1、機械工業出版社數控機床第1頁，共48頁。第二章 數控機床的典型系統主傳動的系統要求2.1.1主傳動分類2.1.2主軸部件2.1.32.1 數控機床的主傳動系統第2頁，共48頁。 主傳動系統是用來實現機床主運動的，它應具有一定的轉速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地實現運動的開停、變速、換向和制動等。2.1.1 主傳動的系統要求第二章 數控機床的典型系統第3頁，共48頁。1轉速高、功率大 由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數數控機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削，實現高效率加工。 一般數控機床的主軸驅動功率

2、在3.7250kW之間。 主電動機應具有足夠的功率，全部機構和元件應具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。2.1.1 主傳動的系統要求第二章 數控機床的典型系統第4頁，共48頁。2.具有更大的調速范圍并實現無級調速 為保證能選用合理的切削用量，獲得更高的生產率、加工精度和表面質量，要求能在較大的調速范圍內實現無級調速。調速范圍有恒轉矩和恒功率調速范圍兩種。要求恒功率調速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。 另外，變速范圍負載波動時，速度應穩定。一般要求主軸具備1(1001000)的恒轉矩調速范圍和110的恒功率調速范圍。現在，數控機床的主軸的調速范圍一般為：1001000

3、0r/min，且能無級調速。2.1.1 主傳動的系統要求第二章 數控機床的典型系統第5頁，共48頁。3控制功能的多樣化 同步控制功能：在車削中心上，為使之具有螺紋車削功能，要求主軸與進給驅動實行同步控制，即主軸上安裝了脈沖編碼器。 主軸準停功能：在加工中心上，要求主軸具有高精度的準停功能，以保證換刀位置的準確以及某些加工工藝的需要。 具有恒線速度切削控制功能：利用車床和磨床加工工件端面時，為了保證端面表面粗糙度的一致性，要求刀具切削的線速度為恒定值。 C軸控制功能：在車削中心上，要求主軸具有C軸控制功能。2.1.1 主傳動的系統要求第二章 數控機床的典型系統第6頁，共48頁。2.1.1 主傳動

4、的系統要求4. 高精度與剛度，傳遞平穩，噪聲低 數控機床加工精度與主軸系統精度密切相關。為此，要提高傳動件的制造精度與剛度，可以對齒輪齒面高頻感應加熱淬火，以增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動，使傳動平穩；采用精度高的軸承及合理的支承結構等，提高主軸組件剛性。第二章 數控機床的典型系統第7頁，共48頁。5良好的抗振性和熱穩定性 數控機床加工時，可能受到斷續切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因而引起的沖擊力的干擾，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度。主軸系統發熱使其中的零部件產生熱變形，降低傳動效率，破壞零部件之間的相對位置精度和運動精度，造成加工誤差。 為此，主

5、軸組件要有較高的固有頻率，實現動平衡，保持合適的配合間隙并進行循環潤滑等。 2.1.1 主傳動的系統要求第二章 數控機床的典型系統第8頁，共48頁。6電動機性能要求高 一般要滿足以下性能要求：過載能力要強，要求有較長時間(130min)和較大倍數的過載能力，在斷續負載下，電動機轉速波動要小；速度響應要快，升降速時間要短； 溫升要低，振動和噪聲要小；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，重量輕，與機床聯接容易。 此外，為了獲得更高的運動精度，要求主傳動傳動鏈盡可能短。2.1.1 主傳動的系統要求第二章 數控機床的典型系統第9頁，共48頁。1帶有變速齒輪的主軸傳動 如圖2-1a所示，這是大中型數控機

6、床較常采用的配置方式，通過少數幾對齒輪傳動，擴大變速范圍，確保低速時有較大的轉矩，以滿足主軸輸出轉矩特性的要求。數控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速。滑移齒輪的移位大多采用液壓撥叉或直接由液壓缸驅動齒輪來實現。一部分小型數控機床也采用此種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的轉矩。 2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第10頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第11頁，共48頁。2通過帶傳動的主軸傳動 如圖2-1b所示，這種傳動主要用于轉速較高、變速范圍不大的小型數控機床，由交流電動機通過傳動帶直接帶動主軸。電動機本身的

7、調整就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免由齒輪傳動所引起的振動和噪聲。只適用于高速低轉矩特性要求的主軸。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第12頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第13頁，共48頁。 常用的傳動帶有多楔帶和同步齒形帶。多楔帶又稱為復合三角帶，其橫向斷面如 圖2-2a所示，傳遞負載主要靠強力層。多楔帶綜合了V帶和平帶的優點，運轉時振動小、發熱少、運轉平穩、重量小，可在40ms的線速度下使用。此外，多楔帶與帶輪的接觸好、負載分布均勻，即使瞬時超載，也不會產生打滑，而傳遞功率比V帶大20%30%，因此能夠滿足主傳動高速、大轉矩和不打滑的要求

8、。但是多楔帶的缺點是在安裝時需要較大的張緊力，使主軸和電動機承受較大的徑向負載。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第14頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第15頁，共48頁。 多楔帶按齒距可分為三種規格：J型齒距為2.4mm，L型齒距為4.8mm，M型齒距為9.5mm，可依據需要傳送的功率及需要達到的轉速進行選擇。 同步齒形帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優點，帶型有梯形齒和圓弧齒，如圖2-1b所示。 如圖2-3所示，同步齒形帶工作面上的齒形與帶輪的齒槽嚙合，進行無滑動的嚙合傳動。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第16頁，共48頁。 與一般

9、帶傳動相比，同步齒形帶傳動具有如下優點： (1)傳動效率高，可達98%以上。 (2)無滑動，傳動比準確。 (3)傳動平穩，噪聲小。 (4)使用范圍較廣，速度可達50ms，速比 可達 10 左右，傳遞功率由幾瓦至數千瓦。 (5)維修保養方便，不需要潤滑。 (6)安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第17頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第18頁，共48頁。3調速電動機直接驅動主軸傳動 由調速電動機直接驅動主軸傳動如圖2-1c所示。調速電動機與主軸用聯軸器同軸聯接，如圖2-4所示。它大大簡化了主軸箱體與主

10、軸的結構，重量輕，慣量小，提高了主軸起動、停止的響應特性。同時，有效地提高了主軸部件的剛度，并利于控制振動和噪聲。但主軸輸出的轉矩小，電動機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，電動機運轉產生的熱量易使主軸產生熱變形。 2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第19頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第20頁，共48頁。 2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第21頁，共48頁。4用兩個電動機分別驅動主軸傳動 用兩個電動機分別驅動主軸傳動如圖2-1d所示，它是齒輪變速和帶傳動兩種方式的混合傳動，具有上述兩種方式的性能。高速時，由一個電動機通過帶傳動；

11、低速時，由另一個電動機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的問題。但兩個電動機不能同時工作，是一種浪費。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第22頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第23頁，共48頁。5內裝式電主軸 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，主傳動系統的機械結構已得到極大的簡化。具備高轉速和高精度、高速精密和高效率特性的數控機床電主軸應運而生。機床主軸由內裝式電動機直接驅動(如圖2-1e)，從而把機床主傳動

12、鏈的長度縮短為零，實現了機床的“零傳動”。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第24頁，共48頁。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第25頁，共48頁。 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”。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機，故也稱為“高頻軸”。由于沒有中間傳動環節，有時又稱它為“直接傳動主軸”。2.1.2 主傳動分類第二章 數控機床的典型系統第26頁，共48頁。 主軸部件包括主軸的支承和傳動零件，主要由以下零部件組成：主軸、軸承、傳動零件、裝夾刀具或工件

13、的附件及輔助零部件。1、主軸 主軸是主軸部件的重要組成部分，它的結構、尺寸、制造精度、材料及其熱處理，對主軸部件性能都有很大的影響。主軸結構隨主軸系統設計要求的不同而有多種形式，一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。2.1.3 主軸部件第二章 數控機床的典型系統第27頁，共48頁。 (1)主軸的主要尺寸參數 1)主軸直徑。 2)主軸內孔直徑。 3)懸伸長度。 4)主軸的支承跨距。 (2)主軸端部的結構形狀 圖2-5所示為數控機床所通用的幾種主軸端部的 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

14、2.1.3 主軸部件第二章 數控機床的典型系統第28頁，共48頁。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件第29頁，共48頁。2.1.3 主軸部件 (3)常用的卡盤結構 圖2-6為某數控車床上采用的一種液壓驅動動力自定心卡盤，由固定在主軸后端的液壓缸5和固定在主軸前端的卡盤3組成，活塞4可以帶動卡盤內的驅動爪1驅動卡爪2夾緊或松開工件，并通過行程開關6和7發出相應信號，其夾緊力的大小通過調整液壓系統壓力控制。這種結構結構緊湊，動作靈敏，能夠實現較大的夾緊力。第二章 數控機床的典型系統第30頁，共48頁。2.1.3 主軸部件第二章 數控機床的典型系統 圖2-6液壓驅動動力自定心卡盤 1驅動

15、卡爪2卡爪3卡盤4活塞桿5液壓缸6、7行程開關 第31頁，共48頁。2.1.3 主軸部件 (4)主軸內部刀具自動夾緊機構 圖2-7為ZHS-K63型加工中心主軸內部刀具夾緊機構 第二章 數控機床的典型系統第32頁，共48頁。2.1.3 主軸部件 2主軸軸承 (1)軸承的類型 1)滾動軸承。 (a)深溝球軸承。如圖2-8 (b)角接觸球軸承。如圖2-8 (c)雙向推力角接觸球軸承。如圖2-8 (d)雙列圓柱滾子軸承。如圖2-8 (e)圓錐滾子軸承。如圖2-8 2)滑動軸承。 第二章 數控機床的典型系統第33頁，共48頁。2.1.3 主軸部件。第二章 數控機床的典型系統第34頁，共48頁。 (2)

16、 主軸軸承的支撐形式 數控機床主軸帶動刀具或夾具在支承中作回轉運動，應能傳遞切削轉矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉精度。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2-9所示。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件第35頁，共48頁。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件第36頁，共48頁。 3主軸的準停裝置 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柄的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功

17、能，如圖2-10所示。另外當精鏜孔后退刀時，為防止刀具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。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件第37頁，共48頁。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件圖2-10主軸準停換刀 第38頁，共48頁。 電氣準停有磁傳感器準停、編碼器型準停和數控系統準停。常用的磁傳感器準停裝置如圖2-11所示，它是在主軸上安裝一個發磁體，使之與主軸一起旋轉，在距離發磁體旋轉外軌跡12mm處固定一個磁傳感器。磁傳感器經過放大器與主軸控制單元聯接，當主軸需要定向準停時，便控制主軸停止在調整好的位置上。 第二章 數控機床的典型系統2.1

18、.3 主軸部件第39頁，共48頁。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件圖2-11磁傳感器準停 第40頁，共48頁。 4主軸的潤滑與密封 (1)主軸的潤滑 1)油脂潤滑方式。 2)油液循環潤滑。 3)油霧潤滑方式。 4)油氣潤滑方式。 5)噴注潤滑方式。 油氣潤滑方式潤滑原理如圖2-12所示。系統通過油箱中的油位開關2和管路中的壓力開關7檢測油箱無油或壓力不足的情況，從而自動切斷主電動機電源。第二章 數控機床的典型系統2.1.3 主軸部件第41頁，共48頁。2.1.3 主軸部件第二章 數控機床的典型系統圖2-12油氣潤滑原理1油箱2油位開關3定量柱塞式分配器4混合物形成閥5噴嘴6時間繼

19、電器7壓力開關8壓力表9過濾器10電磁閥11泵 第42頁，共48頁。 (2) 主軸的密封 主軸的密封分接觸式和非接觸式兩種。圖2-13是幾種非接觸式密封的形式：其中圖2-13a利用軸承蓋與軸的間隙密封，為了提高密封效果，軸承蓋的孔內開槽。這種密封形式用在工作環境比較清潔的油脂潤滑處；圖2-13b在螺母的外圓上開鋸齒形環槽，當油向外流時，靠主軸傳動的離心力把油沿斜面甩到端蓋的空腔內，油液流回箱內；圖2-13c是迷宮式密封結構，在切屑多、灰塵大的工作環境下可獲得可靠的密封效果，適用于油脂或油液潤滑。在用非接觸式的油液密封時，應保證回油孔的暢通，以便回油能盡快排掉，以免泄漏。 接觸式密封主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封