数控技术课后答案董玉红主编第4章习题解答

第4 章习题解答

4.1 数控机床对机械结构的基本要求是什么？提高数控机床性能的措施主要有哪些？

数控机床对机械结构的基本要求是：具有较高的静、动刚度和良好的抗振性；具有良好的热稳定性；具有较高的运动精度与良好的低速稳定性；具有良好的操作、安全防护性能

成。

提高数控机床性能的措施主要有：合理选择数控机床的总体布局；提高结构件的刚度；提高机床抗振性；改善机床的热变形；保证运动的精度和稳定性。

4.2 数控机床采用斜床身布局有什么优点？

斜床身布局的数控车床（导轨倾斜角度通常选择45°、60°和75°），不仅可以在同等条件下，改善受力情况；而且还可通过整体封闭式截面设计，提高床身的刚度。特别是自动换刀装置的布置较方便。

4.3 卧式数控镗铣床或加工中心采用T 型床身和框架结构双立柱各有什么优点？

T 型床身布局可以使工作台沿床身作 X 向移动时，在全行程范围内，工作台和工件完全支承在床身上，因此，机床刚性好，工作台承载能力强，加工精度容易得到保证。而且，这种结构可以很方便地增加X 轴行程，便于机床品种的系列化、零部件的通用化和标准化。

框架结构双立柱采用了对称结构，主轴箱在两立柱中间上、下运动，与传统的主轴箱侧挂式结构相比，大大提高了结构刚度。另外，主轴箱是从左、右两导轨的内侧进行定位，热变形产生的主轴中心变位被限制在垂直方向上，因此，可以通过对Y 轴的补偿，减小热变形的影响。

4.4 什么叫“箱中箱”（box in box）结构？高速加工机床为什么要采用“箱中箱”结构？

卧式布局高速数控机床采用了“内外双框架”即称为“箱中箱”（box in box）结构。这两种布局型式在总体上的共同特点是：运动部件质量轻，结构刚性好。机床进给系统的结构全部（或部分）移出工作台外，以最大限度减轻移动部件的质量和惯量，是高速加工机床结构布局设计的总原则。

4.5 什么叫虚拟轴机床？其结构特点是什么？与传统机床相比它具有哪些主要优点？

虚拟轴机床的基座与主轴平台间是由六根杆并联地连接的，称之为并联结构。X、Y、Z 三个坐标轴的运动由六根杆同时相互耦合地作伸缩运动来实现。主轴平台的受力由六根杆分摊承担，每根杆受力要小得多，且只承受拉力或压力，不承受弯矩或扭矩。因此，刚度高、移动部件质量小、结构简单、零件的数量多，是并联结构机床突出的优点。

4.6 数控机床对主传动系统的基本要求是什么？在数控机床上实现主传动的无级变速方式主要有哪几种？

数控机床对主传动系统的基本要求：

⑴为了达到最佳切削效果，一般都应在最佳切削条件下工作，因此，主轴一般都要求能自动实现无级变速。

⑵ 要求机床主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率，以适应高速、高效的加工需要。

⑶ 为了降低噪声、减轻发热、减少振动，主传动系统应简化结构，减少传动件。

⑷在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。

⑸ 为了扩大机床功能，实现对 C 轴位置（主轴回转角度）的控制，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制。

实现主传动的无级变速方式主要有：⑴采用交流主轴驱动系统实现无级变速传动；⑵采用变频器带变频电机或普通交流电机实现无级变速的方式；⑶在高速加工机床上，广泛使用主轴和电机一体化的新颖功能部件——电主轴。电主轴的电机转子和主轴一体，无需任何传动件，可以使主轴达到数万转、甚至十几万转的高速。

4.7 数控机床的主传动增加辅助机械变速装置的作用是什么？

在大、中型数控机床上，为了使主轴在低速时获得大扭矩和扩大恒功率调速范围，通常在使用无级变速传动的基础上，再增加两级或三级辅助机械变速机构作为补充。通过分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩的要求。

4.8 什么叫电主轴？数控机床采用电主轴有哪些优点？

所谓电主轴，虽然外形各不相同，但其实质都是一只转子中空的电机。在高速加工机床上，大多数使用电机转子和主轴一体的电主轴，可以使主轴达到数万转、甚至十几万转的高速，主轴传动系统的结构更简单、刚性更好。

4.9 常用的主轴轴承有哪几种？它们在性能上有何区别？

常用的主轴轴承有：

锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为1∶12 的锥孔，当内圈沿锥形轴轴向移动时，内圈胀大，可以调整滚道间隙。这种轴承的特点是滚子数量多，两列滚子交错排列，因此承载能力大，刚性好，允许转速较高。但它对箱体孔、主轴颈的加工精度要求高，且只能承受径向载荷。

双列推力向心球轴承，接触角为60°。这种轴承的球径小、数量多，允许转速高，轴向刚度较高，能承受双向轴向载荷。该种轴承一般与双列圆柱滚子轴承配套用作主轴的前支承。

双列圆锥滚子轴承。这种轴承的特点是内、外列滚子数量相差一个，能使振动频率不一致，因此，可以改善轴承的动态性能。轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷，通常用作主轴的前支承。

4.10 数控机床对进给传动系统的基本要求是什么？进给传动系统的基本型式有哪几种？它们各有什

么优点？

数控机床对进给传动系统的基本要求：提高传动部件的刚度；减小传动部件的惯量；减小传动部件的间隙；减小系统的摩擦阻力。

4.11 什么叫直线电动机？数控机床采用直线电动机驱动有什么优点和不足？

直线电动机是一种能将电信号直接转换成为直线位移的电动机。数控

机床采用直线电动机驱动的优点：

（1）采用直线电动机驱动，不需要丝杠、齿轮齿条等转换装置即能直接实现直线运动，因此，它大大简化了进给系统结构，提高了传递效率。

（2）采用直线电动机驱动时，可以达到大于100m/min 的进给速度和大于10 m / s 2 的加速度。

（3）直线电动机从根本上消除传动环节，故进给系统的精度高、刚度大、快速性和稳定性好，噪声很小或无噪声。

数控机床采用直线电动机驱动的不足：

（1）与同容量旋转电动机相比，直线电动机的效率和功率因数要低，特别在低速时更明显。

（2）特别是直线感应电动机的起动推力受电源电压的影响较大，故对驱动器的要求较高，应采取措施保证或改变电动机的有关特性来减少或消除这种影响。

（3）在金属加工机床上，由于电动机直接和导轨、工作台做成一体，必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的影响。

4.12 滚珠丝杠螺母副的循环方式有哪几种？怎样实现滚珠丝杠螺母副的预紧？

循环方式有两种：回珠滚道布置在螺母外部，滚珠在循环过程中，有部分时间滚珠与丝杠脱离接触的称为外循环；回珠滚道布置在螺母内部，循环过程中滚珠始终与丝杠保持接触的称内循环。

滚珠丝杠螺母副的预紧方法与螺母的型式有关。对于单螺母结构主要有三种：⑴增加滚珠直径预紧法；⑵螺母夹紧预紧法；⑶整体螺母变位螺距预紧法。对于双螺母结构的滚珠丝杠螺母副，主要采用垫片预紧法。

4.13 滚珠丝杠螺母副的支承型式有哪几种？它们各有什么特点？

常用的滚珠丝杠螺母副的支承型式有四种：一端固定、一端自由的支承方式（G—Z 方式）；一端固定、一端游动的支承方式（G—Y 方式）；两端支承方式（J—J 方式）；两端固定的支承方式（G—G 方式）。

4.14 滚珠丝杠螺母副与电动机间的连接形式有哪几种？它们各有什么优点？

滚珠丝杠螺母副与驱动电动机的联接型式主要有三种：⒈联轴器直接联接：这是一种最简单的联接型式。这种结构型式的优点是：具有最大的扭转刚度；传动机构本身无间隙，传动精度高；而且