【正文】 選取有利的截面形狀 ② 設置隔板和加強筋 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 用模擬剛度試驗類比法設計支承 ⑦ 支承件的結(jié)構(gòu)工藝性 、支承件 焊接支承件的設計 ① 采用減振接頭 ② 為了制造方便，焊接結(jié)構(gòu)應盡量避免圓角。 ③ 布置焊接支承件的筋板，除局部截面考慮強度外，主要從剛度的角度進行設計。 、支承件 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 1）主傳動裝置多采用無級變速或分段無級變速方式，可利用程序控制主軸的變向和變速，主傳動具有較寬的調(diào)速范圍。 2）進給傳動裝置中廣泛采用無間隙滾珠絲杠傳動和無間隙齒輪傳動，利用貼塑導軌或靜壓導軌來減少運動副的摩擦力，提高傳動精度。 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）加工中心備有刀庫和自動換刀裝置，可進行多工序、多面加工，大大提高了生產(chǎn)率。 、數(shù)控機床的支承件 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軌，形成三個三角形框架，從而獲得較高的靜剛度和較好的抗振性。圖 b是數(shù)控車床床身截面，采用封閉箱形結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部有加強筋，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)填充混凝土來增大阻尼，從而提高其動剛度，減小振動。 (a ) ( b ) (c ) 數(shù)控機床的機械結(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、采用熱對稱結(jié)構(gòu)等措施。 (a)數(shù)控立式銑床電機采用隔熱罩 (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減小熱源的影響。圖 b則是采用熱對稱雙立柱結(jié)構(gòu)來減小熱變形引起的主軸軸線的位置變動量，從而保證主軸的工作精度。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng) 主傳動及變速 現(xiàn)代數(shù)控機床的主運動廣泛采用無級變速傳動，用交流調(diào)速電機或直流調(diào)速電機驅(qū)動，能方便地實現(xiàn)無級變速，且傳動鏈短、傳動件少。根據(jù)數(shù)控機床的類型與大小，其主傳動主要有以下三種形式 ① 帶有變速齒輪的主傳動 ② 通過帶傳動的主傳動 ③ 由主軸電機直接驅(qū)動的主傳動 主軸部件 主軸部件是機床的重要部件之一，其精度、抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接影響。特別是數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴重。數(shù)控機床主軸部件在結(jié)構(gòu)上要解決好主軸的支承、主軸內(nèi)刀具自動裝夾、主軸的定向停止等問題。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 電主軸 電主軸是 “ 高頻主軸 ” （ High Frequency Spindle）的簡稱，有時也稱作 “ 直接傳動主軸 ” （ Direct Drive Spindle），是內(nèi)裝式電機主軸單元。 1）電主軸的結(jié)構(gòu) 如圖所示，電主軸由無外殼電機、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉(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。電機的定子通過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速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。 無外殼電機 主軸 主軸驅(qū)動 模塊 軸承 軸承 主軸冷卻 裝置 主軸單元殼體 數(shù)控機床的機械結(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 采取強制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進行冷卻，即將經(jīng)過油冷卻裝置的冷卻油強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 當前，電主軸的電動機均采用交流異步感應電動機，由于是用在高速加工機床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動轉(zhuǎn)矩大，因而啟動電流要超出普通電機額定電流 5~7倍。其驅(qū)動方式有變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動兩種。 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)控機床的機械結(jié)構(gòu) 數(shù)控機床的進給包括直線運動部件的進給和旋轉(zhuǎn)運動部件的進給，不論是直線進給系統(tǒng)還是旋轉(zhuǎn)進給系統(tǒng)，目前仍以“伺服電動機 +機械傳動鏈”為主導，但是這種傳統(tǒng)的進給系統(tǒng)存在剛度低、傳動誤差大、傳動鏈結(jié)構(gòu)復雜、傳動效率低等問題，已很難滿足數(shù)控機床向高速加工方向發(fā)展的要求，因而近年來國內(nèi)外在研究開發(fā)直接驅(qū)動運動部件直線運動的直線電機和直接驅(qū)動運動部件旋轉(zhuǎn)運動的力矩電機，并已獲得應用。 （一）直線電機驅(qū)動的進給系統(tǒng) 1）直線電機的工作原理 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 直線電動機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能的電力傳動裝置。其工作原理類似于相應的旋轉(zhuǎn)式電動機，結(jié)構(gòu)上則可看作是由相應的旋轉(zhuǎn)電機沿徑向切開，拉直演變而成。它可以省去大量中間傳動機構(gòu)，加快系統(tǒng)反映速度，提高系統(tǒng)精確度，所以得到廣泛的應用。 工作原理： 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 分類及特點： 直線電動機按原理分為直流直線電動機、交流直線異步電動機、直線步進電動機和交流直線同步電動機。以前 3種應用較多。 直流直線電動機 直流供電的直線電動機。由一套磁極和一組繞組構(gòu)成。繞組中的電流有的通過電刷和換向片結(jié)構(gòu)引入，稱刷型；有的不經(jīng)換向器和電刷，直接用導線引入，稱無刷型。直流直線電動機從結(jié)構(gòu)上還可分為動極式和動圈式兩種。直流直線電動機由于推力與電樞電流成正比，速度與電樞電壓成正比，故具有良好的線性控制特性，它與閉環(huán)控制系統(tǒng)配合，可以進行精密的調(diào)節(jié)和控制，適用于自動控制系統(tǒng)，例如計算機磁盤驅(qū)動器的磁頭定位系統(tǒng)。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 交流直線異步電動機 由旋轉(zhuǎn)式異步電動機演變而來。其工作原理和旋轉(zhuǎn)式異步電動機相同。主要由原邊和副邊兩部分組成，嵌有線圈的部分為原邊。當多相繞組中通入電流后，電機氣隙中就產(chǎn)生一個磁場行波，切割副邊的導體而感生電流。此電流與磁場作用產(chǎn)生電磁力使原邊和副邊發(fā)生相對運動。直線異步電動機可以做成原邊固定、副邊可動的短副邊型和副邊固定、原邊可動的短原邊型兩種結(jié)構(gòu)。短原邊型所用線圈數(shù)量少，比較經(jīng)濟 ,應用較多 。短副邊型常用于金屬物體的投射。直線異步電動機常在工業(yè)自動化系統(tǒng)中作為操作桿的動力，用它操作自動門窗、自動開關(guān)和閥門以及各種機械手，也可用于電氣鐵路高速列車的牽引和魚雷發(fā)射等。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 直線步進電動機 作直線步進運動的電動機。按其電磁推力產(chǎn)生的原理可以分為反應式和永磁感應子式兩大類。 ①反應式直線步進電動機：其定子是一條開有均勻齒槽的導軌 ,動子是一個繞有三相繞組的 E形鐵心。每個鐵心柱上都開有和定子齒距相等的齒槽，且各相鐵心柱上的齒槽相對于定子齒槽依次錯開 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，則動子就會向左作步進運動。如果通電順序改為 A→ C→ B→ A，則動子就向右作步進運動。在結(jié)構(gòu)上也可以把 E形鐵心固定，讓齒條作為動子。齒條的運動將與上述運動方向相反。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) ② 永磁感應子式直線步進電動機：定子由軟鐵材料制成，上面銑有均勻間隔的齒槽；動子由永久磁鐵加上兩個帶齒的電磁鐵組成。兩個電磁鐵上的齒相互錯開一定距離。在電磁鐵線圈不通電時，動子位置由永久磁鐵決定。而在兩個電磁鐵按一定順序輪流通電時，將使動子以一定齒距作步進運動。如果對兩個電磁鐵不是輪流通電，而是使其中的電流一個按正弦變化，一個按余弦變化 ,則可使動子運動平滑 ,步距很小。其步距（位置）分辨率可以達到 。在要求高精度定位的場合，例如繪圖儀、磁頭定位機構(gòu)、激光定位器和數(shù)控系統(tǒng)中得到較多的應用。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 直線電機的應用： 應用于自動控制系統(tǒng)，這類應用場合比較多； 作為長期連續(xù)運行的驅(qū)動電機； 應用在需要短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運動能的裝置中。高速磁懸浮列車磁懸浮列車是直線電機實際應用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車，其中日本進展最快。直線電機驅(qū)動的電梯世界上第一臺使用直線電機驅(qū)動的電梯是1990年 4月安裝于日本東京都關(guān)島區(qū)萬世大樓，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，就必須使用無鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導技術(shù)的直線電機驅(qū)動，線圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車一樣，采用無線電波或光控技術(shù)控制。超高速電動機在旋轉(zhuǎn)超過某一極限時，采用滾動軸承的電動機就會產(chǎn)生燒結(jié)、損壞現(xiàn)象。為此近年來，國外研制了一種直線懸浮電動機（電磁軸承），采用懸浮技術(shù)使電機的動子懸浮在空中，消除了動子和定子之間的機械接觸和摩擦阻力，其轉(zhuǎn)速可達 25000～ 100000r/min以上，因而在高速電動機和高速主軸部件上得到廣泛的應用。 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 數(shù)控機床導軌 1）對導軌的基本要求 機床導軌的功用是起導向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對機床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導軌具有較高的導向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩(wěn)性，同時應盡量使導軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護。數(shù)控機床常用的導軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動導軌和滾動導軌。 2）滑動導軌 在數(shù)控機床上常用的滑動導軌有液體靜壓導軌、氣體靜壓導軌和貼塑導軌。 3）滾動導軌 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 刀具系統(tǒng) 目前數(shù)控機床正向著工序和功能集中型的加工中心方向發(fā)展。加工中心要完成對工件的多工序加工，必須具備自動更換刀具和刀具儲備的系統(tǒng) —— 自動換刀系統(tǒng)。 ① 回轉(zhuǎn)刀架式 ② 更換主軸頭式 ③ 刀庫一機械手式 排屑裝置 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)