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數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng).ppt

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1、第二章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu),模塊2:機(jī)械結(jié)構(gòu),一、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求與總體布局 二、數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 三、數(shù)控機(jī)床主軸的變速方式 四、主軸部件,本章內(nèi)容,一、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體部分。來(lái)自于數(shù)控裝置的各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作指令,都必須由機(jī)床本體轉(zhuǎn)換成真實(shí)的、準(zhǔn)確的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作,才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能,并保證數(shù)控機(jī)床的性能要求。數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體由下列各部分組成: (1)主傳動(dòng)系統(tǒng),其功用是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng) (2)進(jìn)給系統(tǒng) ,其功用是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) (3)機(jī)床基礎(chǔ)件,通常指床身、底座、立柱、滑座、工作臺(tái)等。其功用是支承機(jī)床本體的零、部件,并保證這些零、部件在切削加工過(guò)程中占有的準(zhǔn)確位置。,

2、(4)實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和某些輔助功能的裝置,如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻以及防護(hù)、排屑等裝置。 (5)實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件,如回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 (6)刀庫(kù)、刀架和自動(dòng)換刀裝置 (7)自動(dòng)托盤(pán)交換裝置 (8)特殊功能裝置,如刀具破損檢測(cè)、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置等。,其中,機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、潤(rùn)滑、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本部件,其他部件則按數(shù)控機(jī)床的功能和需要選用。 盡管數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)的機(jī)床十分相似,但由于數(shù)控機(jī)床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機(jī)床存在著巨大的差距,所以數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體在總體布局、結(jié)構(gòu)、性能上與傳統(tǒng)機(jī)床有許多明顯的差異。

3、,數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及在機(jī)床上的應(yīng)用,為數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化、高精度、高效率提供了可能性,但要將可能性變成現(xiàn)實(shí),則必須要求數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的特性才能保證。這些特征包括結(jié)構(gòu)的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦特性、幾何精度、傳動(dòng)精度等。,1、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度 機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度是指在切削力和其他力的作用下,機(jī)床抵抗變形的能力。 有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)比類似的普通機(jī)床高50%。,1)合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸 機(jī)床在外力的作用下,各基礎(chǔ)件將承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷,其彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的大小則取決于基礎(chǔ)件的截面抗彎和抗扭慣性矩,抗彎、抗扭慣性矩大,變形

4、則小,剛度就高。 教材p56表3-1列出了在截面積相同(即重量相同)時(shí),不同截面形狀和尺寸的慣性矩。,由表中數(shù)據(jù)可知: 在形狀和截面積相同時(shí),減小壁厚,加大截面輪廓尺寸,可大大增加剛度; 封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不封閉截面的剛度; 圓形截面的抗扭剛度高于方形截面,抗彎剛度則低于方形截面; 矩形截面在尺寸大的方向具有很高的抗彎剛度。,2)采用合理的結(jié)構(gòu)布局,改善機(jī)床的受力狀態(tài),提高機(jī)床的靜剛度 如教材P59圖3-4所示,3)采取補(bǔ)償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施 在外力作用下,機(jī)床的變形是不可避免的,如果能采取措施使變形對(duì)加工精度的影響減小,其結(jié)果相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。依照這一思路,產(chǎn)生了許多補(bǔ)償有關(guān)零、

5、部件的靜力變形的方法,這種方法普遍用于補(bǔ)償因自重而引起的靜力變形。 如教材P60圖3-6所示。,2、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性 機(jī)床的振動(dòng)會(huì)在被加工工件表面留下振紋,影響工件的表面質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)則使加工過(guò)程難以進(jìn)行下去。機(jī)床加工時(shí)可能產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng):強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的抗振性指的是抵抗這兩種振動(dòng)的能力。 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗振性的措施: P62,3、減小機(jī)床的熱變形 熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。機(jī)床在工作時(shí),有許多部件和部位會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如電機(jī)、滾動(dòng)軸承、切屑以及刀具與工件的切削部位、液壓系統(tǒng)等。這些產(chǎn)生熱量的部件和部位稱為熱源。熱源產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射傳遞給機(jī)床的各個(gè)

6、部件,引起溫升,產(chǎn)生膨脹。由于熱源分布不均勻,各熱源產(chǎn)生的熱量不等,零部件各處質(zhì)量不均勻,形成機(jī)床各部位溫升不一致,從而產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)合不均與的熱膨脹變形,以致破壞刀具與工件的正確相對(duì)位置,影響加工精度。,4、改善運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦特性 機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量,而對(duì)數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求,如:高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng),低速進(jìn)給時(shí)不爬行;有高的靈敏度,能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作;耐磨性要高,精度保持性要好等。這些都與導(dǎo)軌副的摩擦特性有關(guān),要求摩擦系數(shù)小,靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差小?,F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用的導(dǎo)軌主要由塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌

7、。,二、數(shù)控機(jī)床的總體布局,數(shù)控車床的常用布局形式 臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的常用布局形式 立式數(shù)控鏜銑床(立式加工中心)的常用布局形式 數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局 高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局 虛擬軸機(jī)床,1、數(shù)控車床的常用布局形式,平床身 斜床身 立式床身,圖2-1 數(shù)控車床的三種常用布局 (a)平床身布局(b)斜床身布局(c)立式床身布局,常用布局形式,這三種布局方式各有特點(diǎn),一般經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控車床以及數(shù)控化改造的車床,大都采用平床身;性能要求較高的中、小規(guī)格數(shù)控車床采用斜床身(有的機(jī)床是用平床身斜滑板);大型數(shù)控車床或精密數(shù)控車床采用立式床身。,1)水平床身 水平床身的工藝性好,

8、便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度,一般可用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。但是水平床身由于下部空間下,故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看,刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較長(zhǎng),從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。如下圖所示:,2)斜床身 水平床身配置傾斜放置的滑板,并配置傾斜式導(dǎo)軌防護(hù)罩,這種布局形式一方面有水平床身工藝性好的特點(diǎn),另一方面機(jī)床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小,且排屑方便。水平床身配上傾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。此兩種布局形式的特點(diǎn)是排屑容易,熱鐵屑不會(huì)堆積在導(dǎo)軌上,也便于安裝自動(dòng)排屑器;操作方便,易于安裝

9、機(jī)械手,以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化;機(jī)床占地面積小,外形簡(jiǎn)單、美觀,容易實(shí)現(xiàn)封閉式防護(hù)。 斜床身其導(dǎo)軌傾斜的角度分別為30、45、60、75和90(稱為立式床身)。若傾斜角度小,排屑不便;若傾斜角度大,導(dǎo)軌的導(dǎo)向性差,受力情況也差。導(dǎo)軌傾斜角度的大小還會(huì)直接影響機(jī)床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮上面的因素,中小規(guī)格的數(shù)控車床其床身的傾斜角度以60為宜。,2、臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的常用布局形式 臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的布局形式種類較多,其主要區(qū)別在于立柱的結(jié)構(gòu)形式和X、Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式上(Y軸移動(dòng)方式無(wú)區(qū)別)。,單立柱 框架結(jié)構(gòu)雙立柱,圖2-2臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)常見(jiàn)的

10、布局形式,常用的立柱,Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式有工作臺(tái)移動(dòng)式(圖2-2a、b)和立柱移動(dòng)式(圖2-2c)兩種。以上基本形式通過(guò)不同組合,還可以派生其他多種變形,如X、Z兩軸都采用立柱移動(dòng),工作臺(tái)完全固定的結(jié)構(gòu)形式;或X軸為立柱移動(dòng)、Z軸為工作臺(tái)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式等。,圖2-2 臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的 常用布局形式,在圖2-2所示的三種中、小規(guī)格臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)常見(jiàn)的布局形式中,圖2-2a所示的結(jié)構(gòu)形式和傳統(tǒng)的臥式鏜床相同,多見(jiàn)于早期的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控化改造的機(jī)床;圖2-2b所示的采用了框架結(jié)構(gòu)雙立柱、Z軸工作臺(tái)移動(dòng)式布局,為中、小規(guī)格臥式數(shù)控機(jī)床常用的結(jié)構(gòu)形式。圖2-2c所示的采用

11、了T形床身、框架結(jié)構(gòu)雙立柱、立柱移動(dòng)式(Z軸)布局,為臥式數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)。,框架結(jié)構(gòu)雙立柱采用了對(duì)稱結(jié)構(gòu),主軸箱在兩立柱中間上、下運(yùn)動(dòng),與傳統(tǒng)的主軸箱側(cè)掛式結(jié)構(gòu)相比,大大提高了結(jié)構(gòu)剛度。另外,主軸箱是從左、右兩導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)進(jìn)行定位,熱變形產(chǎn)生的主軸軸線變位被限制在垂直方向上,因此,可以通過(guò)對(duì)Y軸的補(bǔ)償,減小熱變形的影響。,2.2.2臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的常用布局形式,T形床身布局可以使工作臺(tái)沿床身做X 方向移動(dòng)時(shí),在全行程范圍內(nèi),工作臺(tái)和工件完全支承在床身上,因此,機(jī)床剛性好,工作臺(tái)承載能力強(qiáng),加工精度容易得到保證。而且,這種結(jié)構(gòu)可以很方便地增加X(jué)軸行程,便于機(jī)床品種的系列化、零部件

12、的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。,立柱移動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:首先,這種形式減少了機(jī)床的結(jié)構(gòu)層次,使床身上只有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、工作臺(tái),共三層結(jié)構(gòu),它比傳統(tǒng)的四層十字工作臺(tái),更容易保證大件結(jié)構(gòu)剛性;同時(shí)又降低了工件的裝卸高度,提高了操作性能。其次,Z軸的移動(dòng)在后床身上進(jìn)行,進(jìn)給力與軸向切削力在同一平面內(nèi),承受的扭曲力小,鏜孔和銑削精度高。此外,由于Z軸的導(dǎo)軌的承重是固定不變的,它不隨工件重量改變而改變,因此有利于提高Z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性。但是,由于Z軸承載較重,對(duì)提高Z軸的快速性不利,這是其不足之處。,3、立式數(shù)控鏜銑床(立式加工中心)的常用布局形式,立式數(shù)控鏜銑床(立式加工中心)的布局形式與臥式數(shù)控鏜銑床類

13、似,圖2-3所示的是三種常見(jiàn)布局形式。,這三種布局形式中,圖2-3a所示的結(jié)構(gòu)形式是常見(jiàn)的工作臺(tái)移動(dòng)式數(shù)控鏜銑床(立式加工中心)的布局,為中、小規(guī)格機(jī)床的常用結(jié)構(gòu)形式;圖2-3C所示的采用了T形床身,X、Y、Z三軸都是立柱移動(dòng)式的布局,多見(jiàn)于長(zhǎng)床身(大X軸行程)或采用交換工作臺(tái)的立式數(shù)控機(jī)床。這三種布局形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),基本和臥式數(shù)控鏜銑床(臥式加工中心)的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)相同。,同樣,以上基本形式通過(guò)不同組合,還可以派生其他多種變形,如X、Z兩軸都采用立柱移動(dòng)、工作臺(tái)完全固定的結(jié)構(gòu)形式,或X軸為立柱移動(dòng)、Z軸為工作臺(tái)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式等等。,圖2-3立式數(shù)控鏜銑床(立式加工中心)常見(jiàn)的布局形式,圖2-3立

14、式數(shù)控鏜銑床(立式加工中心)的常用布局形式,4、數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局,為了提高數(shù)控機(jī)床的加工效率,在加工中心上經(jīng)常采用雙交換工作臺(tái),進(jìn)行工件的自動(dòng)交換,以進(jìn)一步縮短輔助加工時(shí)間,提高機(jī)床效率。,圖2-4a是移動(dòng)式雙交換工作臺(tái)布局圖,用于工作臺(tái)移動(dòng)式加工中心。對(duì)于圖示的初始狀態(tài),其工作過(guò)程是:首先在工位工作臺(tái)上裝上工件,交換開(kāi)始后,X軸自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到工位的位置,并松開(kāi)工作臺(tái)夾緊機(jī)構(gòu);交換機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓缸或輔助電動(dòng)機(jī)將機(jī)床上的工作臺(tái)拉到工位上;X軸再自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到工位的位置,交換機(jī)構(gòu)將裝有工件的工位工作臺(tái)送到機(jī)床上,并夾緊。在機(jī)床進(jìn)行工件加工的同時(shí),操作者可以在工位裝卸工件,準(zhǔn)備第二次交換。這樣就使得工

15、件的裝卸和機(jī)床加工可以同時(shí)進(jìn)行,節(jié)省了加工輔助時(shí)間,提高了機(jī)床的效率。,圖2-4所示的是兩種常見(jiàn)的雙交換工作臺(tái)布局形式,,4、數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局,圖2-4b 是回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺(tái)布局圖,用于立柱移動(dòng)式加工中心。其工作過(guò)程是:首先在工位(裝卸工位)工作臺(tái)上裝上工件,交換開(kāi)始后,工位(加工工位)的工作臺(tái)夾緊機(jī)構(gòu)自動(dòng)松開(kāi);交換回轉(zhuǎn)臺(tái)抬起,進(jìn)行180 回轉(zhuǎn),將工位上工作臺(tái)轉(zhuǎn)到工位的位置,并夾緊。在機(jī)床進(jìn)行工件加工的同時(shí),操作者可以在工位裝卸工件,準(zhǔn)備第二次交換。 回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是交換速度快,定位精度高;對(duì)冷卻、切屑的防護(hù)容易;缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,占地面積大。,,4、數(shù)控機(jī)床交換工作

16、臺(tái)的布局,此外,還有一種通過(guò)雙工作區(qū),進(jìn)行工件交換的布局形式(如圖2-5所示),多用于長(zhǎng)床身(X軸行程在1500mm以上),且X、Y、Z三軸都是立柱移動(dòng)式的加工中心上。它的基本結(jié)構(gòu)和立柱移動(dòng)式機(jī)床完全相同,區(qū)別僅在于利用中間防護(hù),使機(jī)床原工作臺(tái)分成了兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的操作區(qū)域。其工作過(guò)程是:立柱首先運(yùn)動(dòng)到區(qū),對(duì)安裝在該區(qū)的零件進(jìn)行正常加工;與此同時(shí),操作者可以在區(qū)裝卸工件。在區(qū)的零件加工完成后,通過(guò)X軸的快速移動(dòng),將立柱運(yùn)動(dòng)到區(qū),進(jìn)行區(qū)零件的加工;操作者可以在區(qū)裝卸工件,如此循環(huán)。機(jī)床通過(guò)電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的互鎖,對(duì)于加工區(qū)的防護(hù)門也需要通過(guò)機(jī)電聯(lián)鎖裝置予以封閉,確保機(jī)床的安全性、可靠性。,,圖

17、2-5 雙工作區(qū)交換的布局圖,圖2-5 雙工作區(qū)交換的布局圖,5、高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局,5、高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局圖,6、虛擬軸機(jī)床,三、數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng),主傳動(dòng)的基本要求和變速方式 主軸的聯(lián)接形式 主軸部件的支承 主軸部件的結(jié)構(gòu),1、主傳動(dòng)的基本要求和變速方式,數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床一樣,主傳動(dòng)系統(tǒng)也必須通過(guò)變速,才能使主軸獲得不同的傳遞,以適應(yīng)不同的加工要求,并且,在變速的同時(shí),還要求傳遞一定的功率和 足夠的轉(zhuǎn)矩,滿足切削的需要。,數(shù)控機(jī)床作為高度自動(dòng)化的設(shè)備,它對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求有以下幾點(diǎn): 1)為了達(dá)到最佳的切削效果,一般都應(yīng)在最佳的切削條件下工作,因此,主軸一般都要

18、求能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 2)要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率,以適應(yīng)高效、高速的加工需要。,1、主傳動(dòng)的基本要求和變速方式,3)為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng),主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),減少傳動(dòng)件。 4)在加工中心上,還必須具有安裝道具和刀具交換所需要的自動(dòng)夾緊裝置,以及主軸定向準(zhǔn)停裝置,以保證刀具和主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手的正確嚙合。 5)為了擴(kuò)大機(jī)床的功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸的控制,主軸還需安裝位置檢測(cè)裝置,以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。,數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的,因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的再求。故大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以

19、下三種配置方式。,數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求較大的調(diào)速范圍,以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量,從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。,1、主傳動(dòng)的基本要求和變速方式,這種配置方式大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。 它通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速,使之成為分段無(wú)級(jí)變速,確保低速時(shí)的扭矩,以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。 但有一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動(dòng)方式,以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。 滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。,(1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng)(如圖),主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上,可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲,但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。,(2)通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)(如

20、圖),同步帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)如圖所示。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形,通過(guò)帶輪與輪齒相嵌合,作無(wú)滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。,帶內(nèi)采用了承載后無(wú)彈性伸長(zhǎng)的材料作強(qiáng)力層,以保持帶的節(jié)距不變,使主、從動(dòng)帶輪可作無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)。,同步帶傳動(dòng)是一種綜合了帶、鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)。,這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu),有效地提高了主軸部件的剛度,但主軸輸出扭矩小,電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。,(3)由調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)(如圖),從直流主軸電動(dòng)機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖中可以看出,在低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出,高于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)為恒功率輸出。,使用這種電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)純電氣定向,而且主軸的控制功能可以很容

21、易與數(shù)控系統(tǒng)相連接并實(shí)現(xiàn)修調(diào)輸入、速度和負(fù)載測(cè)量輸出等。,(4)采用電主軸,在高速加工機(jī)床上,大多數(shù)使用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸,可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)、甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速,主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,剛性更好。,車床用電主軸,銑床用電主軸,機(jī)床的主軸部件是機(jī)床重要部件之一,它帶動(dòng)工件或刀具執(zhí)行機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng),因此數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度,抗振性和熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接的影響,由于數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中不進(jìn)行人工調(diào)整,這些影響就更為嚴(yán)重。所以:,2、主軸部件,主軸在結(jié)構(gòu)上要處理好卡盤(pán)或刀具的裝卡, 主軸的卸荷, 主軸軸承的定位和間隙調(diào)整, 主軸部件的潤(rùn)滑和密封等一系列問(wèn)題。 對(duì)于數(shù)控鏜銑床的

22、主軸為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸,主軸上還必須設(shè)計(jì)有刀具的自動(dòng)裝卸,主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置。,,數(shù)控機(jī)床的主軸部件主要有以下幾個(gè)部分:主軸本體及密封裝置、支承主軸的軸承、配置在主軸內(nèi)部的刀具卡進(jìn)及吹屑裝置、主軸的準(zhǔn)停裝置等。,1)主軸本體 主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀(見(jiàn)P88圖4-5) 主軸的材料和熱處理,2)數(shù)控機(jī)床的主軸軸承,3)軸承的配置 合理配置軸承,可以提高主軸精度,降低溫升,簡(jiǎn)化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機(jī)床上配制軸承時(shí),前后軸承都應(yīng)能承受徑向載荷,支承間的距離要選擇合理,并根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況配制軸向力的軸承。,,在圖(a)所示的配置形式中,前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接

23、觸球軸承組合,承受徑向載荷和軸向載荷,后支承采用成對(duì)角接觸球軸承,這種配置可提高主軸的綜合剛度,滿足強(qiáng)力切削的要求,普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床。 在圖(b)所示的配置形式中,前軸承采用角接觸球軸承,由23個(gè)軸承組成一套,背靠背安裝,承受徑向載荷和軸向載荷,后支承采用雙列短圓柱滾子軸承,這種配置適用于高速、重載的主軸部件。 在圖(c)所示前后支承均采用成對(duì)角接觸球軸承,以承受徑向載荷和軸向載荷,這種配置適用于高速、輕載荷精密的數(shù)控機(jī)床主軸。 在圖(d)所示前支承采用雙列圓錐滾子軸承,承受徑向載荷和軸向載荷,后支承采用單列圓錐滾子軸承,這種配置可承受重載荷和較強(qiáng)的動(dòng)載荷,安裝與調(diào)整性能好,但主軸

24、轉(zhuǎn)速和精度的提高受到限制,適用于中等精度,低速與重載荷的數(shù)控機(jī)床主軸。,在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床中為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸內(nèi)的自動(dòng)裝卸,其主軸必須設(shè)計(jì)有刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu),如圖所示。,3、主軸內(nèi)刀具的自動(dòng)夾緊和切屑清除裝置,刀桿采用7:24的大錐度錐柄,采用大錐度的錐柄既有利于定心,也為松夾帶來(lái)了方便。,在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時(shí),通過(guò)錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。,在蝶形彈簧8的作用下,拉桿7始終保持約10000N的拉力;并通過(guò)拉桿右端的鋼球6將刀桿的尾部軸頸拉緊。,換刀時(shí)首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸左腔,活塞1推動(dòng)拉桿7向有移動(dòng),將刀柄松開(kāi),同時(shí)使蝶形彈簧8壓緊。,拉桿7的右移使

25、右端的鋼球6位于套筒的喇叭口處,消除了刀桿上的拉力。 當(dāng)拉桿繼續(xù)右移時(shí),噴氣嘴的端部把刀具頂松,使機(jī)械手方便地取出刀桿。,機(jī)械手將應(yīng)換刀具裝入后,電磁換向閥動(dòng)作使壓力油通入油缸右腔,活塞1向左退回原位,蝶形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊、螺旋彈簧2使活塞1在液壓缸右腔無(wú)壓力油時(shí)也始終退在最左端。 當(dāng)活塞處于左右兩個(gè)極限位置時(shí),相應(yīng)限位開(kāi)關(guān)12、13發(fā)出松開(kāi)和夾緊的信號(hào)。,自動(dòng)清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過(guò)程中的一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。,如果主軸錐孔中落入了切屑、灰塵或其它污物,在拉緊刀桿時(shí),錐孔表面和刀桿的錐柄就會(huì)被劃傷, 甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜,破壞了刀桿的正確定位, 影響零件的加工精度,甚至?xí)沽慵?/p>

26、報(bào)廢。 為了保持主軸錐孔的清潔,常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。,如圖所示活塞1的心部鉆有壓縮空氣通道,當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí),壓縮空氣經(jīng)過(guò)活塞由主軸孔內(nèi)的空氣嘴噴出,將錐孔清理干凈。 為了提高吹屑效率,噴氣小孔要有合理的噴射角度,并均勻布置。,,圖4 為自動(dòng)換刀數(shù)控立式鏜銑床的主軸部件結(jié)構(gòu)圖:刀桿采用7:24的大錐度錐柄,既有利于定心,也為松夾帶來(lái)了方便。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時(shí),通過(guò)錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。在碟形彈簧5的作用下,拉桿4始終保持約10000N的拉力,并通過(guò)拉桿右端的鋼球12將刀桿的尾部軸頸拉緊。換刀時(shí)首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸7左腔,液壓缸活塞6推動(dòng)拉

27、桿4向右移動(dòng)。將刀柄松開(kāi),同時(shí)使碟形彈簧5壓緊。拉桿4的右移使右端的鋼球12位于套筒的喇叭口處,消除了刀桿上的拉力。當(dāng)拉桿繼續(xù)右移時(shí),噴氣嘴的端部把刀具頂松,使機(jī)械手可方便地取出刀桿。機(jī)械手將應(yīng)換刀具裝入后,電磁換向閥動(dòng)作使壓力油通入液壓缸右腔,液壓缸活塞6向左退回原位,碟形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊。螺旋彈簧11使液壓缸活塞6在液壓缸右腔無(wú)壓力時(shí)也始終退在最左端,當(dāng)活塞處于左右兩個(gè)極限位置時(shí),相應(yīng)限位行程開(kāi)關(guān)8、10發(fā)出松開(kāi)和夾緊的信號(hào)。,在數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床和以鏜銑為主的加工中心上,為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀,使機(jī)械手準(zhǔn)確地將刀具裝入主軸孔中,刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?zhǔn);在鏜削加工退刀時(shí),要求刀

28、具向刀尖反方向徑向移動(dòng)一段距離后才能退出,以免劃傷工件,這都需要主軸具有周向定位功能;另外,一些特殊工藝要求情況下,如在通過(guò)前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔,或進(jìn)行反倒角等加工時(shí),也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停,使刀尖停在一個(gè)固定的方位上,以便主軸偏移一定尺寸后,使大切削刃能通過(guò)前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對(duì)大孔進(jìn)行鏜削,所以在主軸上必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置。 目前,主軸準(zhǔn)停裝置很多,主要分為機(jī)械式和電氣式兩種。,4、主軸準(zhǔn)停裝置,1)、定位盤(pán)準(zhǔn)停原理示意圖,傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械擋塊等來(lái)定向。圖2為V形槽輪定位盤(pán)準(zhǔn)停裝置原理圖,在主軸上固定一個(gè)V形槽輪定位盤(pán),使V形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對(duì)位置關(guān)系。當(dāng)主軸需要停車換刀時(shí)

29、,發(fā)出降速信號(hào),主軸轉(zhuǎn)換到最低速運(yùn)轉(zhuǎn),延時(shí)繼電器開(kāi)始動(dòng)作,并延時(shí)4s6s后,無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 1接通電源,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即 V形槽輪定位盤(pán) 3上的感應(yīng)塊2與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)1相接觸后發(fā)出信號(hào),使主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。另一延時(shí)繼電器延時(shí)0.2s0.4s后,壓力油進(jìn)入定位液壓缸4下腔,使定向活塞向左移動(dòng),當(dāng)定向活塞上的定向滾輪 5頂入定位盤(pán)的 V形槽內(nèi)時(shí),行程開(kāi)關(guān) LS2發(fā)出信號(hào),主軸準(zhǔn)停完成。若延時(shí)繼電器延時(shí)1s后行程開(kāi)關(guān)LS2仍不發(fā)信號(hào),說(shuō)明準(zhǔn)停沒(méi)完成,需使定向活塞6后退,重新準(zhǔn)停。當(dāng)活塞桿向右移到位時(shí),行程開(kāi)關(guān)LS1發(fā)出定向滾輪5退出凸輪定位盤(pán)凹槽的信號(hào),此時(shí)主軸可啟動(dòng)工作。機(jī)械式主軸準(zhǔn)停裝置準(zhǔn)確可靠,但

30、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?,F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置,只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào),主軸就可以準(zhǔn)確的定向。,2)、凸輪準(zhǔn)停裝置,見(jiàn)教材P96圖4-19,3)磁傳感器主軸準(zhǔn)停 在主軸上安裝有一個(gè)永久磁鐵4與主軸一起旋轉(zhuǎn),在距離永久磁鐵4旋轉(zhuǎn)軌跡外12mm處固定有一個(gè)磁傳感器5,當(dāng)銑床主軸需要停車換刀時(shí),數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)的指令,主軸電動(dòng)機(jī)3立即降速,使主軸以很低的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn),當(dāng)永久磁鐵4對(duì)準(zhǔn)磁傳感器5時(shí),磁傳感器發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào),此信號(hào)經(jīng)放大后,由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。這種準(zhǔn)停裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,發(fā)磁體與磁感傳感器間沒(méi)有接觸摩擦,準(zhǔn)停的定位精度可達(dá)1。,能滿足一般換刀要求。而且定向

31、時(shí)間短,可靠性較高。,4)編碼器型主軸準(zhǔn)停 這種準(zhǔn)停功能也是由主軸驅(qū)動(dòng)完成的,控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。CNC只需發(fā)出ORT命令,主軸驅(qū)動(dòng)完成準(zhǔn)停后回答準(zhǔn)停完成信號(hào)ORE。其控制步驟與傳感器類似,所不同的是準(zhǔn)停角度可由編碼(12位)設(shè)定,更加靈活方便。,5)數(shù)控系統(tǒng)控制準(zhǔn)停 這種準(zhǔn)停控制方式是由數(shù)控系統(tǒng)完成的,其原理與進(jìn)給位置控制的原理非常相似,如圖所示。,圖3為JCS018加工中心主軸電氣準(zhǔn)停裝置原理圖,在帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個(gè)厚墊片4,墊片4上裝有一個(gè)體積很小的永久磁鐵3,在主軸箱體對(duì)應(yīng)主軸準(zhǔn)停的位置上,裝有磁傳感器2。當(dāng)機(jī)床需要停車換刀時(shí),數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令,主軸電

32、動(dòng)機(jī)立即降速,在主軸以最低轉(zhuǎn)速慢轉(zhuǎn)幾圈、永久磁鐵3對(duì)準(zhǔn)磁傳感器2時(shí),磁傳感器2發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào),該信號(hào)經(jīng)放大后,由定向電路控制主軸電動(dòng)機(jī)停在規(guī)定的周向位置上,同時(shí)限位開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào),表示準(zhǔn)停已完成。,,當(dāng)主軸需要停車換刀時(shí),發(fā)出降速信號(hào),主軸箱自動(dòng)改變傳動(dòng)路線,使主軸換到最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在時(shí)間繼電器延時(shí)數(shù)秒后,開(kāi)始接通無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。,主軸的準(zhǔn)停裝置設(shè)置在主軸的尾端(如圖)。交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)11通過(guò)多聯(lián)三角帶9和皮帶輪10帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),,在凸輪上的感應(yīng)片對(duì)準(zhǔn)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)時(shí),發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào),立即切斷主軸電動(dòng)機(jī)電源,脫開(kāi)與主軸的傳動(dòng)聯(lián)系,以排除傳動(dòng)系統(tǒng)中大部分回轉(zhuǎn)零件的慣性對(duì)主軸準(zhǔn)停的影響,使主軸作低速慣性空轉(zhuǎn)。,位于圖中帶輪5左側(cè)的永久磁鐵4對(duì)準(zhǔn)磁傳感器3時(shí),主軸準(zhǔn)確停止,同時(shí)限位開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào),表示已完成。,電氣式主軸定向控制的特點(diǎn)是:不需要機(jī)械部件,定向時(shí)間短可靠性高,只需要簡(jiǎn)單的強(qiáng)電順序控制,精度和剛度高。,

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