主軸系統(tǒng)課件

1、專題2 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)2.1 數(shù)控機(jī)床對主傳動系統(tǒng)的要求2.2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動 系統(tǒng)類型2.3 主軸部件2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能2.5 主軸潤滑與密封2.6 電主軸2.1 數(shù)控機(jī)床對主傳動系統(tǒng)的要求主傳動系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動的傳動系統(tǒng)，它的轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，對它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴(yán)格的要求。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較，其主傳動系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到如下要求:(1)較高的主軸轉(zhuǎn)速，較寬的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速由于數(shù)控機(jī)床工藝范圍寬、工藝能力強(qiáng)，為滿足各種工況的切削，獲得最合理的切削用量，從而保證加工精度、加工表面質(zhì)量及高的生產(chǎn)效率，

2、必須具有較高的轉(zhuǎn)速和較大的調(diào)速范圍。特別是對于具有自動換刀裝置的加工中心，為適應(yīng)各種刀具、各種材料的加工，對主軸的調(diào)速范圍要求更高。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，下一頁返回2.1 數(shù)控機(jī)床對主傳動系統(tǒng)的要求比同類型普通機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速高出兩倍左右。(2)較高的精度，較大的剛度，低噪聲數(shù)控機(jī)床的加工精度與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度。一次裝夾要完成全部或絕大部分切削加工，包括粗加工和精加工。在加工過程中機(jī)床是在程序控制下自動運(yùn)行的，更需要主軸部件剛度和精度有較大余量，從而保證數(shù)控機(jī)床使用過程中的可靠性。(3)良好的抗振性和熱穩(wěn)定性數(shù)控機(jī)床

3、一般要同時承擔(dān)粗加工和精加工任務(wù)，加工時可能由于斷續(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激振動等原因，造成主軸振動，影響加工精度和上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型2.2.1 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式1.齒輪傳動方式 如圖2-1所示的齒輪傳動方式，一般大、中型數(shù)控機(jī)床多采用這種方式。它通過幾對齒輪降速，擴(kuò)大了輸出扭矩，確保低速時的主軸輸出扭矩特性的要求。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。機(jī)械變速機(jī)構(gòu)常采用滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，它的移位大多采用液壓撥叉和電磁離合器兩種變速操縱方法。(1)液壓撥叉變速在帶有齒輪傳動的主傳

4、動系統(tǒng)中，齒輪的換擋主要靠液壓撥叉來完成。圖2-2呆三位液壓撥叉的原理圖。下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型滑移齒輪的撥叉與變速液壓缸的活塞桿連接，通過改變不同通油方式可以使三聯(lián)齒輪獲得三個不同的變速位置，帶動滑移齒輪移動實(shí)現(xiàn)變速。這套機(jī)構(gòu)除液壓缸和活塞桿外，還增加了套簡4。如圖2-2(a)所示，當(dāng)液壓缸1通壓力油，液壓缸,5卸壓時，活塞桿2帶動撥叉3向左移動到極限位置，同時撥叉帶動三聯(lián)齒輪移到左端嚙合位置，行程開關(guān)發(fā)出信號。如圖2-2 ( b )所示當(dāng)液壓缸,p通壓力油而液壓缸1卸壓時，活塞桿2和套簡4一起向右移動，套簡4碰到液壓缸,p的端部之后，活塞桿2繼續(xù)右移到極

5、限位置，此時三聯(lián)齒輪被撥叉3移到右端嚙合位置，行程開關(guān)發(fā)出信號。如圖2-2(c)所示當(dāng)壓力油同時進(jìn)入左右兩液壓缸時，由于活塞桿2兩端直徑不同使活塞桿向上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型左移動，在設(shè)計(jì)活塞桿2和套簡4的截面面積時，應(yīng)使油壓作用在套簡4的圓環(huán)上向右的推力大于活塞桿2向左的推力，因而套簡4仍然壓在液壓缸,5的右端，使活塞桿2緊靠在套簡4的右端，此時，撥叉和三聯(lián)齒輪被限制在中間位置，行程開關(guān)發(fā)出信號。液壓撥叉變速必須在主軸停車之后才能進(jìn)行，但停車時撥叉撥動滑移齒輪嚙合又可能產(chǎn)生“頂齒”現(xiàn)象。因此，在這種主運(yùn)動系統(tǒng)中通常設(shè)有一臺微電動機(jī)，它在撥叉移動齒輪的同

6、時帶動各傳動齒輪作低速回轉(zhuǎn)，這樣就可以使滑移齒輪順利嚙合。 液壓撥叉變速是一種有效的方法，但它需要配置液壓系統(tǒng)。上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型(2)電磁離合器變速電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)或切斷運(yùn)動的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品選用，因而它已成為自動裝置中常用的操縱元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床主傳動時，能簡化變速機(jī)構(gòu)，通常分若干個安裝在各傳動軸上的離合器的吸和和分離的不同組合來改變齒.輪的傳動路線，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速。如圖2-3所示為THK6380型自動換刀數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)圖，該機(jī)床采用雙速電動機(jī)和六個電磁離合器完成18級變速。2.帶傳動方式如

7、圖2-4所示為帶傳動方式，這種方式主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床上，電動機(jī)本身的調(diào)整就能滿上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型傳動效率高，可達(dá)98%以上。無滑動，傳動比準(zhǔn)確。傳動平穩(wěn)，噪聲小。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)下維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。安裝時中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。 (2)多楔帶數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的多楔帶又稱復(fù)合三角帶，橫向斷面呈多個楔形如圖2-7所示，楔角為40。傳遞負(fù)載主要靠強(qiáng)力層。強(qiáng)上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型是電動機(jī)直接帶動主軸運(yùn)動，

8、大大地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。其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小，可提高啟動和停止的響應(yīng)特性，有利于控制振動和噪聲;缺點(diǎn)是主軸輸出扭矩較小，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量使主軸產(chǎn)生熱變形，對主軸的精度影響較大。 近年來，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動機(jī)主軸，即主軸與電動機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小、重量輕，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，有利于控制振動和噪聲;缺點(diǎn)是電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量使主軸產(chǎn)生熱變形，因此溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動機(jī)主軸的關(guān)鍵問題。圖2-9為日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動機(jī)主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)50 000r/min。上一頁下一

9、頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型無級變速，確保低速大轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。(3)電動機(jī)與主軸直聯(lián)的主傳動如圖2-12所示，這種傳動方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機(jī)的輸出特性不一致，因而使用上受到一定限制。(4)電主軸電主軸通常作為現(xiàn)代機(jī)電一體化的功能部件，裝備在高速數(shù)控機(jī)床上，如圖2-13所示。其主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小、可提高起動和停止的響應(yīng)特性，有利于控制振動和噪聲;缺點(diǎn)是制造和維護(hù)困難且成本較高。電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型熱量直接影響主軸，主軸的熱變形嚴(yán)重影響機(jī)床的

10、加工精度，因此合理選用主軸軸承以及潤滑、冷卻裝置十分重要。雖然電主軸外形各不相同，但其實(shí)質(zhì)都是一只轉(zhuǎn)子中空的電動機(jī)。外殼有進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的水槽，中空套簡用于直接安裝各種機(jī)床主軸。從而取消了從主電動機(jī)到主軸之間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)(如傳動帶、齒輪、離合器等)，實(shí)現(xiàn)了主電動機(jī)與機(jī)床主軸的一體化，使機(jī)床的主傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動”。主軸部件采用電主軸的傳動方式有以下特點(diǎn):機(jī)械結(jié)構(gòu)最為簡單，傳動慣量小，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)。上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型通過采用交流變頻調(diào)速或磁場矢量控制的交流主軸驅(qū)動裝置，輸出功

11、率大，調(diào)速范圍寬，并有比較理想的轉(zhuǎn)矩功率特性?？梢詫?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。另外，電主軸在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，根據(jù)電主軸和主軸軸承相對位置的不同，高速電主軸有兩種安裝形式:主電動機(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。上一頁下一頁返回2. 2 數(shù)控機(jī)床主軸的傳動方式與主傳動系統(tǒng)類型主電動機(jī)置于主軸后軸承之后，即主軸箱和主電

12、動機(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，電動機(jī)的散熱條件也較好。但整個主軸單元的軸向尺寸較大，常用于小型高速數(shù)控機(jī)床，尤其適用于模具型腔的高速精密加工。上一頁返回2. 3 主軸部件主軸部件作為數(shù)控機(jī)床的一個關(guān)鍵部件，它包括主軸、主軸的支承、安裝在主軸上的傳動件和密封件等。主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響加工質(zhì)量，對于數(shù)控機(jī)床，尤其是自動換刀數(shù)控機(jī)床，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸與夾緊，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等結(jié)構(gòu)。如圖2-14所示為某加工中心主軸。數(shù)控機(jī)床主軸部件是影響機(jī)床加工精度的主要部件，它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的加工精

13、度，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率，它的自動變速、準(zhǔn)停和換刀等功能影響機(jī)床的自動化程度。因此，主軸部件應(yīng)滿足以下幾個方面的要求:高回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、耐磨性和熱穩(wěn)定性等。而且在結(jié)構(gòu)下一頁返回2. 3 主軸部件快卸卡板將數(shù)個螺栓同時卡住，再擰緊螺母將卡盤固定在主軸端部。主軸為空心前端有莫氏錐度孔，用以安裝頂尖或心軸。如圖2-15(b)所示為數(shù)控銑,鏜床的主軸端部，主軸前端有7：24的錐孔，用于裝夾銑刀柄或刀桿。主軸端面有一端面鍵，既可通過它傳遞刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位。并用拉桿從主軸后端拉緊。如圖2-15(c)所示為外圓磨床砂輪主軸的端部。2.主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)如圖2-1

14、6所示為刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)原理圖。 其工作過程:刀柄1由主軸抓刀爪2夾持，碟形彈簧5通過拉桿4、抓刀爪2在內(nèi)套3的作用下將刀柄的拉釘拉緊，當(dāng)換刀時，要求松開刀柄。此上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件時將主軸上端氣缸的上腔通壓縮空氣，活塞7帶動壓桿8及拉桿4向下移動。同時壓縮碟形彈簧5 ,當(dāng)拉桿4下移到使抓刀爪2的下端移出內(nèi)套3時，刀爪張開。同時拉桿4將刀柄頂松，刀具即可由機(jī)械手或刀庫拔出。待新刀裝入后，氣缸6的下腔通壓縮空氣。在碟形彈簧的作用下，活塞帶動抓刀爪上移，抓刀爪拉桿重新進(jìn)入內(nèi)套3，將刀柄拉緊?；钊?移動的兩個極限位置分別設(shè)有行程開關(guān)10，作為刀具夾緊和松開的信號。刀桿尾部的拉緊機(jī)構(gòu)，除

15、上述的刀爪式外，常見的還有鋼球拉緊機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。3.主軸的材料與熱處理主軸材料可根據(jù)強(qiáng)度、剛度、耐磨性、載荷特點(diǎn)和熱處理變上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中進(jìn)行回轉(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。機(jī)床主軸多采用滾動軸承作為支承，對于精度要求高的主軸則采用動壓或靜壓滑動軸承作為支承。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、精度采用不同的主軸軸承。一般中小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床的主軸部件多采用成組的高精度滾動軸承;重型數(shù)控機(jī)床采用液體靜壓軸承;高精度數(shù)控機(jī)床采用氣體靜壓軸承;轉(zhuǎn)速達(dá)20 000r/min的主軸采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。1

16、.主軸軸承的類型(1)滾動軸承如圖2-18所示為主軸常用的幾種滾動軸承。上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件如圖2-18 ( a)所示為角接觸球軸承，這種軸承常兩個或三個或更多組配使用，能承受徑向、雙向軸向負(fù)載。組配使用能滿足剛度要求，并能方便地消除軸向和徑向間隙，對其預(yù)緊。這種軸承允許主軸的最高轉(zhuǎn)速較高。如圖2-18(b)所示為雙列圓柱滾子軸承，內(nèi)圈為1：12的錐孔，當(dāng)內(nèi)圈沿錐形軸頸軸向移動時，內(nèi)圈脹大以調(diào)整滾道的間隙。滾子數(shù)目多，兩列滾子交錯排列，因而承載能力大，剛性好，允許轉(zhuǎn)速高。它的內(nèi)、外圈均較薄，因此，要求主軸頸與箱體孔均有較高的制造精度，以免軸頸與箱體孔的形狀誤差使軸承滾道發(fā)生畸變而

17、影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度。該軸承只能承受徑向載荷。上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件 滾動軸承的精度:主軸部件所用滾動軸承的精度有高級E,精密級D、特精級C和超精級B。前支承的精度一般比后支承的精度高一級，也可以用相同的精度等。普通精度的機(jī)床通常前支承取C,D級，后支承用D,E級。特高精度的機(jī)床前后支承均用B級精度。滾動軸承特點(diǎn):有摩擦系數(shù)小，能夠預(yù)緊，潤滑維護(hù)簡單，并且在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍內(nèi)能穩(wěn)定地工作等。但是它噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度變化大，抗振性差，并且限制轉(zhuǎn)速。一般數(shù)控機(jī)床的主軸軸承可以使用滾動軸承，特別是立式主軸和裝在套簡內(nèi)能做軸向移動的主軸，為了適應(yīng)主軸高速發(fā)展的要求，滾動

18、軸承的滾珠也可采用陶瓷滾珠。上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件(2)滑動軸承如圖2-19所示，靜壓滑動軸承的油膜壓強(qiáng)由液壓缸從外界供給，與主軸轉(zhuǎn)速的高低無關(guān)，承載能力不隨轉(zhuǎn)速而變化，而且無磨損，啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力矩相同。所以靜壓軸承的回轉(zhuǎn)精度高，剛度大。但是靜壓軸承需要一套液壓裝置，成本較高，污染大?；瑒虞S承特點(diǎn):具有工作平穩(wěn)、噪聲小、耐沖擊能力和承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，因此，在高速、重載、高精度等場合下得到了廣泛應(yīng)用。2.主軸軸承的配置在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)控機(jī)床主軸軸承常見的配置有下列3種形式。 上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件如圖2-20所示為前支承采用雙列圓柱滾子軸承和60。角接觸球軸承的組合，

19、后支承采用成對角接觸球軸承。這種結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)中剛性最好的一種。它使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用這種配置形式。 如圖2-21所示為前支承采用高精度雙列(或三列)角接觸球軸承，后支承采用單列(或雙列)角接觸球軸承。這種結(jié)構(gòu)配置形式具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，但這種軸承的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件如圖2-25所示為臥式鏜銑床主軸部件的支承，這種支承方式可以承受雙向軸向載荷和徑向載荷，承載能力大，剛性好，結(jié)構(gòu)簡單。3.主軸軸承的裝配

20、 采用選配定向法進(jìn)行裝配可提高主軸部件的精度，并且盡可能使主軸支承孔與主軸軸頸的偏心量和軸承內(nèi)圈與滾道的偏心量接近，并使其方向相反。 此外，在維修機(jī)床拆裝主軸軸承時，因原生產(chǎn)廠家已調(diào)整好軸承的偏心位置，所以要在拆卸前做好周向位置記號。上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件2.3.3 主軸滾動軸承的預(yù)緊所謂軸承的預(yù)緊，是使軸承滾道預(yù)先承受一定的載荷，消除間隙并使得滾動體與滾道之間發(fā)生一定的變形，增大接觸面積，軸承受力時變形減小，抵抗變形的能力增大。將滾動軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動體與內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生預(yù)變形，使受載后承載的滾動體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線

21、的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。若過盈量太大，軸承磨損加劇，承載能力將顯著下降，主軸組件必須具備軸承間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)。因此，對主軸滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊和合理選擇預(yù)緊量，可以提高主軸部件的回轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性，機(jī)床主軸部件在裝上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件配時要對軸承進(jìn)行預(yù)緊，使用一段時間以后，間隙或過盈有了變化，還得重新調(diào)整，所以要求預(yù)緊結(jié)構(gòu)應(yīng)便于調(diào)整。滾動軸承間隙的調(diào)整或預(yù)緊，通常是使軸承內(nèi)、外圈相對軸向移動來實(shí)現(xiàn)的。常用的方法有以下幾種: (1)軸承內(nèi)圈移動如圖2-26所示，這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。用螺母通過套簡推動內(nèi)圈在錐形軸頸上做軸向移動，使內(nèi)圈變形脹大，在滾道上產(chǎn)生過盈，從而達(dá)到預(yù)

22、緊的目的。如圖2-26 ( a)所示結(jié)構(gòu)簡單，但預(yù)緊量不易控制，常用于輕載機(jī)床主軸部件。如圖2-26(b)所示用右端螺母限制內(nèi)圈的移動量，易于控制預(yù)緊量。上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件(2)修磨座圈或隔套如圖2-27( a)所示為軸承外圍寬邊相對(背對背)安裝，這時修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè);如圖2-27(b)所示為外圍窄邊相對(面對面)安裝，這時修磨軸承外圈的窄邊。在安裝時按圖示的相對關(guān)系裝配，并用螺母或法蘭蓋將兩個軸承軸向壓攏，使兩個修磨過的端面貼緊，這樣使用兩個軸承的滾道之間產(chǎn)生預(yù)緊。另一種方法是將兩個厚度不同的隔套放在兩軸承內(nèi)、外圈之間，同樣將兩個軸承軸向相對壓緊，使?jié)L道之間產(chǎn)生預(yù)緊，如圖

23、2-28(a),(b)所示。2.3.4 主軸內(nèi)切屑清除裝置自動清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過程中的一個不容忽上一頁下一頁返回2. 3 主軸部件視的問題。如果主軸錐孔中落入了切屑、灰塵或其他污物，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顖髲U。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。在活塞推動拉桿松開刀柄的過程中，壓縮空氣由噴氣頭經(jīng)過活塞中心孔和拉桿中的孔吹出，將錐孔清理干凈，防止主軸錐孔中掉入切屑和灰塵，把主軸孔表面和刀桿的錐柄劃傷，保證刀具的正確位置。為了提高吹屑效率，噴氣小孔要有合理的噴射

24、角度，并均勻布置。上一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能2.4.1主軸準(zhǔn)停功能與控制主軸準(zhǔn)停功能又稱為主軸定位功能，即當(dāng)主軸停止時，能夠準(zhǔn)確地停于某一固定的位置。在自動換刀的數(shù)控機(jī)床上，每次自動裝卸刀具時，都必須使刀柄上的鍵槽對準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)停功能。由此可知主軸準(zhǔn)停是實(shí)現(xiàn)ATC(刀具自動交換)過程的重要環(huán)節(jié)。主軸準(zhǔn)停裝置又稱主軸定向裝置是指當(dāng)主軸停止每次機(jī)械手自動裝取刀具時，必須保證刀柄上的鍵槽對準(zhǔn)主軸的端面鍵，為滿足主軸這一功能而設(shè)計(jì)的裝置。如圖2-29所示，在加工中心自動換刀機(jī)床上，切削轉(zhuǎn)矩通常是通過主軸上的端面鍵和刀柄上的鍵槽來傳遞的，這就要求主軸具有準(zhǔn)確軸向

25、定位功能。此外，在加工階梯孔或精鏜孔后，為了避免對下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能已加工表面質(zhì)量的影響，主軸必須先讓刀，后退刀，如圖2-30所示，要求刀具必須具有準(zhǔn)停功能。通常主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)分為機(jī)械控制式與電氣控制式2種。它們的控制過程是一樣的，如圖2-31所示。機(jī)械控制方式主要有定位盤準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)或機(jī)械凸輪準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。這種準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在早期數(shù)控機(jī)床上使用較多。如圖2-32所示是V形槽輪定位盤準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)示意圖。其工作過程:當(dāng)執(zhí)行準(zhǔn)停指令時，首先發(fā)出降速信號，主軸箱自動改變傳動路線，使主軸以設(shè)定的低速運(yùn)轉(zhuǎn)。延時數(shù)秒鐘后，接通無觸點(diǎn)開關(guān)，當(dāng)定位盤上的感應(yīng)片(接近體)對準(zhǔn)無觸點(diǎn)開時，發(fā)出準(zhǔn)

26、停信號，立即使主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)并斷開主軸傳動鏈，上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能此時主軸電動機(jī)與主傳動件依慣性繼續(xù)空轉(zhuǎn)。再經(jīng)短暫延時，接通壓力油，定位液壓缸動作，活塞帶動定位滾子壓緊定位盤的外表面，當(dāng)主軸帶動定位盤慢速旋轉(zhuǎn)至V形槽對準(zhǔn)定位滾子時，滾子進(jìn)入槽內(nèi)，使主軸準(zhǔn)確停止。同時限位開關(guān)LS2信號有效，表明主軸準(zhǔn)停動作完成。這里L(fēng)S1,為準(zhǔn)停釋放信號。采用這種準(zhǔn)停方式時，必須要有一定的邏輯互鎖，即當(dāng)LS2:信號有效后，才能進(jìn)行換刀等動作;而只有當(dāng)LS1;信號有效后，才能起動主軸電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。準(zhǔn)?？刂仆ǔＳ蓴?shù)控系統(tǒng)所配的可編程控制器完成。目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用電氣方式定位。電

27、氣準(zhǔn)停的三種方式，即磁傳感器型、編碼器型以及數(shù)控系統(tǒng)控制完成的主軸準(zhǔn)停。上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能(1)磁傳感器準(zhǔn)停磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂朴芍鬏S驅(qū)動裝置自身完成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-33所示。采用磁傳感器準(zhǔn)停步驟如下:當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動或停止時，接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準(zhǔn)停開關(guān)信號量ORT，主軸立即加速或減速至某一準(zhǔn)停速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)。主軸到達(dá)準(zhǔn)停速度且準(zhǔn)停位置時(即磁發(fā)體與磁傳感器對準(zhǔn))，主軸立即減速至某一爬行速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)。當(dāng)磁傳感器信號出現(xiàn)時，主軸驅(qū)動立即進(jìn)入磁傳感器的作為反饋元件的位置閉環(huán)控制，目標(biāo)位置為準(zhǔn)停上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸

28、的同步運(yùn)行功能位置。準(zhǔn)停完成后，主軸驅(qū)動裝置輸出準(zhǔn)停完成信號ORE給數(shù)控裝置，從而可進(jìn)行自動換刀(ATC)或其他動作。磁發(fā)體與磁傳感器在主軸上的位置如圖2一33所示，準(zhǔn)?？刂茣r序如圖2-34所示。(2)編碼器型主軸準(zhǔn)停編碼器型主軸準(zhǔn)?？刂朴芍鬏S驅(qū)動完成的，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-35所示。 這種主軸準(zhǔn)停方式可采用主軸電動機(jī)內(nèi)部安裝的編碼器信號(來自于主軸驅(qū)動裝置)，也可以在主軸上直接安裝另外一個編碼器。采用前一種方式要注意傳動鏈對主軸準(zhǔn)停精度的影響。主軸驅(qū)動裝置內(nèi)部可自動轉(zhuǎn)換狀態(tài)，使主軸驅(qū)動處于速度控上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能制或位置控制狀態(tài)。準(zhǔn)停角度可由外部開關(guān)量信號設(shè)定

29、，這一點(diǎn)與磁傳感器準(zhǔn)停不同。磁傳感器準(zhǔn)停的角度無法隨意設(shè)定，要調(diào)整準(zhǔn)停位置，只有調(diào)整磁發(fā)體與磁傳感器的相對位置，其控制步驟與傳感器類似。(3)數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)?？刂剖怯蓴?shù)控系統(tǒng)完成的。采用這種控制方式需注意以下問題。數(shù)控系統(tǒng)必須具有主軸閉環(huán)控制功能。當(dāng)采用電動機(jī)軸端編碼器將信號反饋給數(shù)控裝置，這時主軸傳動鏈精度會對準(zhǔn)停精度產(chǎn)生影響。 數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準(zhǔn)停的原理與進(jìn)給位置控制的原理非常相上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能似，如圖2-36所示。 采用數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準(zhǔn)停時，角度指定由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定，其準(zhǔn)停步驟:數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行M19或M19S時，首先將M19送至可編程控制器，

30、可編程控制器經(jīng)澤碼送出控制信號，使主軸驅(qū)動進(jìn)入伺服狀態(tài)，同時數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機(jī)降速并尋找零位脈沖C，然后進(jìn)入位置閉環(huán)控制狀態(tài)。如執(zhí)行M19而無S指令，則主軸定位于相對于零位脈沖C的某一默認(rèn)位置(可由數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定)。如執(zhí)行M 19 S，則主軸定位于指令位置，也就是相對零位脈沖5的角度位置。 例如:M03 S1000 主軸以1 000r/min正轉(zhuǎn) M19 主軸準(zhǔn)停于默認(rèn)位置 上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能M 19S100 主軸準(zhǔn)停轉(zhuǎn)至100處S1000 主軸再次以1 000r/min正轉(zhuǎn)M19S200 主軸準(zhǔn)停至200處2.4.2 主軸準(zhǔn)停裝置如圖2-37所示為THK6

31、38。機(jī)床主軸(機(jī)械)準(zhǔn)停裝置原理圖。其工作過程:機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停指令時，電器系統(tǒng)自動調(diào)整主軸至最低轉(zhuǎn)速，約0.2-0.6s后定位凸輪2的定位器液壓缸與壓力油接通，活塞壓縮彈簧并使?jié)L子與定位凸輪2的外圓接觸，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)使?jié)L子落入定位凸輪2的直線部分時，由于活塞桿的移動，與其相連的擋塊使微動開關(guān)a動作，通過控制回路的作用，一方面使主軸傳動的各電磁離合器都脫開而使主上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能 軸以慣性慢慢轉(zhuǎn)動，并且斷開定位凸輪1的定位器液壓缸的壓力油，在彈簧力作用下，活塞桿帶動滾子退回。另一方面，隔0.2-0.5s后，定位凸輪1的定位器液壓缸下腔接通壓力油，活塞桿帶著

32、滾子移動，使?jié)L子與定位凸輪1的外圓接觸。當(dāng)主軸以慣性轉(zhuǎn)動，使?jié)L子落入定位凸輪1上的V形槽內(nèi)時，即將主軸定位，同時微動開關(guān)b動作，發(fā)出主軸準(zhǔn)停完畢信號。當(dāng)?shù)毒哌B同刀夾裝入主軸并使主軸重新轉(zhuǎn)動時，先發(fā)出信號控制換向閥使凸輪1的油路變換，將定位器滾子從定位凸輪1的V形槽中退出，同時使微動開關(guān)動作，發(fā)出主軸準(zhǔn)停定位器釋放信號。上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能如圖2-38所示為加工中心主軸的(磁傳感器)準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)圖，其工作過程:交流調(diào)速電動機(jī)11通過帶輪10和多聯(lián)V帶9帶動主軸旋轉(zhuǎn)，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

33、后，開始接通無觸點(diǎn)開關(guān)。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。上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能2.4.3 主軸的同步運(yùn)行功能1.脈沖編碼器與同步運(yùn)轉(zhuǎn)的功能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別，數(shù)控機(jī)床沒有傳統(tǒng)的進(jìn)給箱、溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電動機(jī)通過滾珠絲杠來驅(qū)動溜板和刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動，因而進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡化。數(shù)控機(jī)床上能加工

34、各種螺紋，這是因?yàn)榘惭b了與主軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖編碼器，以便發(fā)出檢測脈沖信號，使主軸電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)與切削進(jìn)給同步，從而實(shí)現(xiàn)螺紋的切削。2.主軸脈沖編碼器的安裝方式與作用(1)主軸脈沖編碼器的安裝方式上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能一種是主軸脈沖編碼器可通過一對主輪或同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來，由于主軸要求與編碼器同步旋轉(zhuǎn)，所以此連接必須做到無間隙。如圖2-39所示MJ-50型數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)簡圖中，與主軸同軸的同步帶16，通過同步帶2和同步帶輪3把主軸的旋轉(zhuǎn)與4脈沖編碼器聯(lián)系起來。另一種方法是通過中間軸上的齒輪1：1的同步傳動。 (2)主軸脈沖編碼器的作用 在主軸與進(jìn)給軸關(guān)聯(lián)控制

35、中都要使用脈沖編碼器，它是精密數(shù)字控制與伺服控制設(shè)備中常用的角位移數(shù)字化檢測器件，具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 增量式編碼器一般可輸出兩個相位相差900的A,B信號和一個上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能零位C信號，如圖2-40所示。其中A,B信號既可以用來計(jì)算角位移的大小，同時利用它們相位超前或滯后的相對關(guān)系還可以辨別旋轉(zhuǎn)方向，例如A信號超前召信號表示正轉(zhuǎn)的活，那么，召信號韶前A信號就表示反轉(zhuǎn)。 脈沖編碼器中的透光盤內(nèi)圈的一條刻線與光檔上條紋C重合時輸出的脈沖數(shù)為同步(起步，又稱零位)脈沖，C信號是每轉(zhuǎn)一周發(fā)出一個脈沖，可以當(dāng)做一周的零位信號，為A信號或召信號提供

36、了計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)。例如加工螺紋時可利用這個零位脈沖作為同步信號。3.主軸轉(zhuǎn)動與進(jìn)給運(yùn)動聯(lián)系的同步運(yùn)行上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動與進(jìn)給運(yùn)動之間，沒有機(jī)械方面的直接聯(lián)系，在數(shù)控車床上加工圓柱螺紋時，要求主軸的轉(zhuǎn)速與刀具的軸向進(jìn)給保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，無論該螺紋是等距螺紋還是變距螺紋都是如此。為此，通常在主軸上安裝脈沖編碼器來檢測主軸的轉(zhuǎn)角、相位、零位等信號。在主軸旋轉(zhuǎn)過程中，與其相連的脈沖編碼器不斷發(fā)出脈沖(由AB)相檢測到的脈沖)送給數(shù)控裝置，控制插補(bǔ)速度。根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果，控制進(jìn)給坐標(biāo)軸伺服系統(tǒng)，使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速保持所需的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動與進(jìn)給運(yùn)動

37、相聯(lián)系的同步運(yùn)行，從而車出所需的螺紋。上一頁下一頁返回2.4 主軸準(zhǔn)停與主軸的同步運(yùn)行功能通過改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向可以加工出左螺紋或右螺紋，而主軸方向的判別是通過脈沖編碼器發(fā)出正交的A相和召相脈沖信號相位的先后順序判別出來的。上一頁返回2. 5 主軸潤滑與密封2.5.1 主軸潤滑為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸部件熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)。常見主軸潤滑方式主要有以下幾種:(1)噴注潤滑方式 如圖2-41所示。它用較大流量的恒溫油(每個軸承34L/min)噴注到主軸軸承，以達(dá)到冷卻潤滑的目的?；赜蛣t不是自然回流，而是用兩臺排油液壓泵強(qiáng)制排油。同時，采用專用高精度大容量

38、恒溫油箱，油溫變動控制在0.5。 (2)油霧潤滑方式油霧潤滑是利用經(jīng)過凈化處理的高壓氣體將潤滑油霧后，并下一頁返回2. 5 主軸潤滑與密封經(jīng)管道噴送到需潤滑的部位的潤滑方式。該方式由于霧狀油液吸熱性好，又無油液攪拌作用，所以能以較少油量獲得較充分的潤滑，常由于高速主軸軸承的潤滑。缺點(diǎn)是油霧容易被吹出，污染環(huán)境。油霧潤滑系統(tǒng)通常由壓縮空氣的分水過濾器，電磁閥、調(diào)壓器進(jìn)入霧化器后，送往噴嘴噴出潤滑。 (3)油氣潤滑方式 這種潤滑方式近似于油霧潤滑方式，所不同的是，油氣潤滑是定時定量地把油霧送進(jìn)軸承空隙中，這樣既實(shí)現(xiàn)了油霧潤滑，又不至于油霧太多而污染周圍空氣;而油霧潤滑則是連續(xù)供給油霧。 如圖2-4

39、2所示為油氣潤滑原理圖。根據(jù)軸承供油量的要求，上一頁下一頁返回2. 5 主軸潤滑與密封定時器的循環(huán)時間可從199min定時，二位二通氣閥每定時開通一次，壓縮空氣進(jìn)入注油器，把少量油帶人混合室，經(jīng)節(jié)流閥的壓縮空氣，經(jīng)混合室，把油帶進(jìn)塑料管道內(nèi)，油液沿管道壁被風(fēng)吹進(jìn)軸承內(nèi)，此時，油成小油滴狀。2.5.2 主軸密封在密封件中，被密封的介質(zhì)往往是以穿漏、滲透或擴(kuò)散的形式越界泄漏到密封連接處的彼側(cè)。造成泄漏的基本原因是流體從密封面上的間隙中溢出，或是由于密封部件內(nèi)外兩側(cè)密封介的壓力差或濃度差，致使流體向壓力或濃度低的一側(cè)流動。如圖2-43所示為一臥式加工中心主軸前支承的密封結(jié)構(gòu)。該臥式加工中心主軸前支承

40、處采用的雙層小間隙密封裝置。上一頁下一頁返回2. 5 主軸潤滑與密封主軸前端車出兩組鋸齒形護(hù)油槽，在法蘭盤4和5上開溝槽及泄漏孔，當(dāng)噴入軸承2內(nèi)的油液流出后被法蘭盤4內(nèi)壁擋住，并經(jīng)其下部的泄油孔9和套簡3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主軸6流出時，主軸護(hù)油槽在離心力的作用下被甩至法蘭盤4的溝槽內(nèi)，經(jīng)回油斜孔8流回油箱，達(dá)到防止?jié)櫥橘|(zhì)泄漏的目的。當(dāng)外部切削液、切屑及灰塵等沿主軸6與法蘭盤5之間的間隙進(jìn)入時，經(jīng)法蘭盤5的溝槽由泄漏孔7排出，達(dá)到了主軸端部密封的目的。要使間隙密封結(jié)構(gòu)能在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封防漏性能，必須保證法蘭盤4和5與主軸及軸承端面的配合間隙。主軸的密封有接

41、觸式和非接觸式密封兩種:上一頁下一頁返回2. 5 主軸潤滑與密封(1)接觸式密封如圖2-44所示，主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封。(2)非接觸式密封如圖2-45所示，圖(a)是利用軸承蓋與軸的間隙密封，軸承蓋的孔內(nèi)開槽是為了提高密封效果，這種密封用在工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處;圖(b)是在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當(dāng)油向外流時，靠主軸轉(zhuǎn)動的離心力把油沿斜面甩到端蓋1的空腔內(nèi)，油液流回箱內(nèi);圖(c)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，這種結(jié)構(gòu)適用油脂或油液潤滑的密封。非接觸式的油液密封時，為了防漏，重要的是保證回油能盡快排掉，要保證回油孔的暢通。上一頁返回2.

42、 6 電主軸自20世紀(jì)80年代以來，數(shù)控機(jī)床、加工中心主軸向高速化發(fā)展。高速數(shù)控機(jī)床主傳動的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，取消了帶傳動和齒輪傳動，機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主運(yùn)動的“零傳動”，這種結(jié)構(gòu)稱為電主軸。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、可獲得極高的回轉(zhuǎn)速度、低、振動小等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。在國外，電主軸已成為一種機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品很高的專業(yè)工廠生產(chǎn)，如瑞上的FISCHER公司、德國的GMN公司、美國的PRECISE公司、意大利的GAMFIOR公司、日本的NSK公司和KOYO公司、瑞典的SKF公司等。下一頁返回2

43、. 6 電主軸1.電主軸的結(jié)構(gòu)如圖2-46所示，電主軸由無外殼電動機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等組成。主軸由前后兩套滾珠軸承來支承，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子用壓配合的方法安裝在機(jī)床主軸上，處于前后軸承之間，由壓配合產(chǎn)生的摩擦力來實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩的傳遞。電動機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。這樣，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子就是機(jī)床的主軸，電主軸的箱體就是電動機(jī)座，成為機(jī)電一體化的一種新型主軸系統(tǒng)。主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制，而主軸單元裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。上一頁下一頁返回2. 6 電主軸2.電主軸的軸承軸承是決定主軸壽命和承載能力的關(guān)鍵部件

44、，其性能對電主軸的使用功能極為重要。目前電主軸采用的軸承主要有陶壓軸承和磁懸浮軸承。陶瓷球軸承的滾動體是用陶瓷材料制成，內(nèi)、外圈仍用軸承鋼制造。陶瓷材料為Si3N4，其優(yōu)點(diǎn)是重量輕，熱膨脹率低，彈性模量大(一般軸承的1. 5倍)。采用陶瓷滾動體，可大大減少軸承離心力和慣性滑移，有利于提高主軸轉(zhuǎn)速。磁懸浮軸承依靠多對在圓周上互為180的磁極產(chǎn)生徑向吸力(或斥力)而將主軸懸浮在空氣中，使軸頸與軸承不接觸左右。當(dāng)承受載荷后，主軸空間位置會產(chǎn)生微小變化，控制裝置根上一頁下一頁返回2. 6 電主軸據(jù)位置傳感器檢測出的主軸位置變化值改變相應(yīng)磁極的吸力使主軸迅速恢復(fù)到原來的位置，從而保證主軸始終繞其慣性軸作

45、高速回轉(zhuǎn)，因此它的高速性能好、精度高，但由于價格昂貴比較少用。3.電主軸的冷卻潤滑技術(shù)由于電主軸將電動機(jī)集成于主軸單元中，且其轉(zhuǎn)速很高，運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性差，從而影響電主軸的正常工作。因此必須采取一定措施控制電主軸的溫度，使其恒定在一定值內(nèi)。(1)電動機(jī)內(nèi)裝式主軸的冷卻 一般采取強(qiáng)制循環(huán)主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)上一頁下一頁返回2.6 電主軸過油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的發(fā)熱。這也是近來高速加工中心主軸發(fā)展的一種趨勢。如圖2-47所示為冷卻油流經(jīng)路線圖。(2)電主軸的潤滑方式 電主軸的潤滑方式主要

46、有油脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑等。油脂潤滑結(jié)構(gòu)簡單，但達(dá)不到很高的轉(zhuǎn)速;油霧潤滑效果較好，目前應(yīng)用也最為廣泛，它可以適應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速，但它對環(huán)境有一定的影響;油氣潤滑效果最好，可適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速，對環(huán)境無污染，但油氣潤滑裝置價格較高。油霧、油氣潤滑采用的油品一般為32號汽輪機(jī)油。此外，還有突入滾道式潤滑方式等。上一頁下一頁返回2. 6 電主軸突入滾道式潤滑方式:通常當(dāng)內(nèi)徑為100mm的軸承以200r/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)時，主軸的線速度可以達(dá)到100m/s以上，軸承四周的空氣也伴隨流動，速度可達(dá)50m/s。要使?jié)櫥屯黄七@層高速旋轉(zhuǎn)氣流比較困難，但采用突入滾道式潤滑方式則可以很可靠地將油送人軸承滾道處

47、。如圖2-48所示為適應(yīng)該要求而設(shè)計(jì)的特殊軸承。潤滑油的進(jìn)油口在內(nèi)滾道附近，利用高速軸承的泵效應(yīng)，把潤滑油吸入滾道。若進(jìn)油口較高，則泵效應(yīng)差，當(dāng)進(jìn)油接近外滾道時則成為排放口了，油液將不能進(jìn)入軸承內(nèi)部。4.電主軸的驅(qū)動上一頁下一頁返回2.6 電主軸當(dāng)前，電主軸的電動機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動轉(zhuǎn)矩大，因而啟動電流要超出普通電動機(jī)額定電流57倍。其驅(qū)動方式有變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動兩種。變頻器的驅(qū)動控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比，圖2-49所示的為恒轉(zhuǎn)矩主軸。最新的變頻器采用先進(jìn)的晶體管技術(shù)(ABB公司生產(chǎn)的SAMIGS系列變頻器)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速。矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動控制為:在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，在中、高速端為恒功率驅(qū)動，圖2-50所