2数控机床的主传动系统

数控机床的主传动系统机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运动和动作指令，都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动和动作，才能实现数控机床的功能，并保证数控机床的性能要求。数控机床的机床本体由下列各部分组成：（1）主传动系统，其功用是实现主运动（2）进给系统，其功用是实现进给运动（3）机床基础件，通常指床身、底座、立柱、滑座、工作台等。其功用是支承机床本体的零、部件，并保证这些零、部件在切削加工过程中占有的准确位置。一、概述1、概念主运动是机床实现切削的基本运动。即驱动主轴运动的系统。在切削过程中，它为切除工件上多余的金属提供所需的切削速度和动力，是切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。主传动系统是：由主轴电机经一系列传动元件和主轴构成的具有运动、传动联系的系统。数控机床的主传动系统包括：主轴电动机、传动装置、主轴、主轴轴承、主轴定向装置。.主轴：指带动刀具和工件旋转，产生切削运动且消耗功率最大的运动轴。主传动系统功用：传递动力：传递切削加工所需要的动力传递运动：传递切削加工所需要的运动运动控制：控制主运动的大小方向开停组成：动力源：电机传动系统：定比传动机构、变速装置运动控制装置:离合器、制动器等执行件：主轴动力功率高由于日益增长的对高效率要求，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw~250kw之间。2、对主传动系统要求调速范围宽，可实现无级变速调速范围：有恒扭矩、恒功率调速范围之分。现在，数控机床的主轴的调速范围一般在：100～10000，且能无级调速，使切削过程始终处于最佳状态。（如AD-15B主轴转速范围：50-4500；AD-35主轴转速范围：25-2500）要求恒功率调速范围尽可能大，以便在尽可能低的速度下，利用其全功率。变速范围负载波动时，速度应稳定。AD-15BFANUCαP18/6000i电机功能曲线图控制功能的多样化•同步控制功能：CNC车床车螺纹用；•主轴准停功能：加工中心自动换刀、自动装卸、CNC车床车螺纹用；（主轴实现定向控制）•恒线速切削功能：CNC车床和CNC磨床在进行端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求接触点处的线速度为恒值；(AD-15B以车代磨，零件表面粗糙度能达到0.8，铝件0.4)•C轴控制功能：车削中心。性能要求高电机过载能力强。要求有较长时间(1~30min)和较大倍数的过载能力在断续负载下，电机转速波动要小。速度响应要快，升降速时间要短。电机温升低，振动和噪音小，精度要高。可靠性高，寿命长，维护容易。要具有抗振性和热稳定性。体积小，重量轻，与机床联接容易。3.主传动的变速方式数控机床主传动主要有无级变速、分段无级变速两种变速传动方式。为满足宽变速范围，通常采用在无级变速电动机之后串联机械有级变速，以满足数控机床要求的调速范围和转矩特性，即分段无级变速传动方式。（CK6163等）（1）主轴的传动类型主要有齿轮传动、皮带传动、两个电机分别驱动主轴、调速电动机直接驱动主轴（内装电动机即电主轴）等几种方式。大中型数控机床常用，它采用无级变速交直流电动机，再通过几对齿轮传动，实现分段无级变速，使得变速范围扩大（鑫盛CK6163）主轴电动机主轴电动机转速较高、变速范围不大的小型数控机床常用，它通过一级带传动实现变速，不用齿轮变速，受电动机调速范围的限制，适用于高速低扭矩特性要求的主轴（鑫盛AD-15,AD-25）鑫盛AD-15主轴转速为45-4500r/min(四段无级)，主电机的动力由电机皮带轮通过窄V带直接传递至主轴上的皮带轮，主电机采用伺服电机，通过无级变速实现主轴在45－4500rpm范围内转动。同步带传动是一种综合带、链传动优点的新的带传动类型。在带内部采用了加载后无弹性伸长的材料作强力层，以保持带的节距不变，可使主、从动带轮作无相对滑动的同步传动。优点：传动效率高两个电动机分别驱动主轴(图2-1c)调速电动机直接驱动主轴(图2-1d、e)一种为：主轴电动机输出轴通过精密联轴器与主轴连接，优点为结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及输出完全与电动机的输出特性一致，因而受一定限制。另一种为内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。优点结构紧凑，惯性小，可提高启动、停止的相应特性，缺点电动机发热使主轴产生变形。因此，要注意温度控制。车床用电主轴铣床用电主轴电主轴（2）主传动的齿轮变速装置两种装置：液压拨叉变速和电磁离合器变速装置在齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换档主要靠液压拨叉来完成。注意：a：液压拨叉换档在主轴停转之后才能进行。产生的顶齿现象由增设一台微电动机，在齿轮低速回转时啮合。b：电磁离合器变速装置是利用电磁效应，通过接通或断开电磁离合器的运动部件实现变速。电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变速机构，实现主轴变速。啮合式电磁离合器能够传递更大的扭矩。二、数控机床的主轴部件主轴部件是主运动的执行件，它夹持刀具或工件，并带动其旋转。功用：夹持工件或刀具实现切削运动；传递运动及切削加工所需要的动力。组成：主轴、支承、传动零件、装夹刀具或工件的附件及辅助零部件。要求：主轴的精度要高。包括运动精度(回转精度、轴向串动)、和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度(轴向、径向)。部件的结构刚度和抗振性好。较低的运转温升以及较好的热稳定性。部件的耐磨性和精度保持性好。自动可靠的装夹刀具或工件对加工中心除上述要求外，还应有：(在机械结构方面)刀具的自动夹紧装置主轴的准停装置主轴孔的清理装置等1、主轴端部的结构端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要保证刀具或夹具定位（轴向、定心）准确，装夹可靠、牢固，而且装卸方便。目前，主轴的端部形状已标准化。图2-9（a）所示为车床主轴端部，卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位，用端面键传递扭矩，卡盘装有固定螺栓。卡盘装于主轴端部时，螺栓从凸缘的孔中穿过，转动快卸卡盘将数个螺栓同时拴住，再拧紧螺母将卡盘固定在主轴端部。主轴为空心轴，前端为莫式锥孔，用于安装顶尖或心轴。图2-9（b）所示为铣镗床主轴端部（用拉杆从主轴后端拉紧，铣刀上有螺纹孔）图2-9（c）所示为外圆磨床砂轮主轴端部2、主轴轴承主轴轴承是主轴部件的重要组成部分。它的的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴的工作性能。在数控机床上常用的主轴轴承有滚动轴承和静压滑动轴承。滚动轴承主要有角接触球轴承（承受径向、轴向载荷），双列短圆柱滚子轴承（只承受径向载荷）、60°角接触双向推力球轴承（只承受轴向载荷，常与双列圆柱滚子轴承配套使用）、双列圆柱滚子轴承（能同时承受较大的径向、轴向载荷，常作为主轴的前支承）。液体静压滑动轴承主要由供油系统、节流器、轴承三部分组成。节流器是使液体静压滑动轴承各油腔形成压强差的关键。3、主轴轴承的配置形式目前数控机床主轴轴承配置有三种主要形式。（a）为数控机床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，后支承采用成对向心推力球轴承。此种结构普遍应用于各种数控机床，其综合刚度高，可以满足强力切削要求。（b）为前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用于高速轻载和精密数控机床。（C）为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承，其经向和轴向刚度很高，能承受重载荷。但这种结构限制了主轴最高转速，因此适用于中等精度低速重载数控机床。例如：AD-15B采用整体式主轴箱，采用热对称及散热片的设计，降低了热变形，提高了加工精度；主轴前端采用日本NSK高精密圆柱滚子轴承和一对高精度角接触球轴承进行组合，后端采用高精密圆柱滚子轴承，同时满足了高刚性和高转速的要求。为提高主轴组件刚度，数控机床还常采用三支承主轴组件（对前后轴承跨距较大的数控机床），辅助支承常采用深沟球轴承。液体静压滑动轴承主要应用于主轴高转速、高回转精度的场合，如应用于精密、超精密的数控机床主轴、数控磨床主轴。主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上，由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定准确的位置上，以利于机械手换刀。所以，主轴上必须设有准停装置。主轴准停装置分为机械式准停、电气式准停。4、主轴准停装置三、典型数控机床的主轴部件主轴部件是数控机床的关键部件，其精度、刚度和热变形对加工质量有直接的影响。本节主要介绍数控车床、数控铣床和加工中心的主轴部件结构。在自动换刀过程时，能自动松开和夹紧刀具夹紧是主轴部件典型结构。