第一讲数控机床简介

上海中华职业技学院机电学科组《数控加工技术》1第七讲数控机床主传动系统课程名称数控加工技术课时2序号1授课班级日期教学方式讲授课题第二章数控机床各组成部分的结构及其控制原理第三节数控机床的主轴驱动及其机械结构任课教师黄晖教学主要内容、目的、要求、重点与难点、复习、提问、备注、布置作业等教学主要内容主轴驱动及其控制、主传动的机械结构目的要求1、了解对主轴驱动的要求2、理解主轴驱动方式3、掌握主轴调速方法4、熟悉主传动的机械结构重点主轴驱动方式、主轴调速方法。难点主轴调速方法。作业备注该内容采用讲练结合、讨论启发等方式。上海中华职业技学院机电学科组《数控加工技术》2教学过程及内容一、主传动系统及其控制（一）对主传动系统的要求数控机床的主轴驱动是指产生主切削运动的传动，它是数控机床的重要组成部分之一。随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满足要求，现代数控机床对主轴驱动提出了更高的要求。（1）数控机床主传动要有宽的调速范围及尽可能实现无级变速（2）功率大（3）动态响应性要好（4）精度高（5）旋转轴联动功能（6）恒线速切削功能（7）加工中心上，要求主轴具有高精度的准停控制此外，有的数控机床还要求具有角度分度控制功能。为了达到上述有关要求，对主轴调速系统还需加位置控制，比较多的采用光电编码器作为主轴的转角检测。（二）主轴的驱动方式数控机床的主轴驱动及其控制方式主要有四种配置方式，如图2-25所示。（1）带有变速齿轮的主传动，如图2-25（a）所示。（2）通过带传动的主传动，如图2-25（b）所示。（3）用两个电动机分别驱动主轴，如图2-25（c）所示。（4）内装电动机主轴传动结构，如图2-25（d）所示。（三）主轴调速方法数控机床的主轴调速是按照控制指令自动执行的，为了能同时满足对主传动的调速和输出扭矩的要求，数控机床常用机电结合的方法，即同时采用电动机和机械齿轮变速两种方法。其中齿轮减速以增大输出扭矩，并利用齿轮换挡来扩大调速范围。1、电动机调速上海中华职业技学院机电学科组《数控加工技术》3用于主轴驱动的调速电动机主要有直流电动机和交流电动机两大类。（1）直流电动机主轴调速（2）交流电动机主轴调速2、机械齿轮变速数控机床常采用1~4挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即所谓分段无级变速。采用机械齿轮减速，增大了输出扭矩，并利用齿轮换挡扩大了调速范围。数控机床在加工时，主轴是按零件加工程序中主轴速度指令所指定的转速来自动运行。数控系统通过两类主轴速度指令信号来进行控制，即用模拟量或数字量信号（程序中的S代码）来控制主轴电动机的驱动调速电路，同时采用开关量信号（程序上用M41～M44代码）来控制机械齿轮变速自动换挡的执行机构。自动换挡执行机构是一种电——机转换装置，常用的有液压拨叉和电磁离合器。（1）液压拨叉换挡液压拨叉是一种用一只或几只液压缸带动齿轮移动的变速机构。最简单的二位液压缸实现双联齿轮变速。对于三联或三联以上的齿轮换挡则必须使用差动液压缸。图2-28为三位液压拨叉的原理图（2）电磁离合器换挡在数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和牙嵌式电磁离合器。二、主传动的机械结构数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等。对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的切屑消除装置。1．主轴轴承的配置形式数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用向心推力球轴承，如图2-30（a）所示。上海中华职业技学院机电学科组《数控加工技术》4（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图2-30（b）所示。（3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图2-30（c）所示。2．主轴的自动装夹和切屑消除装置在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有自动夹紧机构。例如自动换刀数控立式镗铣床（JCS-018）的主轴部件如图2-31所示。3．主轴准停装置加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽，同时使每次装刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，从而可提高孔加工时孔径的一致性。另外，一些特殊工艺要求，如在通过前壁小孔镗内壁的同轴大孔，或进行反倒角等加工时，也要求主轴实现准停，使刀尖停在一个固定的方位上，以便主轴偏移一定尺寸后，使大刀刃能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。。上海中华职业技学院机电学科组《数控加工技术》5目前，主轴准停装置很多，主要分为机械式和电气式两种。JCS-018加工中心采用电气准停装置，其原理见图2-32。在带动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体的对应于主轴准停的位置上，装有磁传感器2。当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，在主轴以最低转速慢转几圈、永久磁铁3对准磁传感器2时，磁传感器发出准停信号，该信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机停在规定的周向位置上。