数控机床的进给传动系统
数控机床的进给传动系统文档资料
图7-39滚珠丝杠螺母副
3
1-反向器 2-螺母 3-丝杠 4-滚珠
（2）滚珠丝杆螺母副的工作原理与特点 • 滚珠丝杠螺母副的结构形式
a)滚珠丝杠副轴向剖面图 滚珠丝杠螺母副
b)滚珠丝杠副法向剖面图
4
• (3)滚珠丝杠副的结构和轴向间隙的调整方法
•
1)螺纹滚道型面的形状及其主要尺寸。
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(3) ①密封圈。密封圈装在滚珠螺母的两端。接触式的弹性密
封圈是用耐油橡皮或尼龙等材料制成的，其内孔制成与丝杠 螺纹滚道相配合的形状。接触式密封圈的防尘效果好，但因
非接触式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的，其内孔形 状与丝杠螺纹滚道相反，并略有间隙。非接触式密封圈又称 为迷宫式密封圈。
②防护罩。对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋钢带、伸缩 套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃 和磨粒粘附到丝杠表面。这几种防护罩与导轨的防护罩有相 似之处，其一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚 珠丝杠的支撑座上。
3.齿差调隙式 在两个螺母1、5的端面法兰上分别加工出外齿Z1和Z2，并各自装入
对应的内齿圈6中。内齿圈通过螺钉固定在螺母外的套筒3端面。通常两个外齿 轮相差1齿(如Z1=100，Z2=99)。当调整间隙时，将两个外齿轮从内齿圈中抽出 并相对内齿圈分别同向转动一个齿，然后插回原内齿圈中。此时，两个螺母间产 生的相对位移为：
滚珠丝杠制动示意图
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• 3）滚珠丝杆的防护 • 一般采用螺纹钢带、伸缩套筒、锥形套
筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护 罩。
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滚珠丝杠的防护
(1)支撑轴承的定期检查。应定期检查丝杠与床 身的连接是否有松动以及支撑轴承是否损坏 等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并
数控机床进给传动系统
数控机床进给模块之机械部件装配一．进给传动系统图纵向和横向进给传动系统图二．系统图的主要构造和功用电动机：1. 步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。
步进电动机是一种特殊的电动机，一般电动机通电后都是连续转动的，而步进电动机则有定位与运转两种状态。
当有一个电脉冲输入时，步进电动机就回转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电动机称为步进电动机。
又由于它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电动机。
当电脉冲连续不断地输入，步进电动机便跟随脉冲一步一步地转动，步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时间上与输入脉冲同步。
因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组的通电顺序，便可获得所需转角、转速和方向。
在无脉冲输入时，步进电动机的转子保持原有位置，处于定位状态。
步进电动机的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角能够控制，而且有一定的精度，常用作开环进给伺服系统的驱动元件。
与闭坏系统相比，它没有位置速度反馈回路，控制系统简单，成本大大降低，与机床配接容易，使用方便，因而在对精度、速度要求不十分高的中小型数控机床上得到了广泛地应用。
2. 直流伺服电动机由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高，而直流电动机具有良好的调速特性，因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中，得到较广泛地使用。
直流进给伺服电动机就其工作原理来说，虽然与普通直流电动机相同。
然而，由于机械加工的特殊要求，一般的直流电动机是不能满足需要的。
首先，一般直流电动机转子的转动惯量过大，而其输出转矩则相对较小。
这样，它的动态特性就比较差，尤其在低速运转条件下，这个缺点就更突出。
在进给伺服机构中使用的是经过改进结构，提高其特性的大功率直流伺服电动机，主要有以下两种类型：（1）小惯量直流电动机。
主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小，因此在结构上与普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。
以此表现为转子的转动惯量小，仅为普通直流电动机的1/10左右。
数控机床的进给及传动机构
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2、消除传动齿轮间隙的措施
1）刚性调整法 2）偏心轴调整法
图 3.18 偏心轮消隙
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图 3.18 偏心轮消隙 1、3 ．齿轮 2 ．偏心轴套
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3）轴向垫片调整法
图 3.19 加垫片消隙
4）柔性调整法
图 3.20 偏心轮消隙 图 3.21 加垫片消隙
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图 3.19 加垫片消隙 （1、2 ．齿轮 3 ．垫片）
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● 减小运动惯量 减小运动部件的质量、 减小旋转零件的直径和质量。
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1.2 齿轮传动副
1、传动齿轮副设计应当考虑的问题
齿轮速比分配及传动级数对失动的影响规律： ● 级数越多，存在传动间隙的可能性越大； ● 若传动链中齿轮速比按递减原则分配，则传动链 的起始端的间隙影响较小，末端的间隙影响较大。
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图 3.20 加垫片消隙 1 ．宽齿轮 2 ．垫片 3、4 ．薄片斜齿轮 5 ．螺母 6 ．轴 7 ．宽斜齿轮
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图 3.21 加垫片消隙
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1.3 滚动丝杠螺母副
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1）滚珠丝杠副的循环方式
（1）内循环式
图 3. 22 内循环式滚动丝杠副
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图 3. 22 内循环式滚动丝杠副 1 ．丝杠 2 ．螺母 3 ．滚珠 4 ．方向器
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2)齿轮齿条副 （1）双片薄齿轮调整法 （2）双厚齿轮传动
图 3. 28 消除间隙的原理
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图 3. 28 消除间隙的原理 1、2、3 ．轴 4、5 ．齿轮
数控机床
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图 3.25 螺纹调整预紧结构 1、2．锁紧螺母
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（3）双螺母齿差式调整间隙结构
图 3.26 齿差式调整间隙结构
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图 3.26 齿差式调整间隙结构
数控机床的进给传动系统概述
进给传动系统
• 4.4 齿轮齿条副与双导程蜗杆副传动
• 4）双导程蜗杆副的蜗杆支承直接安置在支座上，只需保 证支承中心线与蜗轮中截面重合，中心距公差可略微放宽 ，装配时，用调整环来获得合适的啮合侧隙，这是普通蜗 杆副无法办到的。 • 5）双导程螺杆副不足之处是制造困难。
图4-14 滚珠丝杠副的结构原理
进给传动系统
• 4.3 数控机床用丝杠传动副
• 2.特点 • 1）摩擦损失小，传动效率高，可达90%～96%，功率消 耗只相当于常规丝杠螺母副的1/4～1/3。 • 2）采用双螺母预紧后，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙， 提高了传动刚度。 • 3）摩擦阻力小，动、静摩擦力之差极小，能保证运动平 稳，不易产生低速爬行现象。 • 4）不能自锁，有可逆性，既能将旋转运动转换为直线运 动，又能将直线运动转换为旋转运动。 • 5）运动速度受到一定限制，传动速度过高时，滚珠在其 回路管道内易产生卡珠现象。 • 6）制造工艺复杂。
进给传动系统
• 4.1 概述
• 3.弹性联轴器
无键联接；
依靠弹性钢片 组对角联接传 递转矩。
图4-4 直接联接电动机轴和丝杠的弹性联• 4.安全联轴器 防止过载造成整个运动传动机构零件损坏。
图4-5 安全联轴器工作原理
进给传动系统
• 4.1 概述
• TND360型数控车床的安全联轴器
图4-6 TND360型数控车床的纵向滑板的传动系统图 1—旋转变压器和测速发电机 10—滚珠丝杠 2—直流伺服电动机 3—锥环 11—垫圈 12、13、14—滚针轴承
4、6—半联轴器
5—滑环 7—钢片 8—碟形弹簧 9—套
15—堵头
16—压紧螺钉 17—压紧外环 18—压紧内环 19—压紧套
数控机床进给传动系统
数控机床进给传动系统一．进给传动体系图纵向和横向进给传动体系图二．体系图的重要构造和功用电念头：1. 步进电念头步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。
步进电念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。
当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。
又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。
当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。
是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。
在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。
步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。
与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。
2. 直流伺服电念头因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。
直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。
然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。
起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。
如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。
在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型：（1）小惯量直流电念头。
重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。
数控机床的进给传动系统
详细描述
刚度是指数控机床在受到外力作用时，进给 传动系统抵抗变形的能力。高刚度的数控机 床能够减小受力变形对加工精度的影响，提 高加工质量。
速度与加速度
总结词
速度与加速度是衡量数控机床进给传动系统 动态性能的指标。
详细描述
速度与加速度是指数控机床在加工过程中， 进给传动系统能够达到的最大移动速度和加 速度。高速度和高加速度的数控机床能够缩
更换磨损件
对磨损严重的部件进行更 换，保证进给传动系统的 正常运行。
调整参数
根据实际运行情况，对进 给传动系统的参数进行调 整，优化其性能。
常见故ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ诊断与排除
噪音异常
温度过高
检查进给传动系统是否有异常噪音， 判断是否需要更换轴承或齿轮。
检测进给传动系统的温度，如温度过 高，需检查润滑系统是否正常工作。
03
数控机床进给传动系统的分 类
滚珠丝杠螺母副传动
总结词
滚珠丝杠螺母副传动是数控机床中最常用的进给传动方式之一，具有高精度、 高刚度、高可靠性的特点。
详细描述
滚珠丝杠螺母副传动通过将旋转运动转换为直线运动，实现工作台的进给运动。 其优点在于传动效率高、传动精度稳定、使用寿命长，且具有较高的刚度，能 够满足大多数数控机床的进给传动需求。
运行抖动
观察进给传动系统的运行情况，如有 抖动现象，需检查传动轴是否松动或 损坏。
06
数控机床进给传动系统的未 来发展
高精度化
总结词
随着制造业对产品精度要求的不断提高，数控机床的进给传动系统需要实现更高程度的 精度控制。
详细描述
高精度化是数控机床进给传动系统未来的重要发展方向。通过采用先进的控制系统、高 性能的传动元件和精密加工技术，可以提高数控机床的定位精度、重复定位精度和加工
数控机床的进给传动系统
图5-30 直线电动机进给驱动系统 1-位置检测器 2-转子 3-定子 4-床身 5、8-辅助导轨 7、14-冷却板
流电，次级就在电磁 力的作用下沿初级作
6、13-次级 9、10-测量系统 11-拖链 12、17-导轨 15-工作台 16-防护 直线运动。
尽管直线电动机有很多优点，但在选用时应注意以下不足之处： 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）直线电动机，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。
5) 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的材料，热处理 和加工要求相当于滚动轴承。螺旋滚道必须磨削，制造成本高。
2. 静压丝杠螺母副 静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母的接触面之间，产生一
层保持一定厚度，且具有一定刚度的压力油膜，使丝杠和螺母之间由 边界摩擦变为液体摩擦。当丝杠转动时通过油膜推动螺母直线移动， 反之，螺母转动也可使丝杠直线移动。静压丝杠螺母的特点是：
2. 减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的 影响更大。在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的 直径和质量，以减少运动部件的惯量。
3. 减少运动件的摩擦阻力
机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给系统中，为了减 小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和 滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。
数控机床原理与结构分析第5章数控机床的进给系统
contents
目录
• 引言 • 数控机床的进给系统原理 • 数控机床的进给系统结构 • 数控机床的进给系统性能分析 • 数控机床的进给系统维护与保养 • 结论
01 引言
数控机床的进给系统概述
数控机床的进给系统是实现切削加工的重要组成部分，它负 责将主轴的旋转运动传递到工作台或刀具上，以完成工件的 加工。
进给系统的热误差分析
热误差产生原因
热误差是由于进给系统在工作过程中受到热源影响，导致机械部件受热变形和温度升高， 从而影响进给系统的运动精度。热误差主要来源于传动元件、轴承、导轨等部件的受热
变形。
热误差补偿技术
为了减小热误差对进给系统性能的影响，可以采用热误差补偿技术。热误差补偿技术包括温 度检测、误差建模和补偿算法等环节，通过实时监测进给系统的温度变化，建立热误差模型
进给系统由电动机、传动装置、丝杠、工作台等组成，通过 控制电动机的旋转运动，经过一系列的传动装置，最终转化 为工作台或刀具的直线运动。
进给系统在数控机床中的重要性
进给系统是数控机床实现高精度、高效率加工的关键因素之一，其性能直接影响 着加工质量和生产效率。
随着现代制造业的发展，对数控机床的加工精度和效率要求越来越高，因此，对 进给系统的性能要求也越来越高。进给系统的性能优劣直接决定了数控机床的性 能和市场竞争力。
，并采用相应的补偿算法对热误差进行补偿，可以有效提高进给系统的运动精度。
05 数控机床的进给系统维护 与保养
进给系统的日常维护
每日检查
01
检查进给系统各部件是否正常，如导轨、丝杠、轴承等，确保
无异常声音和振动。
润滑保养
02
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数控机床的进给传动系统
摘要：本文主要阐述了数控机床对进给传动系统的基本要求，数控机床进给传动系统的主要形式。
关键词：数控机床；传动系统；进给系统
1 数控机床对进给传动系统的基本要求
数控机床对机械传动系统的要求主要有以下几点。
1.1 提高传动部件的刚性
数控机床的直线运动定位精度和分辨率必须达到微米级，回转运动的定位精度和分辨率必须达到角秒级，伺服电动机的驱动转矩，尤其是起动、制动时的转矩也很大。
假设传动部件的刚度不强，一定会使传动部件发生弹性变形，影响系统的定位精度、动态稳定性和响应快速性。
而加大滚珠丝杠的直径，对滚珠丝杠螺母副、支承部件进行预紧，进行预拉伸等，均为提高传动系统刚度的有效办法。
1.2 减小传动部件的惯量
驱动电动机，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因。
尤其是高速加工的数控机床，因为对进给系统的加速度要求比较高，所以，在满足系统强度和刚度的条件下，要减小零部件的质量、直径，以降低惯量，提高快速性。
1.3 减小传动部件的间隙
在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精度；在闭环系统中，它是系统的主要非线性环节，影响系统的稳定性，所以，要采取有效措施消除传动系统的间隙。
消除传动部件间隙的措施是对齿轮副、丝杠螺母副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及支承部件进行预紧或消除间隙。
而采取措施后将可能增加摩擦阻力，降低机械部件的寿命，因此，必须统筹各种因素，使间隙减小到允许范围。
1.4 减小系统的摩擦阻力
进给系统的摩擦阻力会降低传动效率，产生发热；同时，它还直接影响系统的决速性；因为摩擦力的存在，动、静摩擦系数的变化，会导致传动部件的弹性变形，产生非线性的摩擦死区，影响系统的定位精度和闭环系统的动态稳定性。
采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、直线滚动导轨、静压导轨和塑料导轨等高效执行部件，能减少系统的摩擦阻力，提高运动精度，避免低速爬行。
2 数控机床进给传动系统的主要形式
2.1 滚珠丝杠螺母副
它的特点是：摩擦损失小，传动效率高；丝杠螺母之间预紧后，可消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，它与运动速度无关，动、静摩擦力的变化会很小，也不可能产生低速爬行现象；工作磨损小，使用寿命长，精度保持性好。
所以，在数控机床上可以较多的使用，它是中、小型数控机床主要的传动形式。
然而，因为它具有运动的可逆性，能将旋转运动转换为直线运动，反之可能将直线运动转换为旋转运动，不能实现自锁。
它应用于垂直传动或
水平放置的高速大惯量传动时，一定要安装制动装置。
使用具有制动装置的伺服驱动电动机，这是较为简单的方法。
为防止安装、使用时螺母脱离丝杠滚道，在机床上要配置超程保护装置，这对高速加工数控机床特别重要。
2.2 静压丝杠螺母副
它是通过油压在丝杠和螺母的接触面之间，产生一层保持一定厚度，且具有一定刚度的
压力油膜，使丝杠和螺母之间由边界摩擦变为液体摩擦。
当丝杠转动时通过油膜推动螺母直
线移动，反之，螺母转动也可使丝杠直线移动。
静压丝杠螺母的特点：摩擦系数很小，仅为0.0005，比滚珠丝杠（摩擦系数为 0.002~0.005）的摩擦损失更小。
所以，其起动转矩很小，
传动灵敏，避免了爬行；油膜层可以吸振，提高了运动的平稳性；由于油液的不断流动，有
利于散热和减少热变形，提高机床加工的精度和光洁度；油膜层具有一定刚度，减小了反向
间隙；油膜层介于螺母与丝杠之间，对丝杠的误差有“均化”作用，即可以使丝杠的传动误差
小于丝杠本身的制造误差；承载能力与供油压力成正比，与转速无关。
但静压丝杠螺母副应
有一套供油系统，而且对油的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断，将造成不良后果。
2.3 静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副
大型数控机床不适合采用丝杠传动，长丝杠制造也困难，还容易弯曲下垂，影响传动精度；轴向刚度与扭转刚度也难提高。
如果加大丝杠直径，则转动惯量增大，伺服系统的动态
特性不易保证，因此，常用静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副传动。
它的工作原理与静压丝杠螺母副相同，蜗条是螺母的一部分，蜗杆相当于一根短丝杠。
这种传动机构，压力油必须从蜗杆进入静压油腔，加上蜗杆是旋转的，要使压力油只能进入
接触区，应注意蜗杆的配油问题。
齿轮齿条副传动用于行程较长的大型机床，能得到较大的
传动比，进行高速直线运动，刚度及机械效率也高。
但它的传动欠平稳，精度不高，也不能
自锁采用齿轮齿条副传动时一定使用有效方法消除齿侧间隙，当传动负载小时，应使用双片
薄齿轮调整法，分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧，消除齿侧间隙。
当传动负载大时，可采
用双厚齿轮传动结构。
2.4 直线电动机驱动
直线电动机是一种先进技术产品。
利用直线电动机驱动，能取消传动系统中将旋转运动
变为直线运动的环节，简化了机械传动系统的结构，实现了“零传动”。
它的使用消除了传动
环节对精度、刚度、快速性和稳定性的影响，能获得比传统进给驱动系统更高的定位精度、
快进速度和加速度。
直线电动机驱动与旋转电动机驱动相比具有以下的优点：它不需要丝杠、齿轮齿条等转
换装置就能直接实现直线运动，所以它可以简化系统结构，提高传递效率。
旋转电动机本身
机械结构由于受到离心力的作用，它的旋转速度受到一定的影响；滚珠丝杠又受转速特征值
的约束，速度不能过高。
高速加工机床，尽管能够利用增加螺距的办法提高进给速度，可是
难以提高加速度。
运用直线电动机驱动，则能不受它的局限。
旋转电动机应通过丝杠、齿条
等转换机构转换成直线运动，传动环节对精度、刚度、快速性和稳定性的影响无法避免；这
些转换机构在运动中必然会带来噪声。
直线电动机从根本上消除传动环节，因此，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。
同时，直线电动机也有一些缺点：直线电动机与同容量旋转电动机相比，其效率和功率
因数低，尤其是在低速时表现得突出；直线电动机，尤其是直线异步电动机的起动推力受电
源电压的作用很大，因此，对驱动器要求较高，必须保证或改变电动机的特性来减少或消除
这种影响；金属加工机床，因为电动机直接、导轨、工作台形成一体，所以，要用有效的对
策防止磁力和热变形对加工的不良作用。
参考文献：
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[2]崔旭芳，周英.数控机床回转工作台的原理和设计[J].砖瓦，2008（6）：23-27.
[3]文怀兴，夏田.数控机床系统设计[M].北京：化学工业出版社，2005.。