导语：如何才能写好一篇机床设计论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

　　此次设计包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，其中还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。

　　当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床——数字控制(Numericalcontrol)机床的产生也就是必然的了。

　　此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。

　　2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

　　3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

　　1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，。

　　2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。

　　3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

　　1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。

　　最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。

　　传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求。

　　对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修改后，再用计算机绘出。

　　三角带传动中，轴间距A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。

　　说明：本文的控制系统采用FANUC-0i-mate-MD系统[1]，以一泵双阀在机床冷却和冲屑中的应用为例进行说明。首先，明确控制逻辑。那么针对一泵双阀的控制模式，可以进行如下逻辑控制：即，通过PLC的输入点控制PLC输出点，PLC输出点控制泵的继电器和阀的继电器，通过泵的继电器控制泵的启停，通过阀的继电器控制阀的通断，通过泵的启停与阀的通断配合，实现功能切换。

　　由于为了降低成本，机床厂家选择的泵一般泵都不具有溢流功能，所以泵和电磁阀的配合显得尤为重要，否则可能造成电机的损毁。如何才能保证合适的时序配合？首先，电机运转的时候电磁阀必须有一个打开，由于电机功率或者流量的限制，而且冷却和冲屑不能同时打开，所以这就要求不管是使用冷却功能还是冲屑功能，在泵启动之前，电磁阀应该先打开，在泵关闭之前，电磁阀不能先关闭，以保证泵的安全，及泵出水口与阀之间管路不承受大的压力而且在使用一个功能前必须保证另一个功能是关闭的，并且为了避免操作上的混乱，各自的功能的通断只能通过各自的按键或者M代码控制，不做交叉控制处理。

　　而冷却和冲屑功能的控制方式与传统控制方式保持不变，即就冷却通断都通过面板一个冷却按键和M代码，冲屑通断通过面板一个冲屑按键（也可以通过M代码控制，本文不做讨论）。那么根据电气控制原理图和流程图可以编制PLC程序[2]（R1.0为M08冷却开信号，R1.1为M09冷却关信号，X8.4为急停信号，X/Y参照原理图）。从以上程序分析可以看出，在阀(Y2.0/Y2.1)开通之后有个延时（TMRB1），然后接通泵(Y2.2)，在泵关闭之后，有个延时（TMRB2），然后关闭泵，而且TMRB1和TMRB2是可以调节的。由于各个厂家泵的性能和阀的性能不同，泵出水的速度和阀开闭的速度不同，所以TMRB1和TMRB2是需要根据具体泵和阀的性能进行试验校准的，进而实现了柔性调节，保证运行顺畅即可。但需要注意由于时序控制的限制TMR1和TMRB2的设定必须满足TMRB1TMRB2，否则可能出现功能无法关闭的现象。那么通过以上程序控制我们就实现了一泵双阀的控制及柔性调节。

　　在各种机械加工中车床的机械加工最具有难度，而在车床机械加工中车床支架的机械加工更是具有着关键性的影响，车床支架的外形、磨损、尺寸以及安装因素都是进行机械加工中需要考量的因素，关系到机械加工具体的工艺和流程选择和确定，同时也是夹具设计必须要参考的因素，有时以上因素会给夹具设计带来相当的难度。

　　车床支架相对于车床整体而言是零件的一部分，而从加工活动来看，车床支架的加工也是多个零件的加工，在车床零件的加工中需要结合所选用的材料、拟加工支架的性能要求以及与车床配套使用的形状要求等进行合理的设计。在设计时需要结合以上要素确定出具体的参数，因为有的车床支架结构较为复杂，需要在确定的严格的参数指导下才能保证加工出满足车床支架要求的支架。

　　首先，加工方法的选择，无论是任何型号的机床支架机械加工都要在设计图纸作为依据的条件下选择适当的加工方法，加工方法的选择除了要结合设计图纸要求，精度要求，还要考虑到机械加工企业的工人技术水平以及加工的经济性，在车床支架加工中常用的加工方法包括钻、铣、磨、镗、热处理等。例如在车床支架的表面加工的粗糙度上，需要注意的是根据粗擦度要求的不同选择合适的加工方法。其次，确定车床支架机械加工的流程，将加工划分为具体的阶段，从粗加工、半精加工、精加工到最后的表面光整加工。通过加工阶段的划分，能够将车床支架零件的加工要求落实在每一加工阶段完成，对于保证加工精度和加工质量十分关键。此外，通过对加工阶段进行划分，还能够妥善安排而处理工艺的进行，因为有的热处理需要在粗加工之前，有的是在精加工之前，工序明确划分后，有利于热处理技术插入。在加工工序划分基础上，还要注意的是各个工序之间的配合，因为不同的车床支架加工有着不同的要求，在工序上可能需要做出调整，要按照符合加工要求进行工序的调整，保证加工的协调性。在车床机械加工中工序的设计一般包括工序基准的选择确定、工序尺寸、加工余量、机床选择、技术设备选择、切削用量以及时间定额。再次，在车床支架加工过程中非常重要的一项内容就是要根据加工零件的结构要求确定定位基准，可以说定位基准的确定直接关系到加工生产零件的精度是否合规，关系到生产加工质量、生产效率和生产加工的效益。根据笔者多年的实践经验，定位基准确定出现失误，会给生产加工造成许多的问题，因此一定要重视定位基准的确定，笔者认为定位基准的确定流程上应当需要以科学为指导。

　　车床支架机械加工夹具设计是机械加工工种之一，夹具本身就是为了保证车床与支架之间能够精准、稳定的安装和运行，通过夹具能够调整和确定车床机械设备的松紧度，夹具在支架与车床主体之间起到连接性作用，对于车床的安全可靠运转具有重要影响，有时夹具还能够对车床使用中的功能发挥甚至是功能延伸具有重要作用，因此从某种程度上来说，夹具的设计关系到生产的安全与稳定进行。夹具设计的前提是要对原始质料进行研究，因为夹具主要是为了钻、绞，要体现应用的价值就要结合质料进行设计。实践中夹具的使用要求夹具必须简单，同时还能够保证紧促性要求。因此在进行夹具的设计时要秉承这一原则性要求，结合机械加工工艺流程和机械加工的精准度要求进行科学合理的设计，要从夹具外形设计上考虑到夹具的使用方便性和夹具的清洁处理便益性要求，设计成为紧凑结构；当然最重要的当然还是夹具夹紧的力度，因为只有夹具夹紧力度的可靠，才能保证定位的准确和车床运转中不会出现震动或者松动。由于车床型号的特殊性或者生产条件的特殊性，在车床支架的夹具设计上有时需要设计专用的夹具，对于专用夹具的设计要根据车床加紧方案进行加工，然后再按照定位、加紧的工序进行加工。专用夹具对于质量是具有可靠的质量保证的，大多数的专用夹具设计都是为了提高质量，在当前车床支架加工的夹具设计上这种现象也是十分普遍的。总之，夹具的设计要结合车床支架机械加工工艺流程进行设计，确保支架机械加工的顺利进行，也确保投产后车床的顺利生产运行，保证加工产品的质量。

　　（1）色彩与功能统一。色彩设计时，要首先考虑色彩与机床功能的统一性，以加深操作人员对机床功能的理解，有利于机床功能的发挥并取得良好的效果。通过色彩可区分各部分的功能及各操作部位的快速识别。不同的色彩对人的眼球也会产生不同的视觉感受，同时用户在正常视域范围内，也会根据颜色的不同而发生变化，一般色彩的视域范围由小变大依次为：绿、红、蓝、黄、白。因此，在数控机床主体设计中，针对不同的操作装置，应根据不同的功能需求设置不同的颜色安排，以达到最佳的视觉效果。（2）人机协调。在人机工程理论的指导下，能实现数控机床的人性化设计，根据操作者的行为、能力、本能极限及其他特性来对数控机床进行设计，创造良好的人机互动关系，减轻操作者的疲劳感，体现数控机床对人性需求的关注。（3）适应环境。环境及气候条件在数控机床的操作中会影响到人的情绪，包括地理环境和车间环境。如根据色彩带来的心理感受，在气候条件长期寒冷的地区，色彩设计上应多采用纯度高、明度低的暖色，给人以热情和亲切感，反之应用纯度低、明度高的冷色系。（4）美学法则。在设计色彩时，要充分运用美学法则，如对比与协调、节奏与韵律、变化与统一等，使之成为一个有机的整体。良好的色彩设计给产品带来生气、稳定、亲切的感觉。系列化产品色彩设计时，还应考虑与其他系列产品主色调的一致性，保持企业产品整体的统一性和美观度。

　　（1）安全性。色彩不恰当的视觉搭配会给操作者的生理和心理带来不良影响，造成视疲劳、紧张和错觉。因此，数控机床的色彩不恰当容易造成误操作，易酿成大的工程事故，危及安全，反之提升产品的安全性、带来舒适感。（2）行业特色。数控机床色彩的行业特征鲜明，如电子技术的应用使得控制面板按钮较多，国家标准GB28931982规定：红色表示禁止、停止；蓝色表示指令必须遵守的规定；绿色表示工作正常、允许进行等。因此，在数控机床的色彩设计中，一些色彩应按《安全色》国家标准选定。由于我国数控机床的发展较晚，在色彩设计中还没有真正走进多元化的色彩潮流，从最初的绿色覆盖到现在大多选用1~2种色彩作为产品主要色，并且不会轻易变换，以维持企业产品的色彩识别性。因此色彩较单一且相对稳定成为我国数控机床的色彩特征。

　　数控机床的色彩设计是一个系统化的设计，经过前期调研与分析，结合数控机床的色彩特征和设计元素，展开设计定位，充分了解数控机床的色彩特征和色彩设计影响因素，最终得到合理的色彩设计方案。数控机床的色彩设计主要程序：数控机床的调研分析、色彩设计定位、色彩设计方案、色彩设计方案评估、产品色彩试制。

　　为使数控机床色彩设计更加科学地提高操作效率和安全性，满足操作人员的心理舒适度，并且和企业文化理念保持统一，通过发放问卷、走访工厂及体验操作等方法，针对数控机床的结构与功能特征、操作流程、人机界面、企业文化理念等四方面，对现有数控机床的色彩进行研究，发现存在的问题。

　　结合前期调研成果，以企业长期形成的色彩特色风格为基础，根据调研中发现的问题，结合色彩特征与科学的视觉理论，制订产品的色彩设计方向，并开展小组头脑风暴，确定主体和辅助色彩方向。

　　根据前期调研及色彩定位，以色彩设计理论为前提，结合数控机床的色彩影响因素，展开设计，提出设计构思和改良概念，制订2～3个草案，经过小组讨论，选出一个最佳方案制作色标。

　　数控机床色彩设计主要包括主体部分和辅助部分。主体部分主要有工作台、主轴传动装置、床身等，主体主要针对防护罩进行色彩设计。主体色调要求统一，特征突出，色彩不宜配置过多。辅助部分主要有防护罩上的厂标、商标、型号等。防护罩上的型号、厂标等色彩处理能起到细节点缀作用。但是，这些部件的色彩不能纷杂，面积不宜过大，而应简洁、醒目、生动，有较好的关注度。以某数控机床有限公司的一款全功能数控机床为例，应用数控机床的设计流程和色彩设计分析，对该款全功能数控机床色彩进行改良设计。经过对数控机床功能和区域划分的资料分析和实地体验，结合该公司的设计风格及公司文化背景，明确了改良设计的方向。综合知名品牌最新设计风格和色彩流行趋势，展开不同品牌之间的色彩对比，包括主体和辅助色彩的比例关系、明暗对比。

　　根据产品意向尺度法，对该企业产品色彩配置方式和色彩选用规律进行挖掘，结合该企业文化背景进行综合分析，进行色彩设计定位。该企业在国内发展一流，走国际合作路线，技术创新已达到了国内较高水平，在色彩的运用上，既要注重设计的科学性、合理性，又要注重装饰性。在产品主体设计及色彩选用中，以理性、稳重的黑、白色搭配作为主体色调，在辅助色彩设计中，选用绿色、作搭配。绿色视域范围较小，是蓝色和混合而成的中性色，介于兴奋和冷静两种感觉之间。是暖色系，可以使人兴奋。最终设计方案将黑色用于底座，突出产品的沉稳，而白色的视域范围最大，不易干扰视线，所以大面积用于防护罩。绿色点缀该企业节能的理念，商标文字处理以做搭配，在警示色中，以安全色为准则，有别于传统企业对数控机床的色彩选用。控制面板在数控机床中主要完成显示、程序编辑管理、系统输入等任务。为使控制面板得到高效、安全的操作，在控制面板的色彩设计中，用色块和线的形式对其进行区域划分。以蓝色和进行冷暖对比，突出识别性。

　　随着数控机床的普及，采用数控机床己成为机械制造业改革的主要方向，如何能高质量、高效率、低费用的培训操作人员成为亟待解决的问题之一。由于数控机床的教学比较抽象需要借助实验来加深对课堂知识的理解，生产用的数控机床一般价格都比较昂贵，软件也不是开放式的结构，无法用于学生的实验教学。因此设计一种功能齐全，结构简单，软件结构开放，低成本，且具有代表性的教学实验型微型数控机床可以满足教学实验的要求。

　　实验型微型数控铣床以开放式CNC体系为指导思想，在Windows98下开发系统的硬件、软件。本研究将用Delphi语言、Solidworks及Protel软件完成对该数控铣床整体结构的设计和控制系统的接口电路(IO/TIMER控制板)、驱动电路、有关外围电路、相应控制软件的设计。绘制出试验型数控铣床的虚拟样机，根据零件图，设计零件制造的工艺；在零件加工完成后，进行装配调试，完成微型数控铣床的制作。

　　微型铣床的机械部分是机床的主体部分，其设计计算主要包括：总体传动方案的确定，电机、主轴、丝杠的选取等。机械部分Solidworks虚拟制图如图1所示

　　本机床可以实现X轴、Y轴和Z轴三坐标联动。X轴、Y轴的进给是通过电机带动丝杠，丝杠又与螺母传动来实现。电机与丝杠的连接可以通过销钉来实现。在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做水平移动，从而带动工作台运动。论文参考网。Z轴的进给也是通过电机带动丝杠，丝杠又与Z轴螺母传动来实现。主轴套与Z轴螺母相连，在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做上下移动，从而带动主轴做上下运动。

　　经过分析，本三坐标数控系统决定采用单CPU结构(采用的控制PC机主频达到797MHz)。本三坐标数控铣床主要用于教学演示故对精度要求不是特别高，采用开环控制方式，用步进电机驱动输出，设计数控接口电路进行定时中断、脉冲输出以及开关量的输入输出。论文参考网。论文参考网。其数控系统硬件组成如图2所示[2－4]

　　本数控接口电路主要完成外部开关量的输入和步进电机的控制以及一些机床辅助功能的实现，性能优良、工作可靠。接口电路的结构如图3所示[5－6]。

　　为了输出脉冲去控制三个方向的步进电机，以及接收机床行程开关等开关量信号，在电路设计中设计了两片可编程接口芯片8255，可以对48点数字量进行I/O操作。但本微型数控铣床三坐标数控系统中仅用到了一片8255，另一片暂时未用，用于以后的功能扩展。使用的8255的 PA口、PB口、PC口均工作在基本输入输出方式。8255控制字格式如下：

　　在实时中断服务程序中，用8255经光电隔离向三个方向的步进电机驱动器输出控制信号，进而控制三个方向步进电机的运动，如图4所示。

　　型微型数控铣床具有体积小，价格低，功能完善，安全系数高，是三坐标驱动和生产型数控铣床工作原理相同，且具有开放的软硬件结构，基于以上的优点微型数控铣床将具有广泛的应用前景。

　　[3] 赵国勇，赵玉刚，赵福玲等．基于Windows98磁粒光整加工CNC系统的开发研究[J]．大连理工大学学报，2005,(1)：75-78

　　[6] 赵玉刚．具有图形编程和仿形编程功能的CNC系统软件[J]．大连理工大学学报，1999,(1)：120-122

　　目前，对理论教学的改革，更多地集中在传统教学观念，促进主动、开放、有效的教学方面。同时，我们也应该清醒地认识到理论教学不是尽善尽美，它本身也存在着一定的局限性。课程的理论环节占比例过重，理论教学改革收获并不大。

　　现有的实训场地缺乏，实验设备陈旧、缺乏数量，仅能满足基础型实验。实验设备资源对学生开放的有限性，限制了设计实验的开放和综合性实验，从而导致学生动手动脑的机会少，影响学生参与实践的主动性和积极性。

　　目前，理论教学普遍都是以理论试卷的形式去结束课程，成绩评定以笔试考试为主，造成理论与实践脱节，违背了本课程的教学目标，不能全面评价学生的真实能力，因而打击了部分实践动手能力强的同学的积极性，不利于对学生动手能力、创新能力的培养。

　　课程改革的主要目标是将理论和实践相结合，将原来以“课堂、教师、理论”为中心的模式变更为“理论知识、教师和学生、实践应用”，教会学生如何学习，培养学生良好的学习习惯，注重推行启发式教学。

　　结合检测应用专业学生“社会能力、方法能力、专业能力”目标结构为前提的技能型人才培养模式，对《机床电气控制技术》课程学习内容的关键知识点要进一步精选分解，制定更加具体的实施方案，将每章节知识点的精讲都相结合，让学生对关键的知识点能充分去了解。

　　《机床电气控制技术》这门课程相应的教材理论性知识较多，实训项目较少，学生们的学习集中能力差，理解能力、逻辑思维能力较差，畏难情绪高，总体水平参差不齐，两级分化明显。对此，本课程教改模式将改变原先单纯课堂教学的传统方式，结合以多种知识传授方法进行。1．视频观看法，让学生了解机床的外观、用途和工作方式以及在现实生活中的实际应用，激发起学生们对学习这门课程的好奇心。2．理论讲授法，让学生掌握各种低压电器元件、机床工作原理以及电气控制基本环节。3．游戏法，通过游戏的方式让学生加深巩固理论知识点。游戏过程中，学生们的表现往往比理论课堂中更加积极活跃，也能在短时间内把重点难点记下来，也激发了学生对本门课程的兴趣。4．实操法，培养学生独立动手、思考的学习能力，将掌握到的机床电气控制技术的理论知识更好地运用到实际操作。理论与实践相结合，重点突出，难点将透。5．参观现场法，通过现场参观机床实体，让学生更好地掌握机床的工作原理、操作方式和用途。6．设计法，学生分组完成设计题———设计未来的家，最后以PPT的形式进行汇报，重点是突出本组设计的特色。通过设计法，学生能将所学到的理论知识和实操知识相结合，运用到现实生活中。

　　本门课程要求学生做到以下几个方面:第一，课前预习法，让学生提前预习下节讲课的内容;第二，课上归纳法，每节课会抽一个学生上台发言，对上节课所学到的内容进行归纳;第三，课上提问法，在理论课程中，学生的集中能力差，容易走神，通过提问，让学生多思考，往往能提高学生学习注意力。第四，一帮一学习法，主要运用到实操项目中。第五，鼓励法，让学生对自己更加肯定，让学生体验成功的乐趣。为检验学生对《机床电气控制技术》课程知识真实的掌握运用能力，总评成绩包括课堂考勤、课后作业、课堂提问(占30%)，实验项目、设计成绩(占40%)，机床排故实训(占40%)。

　　对于以技能型人才培养为重点的机床电气控制技术课程的教学改革模式，基于上述实施方案，学生在掌握知识程度都有明显的提高:(一)以实践为主，提升学生的实际动手能力，培养学生的创造性思维，激发了学生的学习兴趣。通过本课程“教、学、评”一体化的教学改革，使该课程的教学水平达到了新的高度。(二)通过游戏法和设计法等教改活动的实施，学生对机床控制的相关知识都有明显改进，相关体系的拓展等综合能力都有显著的提升。(三)与教改前相比，学生对机床电气控制技术课程知识的学习主动性明显提高，完全改变了之前学习的被动局面，从期末考核情况来看，学生对该课程的掌握程度有明显提高。

　　数控机床技术在日常生产过程中，极大的提高了工厂企业的工作生产效率，解放了广大职工的双手，但是为了进一步地提高数控机床加工技术重要关键部件设计的可靠性和安全性，一般而言，加工设计人员在进行关键部位的部件产品设计的具体过程中，会对所有产品的性能要进行必要的评价，从而更近一步地对其进行一定的设计改进。数控机床中的关键部件就是主轴部件，主轴部件的动态性能好与坏直接影响着数控机床加工性能的优劣，所以说对主轴部件的动态特性进行一定的理论分析和研究具有着不可低估的现实指导意义。

　　在我国国内，近年来关于数控机床技术中卧式机床理论的研究还比较少，一些先进的理论技术经常是被国外所垄断的。因此，加快我国的数控人才培养和理论建设迫在眉睫。

　　目前，国内普遍应用的一套卧式数控车床技术就是BW60HS系列车床高速加工技术。而这套车床加工技术的设计、制造、维修技术及工具以及应用技术都完全来源于德国，机床部的一些关键零部件（如：电主轴、数控转台、滚珠丝杠、线性导轨、轴承、绝对式光栅尺测量系统、液压系统、系统、气动系统、数控系统及驱动控制系统、刀库等）均采用德国进口的一些国际知名品牌。BW60H系列高速卧式加工中心，具有高速度、高精度、高效率以及高可靠性的特点，是目前国内乃至国际上都遥遥领先的现代化数控机床技术，其技术用用极其广泛，它能够应用于仪表、摩托车、液压件、汽车、模具、航空等行业领域，更是加工箱体、壳体、阀体、连杆类零部件加工以及轴类零件端面加工的理想加工设备。

　　对于主轴部件的横态分析应结合所有能体现整个主轴部件的振动特性每一个阶的模态振型来进行展开。在开展这一项工作的时候，要求工作人员具备相当高的专业技术水准。对于每一步的技术操作都要求精确严密。因此，我们可以采取限制每一个弹簧外侧的硬点所有自由度的技术方式，通过对整个主轴部件进一步地采取模态分析的专业步骤来进行，这样的话，我们就可以得出主轴部件所有阶的无阻尼自由振动振型和固有频率。

　　德国的BW60HS 系列高速卧式加工中心的主轴组件主要包括同步带轮、传动皮带轮、主轴、液压卡盘和锁紧螺母。弹簧的建模步骤第一步就是在轴承的外圈建立4个相对比较均布的关键点位，然后再在内圈的具置再建立4个硬点位，连接这两个相应的硬点和关键点。第二步就是把这些链接直线划分成为不同的弹簧单元。在整个模型中通常都是在前支撑设有4根径向的弹簧，后支撑设计4根径向的弹簧，在前支撑一般都会设有4根轴向的弹簧，主要是用于模拟角的接触球轴承所承受的轴向力，所以共计就是12根弹簧。第三步再输入整个主轴部件材料的相关属性，这其中钢材料结构有液压卡盘、液压油缸和主轴，而皮带轮的材料一般都是选用铸铁即可。

　　对主轴及其组件的基本要求有很多，如旋转精度、刚度、精度保持性、耐磨性、抗震性、温升和热变形等等，本文仅仅就其中的旋转精度和刚度进行一下技术分析。

　　主轴部件在工作过程中的旋转精度的准确性，是对卧式数控机床生产出合格产品的硬性技术要求，主轴部件设计工作者要格外重视设计工作过程中的旋转精度问题，务必保证设计出来的产品，符合各项技术指标的要求。旋转精度主要取决于主轴、支承轴承、主轴箱上轴承孔等的制造、装配和调整精度。显然，若要保证主轴组件的旋转精度，则必然对主轴支承轴颈的圆度、轴承滚道及滚子的圆度、主轴及其上的回转零件的动平衡度、止推轴承的滚道及滚动体的误差以及对主轴的主要定心面的径向跳动和轴向窜动等提高较高的整体要求。

　　考察研究卧式机床主轴部件的刚度情况，可以很好地了解整个机床工作过程中的各项技术参数，为保持整个车床稳定健康的工作状态有着极其重要的影响。在进行此项技术操作的过程中，工作人员应该充分把握好实施力度，做到精确、精准、精细。

　　主轴组件的刚度，实际上是主轴轴承轴承座孔等的综合反映，主轴自身的结构形状和尺寸、滚动轴承的配置形式、背靠背，面对面，同向，混合等，数量，类型，预紧等都将直接影响其刚度，为了保证足够的刚度，通常尽量使主轴前端的悬伸量缩短，主轴直径增大，并通过计算求出支承轴承间的最佳跨距，进行预紧，采用合理的轴承及其相应的配置形式等措施，然而尽管如此，如果以上因素中的任和一项因素发生变化或者工作情况不合理，那么这也都将必然导致对产品进行加工的质量水平的下降，从而影响产品的整体合格率。

　　根据主轴部件的正弦激振的结果，我们可以得出曲线N的激力的共同作用之下的速度响应曲线个小峰值，出现这种情况的原因可能是因为机床的前支撑轴承预紧出现了间隙，理论上应该出现的是一个大峰值，对应整个主轴前端的液压卡盘的摆动。参考波峰两边的曲线具体走向，一阶的共振频率一般都在400Hz左右，而10N激振力的共同作用之下的响应是35dB，0dB所对应的振动具体速度值是0.1mm/s。这个时段，动柔度：动刚度：F/D=5.528N/μm；D/F=0.1809μm/N。

　　在对主轴部件进行检验试验工作过程中，设计工作人员通过对部件有限元的分析，研究了弹簧的阻尼单元的整体分布方式对整个分析结果的影响力和影响效果。建立了部件和主轴的有限元模型。通过选用弹簧的阻尼单元进行模拟轴承部分的约束，进一步分析了BW60HS系列高速卧式加工中心的主轴部件的动态特性；结合其动态激振试验，模态分析的所有阶试验值和固有频率值都比较接近，误差有效地控制在了10%之内，谐响应分析中前两阶动刚度值是和试验相吻合的，误差还不到5%，从而验证了有限元分析结果的准确性。

　　综上所述，通过对数控机床技术中的卧式机床主轴组件的优化设计技术的讨论分析，可以很清楚的看到，主轴组件的优化设计研究工作对于提高机床整体运行效果和安全性有这极其重要的客观性作用。因此，对于如何做好主轴部件的优化设计工作，对于目前国内的设计人员来说，是一个非常值得深思的课题。

　　数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），它是用计算机按事先存贮的控制程序来实现对机械零件自动化。随着我国经济、科学技术的发展，以及《中国制造2025》和工业4.0标准的制定，我国机械制造业正逐步由加工组装基地向加工自动化蜕变。数控加工技术以及高效、可靠、高速、高精度以及自动化等特点，备受制造业企业的亲睐[1]。

　　《数控车床》是本科院校机械类专业的一门专业必修实训课程，它把理论知识与实践应用相结合，涉及到金属工艺学、机械制造、机械制图、AutoCAD等多学科专业知识，以培养学生动手能力为目标，致力于培养满足市场需求的数控应用型、技能型人才[2]。

　　本文结合机械类专业学生《数控车床》实训课程教学经验以及企业用人的实际情况，对《数控车床》实训教学经验进行分析和探讨，总结了《数控车床》实训课程的特点，提出了相应措施和解决方案，从而使学生能够扎实掌握数控车床操作技能，满足企业生产实际需求。

　　当前，我国本科院校机械类专业的基本培养目标是面向科学技术发展及社会主义现代化建设需要，培养具备信息技术、自动化技术方面的基础理论、应用方法与专业技能，在设计制造行业的生产和研究一线从事机电产品设计制造、机电系统研究开发、技术运用与改造、运行管理和经营销售的高级工程研究型及工程应用型人才。这就要求机械类专业的毕业生不但具有有较高文化素养、创新意识以及职业道德，而且具有全面的专业知识、扎实的基本功与实践操作能力。《数控车床》实训教学大纲要求学生能熟练掌握数控加工编程与数控加工工艺，熟练操作设备。企业要求数控专业人才更应具备零件与图纸的辨识与设计能力，能书写复杂的各类复杂的数控加工文件。同时，应具有较强的实践操作能力，会合理利用新型刀、夹具、量具并结合CAD/CAM技术进行一般零件的制造，能独自操作机床，掌握数控机床的维修与养护。另外，作为现代化人才，应实时跟进数控加工技术发展，终身学习以适应职业发展的要求。

　　计算机数控仿真是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术。该技术面向实际生产过程的机床仿真操作，加工过程三维动态的逼真再现，能使每一个学生，对数控加工建立感性认识，可以反复动手进行数控加工操作，有效解决了因数控设备昂贵和有一定危险性，很难做到每位学生“一人一机”的问题，在培养全面熟练掌握数控加工技术的实用型技能人才方面发挥不可替代作用。当前国内较为流行的仿真软件有北京斐克VNUC、南京宇航Yhcnc、上海宇龙等数控加工仿真软件。这些软件一般都具有数控加工过程的三维显示和模拟线 当前数控加工课程的现状

　　《数控车床》实训课程以数控车床为研究对象，内容包括数控技术的理论基础、实践操作等方面。《数控车床》集多学科技术于一身，包括机、电、液、控制、自动化等多个领域，在机械制造、自动控制、微电子技术以及计算机等方面应用非常广泛。

　　《数控车床》实训课程与生产实际紧密联系，以培养学生的动手操作能力为主要目标，学生首先要系统、全面地掌握相关理论知识，然后经过实际动手训练，才能具备一定的实践操作能力。在教学过程中，实训指导教师要不断对教学理论、教学方法进行研究，不断改进和优化教学中存在的问题，实训才能取理想的效果

　　随着国内经济的高速发展，学习先进制造设备的学生越来越多，本校现有数控车床4台，然而购买一台数控车床设备要花几万、十几万、甚至几十万，现有仪器设备无法同时保证《数控车床》实训课程的正常秩序。

　　《数控车床》实训课程对于没有受过专业技能培训的初学者来说，从理论学习到实际操作，学生要经历从心理到肢体的适应阶段，无形当中在学生的心理压力。另外，由于车床结构及操作的复杂性给学生熟练操作数控机床增加了难度，加之机床高速旋转零件多等因素，有很大的危险性。

　　数控仿真软件是一种以计算机为中心的模拟数控机床操作的软件。随着计算机的普及，价格也越来越便宜，一台数控车床价格可以购买多台计算机，有效的降低了设备成本。数控仿真软件是属于一次性投入的教学设备，没有类似于数控机床设备的后期维修、保养等费用，有效的减少了学校教育成本的后期投入。在传统的数控教学方式中由于数控设备有限，通常是一台数控机床由几名学生一起操作。这种教学方式不利于学生对知识的理解及掌握。采用数控仿真软件教学后，每一位学生操作一台计算机，有助于学生独立的思考问题、解决问题，提高了学生动手、动脑的能力。

　　《数控车床》是一门实践操作性强的实训课，要求学生有较强的实践动手能力，因此学生在学习的过程中必然消耗大量的实验耗材。刚开始学习，由于学生对知识掌握不牢靠、经验不足等原因，增加了消耗实践耗材量，更有可能出现撞刀，对机床也造成了一定的损坏，并且相应的也增加了老师的工作量和学生的学习时间。采用数控仿真软件教学后，学生可以利用软件进行编程、对刀、模拟、仿真等操作。在实习操作前预先进行模拟操作，有效的减小错误、防止失误，减少实践耗材的消耗，同时也增加了学生学习的自信心。

　　数控仿真软件学习是依靠计算机普及发展而诞生的新思路，是理论与实践相结合的一种教学模式，是对传统教学模式的改革。教师在教学过程中，应当注意切勿脱离实际教学，学生在学习的过程中应当注重实践。将数控仿真软件融入到数控教学中，降低教学成本，提高了办学质量，适应了新时代的发展，增强学校的综合竞争力。

　　平均无故障时间:平均无故障时间指的是可修复性较高产品,相邻两个故障期间工作时间的平均值,简称为“MTBF”,能够较为准确的衡量出数控机床的可靠程度,具体数值一般体现在产品标准中。一般来说,国外数控加工设备的MTBF为5000h~22000h,这是国产数控系统所无法比拟的该项指标主要反映的数控机床的无故障参数。故障指的是数控机床无法实现规定功能,平均无故障工作时间能够准确的反映出在无故障情况下数控机床正常工作周期,

　　平均修复周期平均修复周期:指的是数控机床从发现故障到恢复到规定功能期间的时间周期,与上述评定指标正好相反,其计算的是数控机床故障停留时间参数,英文缩写为“MTTR”。它包括确认系统故障发生的时间参数,数控机床维护时间、维护准备时间,维修团队响应时间、设备重新投入使用时间等。可见,平均修复时间周期的参数大小不仅与产品本身设计参数相关联,与设备的使用方式、维修水平、维护准备充足性也有一定联系。

　　数控机床的可靠性并不是根据相关参数的运算推理得出的,而是产品本身所固有的特性,即便数控机床的可靠性可以通过零部件以及元器件的故障率参数加以评定,但是所得出的结论并不一定与数控机床真实运行状态相符,其中存在着设计与实际制造的差距,在数控机床零部件制造以及装配过程中避免不了会出现一定的误差,此时数控加工设备的可靠性设计参数不再准确。此外,对于数控机床零部件以及元器件的故障率数据库也存在着数据不足的缺陷,以现有的技术水平还不能够制造出与可靠性设计的理论水平一致的产品。影响数控机床可靠性的因素可以归结为数控机床的规定使用条件、数控机床规定使用时间,数控机床规定使用功能,数控机床各个组成部分的参数影响等等。

　　一件产品只有合理的加以利用才能够真正的发挥效能,数控加工设备亦是如此,只有在使用,安装过程中依照相关的执行标准才能够维持其稳定性,数控机床可靠性的价值才能够得以体现。不正确的参数设置、不完善的逻辑控制程序均能够影响数控机床的使用性能,进而能够影响数控机床的可靠性,因此正确合理的运用数控机床的系统,按照相关标准设定参数,并考虑到数控机床内部结构与参数之间的关系是提升数控机床可靠性的基本条件。

　　数控机床的可靠性与PLC控制的自动化程度、伺服驱动装置、配套功能部件、电气元件、检测元件的质量性具有密切的联系。选择功能全面,稳定性较高的数控机床控制系统是保证数控机床可靠性的基础,目前市面上主流应用的PLC控制系统包括FANUC系统、西门子系统等,这些系统均由国外厂商设计完成,其控制功能较为完备,且自身的可维护性也较高。

　　作为数控机床的使用者,应该及时将设备的运行状态反应到数控机床的制造厂商,方便于产品设计单位对设备运行状态的数据收集,进而也为数控机床的更新改造提供一定的数据支持。如数控机床每次出现故障,其中不仅包括外界环境的影响以及人为因素,也存在着产品本身的设计问题。因此,只有将数控机床的维修信息以及运行数据及时得以反馈,才能够促使数控机床的功能更为完善,这也是提升数控机床可靠性的关键。

　　随着科技的发展，动态设计的广度与深度正发生变化，总体上分为以下三个方向：（1）就广度而言，由狭义的向广义的方向发展；（2）就深度而言，由传统的动态优化设计向深层次的动态优化设计发展；（3）就内容而言，从一般机械的动态设计扩展到包括振动机械在内的动态设计[2]。

　　深层次的动态优化设计主要是以非线性动力学理论为基础，使产品能够获得优良的结构性能，研究内容包括以非线性动力学理论为基础的动态设计和以非线性可靠性理论为基础的机器及其零部件可靠性设计。

　　动态优化设计是机械设计内容中最重要和最具广泛性的问题。而目前机械设计中，以静态设计为主，或采用传统动态设计方法。但这对大型机械装备来说，这远远不能满足需要的。对重大机械产品设备进行深层次的动力学设计，引入非线性动力学理论与方法，是十分必要的[3]。

　　振动机械是泛指利用振动原理而工作的机械，它是化工、冶金、建筑等领域常见的设备，虽种类繁多，但基本工作原理相同[4]。随着振动机械向大型化发展，对机械性能的要求越来越高。例如对冶炼设备中的关键设备—— 振动筛的动负荷的要求随即增大，所以在振动状态下常会引起筛体结构强度和刚度不足，导致筛体变形过大，甚至使筛体出现断梁、侧板断裂等故障，造成严重后果。以往对这种设备结构上的不合理设计可能引起的故障缺少测试手段，因此往往在故障发生后才被重视，造成难以挽回的损失。随着振动机械性技术的发展和社会对振动机械要求的不断提高，传统的动态优化设计方法已经不能满足要求，以非线性理论为基础的深层次动态优化设计理论的研究和应用将会成为振动机械领域的主流方向。

　　现代机床要求高的加工精度和表面质量，并具有高的生产率。由于加工过程存在各种振动，机床主轴受迫振动的干扰力主要来自轴上不平衡旋转零件所产生的周期变化的惯性力和不均匀切削时时变的切削力。机床运转时，由于强迫干扰谐振力引起主轴上工件或刀具切削部位的振幅等，使加工过程达不到预定的加工精度和表面质量[5]。

　　在机床设计方面，优化设计方法也得到了应用，取得了一定的成果。在国外，Michigan大学的T.jiang和M.Chiredast[6]在应用有限元法和动态分析的基础上，提出一种数学模型来床结构的联结形式，建立整机的模型并对机床结合面的联接件的位置和数量进行优化设计。在国内，西安交通大学张波、陈天宁[7]等在ANSYS环境中建立了机床主轴部件的有限元动力学模型，并对主轴部件进行了静、动态特性的计算和动态优化设计。他们建立了简化的有限元动力学模型，在ANSYS中分析其前8阶的模态频率，确定动态优化设计的目标，然后设计和修改主轴的结构使之达到预期的动态特性。

　　随着技术的进步，社会对机械零部件的加工精密度要求越来越高，深层次动态优化设计的应用空间也将越来越大。

　　随着社会的进步，生活水平的提高，人们对交通工具的要求也越来越高，这体现在对交通工具乘坐舒适性、安全性、外观的美观性等。

　　目前，我国大力发展高速列车的研究和使用。据报道，2010年5月27日，新一代高速列车“和谐号”380A首辆车在长春下线km。对于高速列车这样的复杂系统，传统的动态优化设计方法已经失去了作用，深层次动态优化设计法成为了必然的理论基础。

　　在汽车领域，汽车在行驶时，路面的不平度会引起汽车的振动。为提高汽车的平顺性，减少其振动，一方面要改善路面质量，减少振动的来源；另一方面要求汽车对路面不平度有良好的隔振特性。车辆的减振一般有三个环节，即轮胎、悬架和座椅，其中，起重要作用的是由弹性元件和阻尼元件构成的车辆悬架系统。而车辆悬架系统是典型的非线性模型，只有利用深层次动态优化设计法才能建立其准确的模型。

　　本文对深层次动态优化设计理论的研究内容及意义进行了分析，并通过在振动机械、机床、交通工具等典型领域为例，介绍了深层次动态优化设计的应用现状。

　　在过去的这些年里，深层次动态优化设计理论的研究已经取得了很大的进步，也有了很多比较成功的应用实例。但是科技是不断向前进步的，对机械设备各方面性能的要求也越来越高，深层次动态优化设计理论依然有待于完善，其应用前景将会更加光明。

　　[1] 闻邦椿，韩清凯，姚红良，等.产品的结构性能及动态优化设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

　　[2] 陈新，贾玉兰，等.机械结构动态设计理论方法及应用[M].北京：机械工业出版社，1997.

　　[3] 李小彭.面向产品广义质量的“1+3+X”综合设计法及其应用研究[D].沈阳：东北大学，2005.

　　[4] 孙伟，韩清凯，闻邦椿，等.可视动态设计法在振动机械设计中的应用[J].第十一届全国机械设计年会，机械设计，2005（增刊）：41-42.