數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)

1、數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)二、數(shù)控機床主運動的特點二、數(shù)控機床主運動的特點三、數(shù)控機床主軸的變速方式三、數(shù)控機床主軸的變速方式四、主軸部件四、主軸部件 本章內(nèi)容本章內(nèi)容一、數(shù)控機床結(jié)構(gòu)要求數(shù)控機床結(jié)構(gòu)要求 機床本體是數(shù)控機床的主體部分。來自于數(shù)控裝置的各種運動和動作指令，都必須由機床本體轉(zhuǎn)換成真實的、準確的機械運動和動作，才能實現(xiàn)數(shù)控機床的功能，并保證數(shù)控機床的性能要求。數(shù)控機床的機床本體由下列各部分組成：（1）主傳動系統(tǒng)，其功用是實現(xiàn)主運動（2）進給系統(tǒng) ，其功用是實現(xiàn)進給運動（3）機床基礎(chǔ)件，通常指床身、底座、立柱、滑座、工作臺等。其功用是支承機床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過程中

2、占有的準確位置。 （4）實現(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、排屑等裝置。 （5）實現(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，機床基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)以及液壓、潤滑、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機床的機床本體的基本部件，其他部件則按數(shù)控機床的功能和需要選用。 盡管數(shù)控機床的機床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)的機床十分相似，但由于數(shù)控機床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機床存在著巨大的差距，所以數(shù)控機床的機床本體在總體布局、結(jié)構(gòu)、性能上與傳統(tǒng)機床

3、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)展及在機床上的應(yīng)用，為數(shù)控機床的自動化、高精度、高效率提供了可能性，但要將可能性變成現(xiàn)實，則必須要求數(shù)控機床的機械結(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、低速運動的平穩(wěn)性及運動時的摩擦特性、幾何精度、傳動精度等。 1、提高機床結(jié)構(gòu)的靜剛度 機床結(jié)構(gòu)的靜剛度是指在切削力和其他力的作用下，機床抵抗變形的能力。 有標準規(guī)定數(shù)控機床的剛度系數(shù)應(yīng)比類似的普通機床高50%。 1）合理設(shè)計基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸 機床在外力的作用下，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

4、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； 封閉截面的剛度遠遠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，改善機床的受力狀態(tài)，提高機床的靜剛度 如教材P59圖3-4所示 3）采取補償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施 在外力作用下，機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)果相當于提高了機床的剛度。依照這一思路，產(chǎn)生了許多

5、補償有關(guān)零、部件的靜力變形的方法，這種方法普遍用于補償因自重而引起的靜力變形。 如教材P60圖3-6所示。 2、提高機床結(jié)構(gòu)的抗振性 機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，嚴重時則使加工過程難以進行下去。機床加工時可能產(chǎn)生兩種形式的振動：強迫振動和自激振動。機床的抗振性指的是抵抗這兩種振動的能力。 提高機床結(jié)構(gòu)抗振性的措施： P62 3、減小機床的熱變形 熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。機床在工作時，有許多部件和部位會產(chǎn)生大量熱量，如電機、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

6、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、改善運動導(dǎo)軌副的摩擦特性 機床導(dǎo)軌是機床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而對數(shù)控機床的導(dǎo)軌則有更高的要求，如：高速進給時不振動，低速進給時不爬行；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)控機床采用的導(dǎo)軌主要由塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和

7、靜壓導(dǎo)軌。二、數(shù)控機床的總體布局二、數(shù)控機床的總體布局|數(shù)控車床的常用布局形式數(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）臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的常用布局形式的常用布局形式 |立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的常用布局形式常用布局形式|數(shù)控機床交換工作臺的布局數(shù)控機床交換工作臺的布局|高速加工數(shù)控機床的特殊布局高速加工數(shù)控機床的特殊布局 |虛擬軸機床虛擬軸機床1、數(shù)控車床的常用布局形式數(shù)控車床的常用布局形式平床身平床身斜床身斜床身立式床身立式床身 圖圖2-1 數(shù)控車床的三種常用布局數(shù)控車床的三種常用布局(a)平床身布局平床身布局(b)斜床身布局斜

8、床身布局(c)立式床身布局立式床身布局| 常用布局形式常用布局形式 這三種布局方式各有特點，一般經(jīng)濟型、普及型數(shù)控車床以及數(shù)控這三種布局方式各有特點，一般經(jīng)濟型、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（有的機床是用平床身斜滑板）；大型數(shù)控車床或精密數(shù)控采用斜床身（有的機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。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動精度，一般可用于大型數(shù)控車床或小型精

9、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)軌防護罩，這種布局形式一方面有水平床身工藝性好的特點，另一方面機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，易于安裝機械手，以實現(xiàn)單機自動化；機床占地面積小，外形簡單、美觀，容易實現(xiàn)封閉式防護。 斜床身其導(dǎo)軌傾斜的

10、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（、臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的常用布局）的常用布局形式形式 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)形式和在于立柱的結(jié)構(gòu)形式和X、Z坐標軸的移動方式上（坐標軸的移動方式上（Y軸移動方式無區(qū)軸移動方式無區(qū)別）。別）。 單立柱單立柱框架

11、結(jié)構(gòu)雙立柱框架結(jié)構(gòu)雙立柱圖圖2-2臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）常見的布局形式臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）常見的布局形式|常用的立柱常用的立柱 Z坐標軸的移動方式有工作臺移動式（圖坐標軸的移動方式有工作臺移動式（圖2-2a、b）和立柱移動式（圖）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兩軸兩軸都采用立柱移動，工作臺完全固定的結(jié)構(gòu)形式；或都采用立柱移動，工作臺完全固定的結(jié)構(gòu)形式；或X軸為立柱移動、軸為立柱移動、Z軸為工軸為工作臺移動的結(jié)構(gòu)形式等。作臺移動的結(jié)構(gòu)形式等。圖2-2 臥式數(shù)控鏜

12、銑床（臥式加工中心）的 常用布局形式 在圖在圖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)控機床或數(shù)控化改造的機床；圖于早期的數(shù)控機床或數(shù)控化改造的機床；圖2-2b所示的采用了框架結(jié)構(gòu)所示的采用了框架結(jié)構(gòu)雙立柱、雙立柱、Z軸工作臺移動式布局，為中、小規(guī)格臥式數(shù)控機床常用的結(jié)軸工作臺移動式布局，為中、小規(guī)格臥式數(shù)控機床常用的結(jié)構(gòu)形式。圖構(gòu)形式。圖2-2c所示的采用了所示的采用了T形床身、框架結(jié)構(gòu)雙立

13、柱、立柱移動式形床身、框架結(jié)構(gòu)雙立柱、立柱移動式（Z軸）布局，為臥式數(shù)控機床典型結(jié)構(gòu)。軸）布局，為臥式數(shù)控機床典型結(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、下運動，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)進行定位，熱變形產(chǎn)生的主軸軸線變位被限制是從左、右兩導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)進行定位，熱變形產(chǎn)生的主軸軸線變位被限制在垂直方向上，因此，可以通過對在垂直方向上，因此，可以通過對Y軸的補償，減小熱變形的影響。軸的補償，減小熱變形

14、的影響。2.2.2臥式數(shù)控鏜銑床（臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的常用布局形）的常用布局形式式 T形床身布局可以使工作臺沿床身做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，機床剛性好，工作臺承載能力強，加工臺和工件完全支承在床身上，因此，機床剛性好，工作臺承載能力強，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，便于機床品軸行程，便于機床品種的系列化、零部件的通用化和標準化。種的系列化、零部件的通用化和標準化。 立柱移動式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：首先，這種

15、形式減少了機床的結(jié)構(gòu)層次，立柱移動式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：首先，這種形式減少了機床的結(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，高了操作性能。其次，Z軸的移動在后床身上進行，進給力與軸向切削軸的移動在后床身上進行，進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

16、變的，它不隨工件重量改變而改變，因此有利軸的導(dǎo)軌的承重是固定不變的，它不隨工件重量改變而改變，因此有利于提高于提高Z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性。但是，由于軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性。但是，由于Z軸承載較重，對軸承載較重，對提高提高Z軸的快速性不利，這是其不足之處。軸的快速性不利，這是其不足之處。3、立式數(shù)控鏜銑床（、立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的常用布局形）的常用布局形式式 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，圖似，圖2-3所示的是三種常見布局形式。所示的是三種常見布局形式。 這三種布局形式中，圖這三種布局形

17、式中，圖2-3a所示的結(jié)構(gòu)形式是常見的工作臺移動所示的結(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)格機床的常用結(jié)構(gòu)形式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的布局，為中、小規(guī)格機床的常用結(jié)構(gòu)形式；圖式；圖2-3C所示的采用了所示的采用了T形床身，形床身，X、Y、Z三軸都是立柱移動式的布局，三軸都是立柱移動式的布局，多見于長床身（大多見于長床身（大X軸行程）或采用交換工作臺的立式數(shù)控機床。這三種軸行程）或采用交換工作臺的立式數(shù)控機床。這三種布局形式的結(jié)構(gòu)特點，基本和臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的對應(yīng)結(jié)布局形式的結(jié)構(gòu)特點，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。構(gòu)相同

18、。 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、軸為立柱移動、Z軸為工作臺移動的結(jié)構(gòu)形式等等。軸為工作臺移動的結(jié)構(gòu)形式等等。圖圖2-3立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）常見的布局形式立式數(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（立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的常用布局形式）的常用布局形式 4、數(shù)控機床交換工作臺的布局、數(shù)控機床交換工作臺的布局 為了提高數(shù)控機床的加工效率，在加工中心上經(jīng)常采

19、用雙交換工作臺，為了提高數(shù)控機床的加工效率，在加工中心上經(jīng)常采用雙交換工作臺，進行工件的自動交換，以進一步縮短輔助加工時間，提高機床效率。進行工件的自動交換，以進一步縮短輔助加工時間，提高機床效率。 圖圖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。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，交工位工作臺上裝上工件，交換開始后，換開始后，X軸自動運動到軸自動運動到工位的位置，并松開工作臺夾緊機構(gòu)；交換機構(gòu)工位的位置，并松開工作臺夾緊機構(gòu)；交換機構(gòu)通過液壓缸或輔助電動機

20、將機床上的工作臺拉到通過液壓缸或輔助電動機將機床上的工作臺拉到工位上；工位上；X軸再自動運動到軸再自動運動到工位的位置，交換機構(gòu)將裝有工件的工位的位置，交換機構(gòu)將裝有工件的工位工作臺送到機床上，并夾緊。工位工作臺送到機床上，并夾緊。在機床進行工件加工的同時，操作者可以在在機床進行工件加工的同時，操作者可以在工位裝卸工件，準備第二次交工位裝卸工件，準備第二次交換。這樣就使得工件的裝卸和機床加工可以同時進行，節(jié)省了加工輔助時間，換。這樣就使得工件的裝卸和機床加工可以同時進行，節(jié)省了加工輔助時間，提高了機床的效率。提高了機床的效率。圖圖2-4所示的是兩種常見的雙交換工作臺布局形式所示的是兩種常見的雙

21、交換工作臺布局形式4、數(shù)控機床交換工作臺的布局、數(shù)控機床交換工作臺的布局 圖圖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，交工位（裝卸工位）工作臺上裝上工件，交換開始后，換開始后，工位（加工工位）的工作臺夾緊機構(gòu)自動松開；交換回轉(zhuǎn)工位（加工工位）的工作臺夾緊機構(gòu)自動松開；交換回轉(zhuǎn)臺抬起，進行臺抬起，進行180 回轉(zhuǎn)，將回轉(zhuǎn)，將工位上工作臺轉(zhuǎn)到工位上工作臺轉(zhuǎn)到工位的位置，并夾工位的位置，并夾緊。在機床進行工件加工的同時，操作者可以在緊。在機床進行工件加工

22、的同時，操作者可以在工位裝卸工件，準工位裝卸工件，準備第二次交換。備第二次交換。 回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺的優(yōu)點是交換速度快，定位精度高；回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺的優(yōu)點是交換速度快，定位精度高；對冷卻、切屑的防護容易；缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占地面積大。對冷卻、切屑的防護容易；缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占地面積大。4、數(shù)控機床交換工作臺的布局、數(shù)控機床交換工作臺的布局 此外，還有一種通過雙工作區(qū)，進行工件交換的布局形式此外，還有一種通過雙工作區(qū)，進行工件交換的布局形式（如圖（如圖2-5所示），多用于長床身（所示），多用于長床身（X軸行程在軸行程在1500mm以上），以上），且且X、Y、Z三軸都是立柱移動式的加工中心上。

23、它的基本結(jié)構(gòu)和三軸都是立柱移動式的加工中心上。它的基本結(jié)構(gòu)和立柱移動式機床完全相同，區(qū)別僅在于利用中間防護，使機床原立柱移動式機床完全相同，區(qū)別僅在于利用中間防護，使機床原工作臺分成了兩個相對獨立的操作區(qū)域。其工作過程是：立柱首工作臺分成了兩個相對獨立的操作區(qū)域。其工作過程是：立柱首先運動到先運動到區(qū)，對安裝在該區(qū)的零件進行正常加工；與此同時，區(qū)，對安裝在該區(qū)的零件進行正常加工；與此同時，操作者可以在操作者可以在區(qū)裝卸工件。在區(qū)裝卸工件。在區(qū)的零件加工完成后，通過區(qū)的零件加工完成后，通過X軸的快速移動，將立柱運動到軸的快速移動，將立柱運動到區(qū)，進行區(qū)，進行區(qū)零件的加工；操作區(qū)零件的加工；操作者

24、可以在者可以在區(qū)裝卸工件，如此循環(huán)。機床通過電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)裝卸工件，如此循環(huán)。機床通過電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)嚴格的互鎖，對于加工區(qū)的防護門也需要通過機電聯(lián)鎖裝置予以嚴格的互鎖，對于加工區(qū)的防護門也需要通過機電聯(lián)鎖裝置予以封閉，確保機床的安全性、可靠性。封閉，確保機床的安全性、可靠性。 圖圖2-5 雙工作區(qū)交換的布局圖雙工作區(qū)交換的布局圖圖圖2-5 雙工作區(qū)交換的布局圖雙工作區(qū)交換的布局圖5、高速加工數(shù)控機床的特殊布局5、高速加工數(shù)控機床的特殊布局圖6、虛擬軸機床三、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)三、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)|主傳動的基本要求和變速方式主傳動的基本要求和變速方式|主軸的聯(lián)接形式主軸的聯(lián)接形式 |

25、主軸部件的支承主軸部件的支承|主軸部件的結(jié)構(gòu)主軸部件的結(jié)構(gòu) 1、主傳動的基本要求和變速方式、主傳動的基本要求和變速方式 數(shù)控機床和普通機床一樣，主傳動系統(tǒng)也必須通過變速，才能使主軸獲數(shù)控機床和普通機床一樣，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一定的功率和 足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。 | 數(shù)控機床作為高度自動化的設(shè)備，它對主傳動系統(tǒng)的基本要數(shù)控機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：求有以下幾點： 1

26、)為了達到最佳的切削效果，一般都應(yīng)在最佳的切削條件下工作，為了達到最佳的切削效果，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現(xiàn)無級變速。因此，主軸一般都要求能自動實現(xiàn)無級變速。 2)要求機床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，要求機床主軸系統(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。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、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。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

27、刀具交換所需要的自動夾在加工中心上，還必須具有安裝道具和刀具交換所需要的自動夾緊裝置，以及主軸定向準停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機械手緊裝置，以及主軸定向準停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機械手的正確嚙合。的正確嚙合。 5)為了擴大機床的功能，實現(xiàn)對為了擴大機床的功能，實現(xiàn)對C軸的控制，主軸還需安裝位置軸的控制，主軸還需安裝位置檢測裝置，以便實現(xiàn)對主軸位置的控制。檢測裝置，以便實現(xiàn)對主軸位置的控制。 數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的再求。故大多數(shù)數(shù)控機床采用無級變速系統(tǒng)，必須適應(yīng)自動操作的再求。故大多

28、數(shù)數(shù)控機床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式。 數(shù)控機床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能數(shù)控機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。面質(zhì)量。1、主傳動的基本要求和變速方式、主傳動的基本要求和變速方式這種配置方式大、中型數(shù)控機床采用較多。這種配置方式大、中型數(shù)控機床采用較多。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

29、主軸輸出扭矩特性的要求。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)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要但有一部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。的扭矩?；讫X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現(xiàn)?；讫X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現(xiàn)。（1 1）帶有變速齒輪的主傳動（如圖）帶有變速齒輪的主傳動（如圖）主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，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。性要求的主軸。（2 2）通過

30、帶傳動的主傳動（如圖）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。的嚙合傳動。帶內(nèi)采用了承載后帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料無彈性伸長的材料作強力層，以保持作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使帶的節(jié)距不變，使主、從動帶輪可作主、從動帶輪可作無相對滑動的同步無相對滑動的同步傳動。傳動。同步帶傳動是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)同步帶傳動是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。點的新型傳動。這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)

31、，有效地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，電動機發(fā)熱對提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。主軸的精度影響較大。（3 3）由調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主傳動（如圖）由調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主傳動（如圖）從直流主軸電動機的速度與轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖從直流主軸電動機的速度與轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖中可以看出，在低于額定轉(zhuǎn)速時為恒轉(zhuǎn)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。矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可使用這種電動機可實現(xiàn)純電氣定向，實現(xiàn)純電氣定向，而且主軸的控制功而且主軸的控制功能可以很容

32、易與數(shù)能可以很容易與數(shù)控系統(tǒng)相連接并實控系統(tǒng)相連接并實現(xiàn)修調(diào)輸入、速度現(xiàn)修調(diào)輸入、速度和負載測量輸出等。和負載測量輸出等。（4）采用電主軸）采用電主軸 在高速加工機床上，大多數(shù)使用電動機轉(zhuǎn)子和主軸一體的電在高速加工機床上，大多數(shù)使用電動機轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸，可以使主軸達到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)、甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速，主主軸，可以使主軸達到每分鐘數(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。軸傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，剛性更好。 車床用電主軸車床用電主軸銑床用電主軸銑床用電主軸 機床的主軸部件是機床重要部件之一，它帶動工件或刀具執(zhí)機床的主軸部件是機床重要部件之一，它帶動工件或刀具執(zhí)行機床的

33、切削運動，因此數(shù)控機床主軸部件的精度，抗振性和熱行機床的切削運動，因此數(shù)控機床主軸部件的精度，抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機床在加工過程中不進變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴重。所以：行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴重。所以： 2 2、主軸部件、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，主軸的卸荷，主軸軸承的定位和間隙調(diào)整，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。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現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須

34、設(shè)對于數(shù)控鏜銑床的主軸為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須設(shè)計有刀具的自動裝卸，主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置計有刀具的自動裝卸，主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置。 數(shù)控機床的主軸部件主要有以下幾個部分：主數(shù)控機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)部的刀具卡進及吹屑裝置、主軸的準停主軸內(nèi)部的刀具卡進及吹屑裝置、主軸的準停裝置等。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 2）數(shù)控機床的主軸軸承）數(shù)控機床的主軸軸承 3）軸承的配置）軸承的配置 合理配置軸承合

35、理配置軸承,可以提高主軸精度可以提高主軸精度,降低溫升降低溫升,簡化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)簡化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機床上配制軸承時控機床上配制軸承時,前后軸承都應(yīng)能承受徑向載荷前后軸承都應(yīng)能承受徑向載荷,支承間的距離要支承間的距離要選擇合理選擇合理,并根據(jù)機床的實際情況配制軸向力的軸承。并根據(jù)機床的實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，滿足強力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機床。 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

36、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)控機床主軸。在自動換刀的數(shù)控機床中為了實現(xiàn)刀具在主在自動換刀的數(shù)控機床中為了實現(xiàn)刀具在主軸內(nèi)的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的軸內(nèi)的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的自

37、動夾緊機構(gòu)，如圖所示。自動夾緊機構(gòu)，如圖所示。3 3、主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑清除裝置、主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑清除裝置刀桿采用刀桿采用7 7：2424的大錐度錐柄，采用大錐度的大錐度錐柄，采用大錐度的錐柄既有利于定心，也為松夾帶來了方便。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。擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。在蝶形彈簧在蝶形彈簧8 8的的作用下，拉桿作用下，拉桿7 7始 終 保 持 約始 終 保 持 約10000N10000N的拉力；的拉力；并通過拉桿右并通過拉桿右

38、端的鋼球端的鋼球6 6將刀將刀桿的尾部軸頸桿的尾部軸頸拉緊。拉緊。換刀時首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸換刀時首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸左腔，活塞左腔，活塞1 1推動拉桿推動拉桿7 7向有移動，將刀柄松向有移動，將刀柄松開，同時使蝶形彈簧開，同時使蝶形彈簧8 8壓緊。壓緊。拉桿拉桿7 7的右移使右端的鋼球的右移使右端的鋼球6 6位于套筒的喇叭口處，消除位于套筒的喇叭口處，消除了刀桿上的拉力。了刀桿上的拉力。當拉桿繼續(xù)右移時，噴氣嘴的端部把刀具頂松，使機械當拉桿繼續(xù)右移時，噴氣嘴的端部把刀具頂松，使機械手方便地取出刀桿。手方便地取出刀桿。機械手將應(yīng)換刀具裝入后，電磁換向閥動作使壓力油通機械

39、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，活塞入油缸右腔，活塞1 1向左退回原位，蝶形彈簧復(fù)原又將刀向左退回原位，蝶形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊、螺旋彈簧桿拉緊、螺旋彈簧2 2使活塞使活塞1 1在液壓缸右腔無壓力油時也在液壓缸右腔無壓力油時也始終退在最左端。始終退在最左端。當活塞處于左右兩個極限位置時，相應(yīng)限位開關(guān)當活塞處于左右兩個極限位置時，相應(yīng)限位開關(guān)1212、1313發(fā)出松開和夾緊的信號。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。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

40、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，刀桿時，錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至會使刀桿發(fā)生偏斜，破壞了刀桿的正確定位，甚至會使刀桿發(fā)生偏斜，破壞了刀桿的正確定位，影響零件的加工精度，甚至會使零件超差報廢。影響零件的加工精度，甚至會使零件超差報廢。為了保持主軸錐孔的清潔，常采用的方法是使用壓縮空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。氣吹屑。如圖所示活塞如圖所示活塞1 1的心部鉆有壓縮空氣通道，當活塞向的心部鉆有壓縮空氣通道，當活塞向左移動時，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

41、，將錐孔清理干凈。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。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

42、喇叭口處，消除了刀桿上的拉力。當拉桿繼續(xù)右移時，噴氣嘴的端部把刀具頂松，使機械手可方便地取出刀桿。機械手將應(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，為了實現(xiàn)自動換刀，使機械手準確地將刀具裝入主軸孔中，刀具的鍵槽現(xiàn)自動換刀，使機械手準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)剩辉?/p>

43、鏜削加工退刀時，要求刀具向必須與主軸的鍵位在周向?qū)剩辉阽M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，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，或進行反倒角等加工時，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進行反倒角等加工時，也要求主軸實現(xiàn)準停，使刀尖停在一個固定的方位上，以便主軸也要求主軸實現(xiàn)準停，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入箱體內(nèi)對大孔偏移一定尺寸后，使大切削刃能通過前壁小孔進入箱體內(nèi)對大孔進行鏜削，所以在主軸上必須設(shè)有準停裝置。進行鏜削，所以在主軸上必須設(shè)有準停裝置。 目前，主軸準停裝置很多，主要分為機械式和電氣式兩種。目前，主軸準停裝置很多，主要分為機械式和電氣式兩種。 4 4、主軸、主軸準停裝置準停裝置 1)1)、定位盤準停原理示意圖、定位盤準停原理示意圖 傳統(tǒng)的做法是采用機械擋塊等來定向。圖2為V形槽輪定位盤準停裝