Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,,?#?,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,退 出,下一頁,目 錄,上一頁,機(jī)械工業(yè)出版社,數(shù)控機(jī)床,,,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主傳動的系統(tǒng)要求,,主傳動分類,,主軸部件,,2.1 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng),,,主傳動系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動的，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的開停、變速、換向和制動等。,,主傳動的系統(tǒng)要求,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),1．轉(zhuǎn)速高、功率大,由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術(shù)的進(jìn)步，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均要求有足夠高的功率來滿足高速強(qiáng)力切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。,一般數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動功率在3.7～250kW之間。,主電動機(jī)應(yīng)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動力要求。,主傳動的系統(tǒng)要求,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.具有更大的調(diào)速范圍并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速,為保證能選用合理的切削用量，獲得更高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，要求能在較大的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。調(diào)速范圍有恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速范圍兩種。要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。,另外，變速范圍負(fù)載波動時(shí)，速度應(yīng)穩(wěn)定。一般要求主軸具備1∶(100～1000)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍和1∶10的恒功率調(diào)速范圍?，F(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床的主軸的調(diào)速范圍一般為：100～10000r/min，且能無級調(diào)速。,主傳動的系統(tǒng)要求,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),3．控制功能的多樣化,,同步控制功能：在車削中心上，為使之具有螺紋車削功能，要求主軸與進(jìn)給驅(qū)動實(shí)行同步控制，即主軸上安裝了脈沖編碼器。,主軸準(zhǔn)停功能：在加工中心上，要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停功能，以保證換刀位置的準(zhǔn)確以及某些加工工藝的需要。,具有恒線速度切削控制功能：利用車床和磨床加工工件端面時(shí)，為了保證端面表面粗糙度的一致性，要求刀具切削的線速度為恒定值。,C軸控制功能：在車削中心上，要求主軸具有C軸控制功能。,,主傳動的系統(tǒng)要求,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主傳動的系統(tǒng)要求,4. 高精度與剛度，傳遞平穩(wěn)，噪聲低,數(shù)控機(jī)床加工精度與主軸系統(tǒng)精度密切相關(guān)。為此，要提高傳動件的制造精度與剛度，可以對齒輪齒面高頻感應(yīng)加熱淬火，以增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)；采用精度高的軸承及合理的支承結(jié)構(gòu)等，提高主軸組件剛性。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),5．良好的抗振性和熱穩(wěn)定性,數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，可能受到斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因而引起的沖擊力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度。主軸系統(tǒng)發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動效率，破壞零部件之間的相對位置精度和運(yùn)動精度，造成加工誤差。,為此，主軸組件要有較高的固有頻率，實(shí)現(xiàn)動平衡，保持合適的配合間隙并進(jìn)行循環(huán)潤滑等。,主傳動的系統(tǒng)要求,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),6．電動機(jī)性能要求高,一般要滿足以下性能要求：過載能力要強(qiáng)，要求有較長時(shí)間(1～30min)和較大倍數(shù)的過載能力，在斷續(xù)負(fù)載下，電動機(jī)轉(zhuǎn)速波動要??；速度響應(yīng)要快，升降速時(shí)間要短；,溫升要低，振動和噪聲要小；可靠性高，壽命長，維護(hù)容易；體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易。,此外，為了獲得更高的運(yùn)動精度，要求主傳動傳動鏈盡可能短。,主傳動的系統(tǒng)要求,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),1．帶有變速齒輪的主軸傳動,如,圖2-1a,所示，這是大中型數(shù)控機(jī)床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對齒輪傳動，擴(kuò)大變速范圍，確保低速時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的移位大多采用液壓撥叉或直接由液壓缸驅(qū)動齒輪來實(shí)現(xiàn)。一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用此種傳動方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩。,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2．通過帶傳動的主軸傳動,如,圖2-1b,所示，這種傳動主要用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床，由交流電動機(jī)通過傳動帶直接帶動主軸。電動機(jī)本身的調(diào)整就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免由齒輪傳動所引起的振動和噪聲。只適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),,常用的傳動帶有多楔帶和同步齒形帶。多楔帶又稱為復(fù)合三角帶，其橫向斷面如,圖2-2a,所示，傳遞負(fù)載主要靠強(qiáng)力層。多楔帶綜合了V帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動小、發(fā)熱少、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、重量小，可在40m／s的線速度下使用。此外，多楔帶與帶輪的接觸好、負(fù)載分布均勻，即使瞬時(shí)超載，也不會產(chǎn)生打滑，而傳遞功率比V帶大20%～30%，因此能夠滿足主傳動高速、大轉(zhuǎn)矩和不打滑的要求。但是多楔帶的缺點(diǎn)是在安裝時(shí)需要較大的張緊力，使主軸和電動機(jī)承受較大的徑向負(fù)載。,,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),多楔帶按齒距可分為三種規(guī)格：J型齒距為2.4mm，L型齒距為4.8mm，M型齒距為9.5mm，可依據(jù)需要傳送的功率及需要達(dá)到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇。,同步齒形帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，帶型有梯形齒和圓弧齒，如圖2-1b所示。,如,圖2-3,所示，同步齒形帶工作面上的齒形與帶輪的齒槽嚙合，進(jìn)行無滑動的嚙合傳動。,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),與一般帶傳動相比，同步齒形帶傳動具有如下優(yōu)點(diǎn)：,(1)傳動效率高，可達(dá)98%以上。,(2)無滑動，傳動比準(zhǔn)確。,(3)傳動平穩(wěn)，噪聲小。,(4)使用范圍較廣，速度可達(dá)50m／s，速比 可達(dá) 10 左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦。,(5)維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。,(6)安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),3．調(diào)速電動機(jī)直接驅(qū)動主軸傳動,由調(diào)速電動機(jī)直接驅(qū)動主軸傳動如,圖2-1c,所示。調(diào)速電動機(jī)與主軸用聯(lián)軸器同軸聯(lián)接，如,圖2-4,所示。它大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，重量輕，慣量小，提高了主軸起動、停止的響應(yīng)特性。同時(shí)，有效地提高了主軸部件的剛度，并利于控制振動和噪聲。但主軸輸出的轉(zhuǎn)矩小，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形。,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),4．用兩個(gè)電動機(jī)分別驅(qū)動主軸傳動,用兩個(gè)電動機(jī)分別驅(qū)動主軸傳動如,圖2-1d,所示，它是齒輪變速和帶傳動兩種方式的混合傳動，具有上述兩種方式的性能。高速時(shí)，由一個(gè)電動機(jī)通過帶傳動；低速時(shí)，由另一個(gè)電動機(jī)通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動機(jī)功率不能充分利用的問題。但兩個(gè)電動機(jī)不能同時(shí)工作，是一種浪費(fèi)。,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),5．內(nèi)裝式電主軸,目前，隨著電氣傳動技術(shù)(變頻調(diào)速技術(shù)、電動機(jī)矢量控制技術(shù)等)的迅速發(fā)展和日趨完善，主傳動系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化。具備高轉(zhuǎn)速和高精度、高速精密和高效率特性的數(shù)控機(jī)床電主軸應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動(如,圖2-1e,)，從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動”。,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),這種主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。由于當(dāng)前電主軸主要采用的是交流高頻電動機(jī)，故也稱為“高頻軸”。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時(shí)又稱它為“直接傳動主軸”。,,2.1.2,主傳動分類,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件包括主軸的支承和傳動零件，主要由以下零部件組成：主軸、軸承、傳動零件、裝夾刀具或工件的附件及輔助零部件。,1、主軸,主軸是主軸部件的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)、尺寸、制造精度、材料及其熱處理，對主軸部件性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有多種形式，一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),(1)主軸的主要尺寸參數(shù),,1)主軸直徑。 2)主軸內(nèi)孔直徑。,3)懸伸長度。 4)主軸的支承跨距。,(2)主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀,,,圖2-5,所示為數(shù)控機(jī)床所通用的幾種主軸端部的 結(jié)構(gòu)形式。,,a)車床主軸端部,b)銑、鏜類機(jī)床主軸端部,c)外圓磨床砂輪主軸端部,d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部,2.1.3,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,2.1.3,主軸部件,(3)常用的卡盤結(jié)構(gòu),,圖2-6,為某數(shù)控車床上采用的一種液壓驅(qū)動動力自定心卡盤，由固定在主軸后端的液壓缸5和固定在主軸前端的卡盤3組成，活塞4可以帶動卡盤內(nèi)的驅(qū)動爪1驅(qū)動卡爪2夾緊或松開工件，并通過行程開關(guān)6和7發(fā)出相應(yīng)信號，其夾緊力的大小通過調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力控制。這種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，動作靈敏，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的夾緊力。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),圖2-6　液壓驅(qū)動動力自定心卡盤,1－驅(qū)動卡爪　2－卡爪　3－卡盤,4－活塞桿　5－液壓缸　6、7－行程開關(guān),,2.1.3,主軸部件,(4)主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機(jī)構(gòu),,圖2-7為ZHS-K63型加工中心主軸內(nèi)部刀具夾緊機(jī)構(gòu),,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),,主軸部件,2．主軸軸承,(1)軸承的類型,1)滾動軸承。,(a)深溝球軸承。如,圖2-8ａ,(b)角接觸球軸承。如,圖2-8ｂ,(c)雙向推力角接觸球軸承。如,圖2-8ｃ,(d)雙列圓柱滾子軸承。如,圖2-8ｄ,(e)圓錐滾子軸承。如,圖2-8ｅ,2)滑動軸承。,,,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),(2) 主軸軸承的支撐形式,,數(shù)控機(jī)床主軸帶動刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。主軸軸承的支撐形式主要取決于主軸轉(zhuǎn)速特性的速度因素和對主軸剛度的要求。主軸軸承常見的支撐形式有以下三種，如,圖2-9,所示。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,3．主軸的準(zhǔn)停裝置,,主軸準(zhǔn)停功能又稱為主軸定位功能，即當(dāng)主軸停止時(shí)，控制其停于固定位置，這是自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀柄的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能，,如,圖2-10,所示。另外當(dāng)精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，再退刀，因此，刀具就必須具有定位功能。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,圖2-10　主軸準(zhǔn)停換刀,,電氣準(zhǔn)停有磁傳感器準(zhǔn)停、編碼器型準(zhǔn)停和數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停。常用的磁傳感器準(zhǔn)停裝置如,圖2-11,所示，它是在主軸上安裝一個(gè)發(fā)磁體，使之與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡,1,～,2mm,處固定一個(gè)磁傳感器。磁傳感器經(jīng)過放大器與主軸控制單元聯(lián)接，當(dāng)主軸需要定向準(zhǔn)停時(shí)，便控制主軸停止在調(diào)整好的位置上,。,,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,圖2-11　磁傳感器準(zhǔn)停,,4．主軸的潤滑與密封,,(1)主軸的潤滑,,1)油脂潤滑方式。 2)油液循環(huán)潤滑。,3)油霧潤滑方式。 4)油氣潤滑方式。,5)噴注潤滑方式。,,油氣潤滑方式潤滑原理如,圖2-12,所示。系統(tǒng)通過油箱中的油位開關(guān)2和管路中的壓力開關(guān)7檢測油箱無油或壓力不足的情況，從而自動切斷主電動機(jī)電源。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,2.1.3,主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),圖2-12　油氣潤滑原理,1－油箱　2－油位開關(guān)　3－定量柱塞式分配器　4－混合物形成閥,5－噴嘴　6－時(shí)間繼電器　7－壓力開關(guān)　8－壓力表　9－過濾器　10－電磁閥　11－泵,,(2) 主軸的密封,,,主軸的密封分接觸式和非接觸式兩種。,圖2-13,是幾種非接觸式密封的形式：其中圖,2-13a,利用軸承蓋與軸的間隙密封，為了提高密封效果，軸承蓋的孔內(nèi)開槽。這種密封形式用在工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處；,圖2-13b,在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當(dāng)油向外流時(shí)，靠主軸傳動的離心力把油沿斜面甩到端蓋的空腔內(nèi)，油液流回箱內(nèi)；圖2-13c是迷宮式密封結(jié)構(gòu)，在切屑多、灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可靠的密封效果，適用于油脂或油液潤滑。在用非接觸式的油液密封時(shí)，應(yīng)保證回油孔的暢通，以便回油能盡快排掉，以免泄漏。,接觸式密封主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封，如,圖2-14,所示。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,圖2-13　非接觸式密封,,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,圖2-14　接觸式密封,1－甩油環(huán)　2－油氈圈　3－耐油橡膠密封圈,,5．內(nèi)裝式電主軸,如,圖2-15,所示為日本研制的立式加工中心主軸組件，電動機(jī)置于主軸前軸承4、后軸承1之間，空心的電動機(jī)轉(zhuǎn)子3直接裝在主軸5上，定子2通過冷卻套固定在主軸箱體孔內(nèi)，形成一個(gè)完整的主軸單元，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),主軸部件,圖2-15　日本研制的立式加工中心主軸組件,1－后軸承　2－定子　3－轉(zhuǎn)子　4－前軸承　5－主軸,,特點(diǎn):　　主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，省去了中間傳動環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、噪聲低、振動小和精度高等特點(diǎn);　　采用交流變頻調(diào)速和矢量控制，輸出功率大，調(diào)整范圍寬，功率轉(zhuǎn)矩特性好; 較適合于大、中型高速數(shù)控機(jī)床。　　機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)動慣量小，可實(shí)現(xiàn)很高的速度和加速度及定角度的快速準(zhǔn)停;　　電主軸更容易實(shí)現(xiàn)高速化，其動態(tài)精度和動態(tài)穩(wěn)定性更好;　　由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)的外力作用，主軸運(yùn)行更平穩(wěn)，使主軸軸承壽命得到延長。,其缺點(diǎn)是在封閉的主軸箱體內(nèi)電動機(jī)的自然散熱條件差，溫升比較高。,第二章 數(shù)控機(jī)床的典型系統(tǒng),2.1.3,主軸部件,