数控铣床的主传动系统设计
1. 主传动系统变速方式
交流变频无级调速主轴电机使数控机床主传动实现了无级调速，解决了直流电机长期运转产生整流火花和电刷磨损的难题。
数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，数控铣床调速范围应进一步扩大。 为了确保低速时的扭矩，有的数控机床在交流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。
对于通用型数控铣床，要求主轴变速范围200~100npR，恒功率区的变速范围尽量大，当主轴最低转速拟定后，主轴的计算转速应较低，以满足低速大转矩的切削加工要求。实现这些功能应在交流无级调速主轴电机后串联分级变速机构，以扩大电机的恒功率区变速范围。
如果分级变速机构设计得不合适，则须选用较大功率的电机。原因是电机在恒转矩区运行时，应保证主轴在最低转速切削时有足够大的功率；主轴在恒功率区工作时，有些系统会出现功率缺口，为了在缺口低谷处功率能保证传递全部功率，只有选择额定功率较大的电机给予补偿。
2. 串联分级变速机构的主传动系统设计
（1）分级变速机构设计
分级变速机构级数Z主要取决于主轴要求的恒功率变速范围npR、电机的恒功率变速范围dpR和分级变速机构的变速范围fR，同时还和机构的复杂程度和主轴是否允许有功率缺口有关，常用的级数Z＝2、3、4。
① 假设Z＝2，传动比为1i、2i，且21ii，则级数比fRii21/，要使主轴转速连续，功率无缺口的条件是dpR (即dpfRR)，这与要求主轴的恒功率区变速范围npR尽量大，相矛盾，使得主轴转速不连续，功率有缺口，如图8-15（a）所示。
由图8-15（a）可以看出，采用一个Z＝2的变速机构(即Ⅱ轴为主轴)时，只有级数比dpR时，主轴的恒功率区转速连续，但主轴npR很小，不能满足机床要求。若再增加一个Z＝2的传动组，(如图8-15（a）中Ⅱ—Ⅲ轴)，主轴为第Ⅲ轴，则 npR扩大范围很宽，但要经常换档且操纵机构复杂，主轴转速不连续，功率有缺口，因此不可取。
高速龙门铣床五轴联动的结构设计
摘要：对现在机床的五轴联动结构进行了结构分析、对比，设计出了高速龙门铣床五轴联动的结构。五轴联动结构设计中又主要对五轴联动铣头（行业中称“五轴头”）进行了详细设计，结构中采用了精密齿轮啮合与双导程蜗轮蜗杆驱动，既保证了结构紧凑，精度也较高。
关键词：五轴联动 结构设计 五轴联动铣头 双导程蜗轮蜗杆
一、前言
数控机床是当代制造业的主流装备，是市场的热门商品。我国数控机床经历30多年来的发展，现已颇具规模，机床已涉及超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域。但与机床高度发达的国家相比，我国机床的总体制作水平还是存在着一定的差距，相当明显的是：在我国，对于四轴联动以上的机床，大部分来自国外，再加上西方国家对我国在这方面的技术封锁，在一定程度上影响了我国数控机床的发展。
本人课题在借鉴大量国内外机床资料的基础上，根据一特定方案设计出虚拟样机---五轴联动高速数控龙门铣床。此论文是节选其中五轴联动的结构设计部分。
二、五轴联动现状及其分析
大多数高级的数控铣床的数控装置都可控六根基本轴，即X, Y, Z三根运动轴和绕X, Y,
Z三根运动轴旋转的A、B、C三根回转轴。五轴联动指的是在六根基本轴中，机床数控装置能控制其中五根轴同时达到空间某一点，通俗的讲就是指其中五根轴能同时对某一点进行运动加工。根据机床实际情况，五轴联动通常是在X、Y、Z三根运动轴基础上增加由A、B、C 三个回转轴中任意两个回转轴所组合的运动， 2个回转轴可以都配置在刀具切削头部位（通常称摆动轴）或工件安装部位（通常称旋转工作台），也可在这两个部位上分别配置1个回转轴。根据这些配置方式可以组合出的有效布局方案共有：2233212CP种。
1、双旋转工作台的高速五轴机床，它应用比较多的是铣镗类机床。这种机床也有多个类型和品种，较简单的是在数控镗铣床的工作台上附加A/B轴转台，配上相应的数控系统，实现X、Y、Z三个直线运动和 A/B轴两个旋转运动并可联动。这种配置由于接合层次多，刚性差些，因此有专门将A/B转轴的支座与工作台或床身做成一体的。由于受安装工件的转台的尺寸和重量的制约，这种机床仅适用于加工中小型工件 [1]。
科技风2019年1月科技创新DOI：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201902005
定梁式数控龙门铣床整体结构设计
徐梓童汪秣张普天
吉林农业科技学院机械与土木工程学院吉林吉林132101
摘要:根据国内与国外对于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合 实际的生产需要。其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。其运行是采用伺服电机然后 是滚珠丝杠进行传动。总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的
方法对其进行了分析。关键词：龙门铣床;数控;伺服电机；滚珠丝杠
1机床的设计要求
数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了 ：
(1) 总体布局设计:各个部件的位置、各个部件的运动进行
分析、还有其整体的外观。(2) 技术参数设计:各个部件的尺寸、刀具的转速和进给
量、电机的功率和所能承载的力。(3) 结构优化设计:整个机床的刚度、运动特性、受热性
能等。
此机床符合国家的标准，其参数为:工作台的整体尺寸为: 3000x1200mm，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有
高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂
的零件。2设计方案
我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙
门铣床。这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了
(1)成本低，生产较为简单。这种龙门铣床的整体的长度必须
比工作台行程的长度多两倍。而移动式的龙门铣床的整体的 长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。（2)这种机床
的动态响应好。这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当
工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工
零件的精度和动态响应性。我所采用的为西门子425的数控系统，因为这个数控系
统具有龙门轴的同步功能。这一项功能能够让龙门框架的进 给轴（X1，X2)达到无机械偏差的位移的目的。可以对运动的
栏目主持 索菲娅 ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＰＰ直壤
ｊｅ ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＤ／ＣＡＭ，ＣＡ Ｐ
五轴联动数控龙门铣床的有限元分析
与优化设计
中捷机床有限公司 （辽宁沈阳１１０１１４） 唐杰
五轴联动数控龙门铣床是现代加工大型工件的
一种机床，它能使工件在一次装夹下，进行多工序
加工，从而可提高生产率３～４倍，并能使工件获得
很高的加工精度和表面质量。在五轴联动数控龙门
铣床中，横梁、床身、立柱等是最为重要的大件，
人们总是希望在刚度满足要求的前提下尽量减轻其
重量。同时，横梁等大件的动态特性尤其是低阶模
态是影响机床性能的关键因素，因此有必要对横梁
等大件进行分析和优化设计。
本文利用国际上通用的有限元分析软件ＡＮＳＹＳ，
对机床整机特性进行了静态刚度分析。提出了利用
逐步刚化法寻找机床中薄弱环节的方法，并在参数
化设计的基础上对横梁的结构进行优化设计和模态
分析，从而得出了其筋板布置的原则，对机床整机
和大件的设计具有非常重要的指导意义。
１．机床有限元模型的建立
本文在分析计算过程中忽略了工作台、立柱等
件的影响。利用三维制图软件Ｐｒｏ／Ｅ对机床的实际结
构进行建模，忽略不影响分析结果的工艺孔、小倒
角、小凸台等。本文选取机床工作的最不利状态，
即将主轴箱开到横梁的中间位置，且滑枕开到行程
最大处。将简化后的模型导入ＡＮＳＹＳ。
本机床导轨采用的是线性导轨，从而避免了滑
动导轨接触面强烈的非线性影响。利用ＡＮＳＹＳ的前
处理模块对模型进行处理，线轨滑块是利用ＣＯＵ—
ＰＬＩＮＧ单元进行处理的，保证了滑块在导轨方向的
自由运动，同时忽略滑块运动过程中摩擦力的影响，
从而有效地模拟了线轨单元。模型中线轨滑块、丝
杠螺母和轴承等零件的杨氏模量是根据样本提供的
变形刚度曲线计算求得的，铸件和钢件的杨氏模量
通过设计手册查得的。经过前处理后得模型如图１ 所示。
图１ 横梁装配体的有限元模型
