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0 引言

現(xiàn)代數(shù)控加工中心傳動(dòng)系統(tǒng)的核心是主傳動(dòng)系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的加工中心主傳動(dòng)采用的是有級(jí)傳動(dòng)。技術(shù)的升級(jí)改良，數(shù)控加工中心加工主傳動(dòng)系統(tǒng)也不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)有級(jí)傳動(dòng)向無(wú)級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)變。時(shí)代的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，意味著機(jī)械加工對(duì)主軸無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)要求更為多元，機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)理想化的傾向更明顯，在進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)主要技術(shù)參數(shù)和特性參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，做好主傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究與設(shè)計(jì)。現(xiàn)代數(shù)控加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究具有現(xiàn)實(shí)必要性。只有加強(qiáng)其主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能確保現(xiàn)代數(shù)控加工中心的穩(wěn)定運(yùn)作。

1 現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成

現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)由工作臺(tái)、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、滾動(dòng)導(dǎo)軌、伺服電機(jī)組件構(gòu)成，在設(shè)計(jì)優(yōu)化中，其智能化趨向更明顯，數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)，通過(guò)準(zhǔn)確收集實(shí)際的數(shù)據(jù)，建構(gòu)起專家分析系統(tǒng)，提供設(shè)計(jì)決策支持，借助計(jì)算機(jī)編程帶動(dòng)主傳動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)。其中機(jī)構(gòu)計(jì)算模塊是核心，主要負(fù)責(zé)主傳動(dòng)系統(tǒng)每個(gè)零件的分析與計(jì)算，為系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)作提供支持。而參數(shù)變量區(qū)域主要存儲(chǔ)于系統(tǒng)計(jì)算各個(gè)變量之中，為了確保系統(tǒng)計(jì)算的準(zhǔn)確性。而專家系統(tǒng)主要服務(wù)于設(shè)計(jì)過(guò)程中的智能化決策。例如計(jì)算方程式的選擇，計(jì)算參數(shù)的明確，計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)分析與校對(duì)等，對(duì)應(yīng)的是結(jié)果輸出和分析模塊、用戶操作界面等都是現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)與用戶信息交流的界面。

具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是分析計(jì)算及綜合決策的過(guò)程，其主要負(fù)責(zé)兩項(xiàng)工作，分別是數(shù)值的計(jì)算和分析決策。本質(zhì)上，現(xiàn)代數(shù)控加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)是小型的專家系統(tǒng)。而其對(duì)應(yīng)的兩大功能主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)完成。首先來(lái)說(shuō)知識(shí)庫(kù)，其存儲(chǔ)著專門性的知識(shí)， 分事實(shí)和規(guī)則兩部分，現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)知識(shí)既可以以數(shù)據(jù)庫(kù)形式獨(dú)立出現(xiàn)，也可以與其他的推理規(guī)則融合于程序源代碼展現(xiàn)。功能型知識(shí)和性能表述知識(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有工作數(shù)據(jù)表、滾珠絲杠數(shù)據(jù)表、聯(lián)軸器數(shù)據(jù)表、滾動(dòng)導(dǎo)軌數(shù)據(jù)表、滾珠絲杠慣量數(shù)據(jù)表和電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)表。該部分知識(shí)主要基于機(jī)床通用零件部件規(guī)格。而以程序源代碼形式存放的知識(shí)，重點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件計(jì)算過(guò)程中計(jì)算公式中的參數(shù)，該部分知識(shí)具有零散和多元性的特點(diǎn)，這意味著其參數(shù)的整理和有效歸類具有難度。因此其被放置在程序源代碼中。其次是另一構(gòu)成推理機(jī)。推理機(jī)顧名思義就是開(kāi)展正向推理的。系統(tǒng)能基于用戶的信息需求，積極尋找知識(shí)庫(kù)中與之對(duì)應(yīng)的規(guī)則，如果匹配成功，則該知識(shí)元的結(jié)論部分作為中間結(jié)果，中間結(jié)果重復(fù)知識(shí)庫(kù)規(guī)則匹配，直到找到后的結(jié)論。知識(shí)存放方式的差異，對(duì)應(yīng)的推理機(jī)推理手段也有差異。存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換與協(xié)調(diào)，當(dāng)前應(yīng)用比較成熟的是微軟公司的應(yīng)用程序接口，主要負(fù)責(zé)關(guān)系和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。應(yīng)用程序接口也是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)操作有效和直接的辦法。

2 高低檔兩斷變速傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算與分析

現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)有高低檔變速之分，但其分析計(jì)算是一致的。在進(jìn)行現(xiàn)代數(shù)控加工中心機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)， 一般是基于產(chǎn)品定位、產(chǎn)品用途、產(chǎn)品技術(shù)需求等要素進(jìn)行綜合性的判斷與分析，確定主電機(jī)的功率及額定轉(zhuǎn)速， 明確主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速高值和大扭矩參數(shù)，這些參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行作為下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考。因?yàn)椴捎脙蓹n傳動(dòng)方式，會(huì)出現(xiàn)一定速度范圍內(nèi)功率損失的現(xiàn)象， 產(chǎn)生功率缺口，我們無(wú)論是高檔還是抵檔的運(yùn)作都要關(guān)注功率缺口的問(wèn)題。低檔減速比計(jì)算公式為：i1=Mm/μMd0。其中:i1 是低檔減速比，Mm 是主軸大扭矩，Md0 是主電機(jī)額定扭矩，μ 是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械效率。高檔減速比計(jì)算公式為：i2=nsm/nm，其中 i2 是高檔減速比，nsm 是電機(jī)使用高轉(zhuǎn)速。nm 是主軸高轉(zhuǎn)速。參數(shù)的有效分析與確定。通過(guò)低檔減速比和高檔減速比計(jì)算公式的分析，我們接下來(lái)要做好參數(shù)的綜合分析與確定工作。通過(guò)公式我們可以看出各技術(shù)參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系，其主要服務(wù)于設(shè)計(jì)參數(shù)選擇，技術(shù)特性分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。在參數(shù)分析與確定上，低檔減速比對(duì)機(jī)械特性的影響明確是第一步。可以看出低檔減速比計(jì)算公式，取決于主軸和電機(jī)的大扭矩。主軸扭矩和低檔減速比呈正相關(guān)關(guān)系。而低檔減速比與主軸額定轉(zhuǎn)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，低檔減速比增大，功率缺口加大，因此我們建議選擇較大的低檔減速比，可以確保較大的主軸大扭矩和恒功率范圍的取得，但大不能太大，規(guī)避功率缺口損失。正常情況下，現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)低檔減速比控制在 3.5-5 更理想，并且要具體情況具體分析。第二步是高檔減速比對(duì)機(jī)械特性影響的明確。我們認(rèn)為高檔減速比與功率損失存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)高檔減速比增大，而功率缺口轉(zhuǎn)速下降，一般認(rèn)為高檔減速比有利于機(jī)械良好特性的保持。但是有特殊情況，當(dāng)主軸高轉(zhuǎn)速在一定的情況下，高檔減速比增大，那么電機(jī)使用高轉(zhuǎn)速也非常大，選擇多大的高轉(zhuǎn)速依然要根據(jù)實(shí)際情況分析判斷。建議選擇高檔減速比為 1-1.5，其經(jīng)濟(jì)性能。第三步是功率缺口的分析。當(dāng)明確了主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸的高轉(zhuǎn)速和高低檔減速比的關(guān)系后，大的高檔減速比和小的低檔減速比功率大，功率缺口小。而高檔減速比對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和加工精確度要求高，低檔減速比小也會(huì)導(dǎo)致主軸大扭矩和恒功率范圍的縮小，不利于數(shù)控加工中心正常作業(yè)。如何處理這一矛盾問(wèn)題，我們可以嘗試加大主電機(jī)的額定功率，降低功率損失，帶來(lái)加工成本的提升。所以在多數(shù)情況下，我們是允許有功率缺口與的，但要控制在合理范圍內(nèi)。一般建議控制在 1.2-1.5 之間，特殊情況下可以特殊對(duì)待，適當(dāng)調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控加工中心在機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)及數(shù)控加工等方面發(fā)揮重要作用，而數(shù)控加工中心功能的發(fā)揮主要在于主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。加強(qiáng)對(duì)數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究，基于當(dāng)前更趨明顯的智能化設(shè)計(jì)傾向，做好其智能化的設(shè)計(jì)優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)就高檔和低檔減速比對(duì)機(jī)械運(yùn)作的影響分析，在明確低檔減速比與功率缺口的正相關(guān)關(guān)系和高檔減速比與功率缺口的負(fù)相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，就數(shù)控加工中心主傳動(dòng)高低檔減速比的控制提出了有效建議，將作為后期現(xiàn)代數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的參數(shù)參考，推動(dòng)數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的性能提升和優(yōu)化。