普通机床数控化改造的刚度要求中国南车襄樊牵引电机有限公司罗隆满摘要：当前，我国有许多企业在考虑把旧设备改造成数控机床，但并不是所有的旧机床都能进行数控化改造。本文主要从机床传动精度的问题，来阐述普通机床数控化改造对机床进给传动链的刚度要求，及其设计计算。关键词：普通机床数控化改造传动链刚度设计计算RequireoftheRigidtyforReformedtheCommonMachineTooltoNumericalControlledabstract:Today,manyenterprisesareplanningtoreformtheoldcommonmachinetooltonumericalcontrolledinourcountry,butitisimpossiblethatalloftheoldmachinetoolcanbereformed.Thispaperismainlyillustratedtherequireofthedrivesystem’srigidtyforreformedthecommonmachinetooltonumericalcontrolledintherespectabouttheprecisionofthemachinetool’sfeedingdrivesystem,andthecalculationofitsdesign.Keywords:CommonmachinetoolNumericalcontrolledreformedDrivesystemtheRigidCalculationofdesign1.普通机床数控化改造的条件当前，我国的机械行业正处于技术改造和设备更新时期，有许多企业在考虑如何把旧设备改造成数控机床，但并不是所有的旧机床都能进行数控化改造，也不是把原有的旧机床配上数控系统，换上伺服电机就成为数控机床。旧机床进行数控化改造须具备以下三个条件：（1）机床必须是分离传动；（2）机床原有的刚度要好，几何精度要基本符合数控机床的要求；（3）导轨具有改为低摩擦导轨的可能性。2.普通机床数控化改造的重点对旧机床进行数控化改造的重点是进给运动，具体就是机床导轨和传动链的改造导轨改造就是把原来普通滑动导轨改为低摩擦导轨，如滚动导轨、静压导轨、氟带导轨以及滚滑复合低摩擦导轨等；导轨以外的传动链部分改造，首先要选择传动链的形式，如丝杆、蜗轮蜗杆或齿轮齿条传动，依据原机床的结构、行程大小、加工能力等因素来全面衡量决定。确定传动链的形式后，就要根据数控机床的动静特性的要求，具体计算传动链的结构参数。3.伺服进给传动链的刚度设计计算图一传动链的刚度传递关系由于是旧机床改造，所以这里着重介绍传动链的最后环节（输出端）的计算方法采用工程计算方法的刚度分配法进行设计计算。3.1刚度分配法的分配原理在传动系统中各个环节的刚度有高有低，对于按强度设计的传动系统，其总刚度会因系统的最薄弱环节而大大降低。因此，我们须找出各环节受力变形所占的比例，并按这种变形比例关系来相应分配各环节的刚度值，从而使传动链的结构合理，即符合强度设计的要求，又满足刚度设计的要求，这就是刚度分配的主要原理。据资料[1]介绍，过去按强度设计的传动系统，一般扭曲变形占60%～80%；齿轮接触变形和支承的弯曲变形引起齿隙产生的扭角占10～20%；键与键槽的接触变形占10%～25%，我们可以把这种变形的比例关系参考运用到刚度分配上。3.2传动各环节的刚度与总刚度的关系设传动链的传传动关系如图一所示，由n对齿轮和n+1根轴组成，并假定机械间隙已消除，则每个齿轮的弹性转角具有如下关系：φ22=φ12+φ2φ33=φ23+φ3……φ(n+1)(n+1)=φn(n+1)+φ(n+1)根据传动关系可得：φ12=φ1/i1φ23=φ2/i2……φn(n+1)=φn/inφ1、φ2……φ(n+1)——第1、2……(n+1)根轴的弹性转角φ12、φ23……φn（n+1）——第1、2……n根轴的弹性转角通过传动传递至第2、3……(n+1)根轴的转角φ22、φ33……φ(n+1)(n+1)——第2、3……(n+1)根轴的总弹性转角i1、i2……in——每对齿轮的传动比故末端丝杆轴上的总变形量φΣ为：φΣ=φ1i1i2⋅¿⋅in+φ2i2i3⋅¿⋅in+……+φnin+φ(n+1)φi=MiKiφi、Mi、Ki——各轴的转角、传动扭矩、扭曲刚度假定各轴的传动效率η=1，以简化推导：M1=Msi1i2⋅¿⋅in；M2=Msi2i3⋅¿⋅in……Mn=MsinM1、M2、……Mn——第1、2……n轴的传动扭矩Ms——丝杆轴输出扭矩φΣ=MsKΣ代入后得：1KΣ=1K1(i1i2⋅¿⋅in)2+1K2(i2i3⋅¿⋅in)2+……+1Knin2+1Kts（式1）KΣ——传动链在末端总扭曲刚度K1、K2……Kn——第1、2……n根轴的扭曲刚度Kts——丝杆的扭曲刚度从式1中可以看出，各轴的刚度折算到输出端时，其刚度减低i2倍...
