數(shù)控機(jī)床與編程 第二章數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)課件

1、本章授課進(jìn)程與主要內(nèi)容：1、對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求和變速方式2、數(shù)控機(jī)床的主軸部件3、典型數(shù)控機(jī)床的主軸部件4、高速主軸系統(tǒng)和電主軸1一、對(duì)主轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求1.主軸轉(zhuǎn)速高，變速范圍寬，并可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速2.主軸傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低，精度高3.具有良好的抗振性和熱穩(wěn)定性4.能實(shí)現(xiàn)刀具的快速和自動(dòng)裝卸5.具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和良好的低速穩(wěn)定性第一節(jié)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求和變速方式2 機(jī)床的剛度反映了機(jī)床機(jī)構(gòu)抵抗變形的能力，。機(jī)床變形產(chǎn)生的誤差，通常很難通過調(diào)整和補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰詮氐椎慕鉀Q。為了滿足數(shù)控機(jī)床高效、高精度、高可靠性以及自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的精剛度。此外，為了充分發(fā)

2、揮機(jī)床的效率，加大切削用量，還必須提高機(jī)床的抗震性，避免切削時(shí)產(chǎn)生的共振和顫振。而提高機(jī)構(gòu)的動(dòng)剛度是提高機(jī)床抗震性的基本途徑。3 機(jī)床的熱變性是影響機(jī)床加工精度的主要因素之一。由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通機(jī)床，機(jī)床又長時(shí)間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)、絲杠、軸承、導(dǎo)軌的發(fā)熱都比較嚴(yán)重，加上高速切削產(chǎn)生的切屑的影響，使得數(shù)控機(jī)床的熱變性影響比普通機(jī)床要嚴(yán)重得多。雖然在先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)具有熱變性補(bǔ)償功能，但是它并不能完全消除熱變性對(duì)于加工精度的影響，在數(shù)控機(jī)床上還應(yīng)采取必要的措施，盡可能減小機(jī)床的熱變性。4 利用伺服系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)。伺服系統(tǒng)最小的移動(dòng)量（

3、脈沖當(dāng)量），一般只有0.001mm，甚至更?。蛔畹瓦M(jìn)給速度，一般只有1mm/min，甚至更低。這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度，良好的跟蹤性能和低速穩(wěn)定性，才能對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的位置指令做出準(zhǔn)確的響應(yīng)，從而得到要求的定位精度。 傳動(dòng)裝置的間隙直接影響著機(jī)床的定位精度，雖然在數(shù)控系統(tǒng)中可以通過間隙補(bǔ)償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除。特別是對(duì)于非均勻間隙，必須機(jī)械消除間隙措施，才能得到較好的解決。57在帶有齒輪變速的分段無級(jí)變速系統(tǒng)中，主軸的正、反向啟動(dòng)與停止、制動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，主軸變速則由電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速與齒輪有級(jí)變速相配合來實(shí)現(xiàn)。這種配置適合于大中型機(jī)床，確保主軸低速時(shí)輸出大扭矩、

4、高速時(shí)輸出恒功率特性的要求。8帶傳動(dòng)主軸10幾種傳送帶的類型多聯(lián)V帶11同步齒形帶12同步帶優(yōu)點(diǎn)：1、無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確2、傳動(dòng)效率高3、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小4、使用范圍廣，速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)比可達(dá)10倍左右，傳遞功率從幾瓦到數(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，帶與帶輪制造工藝復(fù)雜，成本高。14151718主傳動(dòng)的齒輪變速裝置1、液壓撥叉變速2、電磁離合器變速19通油、卸荷，滑移齒輪在最左側(cè)5通油、1卸荷，滑移齒輪在最右側(cè)1、5同時(shí)通油，滑移齒輪在中間1，5 缸體 2活塞桿 3 撥叉 4套筒1，5 缸體 2活塞桿 3 撥叉 4套筒2021第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主軸部件主軸

5、端部結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床主軸端部的結(jié)構(gòu)對(duì)工件或刀具的定位、安裝、拆卸以及夾緊的準(zhǔn)確、牢固、方便和可靠有很大影響。常見主軸端部結(jié)構(gòu)如圖。這些結(jié)構(gòu)目前都已標(biāo)準(zhǔn)化。22主軸部件常用軸承的類型和精度等級(jí)類型： 滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承（動(dòng)壓、靜壓）、 空氣靜壓軸承、陶瓷軸承、磁懸浮軸承精度等級(jí) E(高級(jí))、D(精密級(jí))、C(特精級(jí))、B(超精級(jí)) 普通精度的機(jī)床，前支承用C、D，后支承用D、E級(jí)， 前支承比后支承高一個(gè)精度等級(jí)。 精度較高的機(jī)床，前后支承均用B級(jí)精度24TBTCHDddDd外圈 內(nèi)圈 滾動(dòng)體 保持架 DdDa) 向心軸承 b) 圓錐滾子軸承 c) 角接觸球軸承 d) 推力軸承 2527錐孔雙列圓柱

6、滾子軸承28 錐孔雙列圓柱滾子軸承 內(nèi)圈為l12的錐孔，當(dāng)內(nèi)圈沿錐形軸頸軸向移動(dòng)時(shí)，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(cuò)排列，因而承載能力大，剛性好，允許轉(zhuǎn)速高。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)生畸變而影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度。該軸承只能承受徑向載荷。29 雙列推力向心球軸承 接觸角60，球徑小，數(shù)目多，能承受雙向軸向載荷。磨薄中間隔套，可以調(diào)整間隙或預(yù)緊，軸向剛度較高，允許轉(zhuǎn)速高。該軸承一般與雙列圓柱滾子軸承配套用作主軸的前支承，并將其外圈外徑作成負(fù)公差，保證只承受軸向載 30雙列推力向心球軸承圖例31 雙列圓錐滾子軸

7、承 它有個(gè)公用外圈和兩個(gè)內(nèi)圈，由外圈的凸肩在箱體上進(jìn)行軸向定位，箱體孔可以鏜成通孔。磨薄中間隔套可以調(diào)整間隙或預(yù)緊，兩列滾子的數(shù)目相差個(gè)，能使振動(dòng)頻率不致，明顯改善了軸承的動(dòng)態(tài)特性。這種軸承能同時(shí)承受徑向和軸向載荷，通常用作主軸的前支承。32雙列圓錐滾子軸承33 角接觸球軸承（1） 這種類型的軸承既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。接觸角有=15，=25和=40三種。15接觸角多用于軸向載荷較小，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合；25、40接觸角多用于軸向載荷較大的場(chǎng)合。將內(nèi)、外圈相對(duì)軸向位移，可以調(diào)整間隙，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。它們多用于高速主軸。34角接觸球軸承35 角接觸球軸承（2）角接觸球軸承有三種基本組合方式 圖

8、a為背靠背組合，圖b為面對(duì)面組合，圖c為同向組合。這三種方式，兩個(gè)軸承都共同承擔(dān)徑向載荷；圖a和圖b可承受雙向軸向載荷；圖c則只能承受單向載荷，但承載能力較大，軸向剛度較高。這種軸承還可以三聯(lián)組配、四聯(lián)組配。36角接觸球軸承成對(duì)使用時(shí)的幾種安裝方式 a） b） c） 37滑動(dòng)軸承（動(dòng)壓）滑動(dòng)軸承（靜壓）38空氣軸承39磁力（磁懸浮）軸承402主軸常見支承方式（1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對(duì)向心推力球軸承。此配置可提高主軸的綜合剛度，可滿足強(qiáng)力切削的要求，普遍用于各類數(shù)控機(jī)床主軸。412主軸常見支承方式（2）前支承采用高精度雙列向心推力球軸承。

9、向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，但它的承載能力小。適于高速，輕載，高精密的數(shù)控機(jī)床主軸。422主軸常見支承方式（3）前后支承采用雙列和單列圓錐滾子軸承。軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其是可承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷。安裝，調(diào)整性能好，但這種支承方式限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度，所以用于中等精度，低速，重載的數(shù)控機(jī)床的主軸。43數(shù)控機(jī)床主軸常見支承方式圖例443主軸支承的典型結(jié)構(gòu) （1）如圖所示為數(shù)控車床主軸，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和60角接觸雙列向心推力球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，適用于中等轉(zhuǎn)速，能承受較大的切削負(fù)載，主軸剛性高。4

10、5463主軸支承的典型結(jié)構(gòu) （2）圖示為臥式銑床主軸支承，軸的徑向剛度好，并有較高的轉(zhuǎn)速。 473主軸支承的典型結(jié)構(gòu) （3）圖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(jiǎn)單。484滾動(dòng)軸承的間隙與預(yù)緊 滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度變差。將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生一定量預(yù)變形，使受載后承載的滾動(dòng)體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高軸承承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。494滾動(dòng)軸承的預(yù)緊要求 過盈量不宜太大，否

11、則軸承的摩擦磨損加劇，承載能力將顯著下降。公差等級(jí)、軸承類型和工作條件不同的主軸組件，其軸承所需的預(yù)緊量各有所不同。主軸組件必須具備軸承間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。50主軸的準(zhǔn)停功能 每次機(jī)械手自動(dòng)裝取刀具時(shí)，必須保證刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設(shè)計(jì)的裝置稱為主軸準(zhǔn)停裝置或稱為主軸定向裝置。51電氣式主軸準(zhǔn)停裝置 即用電磁傳感器檢測(cè)定向。如圖所示，主軸8的尾部安裝有發(fā)磁體9，它隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在距發(fā)磁體外緣14mn處，固定了一個(gè)磁傳感器10,它經(jīng)過放大器11與主軸伺服單元3聯(lián)接。主軸定向指令l發(fā)出后，主軸處于定向狀態(tài)，當(dāng)發(fā)磁體上的判別孔轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)磁傳感器上的

12、基準(zhǔn)槽時(shí)，主軸立即停止。圖中5為電動(dòng)機(jī)與主軸之間的同步齒形帶，4為主軸電動(dòng)機(jī)，2為強(qiáng)電時(shí)序電路，7為主軸端面鍵，6是位置控制回路，12是定向電路。5253第三節(jié) 典型數(shù)控機(jī)床的主軸部件數(shù)控車床的主軸部件數(shù)控車床的主軸部件主傳動(dòng)主軸及支撐動(dòng)力卡盤主軸編碼器54可以自動(dòng)定心夾持范圍大定心精度不高，不適合于零件同軸度要求高時(shí)的二次裝夾常見的有機(jī)械式和液壓式兩種 三爪卡盤55四爪卡盤 適合加工精度要求不高、偏心距較小、零件長度較短的工件。 四個(gè)卡爪是各自獨(dú)立移動(dòng)的。四爪卡盤的找正煩瑣費(fèi)時(shí) ?？ㄗτ姓头醋煞N形式。 56用于精加工的外圓表面定位。 定心精度高，裝夾工件快捷方便。 夾持工件的內(nèi)孔是規(guī)定

13、的標(biāo)準(zhǔn)系列，并非任意直徑的工件都可以進(jìn)行夾持。特別適用于尺寸精度較高、表面質(zhì)量較好的冷拔圓棒料的夾持。 彈簧夾套 5758592JCS-018A加工中心主軸部件（1）如圖所示為主軸箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要由四個(gè)功能部件構(gòu)成，分別是主軸部件、刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、切屑清除裝置和主軸準(zhǔn)停裝置。602JCS-018A加工中心主軸部件（2） 主軸基本構(gòu)成（1）主軸的前支承4配置了三個(gè)高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷，前兩個(gè)軸承大口朝下，后面一個(gè)軸承大口朝上。前支承按預(yù)加載荷計(jì)算的預(yù)緊量由螺母5來調(diào)整。后支承6為一對(duì)小口相對(duì)配置的角接觸球軸承，它們只承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的

14、軸承類型和配置形式，滿足主軸高轉(zhuǎn)速和承受較大軸向載荷的要求。主軸受熱變形向后伸長，不影響加工精度。612JCS-018A加工中心主軸部件（3） 主軸基本構(gòu)成（2）主軸內(nèi)部和后端安裝的是刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。它主要由拉桿7、拉桿端部的四個(gè)鋼球3、碟形彈簧8、活塞10、液壓缸11等組成。 622JCS-018A加工中心主軸部件（4） 主軸工作原理（1）取用過刀具過程 CNC發(fā)出換刀指令液壓缸（7）右腔進(jìn)油活塞（6）左移推動(dòng)拉桿（4）克服彈簧（5）的作用左移帶動(dòng)鋼球（12）移至大空間鋼球失去對(duì)拉釘（2）的作用取刀632JCS-018A加工中心主軸部件（5） 主軸工作原理（2）吹掃過程 舊刀取走后CNC發(fā)

15、出指令空壓機(jī)啟動(dòng)壓縮空氣經(jīng)壓縮空氣管接頭（9）吹掃裝刀部位并用定時(shí)器計(jì)時(shí)642JCS-018A加工中心主軸部件（6）主軸工作原理（3）裝刀過程 時(shí)間到CNC發(fā)出裝刀指令機(jī)械手裝新刀液壓缸右腔回油拉桿（4）在碟形彈簧的作用下復(fù)位拉桿帶動(dòng)拉釘右移至小直徑部位通過鋼球?qū)⒗斂ㄋ?52JCS-018A加工中心主軸部件（7）主軸轉(zhuǎn)矩的傳遞 機(jī)床的切削轉(zhuǎn)矩是由主軸上的端面鍵來傳遞的。主軸的準(zhǔn)停功能 每次機(jī)械手自動(dòng)裝取刀具時(shí)，必須保證刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設(shè)計(jì)的裝置稱為主軸準(zhǔn)停裝置或稱為主軸定向裝置。66672JCS-018A加工中心主軸部件（8）

16、電氣式主軸準(zhǔn)停裝置 即用電磁傳感器檢測(cè)定向。如圖所示，主軸8的尾部安裝有發(fā)磁體9，它隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在距發(fā)磁體外緣14mn處，固定了一個(gè)磁傳感器10,它經(jīng)過放大器11與主軸伺服單元3聯(lián)接。主軸定向指令l發(fā)出后，主軸處于定向狀態(tài)，當(dāng)發(fā)磁體上的判別孔轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)磁傳感器上的基準(zhǔn)槽時(shí)，主軸立即停止。圖中5為電動(dòng)機(jī)與主軸之間的同步齒形帶，4為主軸電動(dòng)機(jī)，2為強(qiáng)電時(shí)序電路，7為主軸端面鍵，6是位置控制回路，12是定向電路。68隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)(變頻調(diào)速技術(shù)、電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)等)的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的“零傳動(dòng)”。 稱為“主軸單元”或“電主軸”。電主軸是一種智能型功能部件，不但轉(zhuǎn)速高、功率大，還有一系列控制主軸溫升與振動(dòng)等機(jī)床運(yùn)行參數(shù)的功能，以確保其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與安全。6970電主軸是一套組件：包括電主軸、高頻變頻裝置，油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置高速電主軸包含技術(shù)高速軸承技術(shù)高速電動(dòng)機(jī)冷卻潤滑技術(shù)內(nèi)置脈沖編碼器自動(dòng)換刀高速刀具裝夾高頻變頻裝置71電主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動(dòng)小、噪聲低、響應(yīng)快。軸殼轉(zhuǎn)軸軸承定子和轉(zhuǎn)子電主軸的軸承72對(duì)電主軸的要求1、軸承尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度允差小，以適應(yīng)