數(shù)控機(jī)床與維護(hù)2章4節(jié)課件

1、第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 一、 傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較，有下列特點(diǎn)： 1. 所選用電機(jī)的區(qū)別：目前，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已不再采用普通的交流異步電機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機(jī)和直流調(diào)速電機(jī)所代替。2. 轉(zhuǎn)速高、功率大：它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 3. 變速范圍大：數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般R0100，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。4. 主軸速度的變換迅速可靠：數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的。由于直流和交流主軸電機(jī)的調(diào)速系

2、統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床主軸變速方式 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)主要有以下三種配置方式，。 1.帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 2. 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 3. 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖2-22所示第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 1.帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 通過(guò)幾對(duì)齒輪降速，成為分段無(wú)級(jí)變速，確保低速時(shí)有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求?；讫X輪的位移常采用液壓撥叉或直接有液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種配置方式在大中型數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較多，也有一部

3、分小型數(shù)控機(jī)床采用這種傳動(dòng)方式，獲得強(qiáng)力切削需要的扭矩。如圖2-22a所示 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖222 a b c第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2. 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(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)。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，做無(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)帶輪做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)。如圖2-22b所示。 圖2-22數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的配置方式 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 3. 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)

4、的主傳動(dòng) 這種傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱與主軸的結(jié)構(gòu)，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)主軸影響較大。近年來(lái)，多采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，它的功率一般很大，工作效率也高。如圖2-22c所示。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 三 、主傳動(dòng)的基本要求 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轉(zhuǎn)速，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) 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 為了達(dá)到最佳切削效果，一般

5、都應(yīng)在最佳切削條件下工作，因此，主軸一般都要求能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 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)高速、高效的加工要求。 為了降低噪聲、減少發(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。第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 在加工中心上，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動(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。 為了擴(kuò)大機(jī)床功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸位置（主軸回轉(zhuǎn)角度）的控制，主軸還需要安裝位置檢測(cè)裝置，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 四 主軸的聯(lián)結(jié)形式 1. 用輔

6、助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)接 在大、中型數(shù)控機(jī)床上，為了使主軸在低速時(shí)獲得大轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，通常在使用無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，再增加兩級(jí)或三級(jí)輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)作為補(bǔ)充。 它使主軸的低速輸出扭矩提高了4倍，恒功率范圍由原來(lái)的1：4增加到了1：16，而主軸的最高轉(zhuǎn)速仍保持6000 r/min不變 。第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖2-23主軸輸出轉(zhuǎn)矩、功率曲線 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2. 定傳動(dòng)比的聯(lián)結(jié)形式 在小型數(shù)控機(jī)床上，主電動(dòng)機(jī)和主軸一般采用定傳動(dòng)比的聯(lián)結(jié)形式，或是主電動(dòng)機(jī)和主軸直接聯(lián)結(jié)的形式。在使用定傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí)，為了降低噪聲與

7、振動(dòng)，通常采用V帶或同步皮帶傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)和主軸直接聯(lián)結(jié)的形式，可以大大簡(jiǎn)化主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有效提高主軸剛度和可靠性。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 3.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。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 五、主軸部件的支承 主軸部件是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，它直接影響機(jī)床的加工質(zhì)量。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。 1.主軸軸承數(shù)控機(jī)床的主軸一般都采用滾動(dòng)軸承作為支承，圖2-24所示為

8、主軸的幾種滾動(dòng)軸承。第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖2-24所示為主軸的幾種滾動(dòng)軸承。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 軸承的性能比較見表第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2. 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)床上配置軸承時(shí)，前后軸承都應(yīng)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)際情況配置承受軸向力的軸承。圖2-25是幾種常見的軸承配置形式示意圖。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖2-25 幾種常見的軸承配置形式示意圖第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的

9、主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 六 電主軸與高速主軸系統(tǒng) 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。電主軸最早應(yīng)用于磨床上，隨著高速加工機(jī)床的發(fā)展，電主軸以其卓越的高速性能，被廣泛用于其他數(shù)控機(jī)床。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 1. 電主軸的主要特點(diǎn) 主軸部件采用電主軸的傳動(dòng)方式有以下特點(diǎn)： (1)機(jī)械結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，傳動(dòng)慣量小，因而快速響應(yīng)性好，能實(shí)現(xiàn)極高的速度、加（減）速度和定角度的快速準(zhǔn)停（C軸控制）。 (2) 通過(guò)采用交流變頻調(diào)速或磁場(chǎng)矢量控制的交流主

10、軸驅(qū)動(dòng)裝置，輸出功率大，調(diào)速范圍寬，并有比較理想的轉(zhuǎn)矩功率特性。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) (3) 可以實(shí)現(xiàn)了主軸部件的單元化。電主軸可獨(dú)立做成標(biāo)準(zhǔn)功能部件，并由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)；機(jī)床生產(chǎn)廠只需根據(jù)用戶的不同要求進(jìn)行選用，可很方便的組成各種性能的高速機(jī)床，符合現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)模塊化的發(fā)展方向。 (4)電主軸的制造工藝的要求非常嚴(yán)格。新的技術(shù)難題，諸如內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的散熱、高速主軸的動(dòng)平衡、主軸支撐及其潤(rùn)滑方式的合理設(shè)計(jì)等問(wèn)題，須妥善地得到解決，才能確保主軸穩(wěn)定可靠地高速運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效精密加工。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2 電主軸的安

11、裝形式 (1)主電動(dòng)機(jī)置于主軸前、后軸承之間。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：主軸單元的軸向尺寸較短，主軸剛度高，出力大，較適用于中、大型高速加工中心，目前大多數(shù)加工中心都采用這種結(jié)構(gòu)形式。 (2) 主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后，即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置（有的用聯(lián)軸器）。這種布局方式有利于減少電主軸前端的徑向尺寸，電動(dòng)機(jī)的散熱條件也較好。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) (3) 電主軸的發(fā)熱及其解決方法 與一般的主軸部件不同，電主軸最突出的問(wèn)題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。由于主電動(dòng)機(jī)旁邊就是主軸軸承，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度。 為此，電主軸一般都采用外循環(huán)油

12、水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 高速主軸系統(tǒng)的軸承配置要求 提高軸承尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度，以適應(yīng)高精度切削要求。 采用角接觸球軸承取代圓柱滾子軸承和推力球軸承，也承受徑向和軸向載荷，并適應(yīng)高速切削的需要。 應(yīng)減少?gòu)较蚪孛娉叽?，以減少主軸系統(tǒng)的體積，并有利于系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 應(yīng)盡量采用小而多的滾動(dòng)體，以減少高速旋轉(zhuǎn)慣性力并提高軸系的動(dòng)剛度。采用高強(qiáng)度、輕質(zhì)保持架，選用合理的引導(dǎo)方式，以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)。盡量采用配對(duì)軸承，以保證軸承的旋轉(zhuǎn)精度與剛度。 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 七 主軸部件的結(jié)構(gòu) 機(jī)床主軸