【正文】 選取有利的截面形狀 ② 設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋 ③ 選擇合理的壁厚 ④ 選擇合理的結(jié)構(gòu)以提高聯(lián)接處的局部剛度和接觸剛度 ⑤ 提高阻尼比 ⑥ 用模擬剛度試驗(yàn)類(lèi)比法設(shè)計(jì)支承 ⑦ 支承件的結(jié)構(gòu)工藝性 、支承件 焊接支承件的設(shè)計(jì) ① 采用減振接頭 ② 為了制造方便，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免圓角。 ③ 布置焊接支承件的筋板，除局部截面考慮強(qiáng)度外，主要從剛度的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 、支承件 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 1）主傳動(dòng)裝置多采用無(wú)級(jí)變速或分段無(wú)級(jí)變速方式，可利用程序控制主軸的變向和變速，主傳動(dòng)具有較寬的調(diào)速范圍。 2）進(jìn)給傳動(dòng)裝置中廣泛采用無(wú)間隙滾珠絲杠傳動(dòng)和無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)，利用貼塑導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌來(lái)減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦力，提高傳動(dòng)精度。 3）床身、立柱、橫梁等主要支承件采用合理的截面形狀，且采取一些補(bǔ)償變形的措施，使其具有較高的結(jié)構(gòu)剛度。 4）加工中心備有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置，可進(jìn)行多工序、多面加工，大大提高了生產(chǎn)率。 、數(shù)控機(jī)床的支承件 1）在抵抗受力變形方面 圖 a為某加工中心的床身結(jié)構(gòu)，在其箱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部有兩條斜筋支承導(dǎo)軌，形成三個(gè)三角形框架，從而獲得較高的靜剛度和較好的抗振性。圖 b是數(shù)控車(chē)床床身截面，采用封閉箱形結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部有加強(qiáng)筋，具有很高的剛度。床身呈傾斜狀便于排屑和裝卸工件。圖 c是在床身底座腔內(nèi)填充混凝土來(lái)增大阻尼，從而提高其動(dòng)剛度，減小振動(dòng)。 (a ) ( b ) (c ) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2） 在抵抗受熱變形方面 為了減小因支承件受熱變形而產(chǎn)生的加工誤差，可采取減小熱源法、均勻熱量法、采用熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)等措施。 (a)數(shù)控立式銑床電機(jī)采用隔熱罩 (b)雙立柱結(jié)構(gòu)減小熱變形 圖 a是采用隔熱罩隔離熱源來(lái)減小熱源的影響。圖 b則是采用熱對(duì)稱(chēng)雙立柱結(jié)構(gòu)來(lái)減小熱變形引起的主軸軸線(xiàn)的位置變動(dòng)量，從而保證主軸的工作精度。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 、數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 主傳動(dòng)及變速 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)廣泛采用無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，用交流調(diào)速電機(jī)或直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，且傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)件少。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類(lèi)型與大小，其主傳動(dòng)主要有以下三種形式 ① 帶有變速齒輪的主傳動(dòng) ② 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) ③ 由主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng) 主軸部件 主軸部件是機(jī)床的重要部件之一，其精度、抗振性和熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接影響。特別是數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中不進(jìn)行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴(yán)重。數(shù)控機(jī)床主軸部件在結(jié)構(gòu)上要解決好主軸的支承、主軸內(nèi)刀具自動(dòng)裝夾、主軸的定向停止等問(wèn)題。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 電主軸 電主軸是 “ 高頻主軸 ” （ High Frequency Spindle）的簡(jiǎn)稱(chēng)，有時(shí)也稱(chēng)作 “ 直接傳動(dòng)主軸 ” （ Direct Drive Spindle），是內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元。 1）電主軸的結(jié)構(gòu) 如圖所示，電主軸由無(wú)外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過(guò)冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制， 而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測(cè)速、測(cè)角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。 無(wú)外殼電機(jī) 主軸 主軸驅(qū)動(dòng) 模塊 軸承 軸承 主軸冷卻 裝置 主軸單元?dú)んw 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2）電主軸的軸承 目前電主軸采用的軸承主要有陶瓷球軸承、流體靜壓軸承和磁懸浮軸承。 3）電主軸的冷卻 采取強(qiáng)制循環(huán)油冷卻的方式對(duì)電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過(guò)油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。 4）電主軸的驅(qū)動(dòng) 當(dāng)前，電主軸的電動(dòng)機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動(dòng)時(shí)要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因而啟動(dòng)電流要超出普通電機(jī)額定電流 5~7倍。其驅(qū)動(dòng)方式有變頻器驅(qū)動(dòng)和矢量控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩種。 5）電主軸的基本參數(shù) 電主軸的基本參數(shù)包括：套筒直徑、最高轉(zhuǎn)速、輸出功率、轉(zhuǎn)矩和刀具接口等，其中套筒直徑為電主軸的主要參數(shù)。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給包括直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)給，不論是直線(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)還是旋轉(zhuǎn)進(jìn)給系統(tǒng)，目前仍以“伺服電動(dòng)機(jī) +機(jī)械傳動(dòng)鏈”為主導(dǎo)，但是這種傳統(tǒng)的進(jìn)給系統(tǒng)存在剛度低、傳動(dòng)誤差大、傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低等問(wèn)題，已很難滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床向高速加工方向發(fā)展的要求，因而近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在研究開(kāi)發(fā)直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的直線(xiàn)電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的力矩電機(jī)，并已獲得應(yīng)用。 （一）直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng) 1）直線(xiàn)電機(jī)的工作原理 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的電力傳動(dòng)裝置。其工作原理類(lèi)似于相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)上則可看作是由相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向切開(kāi)，拉直演變而成。它可以省去大量中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，加快系統(tǒng)反映速度，提高系統(tǒng)精確度，所以得到廣泛的應(yīng)用。 工作原理： 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 分類(lèi)及特點(diǎn)： 直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)按原理分為直流直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)、交流直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)、直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流直線(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)。以前 3種應(yīng)用較多。 直流直線(xiàn)電動(dòng)機(jī) 直流供電的直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)。由一套磁極和一組繞組構(gòu)成。繞組中的電流有的通過(guò)電刷和換向片結(jié)構(gòu)引入，稱(chēng)刷型；有的不經(jīng)換向器和電刷，直接用導(dǎo)線(xiàn)引入，稱(chēng)無(wú)刷型。直流直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上還可分為動(dòng)極式和動(dòng)圈式兩種。直流直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)由于推力與電樞電流成正比，速度與電樞電壓成正比，故具有良好的線(xiàn)性控制特性，它與閉環(huán)控制系統(tǒng)配合，可以進(jìn)行精密的調(diào)節(jié)和控制，適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如計(jì)算機(jī)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的磁頭定位系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 交流直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī) 由旋轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)。其工作原理和旋轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)相同。主要由原邊和副邊兩部分組成，嵌有線(xiàn)圈的部分為原邊。當(dāng)多相繞組中通入電流后，電機(jī)氣隙中就產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)行波，切割副邊的導(dǎo)體而感生電流。此電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力使原邊和副邊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)可以做成原邊固定、副邊可動(dòng)的短副邊型和副邊固定、原邊可動(dòng)的短原邊型兩種結(jié)構(gòu)。短原邊型所用線(xiàn)圈數(shù)量少，比較經(jīng)濟(jì) ,應(yīng)用較多 。短副邊型常用于金屬物體的投射。直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)常在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中作為操作桿的動(dòng)力，用它操作自動(dòng)門(mén)窗、自動(dòng)開(kāi)關(guān)和閥門(mén)以及各種機(jī)械手，也可用于電氣鐵路高速列車(chē)的牽引和魚(yú)雷發(fā)射等。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 作直線(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。按其電磁推力產(chǎn)生的原理可以分為反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式兩大類(lèi)。 ①反應(yīng)式直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：其定子是一條開(kāi)有均勻齒槽的導(dǎo)軌 ,動(dòng)子是一個(gè)繞有三相繞組的 E形鐵心。每個(gè)鐵心柱上都開(kāi)有和定子齒距相等的齒槽，且各相鐵心柱上的齒槽相對(duì)于定子齒槽依次錯(cuò)開(kāi) 1／ 3齒距。如果輸入三相繞組電脈沖的順序依次為 A→ B→ C→ A，則動(dòng)子就會(huì)向左作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。如果通電順序改為 A→ C→ B→ A，則動(dòng)子就向右作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。在結(jié)構(gòu)上也可以把 E形鐵心固定，讓齒條作為動(dòng)子。齒條的運(yùn)動(dòng)將與上述運(yùn)動(dòng)方向相反。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) ② 永磁感應(yīng)子式直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：定子由軟鐵材料制成，上面銑有均勻間隔的齒槽；動(dòng)子由永久磁鐵加上兩個(gè)帶齒的電磁鐵組成。兩個(gè)電磁鐵上的齒相互錯(cuò)開(kāi)一定距離。在電磁鐵線(xiàn)圈不通電時(shí)，動(dòng)子位置由永久磁鐵決定。而在兩個(gè)電磁鐵按一定順序輪流通電時(shí)，將使動(dòng)子以一定齒距作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。如果對(duì)兩個(gè)電磁鐵不是輪流通電，而是使其中的電流一個(gè)按正弦變化，一個(gè)按余弦變化 ,則可使動(dòng)子運(yùn)動(dòng)平滑 ,步距很小。其步距（位置）分辨率可以達(dá)到 。在要求高精度定位的場(chǎng)合，例如繪圖儀、磁頭定位機(jī)構(gòu)、激光定位器和數(shù)控系統(tǒng)中得到較多的應(yīng)用。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 直線(xiàn)電機(jī)的應(yīng)用： 應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，這類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)合比較多； 作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 應(yīng)用在需要短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)能的裝置中。高速磁懸浮列車(chē)磁懸浮列車(chē)是直線(xiàn)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等國(guó)都在研制直線(xiàn)懸浮列車(chē)，其中日本進(jìn)展最快。直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯世界上第一臺(tái)使用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯是1990年 4月安裝于日本東京都關(guān)島區(qū)萬(wàn)世大樓，該電梯載重 600kg，速度為 105m/min，提升高度為 。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無(wú)鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導(dǎo)技術(shù)的直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，線(xiàn)圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車(chē)一樣，采用無(wú)線(xiàn)電波或光控技術(shù)控制。超高速電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)超過(guò)某一極限時(shí)，采用滾動(dòng)軸承的電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)、損壞現(xiàn)象。為此近年來(lái)，國(guó)外研制了一種直線(xiàn)懸浮電動(dòng)機(jī)（電磁軸承），采用懸浮技術(shù)使電機(jī)的動(dòng)子懸浮在空中，消除了動(dòng)子和定子之間的機(jī)械接觸和摩擦阻力，其轉(zhuǎn)速可達(dá) 25000～ 100000r/min以上，因而在高速電動(dòng)機(jī)和高速主軸部件上得到廣泛的應(yīng)用。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌 1）對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 機(jī)床導(dǎo)軌的功用是起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對(duì)機(jī)床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，同時(shí)應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造、調(diào)整和維護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 2）滑動(dòng)導(dǎo)軌 在數(shù)控機(jī)床上常用的滑動(dòng)導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。 3）滾動(dòng)導(dǎo)軌 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 刀具系統(tǒng) 目前數(shù)控機(jī)床正向著工序和功能集中型的加工中心方向發(fā)展。加工中心要完成對(duì)工件的多工序加工，必須具備自動(dòng)更換刀具和刀具儲(chǔ)備的系統(tǒng) —— 自動(dòng)換刀系統(tǒng)。 ① 回轉(zhuǎn)刀架式 ② 更換主軸頭式 ③ 刀庫(kù)一機(jī)械手式 排屑裝置 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)