【文章內(nèi)容簡介】 機床通過電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)嚴格的互鎖，對于加工區(qū)的防護門也需要通過機電聯(lián)鎖裝置予以封閉，確保機床的安全性、可靠性。 圖 25 雙工作區(qū)交換的布局圖 下頁上頁返回 圖庫圖 26 高速加工機床布局1X軸導(dǎo)軌 2內(nèi)框 3主軸箱 4Y軸導(dǎo)軌216。立式數(shù)控機床采用的固定門式立柱布局形式216。臥式數(shù)控機床采用的 “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 下頁上頁返回 圖庫圖 27虛擬軸機床216。立式布局形式216。臥式布局形式| 常用布局形式 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)| 主傳動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) 下頁上頁返回 圖庫下頁上頁返回 圖庫 數(shù)控機床和普通機床一樣，主傳動系統(tǒng)也必須通過變速，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，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)控機床作為高度自動化的設(shè)備，它對主傳動系統(tǒng)的基本要求有以下幾點： 1)為了達到最佳的切削效果，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實現(xiàn)無級變速。 2)要求機床主軸系統(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。下頁上頁返回 圖庫|主傳動的變速方式 主傳動的無極變速通常有以下三種方法： 1)采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)無級變速傳動，在早期的數(shù)控機床或大型數(shù)控機床（主軸功率超過 100KW）上，也有采用直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的情況。 2)在經(jīng)濟性、普及性數(shù)控機床上，為了降低成本，可以采用變頻帶變頻電動機或普通交流電動機實現(xiàn)無級變速的方式。 3)在高速加工機床上，廣泛使用主軸和電動機一體化的新穎功能部件 電主軸。電主軸的電動機轉(zhuǎn)子和主軸一體，無須任何傳動件，可以使主軸達到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速。 但是，不管采用任何形式，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要比普通機床簡單得多。下頁上頁返回 圖庫 3)為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動，主傳動系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，減少傳動件。 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夾緊裝置，以及主軸定向準停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機械手的正確嚙合。 5)為了擴大機床的功能，實現(xiàn)對 C軸的控制，主軸還需安裝位置檢測裝置，以便實現(xiàn)對主軸位置的控制。216。用輔助機械變速機構(gòu)聯(lián)結(jié) 216。定傳動比的聯(lián)接方式 216。采用電主軸 | 常用聯(lián)接形式下頁上頁返回 圖庫| 用輔助機械變速機構(gòu)聯(lián)結(jié)下頁上頁返回 圖庫 在大、中型數(shù)控機床上，為了使主軸在低速時獲得大轉(zhuǎn)矩和擴大恒功率調(diào)速范圍，通常在使用無級變速傳動的基礎(chǔ)上，在增加兩級或三級輔助機械變速機構(gòu)作為補充。通過分段變速方式，確保低速時的大扭矩，擴大恒功率調(diào)速范圍，滿足機床重切削時對扭矩的要求。 輔助機械變速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理和普通機床相同，可以通過電磁離合器、液壓或氣動帶動滑移齒輪等方式實現(xiàn)。輔助變速的動作控制，可以通過數(shù)控系統(tǒng)的 “自動傳動級變換 ”功能自動實現(xiàn)。輔助機械變速機構(gòu)的變速比應(yīng)根據(jù)實際機床的參數(shù)進行選擇，并盡可能保持功率曲線的連續(xù)。 圖 28| 定傳動比的聯(lián)接方式下頁上頁返回 圖庫 在小型數(shù)控機床上，主電動機和主軸一般采用定傳動比的聯(lián)結(jié)形式，或是主電動機和主軸直接連接的形式。在使用定傳動比傳動時，為了降低噪聲與振動，通常采用 V帶和同步皮帶傳動。電動機和主軸直接連接的形式，可以大大簡化主軸傳動系統(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機本身。另外，主電動機的發(fā)熱對主軸的精度有一定的影響。| 采用電主軸下頁上頁返回 圖庫 在高速加工機床上，大多數(shù)使用電動機轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸，可以使主軸達到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)、甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速，主軸傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，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 | 常用主軸軸承下頁上頁返回 圖庫 主軸部件是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一，它直接影響機床的加工質(zhì)量。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。 圖 29主軸常用的幾種滾動軸承 滾動軸承的精度有 E級 (高級 )、 D級 (精密級 )、 C級 (特精級 )、B級 (超精級 )四種等級。前軸承的精度一般比后軸承高一個精度等級。數(shù)控機床前支承通常采用 B、 C級精度的軸承 ,后支承則常采用 C、 D級。 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 ,簡化支承結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機床上配制軸承時 ,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)機床的實際情況配制軸向力的軸承。 下頁上頁返回 圖庫 圖 210幾種常見的軸承配置形式 下頁上頁返回 圖庫 在高速加工機床上 ,大多數(shù)使用電動機轉(zhuǎn)子和主軸一體的電主軸 ,可以使主軸達到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)、甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速 ,主軸傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單、剛性更好。電主軸最早應(yīng)用于磨床上 ,隨著高速加工機床的發(fā)展 ,電主軸以其卓越的高速性能 ,被廣泛用于其他數(shù)控機床。雖然電主軸外形各不相同 ,但其實質(zhì)都是一只轉(zhuǎn)子中空的電動機 (如圖 211 所示 )。外殼有進行強制冷卻的水槽 ,中空套筒用于直接安裝各種機床主軸。 從而取消了從主電動機到主軸之間一切中間的機械傳動環(huán)節(jié) (如傳動帶、齒輪、離合器等 ),實現(xiàn)了主電動機 與機床主軸的一體化 ,使機床的主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)了所謂的 “零傳動 ”。 216。機械結(jié)構(gòu)最為簡單 ,傳動慣量小 ,因而快速響應(yīng)性好 ,能實現(xiàn)極高的速度、加 (減 )速度和定角度的快速準停 (C軸控制 )。216。通過采用交流變頻調(diào)速或磁場矢量控制的交流主軸驅(qū)動裝置 ,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。可以實現(xiàn)了主軸部件的單元化。電主軸可獨立做成標準功能部件 ,并由專業(yè)廠進行系列化生產(chǎn)；機床生產(chǎn)廠只需根據(jù)用戶的不同要求進行選用 ,可很方便的組成各種性能的高速機床 ,符合現(xiàn)代機床設(shè)計模塊化的發(fā)展方向。| 電主軸的主要特點 下頁上頁返回 圖庫主軸部件采用電主軸的傳動方式有以下特點 :216。主電動機置于主軸前、后軸承之間。這種方式的優(yōu)點是 :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。主電動機置于主軸后軸承之后 ,即主軸箱和主電動機作軸向的同軸布置 (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 ,電動機的散熱條件也較好。但整個主軸單元的軸向尺寸較大 ,常用于小型高速數(shù)控機床 ,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)主電動機和主軸軸承相對位置的不同 ,高速電主軸有兩種安裝形式 :下頁上頁返回 圖庫| 電主軸的發(fā)熱及其解決方法 下頁上頁返回 圖庫 與一般的主軸部件不同 ,電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動機的發(fā)熱。由于主電動機旁邊就是主軸軸承 ,電動機的發(fā)熱會直接降低軸承的工作精度。如果主電動機的散熱問題解決不好 ,就會影響機床工作的可靠性。 為此 ,電主軸一般都采用外循環(huán)油一水冷卻系統(tǒng)進行冷卻。即 :在主電動機定子的外面加工有帶螺旋槽的鋁質(zhì)外套 (圖 211) ,機床工作時 ,冷卻水不斷在該螺旋槽中流動 ,從而把主電動機的熱量及時、迅速地帶走。 為了進一步降低主軸軸承的溫升 ,軸承一般都采用油一氣潤滑系統(tǒng)。 | 電主軸的動平衡設(shè)計下頁上頁返回 圖庫 電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在 10000r/min以上 ,甚至高達60000～ 100000r/min,主軸運轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量 ,都會引起巨大的離心力 ,造成機床的振動 ,影響加工精度和表面質(zhì)量 , 因此必須對電主軸進行嚴格的動平衡。 采用電主軸后 ,主軸和主軸上的零件都要經(jīng)過十分精密的加工、