【正文】 加工中心要完成對工件的多工序加工，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)。 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。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)簡單，便于制造、調(diào)整和維護(hù)。為此近年來，國外研制了一種直線懸浮電動(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。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(dǎo)技術(shù)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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。高速磁懸浮列車磁懸浮列車是直線電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車，其中日本進(jìn)展最快。在要求高精度定位的場合，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。如果對兩個(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。在電磁鐵線圈不通電時(shí)，動(dòng)子位置由永久磁鐵決定。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) ② 永磁感應(yīng)子式直線步進(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。在結(jié)構(gòu)上也可以把 E形鐵心固定，讓齒條作為動(dòng)子。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)。 ①反應(yīng)式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：其定子是一條開有均勻齒槽的導(dǎo)軌 ,動(dòng)子是一個(gè)繞有三相繞組的 E形鐵心。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 作直線步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。短副邊型常用于金屬物體的投射。直線異步電動(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)。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)磁場行波，切割副邊的導(dǎo)體而感生電流。其工作原理和旋轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)相同。直流直線電動(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)磁盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭定位系統(tǒng)。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(dǎo)線引入，稱無刷型。 直流直線電動(dòng)機(jī) 直流供電的直線電動(dòng)機(jī)。 工作原理： 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 分類及特點(diǎn)： 直線電動(dòng)機(jī)按原理分為直流直線電動(dòng)機(jī)、交流直線異步電動(dòng)機(jī)、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流直線同步電動(dòng)機(jī)。其工作原理類似于相應(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，拉直演變而成。 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)效率低等問題，已很難滿足數(shù)控機(jī)床向高速加工方向發(fā)展的要求，因而近年來國內(nèi)外在研究開發(fā)直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件直線運(yùn)動(dòng)的直線電機(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。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。 3）電主軸的冷卻 采取強(qiáng)制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過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。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。電機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。 1）電主軸的結(jié)構(gòu) 如圖所示，電主軸由無外殼電機(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。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題。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型與大小，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、抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接影響。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(dòng)量，從而保證主軸的工作精度。 (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、采用熱對稱結(jié)構(gòu)等措施。床身呈傾斜狀便于排屑和裝卸工件。 、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。 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。 、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(dòng)具有較寬的調(diào)速范圍。 、支承件 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ① 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。制作時(shí)混凝土的保養(yǎng)方法也影響性能，混凝土耐腐蝕性差，油滲導(dǎo)致疏松，表面應(yīng)噴漆或噴涂塑料，脆性也較大。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支承件的剛度和阻尼比較之鑄鐵大 5倍，抗振性好，成本較低。主要缺點(diǎn)是，結(jié)晶顆粒粗于鋼鐵的晶粒，抗沖擊性能差，脆性較大，油和水等液體易滲入晶界中，使巖石局部變形脹大，難于制作形狀復(fù)雜的零件。目前用于三坐標(biāo)測量機(jī)和印刷板數(shù)控鉆床等。 、支承件 3）天然和人造花崗巖 天然花崗巖的優(yōu)點(diǎn)很多：性能穩(wěn)定，精度保持性好。 、支承件 2）鋼板與型鋼 用鋼板與型鋼焊接成支承件，生產(chǎn)周期比鑄造快~，鋼的彈性模量約為鑄鐵的 2倍，承受同樣載荷，壁厚可做得比鑄件薄，重量也輕。 1）鑄鐵 鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的支承件，存在在鑄鐵中的片狀或球狀石墨在振動(dòng)時(shí)形成阻尼，抗振性比鋼高 3倍。 、支承件 支承件的材料選擇 支承件的材料，除應(yīng)滿足上述要求外，還應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性等。 4）結(jié)構(gòu)工藝性及其它要求 設(shè)計(jì)支承件時(shí)，還應(yīng)考慮毛坯制造、機(jī)械加工和裝配的結(jié)構(gòu)工藝性。 、支承件 3）耐磨性 為了使設(shè)備能持久地保持其精度，支承件上的導(dǎo)軌應(yīng)具有良好的耐磨性。對于數(shù)控機(jī)床及其它精密機(jī)床，熱變形對機(jī)床的加工精度有極其重要的影響。在共振條件下的動(dòng)剛度可用下式表示： 、支承件 式中： — 靜剛度 N/m； — 阻尼比； — 阻尼系數(shù)； — 固有振動(dòng)頻率 1/s。 機(jī)座或機(jī)架的靜剛度，主要是指它們的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。 LSlznhL、導(dǎo)軌 額定壽命 L與額定動(dòng)載荷 Ca的關(guān)系式可表示為： KPCfffffL awacth??????????其中： — 實(shí)際工作載荷 (kN)； — 指數(shù)，滾珠， 滾子 — 額定壽命單位，滾珠， 滾子 — 硬度系數(shù)， — 溫度系數(shù)，查表 1； — 接觸系數(shù)，查表 2； — 精度系數(shù)，查表 3； — 載荷系數(shù)，查表 4； P? 3??K )(50 kmK ? )(100 kmK ?3/10??58 ????????? H R Cfh滾道實(shí)際硬度hfcftfafwf、導(dǎo)軌 tf工作溫度（ ℃ ） ≤100 100~150 150~200 200~250 cf表 1 溫度系數(shù) 、導(dǎo)軌 每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 cf表 2 接觸系數(shù) 、導(dǎo)軌 表 3 精度系數(shù) af精度系數(shù) C D E F G H 、導(dǎo)軌 wf工作條件 無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)場合，速度小于 15m/min 1~ 無明顯沖擊或振動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)場合，速度小于 60m/min ~2 有外部沖擊或振動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)場合，速度大于 60m/min 2~ 表 4 載荷系數(shù) wf、導(dǎo)軌 支承件設(shè)計(jì)的基本要求 1）應(yīng)具有足夠的剛度和抗振性 剛度是抵抗載荷變形的能力。 、導(dǎo)軌 3．滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的有關(guān)計(jì)算 循環(huán)式直線導(dǎo)軌副的承載能力用額定動(dòng)載荷Ca和額定靜載荷 Coa表示。雙圓弧溝槽為四點(diǎn)接觸，如右下圖所示。 箭頭粗細(xì)表示受力大小矩形導(dǎo)軌 梯形導(dǎo)軌、導(dǎo)軌 （ 3）按滾道溝槽形狀分類 有單圓弧和雙圓弧二種，見右圖。 、導(dǎo)軌 2)．滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的分類 （ 1）按滾動(dòng)體的形狀分類 a、滾珠式 b、滾柱式 、導(dǎo)軌 （ 2）按導(dǎo)軌截面形狀分類 右上圖所示為四方向等載荷式，導(dǎo)軌截面為矩形，承載時(shí)各方向受力大小相等。 （ 8）導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的耐磨性；心部保持良好的機(jī)械性能。 （ 6）傳動(dòng)平穩(wěn)可靠 由于摩接力小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。 （ 4）壽命長 由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)軌的 l／ 50左右，磨損小，因而壽命長，功耗低。 、導(dǎo)軌 （ 2）承載能力大 其滾道采用圓弧形式，增大了滾動(dòng)體與圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導(dǎo)軌的承載能力，可達(dá)到平面滾道形式的 13倍。常用的提高導(dǎo)軌耐