數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)

第二章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)模塊2：機(jī)械結(jié)構(gòu)一、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求與總體布局二、數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動的特點(diǎn)三、數(shù)控機(jī)床主軸的變速方式四、主軸部件本章內(nèi)容一、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體部分。來自于數(shù)控裝置的各種運(yùn)動和動作指令，都必須由機(jī)床本體轉(zhuǎn)換成真實(shí)的、準(zhǔn)確的機(jī)械運(yùn)動和動作，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能，并保證數(shù)控機(jī)床的性能要求。數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體由下列各部分組成：（1）主傳動系統(tǒng)，其功用是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動（2）進(jìn)給系統(tǒng)，其功用是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動（3）機(jī)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(jī)床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過程中占有的準(zhǔn)確位置。（4）實(shí)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(hù)、排屑等裝置。（5）實(shí)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(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)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(jī)床的機(jī)床本體的基本部件，其他部件則按數(shù)控機(jī)床的功能和需要選用。盡管數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)的機(jī)床十分相似，但由于數(shù)控機(jī)床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機(jī)床存在著巨大的差距，所以數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體在總體布局、結(jié)構(gòu)、性能上與傳統(tǒng)機(jī)床有許多明顯的差異。數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展及在機(jī)床上的應(yīng)用，為數(shù)控機(jī)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(shí)，則必須要求數(shù)控機(jī)床的機(jī)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(yùn)動的平穩(wěn)性及運(yùn)動時的摩擦特性、幾何精度、傳動精度等。1、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度是指在切削力和其他力的作用下，機(jī)床抵抗變形的能力。有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)比類似的普通機(jī)床高50%。1）合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸機(jī)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：①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；②封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不封閉截面的剛度；③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；④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(jī)床的受力狀態(tài)，提高機(jī)床的靜剛度如教材P59圖3-4所示3）采采取補(bǔ)補(bǔ)償構(gòu)構(gòu)件變變形的的結(jié)構(gòu)構(gòu)措施施在外力力作用用下，，機(jī)床床的變變形是是不可可避免免的，，如果果能采采取措措施使使變形形對加加工精精度的的影響響減小小，其其結(jié)果果相當(dāng)當(dāng)于提提高了了機(jī)床床的剛剛度。。依照照這一一思路路，產(chǎn)產(chǎn)生了了許多多補(bǔ)償償有關(guān)關(guān)零、、部件件的靜靜力變變形的的方法法，這這種方方法普普遍用用于補(bǔ)補(bǔ)償因因自重重而引引起的的靜力力變形形。如教材材P60圖圖3-6所所示。。2、提提高機(jī)機(jī)床結(jié)結(jié)構(gòu)的的抗振振性機(jī)床的的振動動會在在被加加工工工件表表面留留下振振紋，，影響響工件件的表表面質(zhì)質(zhì)量，，嚴(yán)重重時則則使加加工過過程難難以進(jìn)進(jìn)行下下去。。機(jī)床床加工工時可可能產(chǎn)產(chǎn)生兩兩種形形式的的振動動：強(qiáng)強(qiáng)迫振振動和和自激激振動動。機(jī)機(jī)床的的抗振性性指的是是抵抗抗這兩兩種振振動的的能力力。提高機(jī)機(jī)床結(jié)結(jié)構(gòu)抗抗振性性的措措施：：P623、減減小機(jī)機(jī)床的的熱變變形熱膨脹脹是各各種金金屬和和非金金屬材材料的的固有有特性性。機(jī)機(jī)床在在工作作時，，有許許多部部件和和部位位會產(chǎn)產(chǎn)生大大量熱熱量，，如電電機(jī)、、滾動動軸承承、切切屑以以及刀刀具與與工件件的切切削部部位、、液壓壓系統(tǒng)統(tǒng)等。。這些些產(chǎn)生生熱量量的部部件和和部位位稱為為熱源源。熱熱源產(chǎn)產(chǎn)生的的熱量量通過過傳導(dǎo)導(dǎo)、對對流、、輻射射傳遞遞給機(jī)機(jī)床的的各個個部件件，引引起溫溫升，，產(chǎn)生生膨脹脹。由由于熱熱源分分布不不均勻勻，各各熱源源產(chǎn)生生的熱熱量不不等，，零部部件各各處質(zhì)質(zhì)量不不均勻勻，形形成機(jī)機(jī)床各各部位位溫升升不一一致，，從而而產(chǎn)生生不均均勻的的溫度度場合合不均均與的的熱膨膨脹變變形，，以致致破壞壞刀具具與工工件的的正確確相對對位置置，影影響加加工精精度。。4、改改善運(yùn)運(yùn)動導(dǎo)導(dǎo)軌副副的摩摩擦特特性機(jī)床導(dǎo)導(dǎo)軌是是機(jī)床床基本本結(jié)構(gòu)構(gòu)的要要素之之一。。機(jī)床床的加加工精精度和和使用用壽命命很大大程度度上取取決于于機(jī)床床導(dǎo)軌軌的質(zhì)質(zhì)量，，而對對數(shù)控控機(jī)床床的導(dǎo)導(dǎo)軌則則有更更高的的要求求，如如：高高速進(jìn)進(jìn)給時時不振振動，，低速速進(jìn)給給時不不爬行行；有有高的的靈敏敏度，，能在在重載載下長長期連連續(xù)工工作；；耐磨磨性要要高，，精度度保持持性要要好等等。這這些都都與導(dǎo)導(dǎo)軌副副的摩摩擦特特性有有關(guān)，，要求求摩擦擦系數(shù)數(shù)小，，靜、、動摩摩擦系系數(shù)之之差小小?，F(xiàn)現(xiàn)代數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床采采用的的導(dǎo)軌軌主要要由塑料滑滑動導(dǎo)導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)導(dǎo)軌。二、數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的總體體布局局?jǐn)?shù)控車車床的的常用用布局局形式式臥式數(shù)數(shù)控鏜鏜銑床床（臥臥式加加工中中心））的常常用布布局形形式立式數(shù)數(shù)控鏜鏜銑床床（立立式加加工中中心））的常常用布布局形形式數(shù)控機(jī)機(jī)床交交換工工作臺臺的布布局高速加加工數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的特殊殊布局局虛擬軸軸機(jī)床床1、數(shù)控車車床的的常用用布局局形式式平床身身斜床身身立式床床身圖2-1數(shù)數(shù)控控車床床的三三種常常用布布局(a)平床床身布布局(b)斜床床身布布局(c)立式式床身身布局局常用布布局形形式這三種種布局局方式式各有有特點(diǎn)點(diǎn)，一一般經(jīng)經(jīng)濟(jì)型型、普普及型型數(shù)控控車床床以及及數(shù)控控化改改造的的車床床，大大都采采用平平床身身；性性能要要求較較高的的中、、小規(guī)規(guī)格數(shù)數(shù)控車車床采采用斜斜床身身（有有的機(jī)機(jī)床是是用平平床身身斜滑滑板））；大大型數(shù)數(shù)控車車床或或精密密數(shù)控控車床床采用用立式式床身身。1）水水平床床身水平床床身的的工藝藝性好好，便便于導(dǎo)導(dǎo)軌面面的加加工。。水平平床身身配上上水平平放置置的刀刀架可可提高高刀架架的運(yùn)運(yùn)動精精度，，一般般可用用于大大型數(shù)數(shù)控車車床或或小型型精密密數(shù)控控車床床的布布局。。但是是水平平床身身由于于下部部空間間下，，故排排屑困困難。。從結(jié)結(jié)構(gòu)尺尺寸上上看，，刀架架水平平放置置使得得滑板板橫向向尺寸寸較長長，從從而加加大了了機(jī)床床寬度度方向向的結(jié)結(jié)構(gòu)尺尺寸。。如下下圖所所示：：2）斜斜床身身水平床床身配配置傾傾斜放放置的的滑板板，并并配置置傾斜斜式導(dǎo)導(dǎo)軌防防護(hù)罩罩，這這種布布局形形式一一方面面有水水平床床身工工藝性性好的的特點(diǎn)點(diǎn)，另另一方方面機(jī)機(jī)床寬寬度方方向的的尺寸寸較水水平配配置滑滑板的的要小小，且且排屑屑方便便。水水平床床身配配上傾傾斜放放置的的滑板板和斜斜床身身配置置斜滑滑板布布局形形式被被中、、小型型數(shù)控控車床床所普普遍采采用。。此兩兩種布布局形形式的的特點(diǎn)點(diǎn)是排排屑容容易，，熱鐵鐵屑不不會堆堆積在在導(dǎo)軌軌上，，也便便于安安裝自自動排排屑器器；操操作方方便，，易于于安裝裝機(jī)械械手，，以實(shí)實(shí)現(xiàn)單單機(jī)自自動化化；機(jī)機(jī)床占占地面面積小小，外外形簡簡單、、美觀觀，容容易實(shí)實(shí)現(xiàn)封封閉式式防護(hù)護(hù)。斜床身身其導(dǎo)導(dǎo)軌傾傾斜的的角度度分別別為30、、45、60、、75和90（（稱為為立式式床身身）。。若傾傾斜角角度小小，排排屑不不便；；若傾傾斜角角度大大，導(dǎo)導(dǎo)軌的的導(dǎo)向向性差差，受受力情情況也也差。。導(dǎo)軌軌傾斜斜角度度的大大小還還會直直接影影響機(jī)機(jī)床外外形尺尺寸高高度與與寬度度的比比例。。綜合合考慮慮上面面的因因素，，中小小規(guī)格格的數(shù)數(shù)控車車床其其床身身的傾傾斜角角度以以60為宜宜。2、臥臥式數(shù)數(shù)控鏜鏜銑床床（臥式加加工中中心）的常常用布布局形形式臥式數(shù)數(shù)控鏜鏜銑床床（臥臥式加加工中中心））的布布局形形式種種類較較多，，其主主要區(qū)區(qū)別在在于立立柱的的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式式和X、Z坐標(biāo)標(biāo)軸的的移動動方式式上（（Y軸軸移動動方式式無區(qū)區(qū)別））。單立立柱柱框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)雙雙立立柱柱圖2-2臥臥式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（臥臥式式加加工工中中心心））常常見見的的布布局局形形式式常用用的的立立柱柱Z坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸的的移移動動方方式式有有工工作作臺臺移移動動式式（（圖圖2-2a、、b））和和立立柱柱移移動動式式（（圖圖2-2c））兩兩種種。。以以上上基基本本形形式式通通過過不不同同組組合合，，還還可可以以派派生生其其他他多多種種變變形形，，如如X、、Z兩兩軸軸都都采采用用立立柱柱移移動動，，工工作作臺臺完完全全固固定定的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式；；或或X軸軸為為立立柱柱移移動動、、Z軸軸為為工工作作臺臺移移動動的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式等等。。圖2-2臥式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（臥臥式式加加工工中中心心））的的常常用用布布局局形形式式在圖圖2-2所所示示的的三三種種中中、、小小規(guī)規(guī)格格臥臥式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（臥臥式式加加工工中中心心））常常見見的的布布局局形形式式中中，，圖圖2-2a所所示示的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式和和傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的臥臥式式鏜鏜床床相相同同，，多多見見于于早早期期的的數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床或或數(shù)數(shù)控控化化改改造造的的機(jī)機(jī)床床；；圖圖2-2b所所示示的的采采用用了了框框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)雙雙立立柱柱、、Z軸軸工工作作臺臺移移動動式式布布局局，，為為中中、、小小規(guī)規(guī)格格臥臥式式數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床常常用用的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式。。圖圖2-2c所所示示的的采采用用了了T形形床床身身、、框框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)雙雙立立柱柱、、立立柱柱移移動動式式（（Z軸軸））布布局局，，為為臥臥式式數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床典典型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。?？蚣芗芙Y(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)雙雙立立柱柱采采用用了了對對稱稱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，主主軸軸箱箱在在兩兩立立柱柱中中間間上上、、下下運(yùn)運(yùn)動動，，與與傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的主主軸軸箱箱側(cè)側(cè)掛掛式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相比比，，大大大大提提高高了了結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛剛度度。。另另外外，，主主軸軸箱箱是是從從左左、、右右兩兩導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)進(jìn)進(jìn)行行定定位位，，熱熱變變形形產(chǎn)產(chǎn)生生的的主主軸軸軸軸線線變變位位被被限限制制在在垂垂直直方方向向上上，，因因此此，，可可以以通通過過對對Y軸軸的的補(bǔ)補(bǔ)償償，，減減小小熱熱變變形形的的影影響響。。2.2.2臥臥式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（臥式式加加工工中中心心）的的常常用用布布局局形形式式T形形床床身身布布局局可可以以使使工工作作臺臺沿沿床床身身做做X方方向向移移動動時時，，在在全全行行程程范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，工工作作臺臺和和工工件件完完全全支支承承在在床床身身上上，，因因此此，，機(jī)機(jī)床床剛剛性性好好，，工工作作臺臺承承載載能能力力強(qiáng)強(qiáng)，，加加工工精精度度容容易易得得到到保保證證。。而而且且，，這這種種結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可以以很很方方便便地地增增加加X軸軸行行程程，，便便于于機(jī)機(jī)床床品品種種的的系系列列化化、、零零部部件件的的通通用用化化和和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化。。立柱柱移移動動式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是是：：首首先先，，這這種種形形式式減減少少了了機(jī)機(jī)床床的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)層層次次，，使使床床身身上上只只有有回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工工作作臺臺、、工工作作臺臺，，共共三三層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，它它比比傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的四四層層十十字字工工作作臺臺，，更更容容易易保保證證大大件件結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛剛性性；；同同時時又又降降低低了了工工件件的的裝裝卸卸高高度度，，提提高高了了操操作作性性能能。。其其次次，，Z軸軸的的移移動動在在后后床床身身上上進(jìn)進(jìn)行行，，進(jìn)進(jìn)給給力力與與軸軸向向切切削削力力在在同同一一平平面面內(nèi)內(nèi)，，承承受受的的扭扭曲曲力力小小，，鏜鏜孔孔和和銑銑削削精精度度高高。。此此外外，，由由于于Z軸軸的的導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的承承重重是是固固定定不不變變的的，，它它不不隨隨工工件件重重量量改改變變而而改改變變，，因因此此有有利利于于提提高高Z軸軸的的定定位位精精度度和和精精度度的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。但但是是，，由由于于Z軸軸承承載載較較重重，，對對提提高高Z軸軸的的快快速速性性不不利利，，這這是是其其不不足足之之處處。。3、、立立式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（立式式加加工工中中心心）的的常常用用布布局局形形式式立式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（立立式式加加工工中中心心））的的布布局局形形式式與與臥臥式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床類類似似，，圖圖2-3所所示示的的是是三三種種常常見見布布局局形形式式。。這三三種種布布局局形形式式中中，，圖圖2-3a所所示示的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式是是常常見見的的工工作作臺臺移移動動式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（立立式式加加工工中中心心））的的布布局局，，為為中中、、小小規(guī)規(guī)格格機(jī)機(jī)床床的的常常用用結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式；；圖圖2-3C所所示示的的采采用用了了T形形床床身身，，X、、Y、、Z三三軸軸都都是是立立柱柱移移動動式式的的布布局局，，多多見見于于長長床床身身（（大大X軸軸行行程程））或或采采用用交交換換工工作作臺臺的的立立式式數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床。。這這三三種種布布局局形形式式的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn)，，基基本本和和臥臥式式數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床（（臥臥式式加加工工中中心心））的的對對應(yīng)應(yīng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相同同。。同樣，以上上基本形式式通過不同同組合，還還可以派生生其他多種種變形，如如X、Z兩兩軸都采用用立柱移動動、工作臺臺完全固定定的結(jié)構(gòu)形形式，或X軸為立柱柱移動、Z軸為工作作臺移動的的結(jié)構(gòu)形式式等等。圖2-3立立式數(shù)控鏜鏜銑床（立立式加工中中心）常見見的布局形形式圖2-3立式數(shù)控鏜鏜銑床（立式加工中中心）的常用布布局形式4、數(shù)控機(jī)機(jī)床交換工工作臺的布布局為了提高數(shù)數(shù)控機(jī)床的的加工效率率，在加工工中心上經(jīng)經(jīng)常采用雙雙交換工作作臺，進(jìn)行行工件的自自動交換，，以進(jìn)一步步縮短輔助助加工時間間，提高機(jī)機(jī)床效率。。圖2-4a是移動式式雙交換工工作臺布局局圖，用于于工作臺移移動式加工工中心。對對于圖示的的初始狀態(tài)態(tài)，其工作作過程是：：首先在ⅡⅡ工位工作作臺上裝上上工件，交交換開始后后，X軸自自動運(yùn)動到到Ⅰ工位的的位置，并并松開工作作臺夾緊機(jī)機(jī)構(gòu)；交換換機(jī)構(gòu)通過過液壓缸或或輔助電動動機(jī)將機(jī)床床上的工作作臺拉到ⅠⅠ工位上；；X軸再自自動運(yùn)動到到Ⅱ工位的的位置，交交換機(jī)構(gòu)將將裝有工件件的Ⅱ工位位工作臺送送到機(jī)床上上，并夾緊緊。在機(jī)床床進(jìn)行工件件加工的同同時，操作作者可以在在Ⅰ工位裝裝卸工件，，準(zhǔn)備第二二次交換。。這樣就使使得工件的的裝卸和機(jī)機(jī)床加工可可以同時進(jìn)進(jìn)行，節(jié)省省了加工輔輔助時間，，提高了機(jī)機(jī)床的效率率。圖2-4所所示的是兩兩種常見的的雙交換工工作臺布局局形式4、數(shù)控機(jī)機(jī)床交換工工作臺的布布局圖2-4b是回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式雙交換換工作臺布布局圖，用用于立柱移移動式加工工中心。其其工作過程程是：首先先在Ⅱ工位位（裝卸工工位）工作作臺上裝上上工件，交交換開始后后，Ⅰ工位位（加工工工位）的工工作臺夾緊緊機(jī)構(gòu)自動動松開；交交換回轉(zhuǎn)臺臺抬起，進(jìn)進(jìn)行180o回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，將Ⅱ工工位上工作作臺轉(zhuǎn)到ⅠⅠ工位的位位置，并夾夾緊。在機(jī)機(jī)床進(jìn)行工工件加工的的同時，操操作者可以以在Ⅰ工位裝卸工工件，準(zhǔn)備備第二次交交換?；剞D(zhuǎn)式雙交交換工作臺臺的優(yōu)點(diǎn)是是交換速度度快，定位位精度高；；對冷卻、、切屑的防防護(hù)容易；；缺點(diǎn)是結(jié)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜雜，占地面面積大。4、數(shù)控機(jī)機(jī)床交換工工作臺的布布局此外，還有有一種通過過雙工作區(qū)區(qū)，進(jìn)行工工件交換的的布局形式式（如圖2-5所示示），多用用于長床身身（X軸行行程在1500mm以上），，且X、Y、Z三軸軸都是立柱柱移動式的的加工中心心上。它的的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)和立柱移移動式機(jī)床床完全相同同，區(qū)別僅僅在于利用用中間防護(hù)護(hù)，使機(jī)床床原工作臺臺分成了兩兩個相對獨(dú)獨(dú)立的操作作區(qū)域。其其工作過程程是：立柱柱首先運(yùn)動動到Ⅰ區(qū)，，對安裝在在該區(qū)的零零件進(jìn)行正正常加工；；與此同時時，操作者者可以在ⅡⅡ區(qū)裝卸工工件。在ⅠⅠ區(qū)的零件件加工完成成后，通過過X軸的快快速移動，，將立柱運(yùn)運(yùn)動到Ⅱ區(qū)區(qū)，進(jìn)行ⅡⅡ區(qū)零件的的加工；操操作者可以以在Ⅰ區(qū)裝裝卸工件，，如此循環(huán)環(huán)。機(jī)床通通過電氣控控制系統(tǒng)實(shí)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的的互鎖，對對于加工區(qū)區(qū)的防護(hù)門門也需要通通過機(jī)電聯(lián)聯(lián)鎖裝置予予以封閉，，確保機(jī)床床的安全性性、可靠性性。圖2-5雙雙工作區(qū)區(qū)交換的布布局圖圖2-5雙雙工作區(qū)區(qū)交換的布布局圖5、高速加加工數(shù)控機(jī)機(jī)床的特殊殊布局5、高速加加工數(shù)控機(jī)機(jī)床的特殊殊布局圖6、虛擬軸軸機(jī)床三、數(shù)控機(jī)機(jī)床的主傳傳動系統(tǒng)主傳動的基基本要求和和變速方式式主軸的聯(lián)接接形式主軸部件的的支承主軸部件的的結(jié)構(gòu)1、主傳動動的基本要要求和變速速方式數(shù)控機(jī)床和和普通機(jī)床床一樣，主主傳動系統(tǒng)統(tǒng)也必須通通過變速，，才能使主主軸獲得不不同的傳遞遞，以適應(yīng)應(yīng)不同的加加工要求，，并且，在在變速的同同時，還要要求傳遞一一定的功率率和足夠夠的轉(zhuǎn)矩，，滿足切削削的需要。。數(shù)控機(jī)床作作為高度自自動化的設(shè)設(shè)備，它對對主傳動系系統(tǒng)的基本本要求有以以下幾點(diǎn)：：1)為了達(dá)達(dá)到最佳的的切削效果果，一般都都應(yīng)在最佳佳的切削條條件下工作作，因此，，主軸一般般都要求能能自動實(shí)現(xiàn)現(xiàn)無級變速速。2)要求機(jī)機(jī)床主軸系系統(tǒng)必須具具有足夠高高的轉(zhuǎn)速和和足夠大的的功率，以以適應(yīng)高效效、高速的的加工需要要。1、主傳動動的基本要要求和變速速方式3)為了降降低噪聲、、減輕發(fā)熱熱、減少振振動，主傳傳動系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)構(gòu)，減少傳傳動件。4)在加工工中心上，，還必須具具有安裝道道具和刀具具交換所需需要的自動動夾緊裝置置，以及主主軸定向準(zhǔn)準(zhǔn)停裝置，，以保證刀刀具和主軸軸、刀庫、、機(jī)械手的的正確嚙合合。5)為了擴(kuò)擴(kuò)大機(jī)床的的功能，實(shí)實(shí)現(xiàn)對C軸軸的控制，，主軸還需需安裝位置置檢測裝置置，以便實(shí)實(shí)現(xiàn)對主軸軸位置的控控制。數(shù)控機(jī)床的的變速是按按照控制指指令自動進(jìn)進(jìn)行的，因因此變速機(jī)機(jī)構(gòu)必須適適應(yīng)自動操操作的再求求。故大多多數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床采用無無級變速系系統(tǒng)，數(shù)控控機(jī)床主傳傳動系統(tǒng)主主要有以下下三種配置置方式。數(shù)控機(jī)床的的主傳動要要求較大的的調(diào)速范圍圍，以保證證加工時能能選用合理理的切削用用量，從而而獲得最佳佳的生產(chǎn)率率、加工精精度和表面面質(zhì)量。1、主傳動動的基本要要求和變速速方式這種配置方方式大、中中型數(shù)控機(jī)機(jī)床采用較較多。它通過少數(shù)數(shù)幾對齒輪輪降速，使使之成為分分段無級變變速，確保保低速時的的扭矩，以以滿足主軸軸輸出扭矩矩特性的要要求。但有一部分分小型數(shù)控控機(jī)床也采采用這種傳傳動方式，，以獲得強(qiáng)強(qiáng)力切削時時所需要的的扭矩?；讫X輪的的移位大都都采用液壓壓撥叉或直直接由液壓壓缸帶動齒齒輪來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。（1）帶有有變速齒輪輪的主傳動動（如圖））主要應(yīng)用在在小型數(shù)控控機(jī)床上，，可以避免免齒輪傳動動時引起的的振動和噪噪聲，但它它只能適用用于低扭矩矩特性要求求的主軸。。（2）通過過帶傳動的的主傳動（（如圖）同步帶的結(jié)結(jié)構(gòu)和傳動動如圖所示示。帶的工工作面及帶帶輪外圓上上均制成齒齒形，通過過帶輪與輪輪齒相嵌合合，作無滑滑動的嚙合合傳動。帶內(nèi)采用了了承載后無無彈性伸長長的材料作作強(qiáng)力層，，以保持帶帶的節(jié)距不不變，使主主、從動帶帶輪可作無無相對滑動動的同步傳傳動。同步帶傳動動是一種綜綜合了帶、、鏈傳動優(yōu)優(yōu)點(diǎn)的新型型傳動。這種主傳動動方式大大大簡化了主主軸箱體與與主軸的結(jié)結(jié)構(gòu)，有效效地提高了了主軸部件件的剛度，，但主軸輸輸出扭矩小小，電動機(jī)機(jī)發(fā)熱對主主軸的精度度影響較大大。（3）由調(diào)調(diào)速電動機(jī)機(jī)直接驅(qū)動動的主傳動動（如圖））從直流主軸軸電動機(jī)的的速度與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖圖中可以看看出，在低低于額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時為恒恒轉(zhuǎn)矩輸出出，高于額額定轉(zhuǎn)矩時時為恒功率率輸出。使用這種電電動機(jī)可實(shí)實(shí)現(xiàn)純電氣氣定向，而而且主軸的的控制功能能可以很容容易與數(shù)控控系統(tǒng)相連連接并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)修調(diào)輸入入、速度和和負(fù)載測量量輸出等。。（4）采用用電主軸在高速加工工機(jī)床上，，大多數(shù)使使用電動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子和主主軸一體的的電主軸，，可以使主主軸達(dá)到每每分鐘數(shù)萬萬轉(zhuǎn)、甚至至十幾萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的高速，，主軸傳動動系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)更簡單單，剛性更更好。車床用電主主軸銑床用電主主軸機(jī)床的主軸軸部件是機(jī)機(jī)床重要部部件之一，，它帶動工工件或刀具具執(zhí)行機(jī)床床的切削運(yùn)運(yùn)動，因此此數(shù)控機(jī)床床主軸部件件的精度，，抗振性和和熱變形對對加工質(zhì)量量有直接的的影響，由由于數(shù)控機(jī)機(jī)床在加工工過程中不不進(jìn)行人工工調(diào)整，這這些影響就就更為嚴(yán)重重。所以：：2、主軸部部件主軸在結(jié)構(gòu)構(gòu)上要處理理好卡盤或或刀具的裝裝卡，主軸的卸荷荷，主軸軸承的的定位和間間隙調(diào)整，，主軸部件的的潤滑和密密封等一系系列問題。。對于數(shù)控鏜鏜銑床的主主軸為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)刀具的快快速或自動動裝卸，主主軸上還必必須設(shè)計(jì)有有刀具的自自動裝卸，，主軸定向向停止和主主軸孔內(nèi)的的切屑清除除裝置。數(shù)控機(jī)床的的主軸部件件主要有以以下幾個部部分：主軸軸本體及密密封裝置、、支承主軸軸的軸承、、配置在主主軸內(nèi)部的的刀具卡進(jìn)進(jìn)及吹屑裝裝置、主軸軸的準(zhǔn)停裝裝置等。1）主軸本本體①主軸端部部的結(jié)構(gòu)形形狀

（見見P88圖圖4-5））②主軸的材材料和熱處處理2）數(shù)控機(jī)機(jī)床的主軸軸軸承3）軸承的的配置合理配置軸軸承,可以以提高主軸軸精度,降降低溫升,簡化支承承結(jié)構(gòu)。在在數(shù)控機(jī)床床上配制軸軸承時,前前后軸承都都應(yīng)能承受受徑向載荷荷,支承間間的距離要要選擇合理理,并根據(jù)據(jù)機(jī)床的實(shí)實(shí)際情況配配制軸向力力的軸承。。在圖（a)所示的配配置形式中中，前支承承采用雙列列短圓柱滾滾子軸承和和60°角角接觸球軸軸承組合，，承受徑向向載荷和軸軸向載荷，，后支承采采用成對角角接觸球軸軸承，這種種配置可提提高主軸的的綜合剛度度，滿足強(qiáng)強(qiáng)力切削的的要求，普普遍應(yīng)用于于各類數(shù)控控機(jī)床。在圖(b)所示的配配置形式中中，前軸承承采用角接接觸球軸承承，由2~3個軸承承組成一套套，背靠背背安裝，承承受徑向載載荷和軸向向載荷，后后支承采用用雙列短圓圓柱滾子軸軸承，這種種配置適用用于高速、、重載的主主軸部件。。在圖(c)所示前后后支承均采采用成對角角接觸球軸軸承，以承承受徑向載載荷和軸向向載荷，這這種配置適適用于高速速、輕載荷荷精密的數(shù)數(shù)控機(jī)床主主軸。在圖(d)所示前支支承采用雙雙列圓錐滾滾子軸承，，承受徑向向載荷和軸軸向載荷，，后支承采采用單列圓圓錐滾子軸軸承，這種種配置可承承受重載荷荷和較強(qiáng)的的動載荷，，安裝與調(diào)調(diào)整性能好好，但主軸軸轉(zhuǎn)速和精精度的提高高受到限制制，適用于于中等精度度，低速與與重載荷的的數(shù)控機(jī)床床主軸。在自動換刀刀的數(shù)控機(jī)機(jī)床中為了了實(shí)現(xiàn)刀具具在主軸內(nèi)內(nèi)的自動裝裝卸，其主主軸必須設(shè)設(shè)計(jì)有刀具具的自動夾夾緊機(jī)構(gòu)，，如圖所示示。3、主軸內(nèi)內(nèi)刀具的自自動夾緊和和切屑清除除裝置刀桿采用7：24的的大錐度錐錐柄，采用用大錐度的的錐柄既有有利于定心心，也為松松夾帶來了了方便。在錐柄的尾端端軸頸被拉緊緊的同時，通通過錐柄的定定心和摩擦作作用將刀桿夾夾緊于主軸的的端部。在蝶形彈簧8的作用下，，拉桿7始終終保持約10000N的的拉力；并通通過拉桿右端端的鋼球6將將刀桿的尾部部軸頸拉緊。。換刀時首先將將壓力油通入入主軸尾部的的液壓缸左腔腔，活塞1推推動拉桿7向向有移動，將將刀柄松開，，同時使蝶形形彈簧8壓緊緊。拉桿7的右移移使右端的鋼鋼球6位于套套筒的喇叭口口處，消除了了刀桿上的拉拉力。當(dāng)拉桿繼續(xù)右右移時，噴氣氣嘴的端部把把刀具頂松，，使機(jī)械手方方便地取出刀刀桿。機(jī)械手將應(yīng)換換刀具裝入后后，電磁換向向閥動作使壓壓力油通入油油缸右腔，活活塞1向左退退回原位，蝶蝶形彈簧復(fù)原原又將刀桿拉拉緊、螺旋彈彈簧2使活塞塞1在液壓缸缸右腔無壓力力油時也始終終退在最左端端。當(dāng)活塞處于左左右兩個極限限位置時，相相應(yīng)限位開關(guān)關(guān)12、13發(fā)出松開和和夾緊的信號號。自動清除主軸軸孔內(nèi)的灰塵塵和切屑是換換刀過程中的的一個不容忽忽視的問題。。如果主軸錐孔孔中落入了切切屑、灰塵或或其它污物，，在拉緊刀桿桿時，錐孔表表面和刀桿的的錐柄就會被被劃傷，甚至?xí)沟稐U桿發(fā)生偏斜，，破壞了刀桿桿的正確定位位，影響零件的加加工精度，甚甚至?xí)沽慵顖?bào)廢。。為了保持主軸軸錐孔的清潔潔，常采用的的方法是使用用壓縮空氣吹吹屑。如圖所示活塞塞1的心部鉆鉆有壓縮空氣氣通道，當(dāng)活活塞向左移動動時，壓縮空空氣經(jīng)過活塞塞由主軸孔內(nèi)內(nèi)的空氣嘴噴噴出，將錐孔孔清理干凈。。為了提高吹屑屑效率，噴氣氣小孔要有合合理的噴射角角度，并均勻勻布置。圖4為自動動換刀數(shù)控立立式鏜銑床的的主軸部件結(jié)結(jié)構(gòu)圖：刀桿桿采用7:24的大錐度度錐柄，既有有利于定心，，也為松夾帶帶來了方便。。在錐柄的尾尾端軸頸被拉拉緊的同時，，通過錐柄的的定心和摩擦擦作用將刀桿桿夾緊于主軸軸的端部。在在碟形彈簧5的作用下，，拉桿4始終終保持約10000N的的拉力，并通通過拉桿右端端的鋼球12將刀桿的尾尾部軸頸拉緊緊。換刀時首首先將壓力油油通入主軸尾尾部的液壓缸缸7左腔，液液壓缸活塞6推動拉桿4向右移動。。將刀柄松開開，同時使碟碟形彈簧5壓壓緊。拉桿4的右移使右右端的鋼球12位于套筒筒的喇叭口處處，消除了刀刀桿上的拉力力。當(dāng)拉桿繼繼續(xù)右移時，，噴氣嘴的端端部把刀具頂頂松，使機(jī)械械手可方便地地取出刀桿。。機(jī)械手將應(yīng)應(yīng)換刀具裝入入后，電磁換換向閥動作使使壓力油通入入液壓缸右腔腔，液壓缸活活塞6向左退退回原位，碟碟形彈簧復(fù)原原又將刀桿拉拉緊。螺旋彈彈簧11使液液壓缸活塞6在液壓缸右右腔無壓力時時也始終退在在最左端，當(dāng)當(dāng)活塞處于左左右兩個極限限位置時，相相應(yīng)限位行程程開關(guān)8、10發(fā)出松開開和夾緊的信信號。在數(shù)控鏜床床、數(shù)控銑銑床和以鏜鏜銑為主的的加工中心心上，為了了實(shí)現(xiàn)自動動換刀，使使機(jī)械手準(zhǔn)準(zhǔn)確地將刀刀具裝入主主軸孔中，，刀具的鍵鍵槽必須與與主軸的鍵鍵位在周向向?qū)?zhǔn)；在在鏜削加工工退刀時，，要求刀具具向刀尖反反方向徑向向移動一段段距離后才才能退出，，以免劃傷傷工件，這這都需要主主軸具有周周向定位功功能；另外外，一些特特殊工藝要要求情況下下，如在通通過前壁小小孔鏜內(nèi)壁壁的同軸大大孔，或進(jìn)進(jìn)行反倒角角等加工時時，也要求求主軸實(shí)現(xiàn)現(xiàn)準(zhǔn)停，使使刀尖停在在一個固定定的方位上上，以便主主軸偏移一一定尺寸后后，使大切切削刃能通通過前壁小小孔進(jìn)入箱箱體內(nèi)對大大孔進(jìn)行鏜鏜削，所以以在主軸上上必須設(shè)有有準(zhǔn)停裝置置。目前，主軸軸準(zhǔn)停裝置置很多，主主要分為機(jī)機(jī)械式和電電氣式兩種種。4、主軸準(zhǔn)停裝置1)、定位位盤準(zhǔn)停原原理示意圖圖傳統(tǒng)的做法法是采用機(jī)機(jī)械擋塊等等來定向。。圖2為V形槽輪定定位盤準(zhǔn)停停裝置原理理圖，在主主軸上固定定一個V形形槽輪定位位盤，使V形槽與主主軸上的端端面鍵保持持所需要的的相對位置置關(guān)系。當(dāng)當(dāng)主軸需要要停車換刀刀時，發(fā)出出降速信號號，主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到最低低速運(yùn)轉(zhuǎn)，，延時繼電電器開始動動作，并延延時4s～～6s后，，無觸點(diǎn)開開關(guān)1接接通電源，，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到圖示位位置即V形槽輪定定位盤3上的感應(yīng)應(yīng)塊2與無無觸點(diǎn)開關(guān)關(guān)1相接觸觸后發(fā)出信信號，使主主軸電動機(jī)機(jī)停轉(zhuǎn)。另另一延時繼繼電器延時時0.2s～0.4s后，壓壓力油進(jìn)入入定位液壓壓缸4下腔腔，使定向向活塞向左左移動，當(dāng)當(dāng)定向活塞塞上的定向向滾輪5頂入定位位盤的V形槽內(nèi)時時，行程開開關(guān)LS2發(fā)出信信號，主軸軸準(zhǔn)停完成成。若延時時繼電器延延時1s后后行程開關(guān)關(guān)LS2仍仍不發(fā)信號號，說明準(zhǔn)準(zhǔn)停沒完成成，需使定定向活塞6后退，重重新準(zhǔn)停。。當(dāng)活塞桿桿向右移到到位時，行行程開關(guān)LS1發(fā)出出定向滾輪輪5退出凸凸輪定