【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)床通過(guò)電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的互鎖，對(duì)于加工區(qū)的防護(hù)門(mén)也需要通過(guò)機(jī)電聯(lián)鎖裝置予以封閉，確保機(jī)床的安全性、可靠性。 圖 25 雙工作區(qū)交換的布局圖 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)圖 26 高速加工機(jī)床布局1X軸導(dǎo)軌 2內(nèi)框 3主軸箱 4Y軸導(dǎo)軌216。立式數(shù)控機(jī)床采用的固定門(mén)式立柱布局形式216。臥式數(shù)控機(jī)床采用的 “內(nèi)外雙框架 ”結(jié)構(gòu)布局 即 “箱中箱 ”（ Box in Box)結(jié)構(gòu)| 常用布局形式 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)圖 27虛擬軸機(jī)床216。立式布局形式216。臥式布局形式| 常用布局形式 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)| 主傳動(dòng)的基本要求和變速方式| 主軸的聯(lián)接形式 | 主軸部件的支承| 電主軸與高速主軸系統(tǒng)| 主軸部件的結(jié)構(gòu) 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床一樣，主傳動(dòng)系統(tǒng)也必須通過(guò)變速，才能使主軸獲得不同的傳遞，以適應(yīng)不同的加工要求，并且，在變速的同時(shí)，還要求傳遞一定的功率和 足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。 | 數(shù)控機(jī)床作為高度自動(dòng)化的設(shè)備，它對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求有以下幾點(diǎn)： 1)為了達(dá)到最佳的切削效果，一般都應(yīng)在最佳的切削條件下工作，因此，主軸一般都要求能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 2)要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高效、高速的加工需要。下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)|主傳動(dòng)的變速方式 主傳動(dòng)的無(wú)極變速通常有以下三種方法： 1)采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，在早期的數(shù)控機(jī)床或大型數(shù)控機(jī)床（主軸功率超過(guò) 100KW）上，也有采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況。 2)在經(jīng)濟(jì)性、普及性數(shù)控機(jī)床上，為了降低成本，可以采用變頻帶變頻電動(dòng)機(jī)或普通交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的方式。 3)在高速加工機(jī)床上，廣泛使用主軸和電動(dòng)機(jī)一體化的新穎功能部件 電主軸。電主軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體，無(wú)須任何傳動(dòng)件，可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速。 但是，不管采用任何形式，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要比普通機(jī)床簡(jiǎn)單得多。下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 3)為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)件。 4)在加工中心上，還必須具有安裝道具和刀具交換所需要的自動(dòng)夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手的正確嚙合。 5)為了擴(kuò)大機(jī)床的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì) C軸的控制，主軸還需安裝位置檢測(cè)裝置，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。216。用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié) 216。定傳動(dòng)比的聯(lián)接方式 216。采用電主軸 | 常用聯(lián)接形式下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)| 用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 在大、中型數(shù)控機(jī)床上，為了使主軸在低速時(shí)獲得大轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，通常在使用無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，在增加兩級(jí)或三級(jí)輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)作為補(bǔ)充。通過(guò)分段變速方式，確保低速時(shí)的大扭矩，擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，滿足機(jī)床重切削時(shí)對(duì)扭矩的要求。 輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理和普通機(jī)床相同，可以通過(guò)電磁離合器、液壓或氣動(dòng)帶動(dòng)滑移齒輪等方式實(shí)現(xiàn)。輔助變速的動(dòng)作控制，可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的 “自動(dòng)傳動(dòng)級(jí)變換 ”功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的變速比應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)床的參數(shù)進(jìn)行選擇，并盡可能保持功率曲線的連續(xù)。 圖 28| 定傳動(dòng)比的聯(lián)接方式下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 在小型數(shù)控機(jī)床上，主電動(dòng)機(jī)和主軸一般采用定傳動(dòng)比的聯(lián)結(jié)形式，或是主電動(dòng)機(jī)和主軸直接連接的形式。在使用定傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí)，為了降低噪聲與振動(dòng)，通常采用 V帶和同步皮帶傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)和主軸直接連接的形式，可以大大簡(jiǎn)化主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有效提高主軸剛度和可靠性。但是，其主軸的輸出轉(zhuǎn)矩、功率、恒功率調(diào)速范圍決定于主電動(dòng)機(jī)本身。另外，主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸的精度有一定的影響。| 采用電主軸下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 在高速加工機(jī)床上，大多數(shù)使用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸，可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)、甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，剛性更好。 車床用電主軸 銑床用電主軸216。錐孔雙列圓柱滾子軸承 216。雙列推力角接觸球軸承 216。雙列圓錐滾子軸承216。帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承 | 常用主軸軸承下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 主軸部件是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，它直接影響機(jī)床的加工質(zhì)量。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。 圖 29主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承 滾動(dòng)軸承的精度有 E級(jí) (高級(jí) )、 D級(jí) (精密級(jí) )、 C級(jí) (特精級(jí) )、B級(jí) (超精級(jí) )四種等級(jí)。前軸承的精度一般比后軸承高一個(gè)精度等級(jí)。數(shù)控機(jī)床前支承通常采用 B、 C級(jí)精度的軸承 ,后支承則常采用 C、 D級(jí)。 216。采用后端定位 ,推力軸承布置在后支承的兩側(cè) ,軸向載荷由后支承承受。216。采用前、后兩端定位 ,推力軸承布置在前、后支承的兩外側(cè),軸向載荷由前支承承受 ,軸向間隙由后端調(diào)整。216。采用前端定位 ,推力軸承布置在前支承 ,軸向載荷由前支承承受。| 軸承的配置 合理配置軸承 ,可以提高主軸精度 ,降低溫升 ,簡(jiǎn)化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機(jī)床上配制軸承時(shí) ,前后軸承都應(yīng)能承受徑向載荷,支承間的距離要選擇合理 ,并根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況配制軸向力的軸承。 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 圖 210幾種常見(jiàn)的軸承配置形式 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 在高速加工機(jī)床上 ,大多數(shù)使用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸 ,可以使主軸達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)、甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速 ,主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、剛性更好。電主軸最早應(yīng)用于磨床上 ,隨著高速加工機(jī)床的發(fā)展 ,電主軸以其卓越的高速性能 ,被廣泛用于其他數(shù)控機(jī)床。雖然電主軸外形各不相同 ,但其實(shí)質(zhì)都是一只轉(zhuǎn)子中空的電動(dòng)機(jī) (如圖 211 所示 )。外殼有進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的水槽 ,中空套筒用于直接安裝各種機(jī)床主軸。 從而取消了從主電動(dòng)機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié) (如傳動(dòng)帶、齒輪、離合器等 ),實(shí)現(xiàn)了主電動(dòng)機(jī) 與機(jī)床主軸的一體化 ,使機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所謂的 “零傳動(dòng) ”。 216。機(jī)械結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單 ,傳動(dòng)慣量小 ,因而快速響應(yīng)性好 ,能實(shí)現(xiàn)極高的速度、加 (減 )速度和定角度的快速準(zhǔn)停 (C軸控制 )。216。通過(guò)采用交流變頻調(diào)速或磁場(chǎng)矢量控制的交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置 ,輸出功率大 ,調(diào)速范圍寬 ,并有比較理想的轉(zhuǎn)矩 — 功率特性。216?？梢詫?shí)現(xiàn)了主軸部件的單元化。電主軸可獨(dú)立做成標(biāo)準(zhǔn)功能部件 ,并由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)；機(jī)床生產(chǎn)廠只需根據(jù)用戶的不同要求進(jìn)行選用 ,可很方便的組成各種性能的高速機(jī)床 ,符合現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)模塊化的發(fā)展方向。| 電主軸的主要特點(diǎn) 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)主軸部件采用電主軸的傳動(dòng)方式有以下特點(diǎn) :216。主電動(dòng)機(jī)置于主軸前、后軸承之間。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是 :主軸單元的軸向尺寸較短 ,主軸剛度高 ,出力大 ,較適用于中、大型高速加工中心 ,目前大多數(shù)加工中心都采用這種結(jié)構(gòu)形式。216。主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后 ,即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置 (有的用聯(lián)軸器 )。這種布局方式有利于減小電主軸前端的徑向尺寸 ,電動(dòng)機(jī)的散熱條件也較好。但整個(gè)主軸單元的軸向尺寸較大 ,常用于小型高速數(shù)控機(jī)床 ,尤其適用于模具型腔的高速精密加工。 | 電主軸的安裝形式 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對(duì)位置的不同 ,高速電主軸有兩種安裝形式 :下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù)| 電主軸的發(fā)熱及其解決方法 下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 與一般的主軸部件不同 ,電主軸最突出的問(wèn)題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。由于主電動(dòng)機(jī)旁邊就是主軸軸承 ,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度。如果主電動(dòng)機(jī)的散熱問(wèn)題解決不好 ,就會(huì)影響機(jī)床工作的可靠性。 為此 ,電主軸一般都采用外循環(huán)油一水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。即 :在主電動(dòng)機(jī)定子的外面加工有帶螺旋槽的鋁質(zhì)外套 (圖 211) ,機(jī)床工作時(shí) ,冷卻水不斷在該螺旋槽中流動(dòng) ,從而把主電動(dòng)機(jī)的熱量及時(shí)、迅速地帶走。 為了進(jìn)一步降低主軸軸承的溫升 ,軸承一般都采用油一氣潤(rùn)滑系統(tǒng)。 | 電主軸的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)下頁(yè)上頁(yè)返回 圖庫(kù) 電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在 10000r/min以上 ,甚至高達(dá)60000～ 100000r/min,主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量 ,都會(huì)引起巨大的離心力 ,造成機(jī)床的振動(dòng) ,影響加工精度和表面質(zhì)量 , 因此必須對(duì)電主軸進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡。 采用電主軸后 ,主軸和主軸上的零件都要經(jīng)過(guò)十分精密的加工、