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。來自于數(shù)控裝置的各種運(yùn)動和動作指令，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)動和動作，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）主傳動系統(tǒng)，其功用是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動 （2）進(jìn)給系統(tǒng) ，其功用是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動 （3）機(jī)床基礎(chǔ)件，通常指床身、底座、立柱、滑座、工作臺等。其功用是支承機(jī)床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過程中占有的準(zhǔn)確位置。,（4）實(shí)現(xiàn)某些部件動作和某些輔助功能的裝置，如液壓、氣動、潤滑、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。 （6）刀庫、刀架和自動換刀裝置 （7）自動托盤交換裝置 （8）特殊功能裝置，如刀具破損檢測、精度檢測和監(jiān)控裝置等。,其中，機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、潤滑、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。,數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(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)動的平穩(wěn)性及運(yùn)動時的摩擦特性、幾何精度、傳動精度等。,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，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，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、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)床的振動會在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質(zhì)量，嚴(yán)重時則使加工過程難以進(jìn)行下去。機(jī)床加工時可能產(chǎn)生兩種形式的振動：強(qiáng)迫振動和自激振動。機(jī)床的抗振性指的是抵抗這兩種振動的能力。 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，有許多部件和部位會產(chǎn)生大量熱量，如電機(jī)、滾動軸承、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)生的熱量通過傳導(dǎo)、對流、輻射傳遞給機(jī)床的各個部件，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)生不均勻的溫度場合不均與的熱膨脹變形，以致破壞刀具與工件的正確相對位置，影響加工精度。,4、改善運(yùn)動導(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，而對數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求，如：高速進(jìn)給時不振動，低速進(jìn)給時不爬行；有高的靈敏度，能在重載下長期連續(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)軌主要由塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。,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，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，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，熱鐵屑不會堆積在導(dǎo)軌上，也便于安裝自動排屑器；操作方便，易于安裝機(jī)械手，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化；機(jī)床占地面積小，外形簡單、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)軸的移動方式上（Y軸移動方式無區(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）常見的布局形式,常用的立柱,Z坐標(biāo)軸的移動方式有工作臺移動式（圖2-2a、b）和立柱移動式（圖2-2c）兩種。以上基本形式通過不同組合，還可以派生其他多種變形，如X、Z兩軸都采用立柱移動，工作臺完全固定的結(jié)構(gòu)形式；或X軸為立柱移動、Z軸為工作臺移動的結(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軸工作臺移動式布局，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所示的采用了T形床身、框架結(jié)構(gòu)雙立柱、立柱移動式（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)雙立柱采用了對稱結(jié)構(gòu)，主軸箱在兩立柱中間上、下運(yùn)動，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，可以通過對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沿床身做X 方向移動時，在全行程范圍內(nèi)，工作臺和工件完全支承在床身上，因此，機(jī)床剛性好，工作臺承載能力強(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軸行程，便于機(jī)床品種的系列化、零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。,立柱移動式結(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、工作臺，共三層結(jié)構(gòu)，它比傳統(tǒng)的四層十字工作臺，更容易保證大件結(jié)構(gòu)剛性；同時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)控鏜銑床類似，圖2-3所示的是三種常見布局形式。,這三種布局形式中，圖2-3a所示的結(jié)構(gòu)形式是常見的工作臺移動式數(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三軸都是立柱移動式的布局，多見于長床身（大X軸行程）或采用交換工作臺的立式數(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）的對應(yīng)結(jié)構(gòu)相同。,同樣，以上基本形式通過不同組合，還可以派生其他多種變形，如X、Z兩軸都采用立柱移動、工作臺完全固定的結(jié)構(gòu)形式，或X軸為立柱移動、Z軸為工作臺移動的結(jié)構(gòu)形式等等。,圖2-3立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）常見的布局形式,圖2-3立式數(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，進(jìn)行工件的自動交換，以進(jìn)一步縮短輔助加工時間，提高機(jī)床效率。,圖2-4a是移動式雙交換工作臺布局圖，用于工作臺移動式加工中心。對于圖示的初始狀態(tài)，其工作過程是：首先在工位工作臺上裝上工件，交換開始后，X軸自動運(yùn)動到工位的位置，并松開工作臺夾緊機(jī)構(gòu)；交換機(jī)構(gòu)通過液壓缸或輔助電動機(jī)將機(jī)床上的工作臺拉到工位上；X軸再自動運(yùn)動到工位的位置，交換機(jī)構(gòu)將裝有工件的工位工作臺送到機(jī)床上，并夾緊。在機(jī)床進(jìn)行工件加工的同時，操作者可以在工位裝卸工件，準(zhǔn)備第二次交換。這樣就使得工件的裝卸和機(jī)床加工可以同時進(jìn)行，節(jié)省了加工輔助時間，提高了機(jī)床的效率。,圖2-4所示的是兩種常見的雙交換工作臺布局形式,4、數(shù)控機(jī)床交換工作臺的布局,圖2-4b 是回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺布局圖，用于立柱移動式加工中心。其工作過程是：首先在工位（裝卸工位）工作臺上裝上工件，交換開始后，工位（加工工位）的工作臺夾緊機(jī)構(gòu)自動松開；交換回轉(zhuǎn)臺抬起，進(jìn)行180 回轉(zhuǎn)，將工位上工作臺轉(zhuǎn)到工位的位置，并夾緊。在機(jī)床進(jìn)行工件加工的同時，操作者可以在工位裝卸工件，準(zhǔn)備第二次交換。 回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺的優(yōu)點(diǎn)是交換速度快，定位精度高；對冷卻、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)床交換工作臺的布局,此外，還有一種通過雙工作區(qū)，進(jìn)行工件交換的布局形式（如圖2-5所示），多用于長床身（X軸行程在1500mm以上），且X、Y、Z三軸都是立柱移動式的加工中心上。它的基本結(jié)構(gòu)和立柱移動式機(jī)床完全相同，區(qū)別僅在于利用中間防護(hù)，使機(jī)床原工作臺分成了兩個相對獨(dú)立的操作區(qū)域。其工作過程是：立柱首先運(yùn)動到區(qū)，對安裝在該區(qū)的零件進(jìn)行正常加工；與此同時，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X軸的快速移動，將立柱運(yùn)動到區(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)床通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的互鎖，對于加工區(qū)的防護(hù)門也需要通過機(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)床的主傳動系統(tǒng),主傳動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，主傳動系統(tǒng)也必須通過變速，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，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)床作為高度自動化的設(shè)備，它對主傳動系統(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，主軸一般都要求能自動實(shí)現(xiàn)無級變速。 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，主傳動系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，減少傳動件。 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、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C軸的控制，主軸還需安裝位置檢測裝置，以便實(shí)現(xiàn)對主軸位置的控制。,數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的再求。故大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式。,數(shù)控機(jī)床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍，以保證加工時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。 它通過少數(shù)幾對齒輪降速，使之成為分段無級變速，確保低速時的扭矩，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)床也采用這種傳動方式，以獲得強(qiáng)力切削時所需要的扭矩。 滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實(shí)現(xiàn)。,（1）帶有變速齒輪的主傳動（如圖）,主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。,（2）通過帶傳動的主傳動（如圖）,同步帶的結(jié)構(gòu)和傳動如圖所示。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，作無滑動的嚙合傳動。,帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料作強(qiáng)力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主、從動帶輪可作無相對滑動的同步傳動。,同步帶傳動是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點(diǎn)的新型傳動。,這種主傳動方式大大簡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，電動機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大。,（3）由調(diào)速電動機(jī)直接驅(qū)動的主傳動（如圖）,從直流主軸電動機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖中可以看出，在低于額定轉(zhuǎn)速時為恒轉(zhuǎn)矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時為恒功率輸出。,使用這種電動機(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)萬轉(zhuǎn)、甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速，主軸傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，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，它帶動工件或刀具執(zhí)行機(jī)床的切削運(yùn)動，因此數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度，抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機(jī)床在加工過程中不進(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， 主軸部件的潤滑和密封等一系列問題。 對于數(shù)控鏜銑床的主軸為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須設(shè)計(jì)有刀具的自動裝卸，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,簡化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機(jī)床上配制軸承時,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角接觸球軸承組合，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用成對角接觸球軸承，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)的動載荷，安裝與調(diào)整性能好，但主軸轉(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)的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計(jì)有刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)，如圖所示。,3、主軸內(nèi)刀具的自動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，也為松夾帶來了方便。,在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時，通過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；并通過拉桿右端的鋼球6將刀桿的尾部軸頸拉緊。,換刀時首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸左腔，活塞1推動拉桿7向有移動，將刀柄松開，同時使蝶形彈簧8壓緊。,拉桿7的右移使右端的鋼球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，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在液壓缸右腔無壓力油時也始終退在最左端。 當(dāng)活塞處于左右兩個極限位置時，相應(yīng)限位開關(guān)12、13發(fā)出松開和夾緊的信號。,自動清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過程中的一個不容忽視的問題。,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，錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷， 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顖?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)活塞向左移動時，壓縮空氣經(jīng)過活塞由主軸孔內(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，也為松夾帶來了方便。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時，通過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，并通過拉桿右端的鋼球12將刀桿的尾部軸頸拉緊。換刀時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推動拉桿4向右移動。將刀柄松開，同時使碟形彈簧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，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在液壓缸右腔無壓力時也始終退在最左端，當(dāng)活塞處于左右兩個極限位置時，相應(yīng)限位行程開關(guān)8、10發(fā)出松開和夾緊的信號。,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，要求刀具向刀尖反方向徑向移動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，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進(jìn)行反倒角等加工時，也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，使刀尖停在一個固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大切削刃能通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對大孔進(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)、定位盤準(zhǔn)停原理示意圖,傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械擋塊等來定向。圖2為V形槽輪定位盤準(zhǔn)停裝置原理圖，在主軸上固定一個V形槽輪定位盤，使V形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對位置關(guān)系。當(dāng)主軸需要停車換刀時，發(fā)出降速信號，主軸轉(zhuǎn)換到最低速運(yùn)轉(zhuǎn)，延時繼電器開始動作，并延時4s6s后，無觸點(diǎn)開關(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 3上的感應(yīng)塊2與無觸點(diǎn)開關(guān)1相接觸后發(fā)出信號，使主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)。另一延時繼電器延時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，當(dāng)定向活塞上的定向滾輪 5頂入定位盤的 V形槽內(nèi)時，行程開關(guān) LS2發(fā)出信號，主軸準(zhǔn)停完成。若延時繼電器延時1s后行程開關(guān)LS2仍不發(fā)信號，說明準(zhǔn)停沒完成，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，行程開關(guān)LS1發(fā)出定向滾輪5退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時主軸可啟動工作。機(jī)械式主軸準(zhǔn)停裝置準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。現(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，主軸就可以準(zhǔn)確的定向。,2）、凸輪準(zhǔn)停裝置,見教材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處固定有一個磁傳感器5，當(dāng)銑床主軸需要停車換刀時，數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)的指令，主軸電動機(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對準(zhǔn)磁傳感器5時，磁傳感器發(fā)出準(zhǔn)停信號，此信號經(jīng)放大后，由定向電路使電動機(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)簡單，發(fā)磁體與磁感傳感器間沒有接觸摩擦，準(zhǔn)停的定位精度可達(dá)1。,能滿足一般換刀要求。而且定向時間短，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)動完成準(zhǔn)停后回答準(zhǔn)停完成信號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，在帶動主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個厚墊片4，墊片4上裝有一個體積很小的永久磁鐵3，在主軸箱體對應(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，數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令，主軸電動機(jī)立即降速，在主軸以最低轉(zhuǎn)速慢轉(zhuǎn)幾圈、永久磁鐵3對準(zhǔn)磁傳感器2時，磁傳感器2發(fā)出準(zhǔn)停信號，該信號經(jīng)放大后，由定向電路控制主軸電動機(jī)停在規(guī)定的周向位置上，同時限位開關(guān)發(fā)出信號，表示準(zhǔn)停已完成。,，當(dāng)主軸需要停車換刀時，發(fā)出降速信號，主軸箱自動改變傳動路線，使主軸換到最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在時間繼電器延時數(shù)秒后，開始接通無觸點(diǎn)開關(guān)。,主軸的準(zhǔn)停裝置設(shè)置在主軸的尾端（如圖）。交流調(diào)速電動機(jī)11通過多聯(lián)三角帶9和皮帶輪10帶動主軸旋轉(zhuǎn)，,在凸輪上的感應(yīng)片對準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān)時，發(fā)出準(zhǔn)停信號，立即切斷主軸電動機(jī)電源，脫開與主軸的傳動聯(lián)系，以排除傳動系統(tǒng)中大部分回轉(zhuǎn)零件的慣性對主軸準(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對準(zhǔn)磁傳感器3時，主軸準(zhǔn)確停止，同時限位開關(guān)發(fā)出信號，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，定向時間短可靠性高，只需要簡單的強(qiáng)電順序控制，精度和剛度高。,