數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)論文.doc

閩南理工學院數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)論文系別專業(yè)：光電系機械設計與制造班級學號：101016213學生名字：盧友烽日期：2011/12/28摘要當前的世界已進入信息時代科技進步日新月異。生產領域和高科技領域中的競爭日益加劇，產品技術進步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F(xiàn)在單件小批量生產的零件已占到機械加工總量的80%以上，而且要求零件的質量更高、精度更高，形狀也日趨復雜化，這是擺在機床工業(yè)面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床數(shù)字控制(Numerical control)機床的產生也就是必然的了。 1.1主傳動系統(tǒng)的概述主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的，它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅動已不能滿足要求?，F(xiàn)在數(shù)控機床對主傳動提出了更高的要求。數(shù)控機床常采用直流主軸驅動系統(tǒng)。2.1主軸驅動裝置（1）. 主軸軸承的配置形式加工中心的主軸軸承一般采用2個或3個角接觸球軸承組成，或用角接觸球軸承與圓柱滾子軸承組成，這種軸承經過預緊后可得到較高的剛度。當要求有很大剛性時，則采用圓柱滾子軸承和雙向推力球軸承的組合。常用的加工中心主軸支承的典型結構有以下3種1)前后支承用雙列圓柱滾子軸承來承受徑向負荷，用安裝在主軸前端的雙向角接觸球軸承來承受軸向負荷，這種結構剛性較好，能進行強力切削，適用于中等轉速的機床。2)前支承用角接觸球軸承，背靠背安裝，以23個軸承為一套，用以承受軸向和徑向負荷：后支承用圓柱滾子軸承，這種結構適應較高轉速、較重切削負荷，主軸精度較高，但所承受軸向負載較前一種結構小。3)前后支承都采用成組角接觸球軸承，承受軸向和徑向負荷，如圖8-5c所示。這種結構適應高轉速、中等切削負荷的數(shù)控機床。使用角接觸球軸承，采用脂潤滑，其極限dn值達80104：如采用油氣潤滑或噴油潤滑，則轉速可進一步提高。目前高速主軸多數(shù)采用陶瓷滾動軸承，在脂潤滑情況下dn值可達120104(d為軸承平均直徑mm，n為軸承每分鐘轉數(shù))。（2）主軸內刀具的自動夾緊和切屑的清除裝置 在自動換刀機床的刀具自動夾緊裝置中，刀桿常采用7：24的大錐度錐柄，既利于定心，也為松刀帶來方便。用碟形彈簧通過拉桿及夾頭拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合，夾緊力達10000N以上。松刀時，通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧，使夾頭漲開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，刀具即可拔出進行新舊刀具的交換；新刀裝入后，液壓缸活塞后移，新刀具又被碟形彈簧拉緊。在活塞推動拉桿松開刀柄的過程中，壓縮空氣由噴氣頭經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。（3）主軸準停裝置 數(shù)控機床為了完成ATC(刀具自動交換)的動作過程，必須設置主軸準停機構。由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端設置一個突鍵，當?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準，才能順利換刀：為此，主軸必須準確停在某固定的角度上。由此可知主軸準停是實現(xiàn)ATC過程的重要環(huán)節(jié)。通常主軸準停機構有2種方式，即機械式與電氣式。機械方式采用機械凸輪機構或光電盤方式進行粗定位，然后有一個液動或氣動的定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽實現(xiàn)精確定位，完成換刀后定位銷退出，主軸才開始旋轉。采用這種傳統(tǒng)方法定位，結構復雜，在早期數(shù)控機床上使用較多。而現(xiàn)代數(shù)控機床采用電氣方式定位較多。電氣方式定位一般有以下兩種方式。一種是用磁性傳感器檢測定位，這種方法如圖8-6所示，在主軸上安裝一個發(fā)磁體與主軸一起旋轉，在距離發(fā)磁體旋轉外軌跡12mm處固定一個磁傳感器，它經過放大器并與主軸控制單元相連接，當主軸需要定向時，便可停止在調整好的位置上。另一種是用位置編碼器檢測定位，這種方法是通過主軸電動機內置安裝的位置編碼器或在機床主軸箱上安裝一個與主軸1:1同步旋轉的位置編碼器來實現(xiàn)準?？刂?，準停角度可任意設定。（4）主軸潤滑與密封(1)主軸潤滑 為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸組件熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)。用液壓泵供油強力潤滑，在油箱中使用油溫控制器控制油液溫度。近年來一部分數(shù)控機床的主軸軸承采用高級油脂封放式潤滑，每加一次油脂可以使用710年，簡化了結構，降低了成本且維護保養(yǎng)簡單，但需防止?jié)櫥秃陀椭旌?，通常采用迷宮式密封方式。為了適應主軸轉速向更高速化發(fā)展的需要，新的潤滑冷卻方式相繼開發(fā)出來。這些新的潤滑冷卻方式不單要減少軸承溫升，還要減少軸承內外圈的溫差，以保證主軸的熱變形小。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軸承空隙中，這樣既實現(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。噴注潤滑方式：它用較大流量的恒溫油(每個軸承34L/min)噴注到主軸軸承上，以達到潤滑、冷卻的目的。這里需特別指出的是，較大流量噴注的油，不是自然回流，而是用排油泵強制排油，同時，采用專用高精度大容量恒溫油箱，油溫變動控制在0.5。(2)密封 在密封件中，被密封的介質往往是以穿漏、滲透或擴散的形式越界泄漏到密封連接處的彼側。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外兩側密封介質的壓力差或濃度差，致使流體向壓力或濃度低的一側流動。圖8-7所示為一臥式加工中心主軸前支承的密封結構。該臥式加工中心主軸前支承處采用的雙層小間隙密封裝置。主軸前端車出兩組鋸齒形護油槽，在法蘭盤4和5上開溝槽及泄漏孔，當噴入軸承2內的油液流出后被法蘭盤4內壁擋住，并經其下部的泄油孔9和箱體3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主軸6流出時，主軸護油槽在離心力的作用下被甩至法蘭盤4的溝槽內，經回油斜孔8流回油箱，達到防止?jié)櫥橘|泄漏的目的。當外部切削液、切屑及灰塵等沿主軸6與法蘭盤5之間的間隙進入時，經法蘭盤5的溝槽由泄漏孔7排出，達到了主軸端部密封的目的。要使間隙密封結構能在一定的壓力和溫度范圍內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。故障現(xiàn)象：主軸高速旋轉時發(fā)熱嚴重分析及處理過程：電主軸運轉中的發(fā)熱和溫升問題始終是研究的焦點。電主軸單元的內部有兩個主要熱源：一是主軸軸承，另一個是內藏式主電動機。電主軸單元最凸出的問題是內藏式主電動機的發(fā)熱。由于主電動機旁邊就是主軸軸承，如果主電動機的散熱問題解決不好，還會影響機床工作的可靠性。主要的解決方法是采用循環(huán)冷卻結構，分外循環(huán)和內循環(huán)兩種，冷卻介質可以是水或油，使電動機與前后軸承都能得到充分冷卻。主軸軸承是電主軸的核心支承，也是電主軸的主要熱源之一。當前高速電主軸，大多數(shù)采用角接觸陶瓷球軸承。因為陶瓷球軸承具有以下特點：由于滾珠重量輕，離心力小，動摩擦力矩小。因溫升引起的熱膨脹小，使軸承的預緊力穩(wěn)定。彈性變形量小，剛度高，壽命長。由于電主軸的運轉速度高，因此對主軸軸承的動態(tài)、熱態(tài)性能有嚴格要求。合理的預緊力，良好而充分的潤滑是保證主軸正常運轉的必要條件。采用油霧潤滑，霧化發(fā)生器進氣壓為0.250.3MPa，選用20#透平油，油滴速度控制在80100滴/min。潤滑油霧在充分潤滑軸承的同時，還帶走了大量的熱量。前后軸承的潤滑油分配是非常重要的問題，必須加以嚴格控制。進氣口截面大于前后噴油口截面的總和，排氣應順暢，各噴油小孔的噴射角與軸線呈15夾角，使油霧直接噴入軸承工作區(qū)?？偨Y制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀我國數(shù)控技術與產業(yè)的發(fā)展至關重要。本文在對數(shù)控技術和產業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數(shù)控技術和產業(yè)的發(fā)展途徑進行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為