1、.論文題目： 立式加工中心垂直工作臺及主軸設計方案選型 專 業： 機械設計與制造 ：目錄第1章 緒論21.1 加工中心21.2 加工中心的發展21.3 我國機械加工中心發展的現狀分析31.4 我國機械加工中心的發展趨勢4第2章 加工中心概述62.1 加工中心的結構特點62.2 加工中心的分類72.3 加工中心的用途92.4 加工中心的構成92.5 JCS018A型加工中心的傳動系統112.6 JCS018A型加工中心主運動傳動系統112.7 JCS018型加工中心進給傳動系統122.8 JCS018型加工中心主軸部件132.9 JCS018A型加工中心主軸準停裝置142.10 JCS018型加

2、工中心進給伺服系統14第3章 立式加工中心主傳動系統方案的確定183.1 確定主運動的配置形式及變速方式183.2 加工中心主軸組件總體設計方案的確定203.2.1 主軸端部的結構形式203.2.2 主軸軸承的選擇213.2.3 滾動軸承的間隙與預緊223.2.4 滾動軸承的精度223.2.5 主軸軸承的支撐形式223.2.6 主軸的準停24第4章 立式加工中心垂直工作臺進給傳動鏈方案選擇254.1 機床對垂直工作臺的要求254.2 垂直工作臺的組成結構選型264.2.1 進給系統機械部分的組成264.2.2 進給系統機械部分方案確定27緒論1.1 加工中心加工中心(Computerized

3、Numerical Control Machine )簡稱cnc，是由機械設備與數控系統組成的使用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，是對工件一次裝夾后進行多工序加工的數控機床。加工中心是高度機電一體化的產品，工件裝夾后，數控系統能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉速、進給量等，可連續完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時間、測量和機床調整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經濟效果。1.2 加工中心的發展（1）高速化 加工中心的高速化，主要是指

4、主軸轉速、進給速度、進給單元的加速度、自動換刀裝置和自動托盤交換裝置的高速化。目前，日本新瀉鐵工機床廠生產的USH10型數控銑床主軸的最高轉速可達100000r/min。1996年日本還研制出了一臺臥式加工中心，其最大進給速度可達80m/min。德國目前也已研制出加速度為2.5g（普通機床的進給加速度只有0.10.3g），主軸轉速為60000r/min，進給速度為60m/min的高速機床。 （2）進一步提高精度 進一步提高精度就是使工件加工精度逐漸接近坐標鏜床。例如，瑞士迪克西(DIXI)公司的DIX1280TCA型精密加工中心，其坐標定位精度已達到每500mm行程±0.003mm，

5、B坐標(回轉工作臺)精度已達到3。 （3）功能的完善 加工中心功能的完善首先表現在愈來愈完善的自診斷功能。為了盡可能地減少加工中的故障，現代加工中心大多配備完善的自診斷功能。例如，位置檢測傳感器、刀具破損檢測裝置、切削異常檢測功能、適應控制功能、備用刀具選擇功能、溫度傳感器、聲傳感器和電流傳感器等。這些功能和傳感器使機床具有一定的人工智能。其次，加工中心的性能，在很大程度上取決于數控系統的性能，所以不斷開發出相對高精度、高速度、高效率要求的數控裝置，把控制機器人、測量、上下料等功能納入到CNC內。例如，德國WERNER公司的TC系列臥式加工中心，它采用了主軸功率監控、切削負荷監控、刀具長度監控

6、和聲納技術檢測刀具破損情況等新技術，從而使加工中心的使用更加安全、可靠。 1.3 我國機械加工中心發展的現狀分析加工中心最初是從數控銑床發展而來的。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數控臥式鏜銑床的基礎上增加了自動換刀裝置，從而實現了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。二十世紀70年代以來，加工中心得到迅速發展，出現了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。機械制造技術是研究產品設計、生產、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科，是以提高質量、效益、競

7、爭力為目標，包含物質流、信息流和能量流的完整的系統工程。 2009年3月在上海舉行的“中國數控機床展覽會”上，展出了多臺國內生產的五軸加工中心。如濟南二機床集團公司展出的龍門式五軸聯動加工中心，工作臺長6m,寬2m，采用立式主軸回轉，A軸轉角±100度，C軸轉角±200度，這個龐然大物吸引了許多參觀者，它標志著中國數控機床工業達到了先進水平。上海第三機床廠、第四機床廠制造的立臥加工中心，工作臺630mm2，采用高速內冷電主軸，主軸可立、臥轉換，工作臺可以360度等分，類似于上述簡單配置為立、臥轉換的三軸加工中心，可對工件實現五面體加工，盡管還沒有配置五軸，也非常實用。現在加

8、工中心逐漸成為機械加工業中最主要的設備，它加工范圍廣，使用量大。近年來在品種、性能、功能方面有很大的發展。品種：有新型的立、臥五軸聯動加工中心，可用于航空、航天零件加工；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM對模具復雜的曲面超精加工；有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬轉以上的電主軸，最高可達610萬轉；直線電機的應用使機床加速度達到了3-5g；執行ISO/VDI檢測標準，促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復合功能，結構上適合于組成模塊式制造單元(FMC)和柔性生產線(FMS)，并具有機電、通

9、訊一體化功能。 1.4 我國機械加工中心的發展趨勢加工中心高效、高精、高速的發展趨勢 隨著國民經濟飛速發展工業自動化，制造業向著高、精、尖方向發展，特別是汽車、船舶、紡織、電子技術、航空航天的迅猛發展，對機床的精度和生產效率要求也越來越高，主軸轉速12 000r/min以上、快移速度大于40m/min的高效高精機床已經是機床行業流興的趨勢。立式加工中心五軸聯動的趨勢 五軸聯動數控機床是一種科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統對一個國家的hang空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等行業，有著舉足輕重的影響力。 機床的復合化，與機器人的有效結合提高了生產效率 為

10、了提高生產效率，最大限度降低生產成本，把工業機器人同機床有效地結合在一起，讓機器人從事簡單而且重復的勞動www.MMS，不但可以節省大筆的人工費用，同時，機器人不會疲勞且不會產生錯誤，因而對生產質量的穩定起到了很大的作用。 機床更注重細節處理和環境保護 “綠色生態機床”是近年來機床行業的一種發展趨勢，其強調了機床、環境、人三者之間的關系，目地是大幅度提高機床生產效率的同時降低對環境的影響和對操作者健康的危害。機床行業加工中心發展現狀及未來走勢情況過去五軸加工中心多為德國、美國、日本、意大利制造，令人欣喜的是今年3月在上海舉行的“中國數控機床展覽會”上，展出了多臺國內生產的五軸加工中心。如濟南二

11、機床集團公司展出的龍門式五軸聯動加工中心，工作臺長6m,寬2m，采用立式主軸回轉，A軸轉角±100度，C軸轉角±200度，這個龐然大物吸引了許多參觀者，它標志著中國數控機床工業達到了先進水平。上海第三機床廠、第四機床廠制造的立臥加工中心，工作臺630mm2，采用高速內冷電主軸，主軸可立、臥轉換，工作臺可以360度等分，類似于上述簡單配置為立、臥轉換的三軸加工中心，可對工件實現五面體加工，盡管還沒有配置五軸，也非常實用。現在加工中心逐漸成為機械加工業中最主要的設備，它加工范圍廣，使用量大。近年來在品種、性能、功能方面有很大的發展。品種：有新型的立、臥五軸聯動加工中心，可用于航

12、空、航天零件加工；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM對模具復雜的曲面超精加工；有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬轉以上的電主軸，最高可達610萬轉；直線電機的應用使機床加速度達到了3-5g；執行ISO/VDI檢測標準，促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復合功能，結構上適合于組成模塊式制造單元(FMC)和柔性生產線(FMS)，并具有機電、通訊一體化功能。領先一步的機床制造商正在構想2010年的“加工中心”，它將是萬能型的設備，可用于車、銑、磨、激光加工等，成為真正意義上的加工中心。全自動地

13、從材料送進，到成品產出，粗精加工、淬硬處理、超精加工，自動檢測、自動校正，將無所不能。設備將重視環保、節能，呈現出綠色制造業的標志。21世紀時代特征的IT功能是絕對不可少的，設備將通過網絡與外界交換信息，獲得最新的技術成果，人類的智慧將在高科技產品加工中心上得到充分的展現。第2章 加工中心概述2.1 加工中心的結構特點（1）機床的剛度高、抗振性好 為了滿足加工中心高自動化、高速度、高精度、高可靠性的要求，加工中心的靜剛度、動剛度和機械結構系統的阻尼比都高于普通機床(機床在靜態力作用下所表現的剛度稱為機床的靜剛度；機床在動態力作用下所表現的剛度稱為機床的動剛度)。 （2）機床的傳動系統結構簡單，

14、傳遞精度高，速度快 加工中心傳動裝置主要有三種，即滾珠絲杠副；靜壓蝸桿-蝸母條；預加載荷雙齒輪-齒條。它們由伺服電機直接驅動，省去齒輪傳動機構，傳遞精度高，速度快。一般速度可達15mmin，最高可達100mmin； （3）主軸系統結構簡單，無齒輪箱變速系統(特殊的也只保留12級齒輪傳動) 主軸功率大，調速范圍寬，并可無級調速。目前加工中心95以上的主軸傳動都采用交流主軸伺服系統，速度可從1020000rmin無級變速。驅動主軸的伺服電機功率一般都很大，是普通機床的12倍，由于采用交流伺服主軸系統，主軸電動機功率雖大，但輸出功率與實際消耗的功率保持同步，不存在大馬拉小車那種浪費電力的情況，因此其

15、工作效率最高，從節能角度看，加工中心又是節能型的設備； （4）加工中心的導軌都采用了耐磨損材料和新結構 能長期的保持導軌的精度，在高速重切削下，保證運動部件不振動，低速進給時不爬行及運動中的高靈敏度。導軌采用鋼導軌、淬火硬度HRC ，與導軌配合面用聚四氟乙烯貼層。這樣處理的優點：a摩擦系數小；b耐磨性好；c.減振消聲；d工藝性好。所以加工中心的精度壽命比一般的機床高； （5）設置有刀庫和換刀機構 這是加工中心與數控銑床和數控鏜床的主要區別，使加工中心的功能和自動化加工的能力更強了。加工中心的刀庫容量少的有幾把，多的達幾百把。這些刀具通過換刀機構自動調用和更換，也可通過控制系統對刀具壽命進行管理

16、； （6）控制系統功能較全 它不但可對刀具的自動加工進行控制，還可對刀庫進行控制和管理，實現刀具自動交換。有的加工中心具有多個工作臺，工作臺可自動交換，不但能對一個工件進行自動加工，而且可對一批工件進行自動加工。這種多工作臺加工中心有的稱為柔性加工單元。隨著加工中心控制系統的發展，其智能化的程度越來越高，如FANUCl6系統可實現人機對話、在線自動編程，通過彩色顯示器與手動操作鍵盤的配合，還可實現程序的輸入、編輯、修改、刪除，具有前臺操作、后臺編輯的前后臺功能。加工過程中可實現在線檢測，檢測出的偏差可自動修正，保證首件加工一次成功，從而可以防止廢品的產生。2.2 加工中心的分類按加工工序分類，

17、可分為兩大類（1）鏜銑（2）車銑按換刀形式分類1）帶刀庫、機械手的加工中心該加工中心的換刀裝置(AutomaticToolChanger)是由刀庫和機械手組成的，并由機械手來完成換刀工作。這是加工中心最普遍采用的形式，JCS018A型立式加工中心就屬于這一類。 2）無機械手的加工中心無機械手的加工中心的換刀是通過刀庫和主軸箱的配合動作來完成的，一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運動到的位置，或者是整個刀庫或某一刀位能移動到主軸箱可以到達的位置的辦法。刀庫中刀具存放位置方向與主軸裝刀方向一致。換刀時，主軸運動到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。采用40號以下刀柄的小型加工中心多為這種無機械

18、手式的，XH754型臥式加工中心就是這一類型。 3）轉塔刀庫式加工中心小型立式加工中心一般采用轉塔刀庫形式，它主要以孔加工為主。ZH5120型立式鉆削加工中心就是轉塔刀庫式加工中心。 按數控系統分類按數控系統的不同有兩種分類方法：一種可分為兩坐標加工中心、三坐標加工中心和多坐標加工中心；另一種可分為半閉環加工中心和全閉環加工中心。 按控制軸數分類按控制軸數可分為：（1）三軸加工中心（2）四軸加工中心（3）五軸加工中心。按主軸與工作臺相對位置分類(1)臥式加工中心 是指主軸軸線與工作臺平行設置的加工中心，主要適用于加工箱體類零件。臥式加工中心一般具有分度轉臺或數控轉臺，可加工工件的各個側面；也可

19、作多個坐標的聯合運動，以便加工復雜的空間曲面。(2)立式加工中心 是指主軸軸線與工作臺垂直設置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小 型殼體類復雜零件。立式加工中心一般不帶轉臺，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個主軸的復合式加工中心，和主軸能調整成臥軸或立軸的立臥可調式加工中心，它們能對工件進行五個面的加工。(3)萬能加工中心(又稱多軸聯動型加工中心) 是指通過加工主軸軸線與工作臺回轉軸線的角度可控制聯動變化，完成復雜空間曲面加工的加工中心。適用于具有復雜空間曲面的葉輪轉子、模具、刃具等工件的加工。多工序集中加工的形式擴展到了其他類型數控機床，例如車削中心，它是在數控車床上配置多個自

20、動換刀裝置，能控制三個以上的坐標，除車削外，主軸可以停轉或分度，而由刀具旋轉進行銑削、鉆削、鉸孔和攻絲等工序，適于加工復雜的旋轉體零件。2.3 加工中心的用途用途：加工中心承擔精密、復雜的多任務加工。加工中心既可以單機使用，也能在計算機輔助控制下多臺同時使用，構成柔性生產線，還可以與工業機器人、立體倉庫等姐合成無人化工廠。2.4 加工中心的構成加工中心有各種類型，雖然外形結構各異，但總體上是由以下幾大部分組成。（1） 基礎部件由床身、立柱和工作臺等大件組成，它們是加工中心結構中的基礎部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結構件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負載，因此必須具備更高的

21、靜動剛度，也是加工中心中質量和體積最大的部件。（2）主軸部件由主軸箱、主袖電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動作和轉速均由數控系統控制，并通過裝在主軸上的刀具進行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關鍵部件，其結構的好壞，對加工中心的性能有很大的影響。（3）數控系統由 CNC 裝置、可編程序控制器、伺眼驅動裝置以及電動機等部分組成是加工中心執行順序控制動作和控制加工過程的中心（4） 自動換刀裝置 （ATC）加工中心與一般數控機床的顯著區別是具有對零件進行多工序加工的能力，有一套自動換刀裝置。加工中心的結構如圖21所示。圖21 l-底座 2-立柱 3-X軸伺服驅

22、動 4-Y軸伺服驅動 5-Z軸伺服驅動 6-十字滑臺與工作臺 7-操作箱 8-斗簽式刀庫 9-主軸 10-主軸箱 11-Z向防護罩 12-水箱 13-排屑裝置 14-整體防護 15-電器柜 16-X向導軌防護 17-Y向導軌防護 18-氣動與潤滑2.5 JCS018A型加工中心的傳動系統JCS018A型加工中心的傳動系統如圖2-2所示，它存在五條傳動鏈：主運動傳動鏈，縱向、橫向、垂直方向傳動鏈，刀庫的旋轉運動傳動鏈。它們分別用來實現刀具的旋轉運動，工作臺的縱向、橫向進給運動，主軸箱的升降運動以及選擇刀具時刀庫的旋轉運動。圖2-2JCS018A型加工中心傳動系統 圖2-22.6 JCS018A型

23、加工中心主運動傳動系統主軸電動機通過一對同步帶輪將運動傳給主軸，使主軸在22.52250rmin的轉速范圍內可以實現無級調速。 主軸電動機采用了FANUCAC12型交流伺服電動機，該電動機30min超載時的最大輸出功率為15kW，連續運轉時的最大輸出功率為11kW，計算轉速為1500rmin。JCS018A型加工中心在主軸電動機的伺服系統中加了功率限制，使電動機的額定輸出功率為7.5kW(30min超載)和5.5kW(連續運轉)，電動機的計算轉速為750rmin，即加大了恒功率區域。 圖2-3為該加工中心的功率、扭矩特性曲線，圖中實線為電動機的特性，虛線為主軸的特性。其功率特性曲線如

24、圖2-3（a）所示，電動機轉速范圍為454500rmin，其中在7504500rmin轉速范圍內為恒功率區域。電動機的運動經過12齒形帶輪傳給主軸，主軸的轉速范圍為22.52250rmin，主軸的計算轉速為375rmin，轉速在3752250rmin的范圍內為主軸的恒功率區域，在該區域內，主軸傳遞電動機的全部功率5.5kW（連續運轉）或7.5kW（30min超載）。其扭矩特性曲線如圖2-3（b)所示，電動機轉速在45750rmin范圍內為恒扭矩區域，其連續運轉的最大輸出扭矩為70N·M，電動機30min超載時的最大輸出扭矩為95.5N·M。主軸恒功率區域的轉速范圍為22.5

25、375rmin，最大輸出扭矩分別為140N·M和191N·M。圖2-3JCS018A型加工中心的功率、扭矩特性曲線(a)功率特性曲線；(b)扭矩特性曲線 2.7 JCS018型加工中心進給傳動系統JCS018A型加工中心沿X、Y、Z三個坐標軸的進給運動分別是由三臺功率為1.4kW的FANUCBESKDC15型寬調速直流伺服電機直接帶動滾珠絲杠旋轉來實現的。其任意兩個坐標都可以聯動。該立式加工中心X、Y軸的快速移動速度為14mmin，Z軸的快移速度為10mmin。由于主軸箱垂直運動，為防止滾珠絲杠因不能自鎖而使主軸箱下滑，Z軸電機帶有制動器。由于機床基礎件剛度高，且采用貼塑導

26、軌，因此，機床在高速移動時振動小，低速移動時無爬行，并有高的精度和穩定性。 2.8 JCS018型加工中心主軸部件圖2-4中，主軸1的前支撐4配置了3個高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷，前兩個軸承大口朝下，后一個軸承大口朝上。前支撐按預加載荷計算的預緊量由預緊螺母5來調整。后支撐6為一對小口相對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。該主軸選擇的軸承類型和配置形式滿足主軸高轉速和承受較大軸向載荷的要求。主軸受熱變形向后伸長，但不影響加工精度。2.9 JCS018A型加工中心主軸準停裝置機床的切削扭矩由主軸上的端面鍵來傳遞，每次機械手自動裝取刀具時，必須保

27、證刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設計的裝置稱為主軸準停裝置或稱為主軸定向裝置。本機床采用的是電氣式主軸準停裝置，即用磁力傳感器檢測定向。主軸的準停裝置如圖2-5所示，主軸的尾部安裝有發磁體，它隨主軸轉動，在距發磁體外緣12mm處，固定了一個磁傳感器，它與主軸驅動裝置相連。主軸定向的指令由數控發出后，主軸便處于定向狀態，當發磁體上的判別孔轉到對準磁傳感器上的基準槽時，主軸立即停止。 圖2-5主軸的準停裝置 2.10 JCS018型加工中心進給伺服系統機床有三套(X、Y、Z軸)相同的伺服進給系統。圖2-6為工作臺的縱向(X向)伺服進給系統，該系統

28、由脈寬調速直流伺服電動機1驅動，采用無鍵連接方式，用鎖緊環將運動傳至十字滑塊聯軸節2的左連接件。聯軸節的右連接件與滾珠絲杠3用鍵相連，由滾珠絲杠3、螺母4和螺母7驅動工作臺移動。滾珠螺母由左螺母4和右螺母7組成，并固定在工作臺上。十字滑塊聯軸節2的左連接件與電機軸靠錐形鎖緊環摩擦連接。錐形鎖緊環(見左下方局部放大圖)每套有兩環，內環為內柱外錐，外環為外柱內錐，此處共用了兩套。采用這種連接辦法不用開鍵槽，沒有間隙。電機軸與絲杠可相對轉動任意角。 圖2-6工作臺的縱向伺服進給系統 圖2-6工作臺的縱向伺服進給系統橫向(Y軸)伺服進給系統與縱向伺服進給系統結構相同。滾珠絲杠直徑為40mm，導程為10

29、mm。左支撐為成對的向心推力球軸承，其精度為D級，背靠背安裝，大口向外，承受徑向和軸向雙向載荷，預緊力為1kN。右支撐為一向心球軸承，外圈軸向不定位，僅承受徑向載荷，絲杠升溫后可向右伸長。雖然這種結構較簡單，但軸向剛度比兩端軸向固定方式低。滾珠絲杠的螺母座固定在工作臺下側，螺母座中安裝兩個滾珠螺母4和7，兩個螺母用連接鍵5固定它們之間的周向位置，螺母4固定在螺母座8中，螺母7可軸向調整位置。在兩個螺母間安裝兩個適當厚度的半圓墊圈6，以消除絲杠和螺母間的間隙，并適當地預緊，以提高傳動剛度。 在垂直向(Z向)伺服進給系統中，由于滾珠絲杠沒有自鎖能力，為了保證工作臺能夠停止在所需要的位置上，在電機上

30、加有制動裝置。當電機停轉時，切斷電磁線圈的電流，由彈簧壓緊摩擦片使其制動。圖2-7為Z軸進給裝置中電機軸與滾珠絲杠的連接結構。電機軸2與軸套3之間采用錐環無鍵連接結構，4為相互配合的錐環。錐面有相互配合的內外錐環，當擰緊螺釘時，外錐環向外膨脹，內錐環受力后向電機軸收縮，從而使電機軸與軸套連接在一起。這種連接方式無須在連接件上開鍵槽，兩錐環的內、外圓錐面壓緊后，可以實現無間隙傳動，而且對中性較好，傳遞動力平穩，加工工藝性好，安裝與維修方便。選用錐環對數的多少，取決于所傳遞扭矩的大小。圖2-7 Z軸進給裝置中電機軸與滾珠絲杠的連接結構高精度十字聯軸器由三個元件組成，其中與電機軸連接的軸套3的端面有

31、中心對稱的凸鍵，與絲杠連接的軸套6上開有中心對稱的端面鍵槽，中間一件聯軸節5的兩端上有中心對稱且互相垂直的凸鍵和鍵槽，它們分別與件3和件6相配合，用來傳遞運動和轉矩。為了保證十字聯軸器的傳動精度，在裝配時，凸鍵與凹鍵的徑向配合面要經過配研，以便消除反向間隙，使傳遞動力平穩。 進給伺服系統為半閉環。電動機軸端安裝脈沖編碼器作為位置反饋元件，同時也可作為速度環的速度反饋元件。直流伺服電機是可控硅控制的脈寬調速伺服電機，它具有調速范圍寬、扭矩大和響應速度快等特點。當采用FANUC7CM系統時，反饋裝置采用旋轉變壓器為位置檢測器，采用測速發電機為速度環的速度反饋元件。旋轉變壓器的分解精度為2000脈沖

32、r，由電機軸到旋轉變壓器的升速比為51，滾珠絲杠導程為10mm，因此，位置檢測分辨率為10(2000×5)=0.001mm。 圖2-8為進給控制系統，從計算機來的位置指令脈沖Pp，在位置偏差檢測器內與位置檢測器送來的反饋脈沖P1比較，其差值為Pe，經數-模轉換器(DA)轉換為差值的模擬電壓Ue。然后，位置控制放大器把Ue放大為Uc，送至速度誤差檢測器與速度檢測器來的速度(轉速)模擬電壓Ug比較，其差值Ua經速度放大器放大為Um去控制伺服電機轉速。 圖2-8進給控制系統框圖該機床是在工作臺不升降式銑床的基礎上設計的，工作臺見圖2-9，滑座見圖6-20。工作臺與滑座之間為燕尾形導軌，絲杠

33、位于兩導軌的中間。滑座與床身之間為矩形導軌。工作臺與滑座之間、滑座與床身之間，以及立柱與主軸箱間的動導軌面上，都貼有氟化乙烯導軌板。X、Y軸以機床的最低進給速度運動時，皆無爬行現象發生。圖2-9工作臺第3章 立式加工中心主傳動系統方案的確定3.1 確定主運動的配置形式及變速方式主傳動系統方案的確定主傳動系統主要包括電機、傳動系統和主軸部件確定主運動的配置形式及變速方式（1）普通電機機械變速系統主軸部件特點：能夠滿足各種切削運動轉矩輸出的要求，但變速范圍不大，由于是有級變速使切削速度的選擇受到限制，而且該配置的結構較復雜，所以現在僅有少數經濟型數控機床采用該配置，其它已很少采用。（2）變頻器交流

34、電機12機械變速主軸部件這種配置的結構簡單、安裝調試方便，且在傳動上能滿足轉速與轉矩的輸出要求，但其調速范圍及特性相對于交、直流主軸電機系統而言要差一些。主要用于經濟型或中低檔數控機床上。 （3）交、直主軸電機 主軸部件這種配置形式同上面一樣，但電機是性能更好交直流主軸電機，其變速范圍寬，最高轉速可達8000 r/min，且控制功能豐富，可滿足中高檔數控機床的控制要求 （4）電主軸 目前，隨著電氣傳動技術（變頻調速技術、電動機矢量控制技術等）的迅速發展和日趨完善，高速數控機床主傳動系統的機械結構已得到極大的簡化，基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈

35、的長度縮短為零，實現了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統和整體結構中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機，故也稱為“高頻主軸”（High FrequencySpindle)。由于沒有中間傳動環節，有時又稱它為“直接傳動主軸”（Direct Drive Spindle)。3.2 加工中心主軸組件總體設計方案的確定組成：主軸、支承、傳動零件、刀具的自動夾緊裝置、主軸的準停裝置、主軸孔的清理裝置等圖為日本研制的立式加工中

36、心主軸組件3.2.1 主軸端部的結構形式主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設計要求上，應能保證定位準確、安裝可靠、聯結牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉矩。主軸端部的結構形狀都已標準化，圖30所示為普通機床和數控機床所通用的幾種主軸端部的結構形式。 圖30主軸端部的結構形式(a)車床主軸端部；(b)銑、鏜類機床主軸端部；(c)外圓磨床砂輪主軸端部；(d)內圓磨床砂輪主軸端部；(e)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部；(f)組合機床主軸端部 3.2.2 主軸軸承的選擇鑒于加工中心和高速數控加工中心的大負荷、高轉速和高精密度的要求，普通的主軸雙聯軸承已滿足不了要求。現在對于高速加工中心，大多采用角接

37、觸球軸承的組合設計。因為角接觸球軸承可以同時承受徑向和一個方向的軸向載荷，允許的極限轉速較高圖31主軸常用的滾動軸承(a)錐孔雙列圓柱滾子軸承；(b)雙列推力向心球軸承；(c)雙列圓錐滾子軸承； (d)帶凸肩的雙列空心圓柱滾子軸承；(e)帶預緊彈簧的單列圓錐滾子軸承；(f)角接觸滾子軸承 3.2.3 滾動軸承的間隙與預緊滾動軸承存在較大間隙時，載荷將集中作用于受力方向上的少數滾動體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉精度變差。將滾動軸承進行適當預緊，使滾動體與內外圈滾道在接觸處產生一定量的預變形，就可使受載后承載的滾動體數量增多，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

38、軸線的漂移，提高旋轉精度。但過盈量不宜太大，否則會使軸承的摩擦磨損加劇，承載能力顯著下降。公差等級、軸承類型和工作條件不同的主軸組件，其軸承所需的預緊量各有所不同。因此，主軸組件必須具備軸承間隙的調整機構。 3.2.4 滾動軸承的精度主軸部件所用滾動軸承的精度有高級E、精密級D、特精級C和超精級B。前支撐的精度一般比后支撐的精度高一級，也可以用相同的精度等級。普通精度的機床通常前支撐取C，D級，后支撐用D，E級。特高精度的機床前后支撐均用B級。 3.2.5 主軸軸承的支撐形式主軸軸承的支撐形式主要取決于主軸轉速特性的速度因素和對主軸剛度的要求。主軸軸承常見的支撐形式有以下三種，如圖32所示。

39、圖32主軸軸承常見的支撐形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三 （1）前支撐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，后支撐采用成對向心推力球軸承(見圖98（a）) 此配置可提高主軸的綜合剛度，滿足強力切削的要求。它普遍用于各類數控機床主軸。（2）前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承(見圖98（b）) 向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉速可達4000rmin，但它的承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數控機床主軸。（3）前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承(見圖98（c）) 這種軸承的徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其是可承受較強的動載荷。其安裝、調整

40、性能好，但這種支撐方式限制了主軸轉速和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數控機床的主軸。3.2.6 主軸的準停主軸準停功能又稱為主軸定位功能，即當主軸停止時，控制其停于固定位置，這是自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能。主軸準停換刀如圖99所示。當加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，再退刀，因此，刀具就必須具有定位功能。主軸準停階梯孔或精鏜孔如圖33所示。 圖33主軸準停換刀示意圖 圖34主軸準停階梯孔或精鏜孔示意圖 第4章 立式加工中心

41、垂直工作臺進給傳動鏈方案選擇4.1 機床對垂直工作臺的要求系統總體方案一、機床對垂直工作臺的要求進給運動是以保證刀具與工件相對位置關系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都要受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性的直接影響。被加工件的最后輪廓精度和加工精度都會受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性的影響。為了保證數控加工中心的定位精度和輪廓的加工精度，應對垂直進給傳動系統的精度、靈敏度、穩定性有相應要求。其要求如下：1.運動件間的摩擦阻力小提高機床進給系統的快速響應性能和運動精度，減少爬行現象。2. 消除傳動系統中的間隙進給系統的傳動間隙一般指反向間隙，即反向死區誤差，它存在于整個傳動鏈的各傳動副中，直接影響數控機床的加工精度