驅(qū)動模式優(yōu)化的模糊數(shù)。數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可映射到模糊系統(tǒng)，并可設(shè)計(jì)訪問。當(dāng)模糊評級等級（如高，中，低）隨技術(shù)要求而變化時，授權(quán)維護(hù)專家系統(tǒng)的人員可以修改成員資格和數(shù)據(jù)庫。

在優(yōu)化數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)的過程中，值得指出的是，如果在優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)和模糊邏輯的組合中，所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩高于電機(jī)的承載能力，專家系統(tǒng)會自動提示設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)。為了方便使用數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的施工來解決實(shí)際工程問題，開發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)實(shí)施過程。在數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，專家系統(tǒng)不僅可以優(yōu)化主軸傳動方式，而且可以針對各種加工條件，制造工藝原理，切削力，結(jié)構(gòu)動態(tài)和靜態(tài)性能，根據(jù)系統(tǒng)輸入屬性參數(shù)約束模型用于建立數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型。采用逐行優(yōu)化算法求解該模型，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

6、結(jié)束語

總之，通過對數(shù)控機(jī)床主軸的優(yōu)化專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大大提高了機(jī)床的加工作業(yè)效果，提高了加工生產(chǎn)率。

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