【導(dǎo)讀】與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動化機床。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

　　

【正文】 ，大多采用角接觸球軸承的組合設(shè)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(zhuǎn)速較高 一拖學(xué)院 22 圖 3－ 1 (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(yù)緊彈簧的單列圓錐滾子軸承； (f)角接觸滾子軸承 滾動軸承的間隙與預(yù)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(shù)滾動體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度變差。將滾動軸承進行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動體與內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生一定量的預(yù)變形，就可使受載后承載的滾動體數(shù)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(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)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(yù)緊量各有所不同。因此，主軸組件必須具備軸承間隙的調(diào)整機構(gòu)。 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。 主軸軸承的支撐 形式 第 3 章 立式加工中心主傳動系統(tǒng) 方案的確定 23 主軸軸承的支撐形式主要取決于主軸轉(zhuǎn)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 3－ 2 所示。 圖 3－ 2 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 60176。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 9－ 8（ a） ) 此配置可提高主軸的綜 （ 2）前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承 (見圖 9－ 8（ b） ) 向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達 4000r／ min，但它的承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)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 9－ 8（ 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、一拖學(xué)院 24 調(diào)整性能好，但這種支撐方式限制了主軸轉(zhuǎn)速 和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機床的主軸。 主軸的準(zhǔn)停 主軸準(zhǔn)停功能又稱為主軸定位功能，即當(dāng)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(zhuǎn)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(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能。主軸準(zhǔn)停換刀如圖 9－ 9 所示。當(dāng)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(zhǔn)停階梯孔或精鏜孔如圖 3－ 3 圖 3－ 3 主軸準(zhǔn)停換刀示意圖 圖 3－ 4 主軸準(zhǔn)停階梯孔或精鏜孔示意圖 一拖學(xué)院 25 第 4章 立式加工中心 垂直工作臺進給傳動鏈方案選擇 機床對垂直工作臺的要求 系統(tǒng)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(guān)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(wěn)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(wěn)定性的影響。 為了保證數(shù)控加工中心的定 位精度和輪廓的加工精度，應(yīng)對垂直進給傳動系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性有相應(yīng)要求。其要求如下： 提高機床進給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運動精度，減少爬行現(xiàn)象。 第 4 章 立式加工中心 垂直工作臺進給傳動鏈方案選擇 26 2. 消除傳動系統(tǒng)中的間隙 進給系統(tǒng)的傳動間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個傳動鏈的各傳動副中，直接影響數(shù)控機床的加工精度；因此，應(yīng)盡量消除傳動間隙，減小反向死區(qū)誤差。設(shè)計中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動副等方法。 措施 1 保證進給系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母、蝸輪蝸桿和支承結(jié)構(gòu)等各部件的加工精度 ； 措施 2 在傳動鏈中加入減速齒輪 或 同步帶傳動 ，以 減小脈沖當(dāng)量， 從設(shè)計角度提高傳動精度 ； 措施 3 預(yù)緊支撐絲杠的軸承 ，以 消除齒輪、蝸輪傳動件間隙 ； 措施 4 預(yù)緊消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動間隙 。 4. 減小各運動零部件的慣量 高速運轉(zhuǎn)零件的慣量影響伺服系統(tǒng)的啟動和制動特性。 ，壽命長 垂直工作臺的 組成 結(jié)構(gòu) 選型 進給系統(tǒng)機械部分的組成 傳動機構(gòu) +運動變換機構(gòu) +導(dǎo)向機構(gòu) +執(zhí)行件（工作臺） 傳動機構(gòu) : 齒輪傳動、同步帶傳動 一拖學(xué)院 27 運動變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等 導(dǎo)向機構(gòu)：導(dǎo)軌（ 滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌） 進給系統(tǒng)機械部分的作用是將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動，其實現(xiàn)方式主要有三種 ： （ 1）通過絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副，將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動。電機與絲杠之間的連接又可以分為 三種 方式： ①帶有齒輪傳動的進給運動 ②經(jīng)同步帶論傳動的進給運動 ③電機通過聯(lián)軸器直接與絲桿連接 （ 2）通過齒輪、齒條副，將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動。 （ 3）直接采用直線電動機進行驅(qū)動。 進給系統(tǒng)機械部分方案確定 第 4 章 立式加工中心 垂直工作臺進給傳動鏈方案選擇 28 （ 1） 采用滾珠絲杠螺母副 使用滾珠 絲杠螺母副，可有效減小摩擦，使傳動效率提高；進行預(yù)緊后，可以消除間隙，提高傳動效率；摩擦阻力幾乎與運動速度無關(guān)，動、靜摩擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；長期工作磨損小，使用壽命長，精度保持性好。并且有專門廠家生產(chǎn)，可以有效降低成本，縮短設(shè)計周期。 滾珠絲杠的支承方式有以下幾種 圖 a 為一端裝推力軸承，這種安裝方式只是用于行程小的短絲杠，它的承載能力小，軸向剛度低。 圖 a 圖 b 一端裝推力抽承，另一端裝深溝球軸承，此種方式用于絲杠較長的情況，當(dāng)熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能作微量 的軸向浮動。安裝時應(yīng)注意使熱源和絲杠工作時的常用端遠離止推端。 圖 b 圖 c 為兩端裝推力軸承，把推力軸承裝在絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，可提高軸性剛度，而且絲杠工作失只承受拉力，但這種安裝方式對絲杠的熱變形較為敏感。 一拖學(xué)院 29 圖 c 圖 d 為兩端裝推力軸承和深溝球軸承，它的兩端均采用雙重支座并施加預(yù)緊，適絲杠具有較大的剛度，這種方式還可以使絲杠的變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力。 圖 d 通過上述各種方案的比較，選擇方案 3 （ 2） 采用滾動導(dǎo)軌 使用滾動導(dǎo)軌，可使導(dǎo)軌面之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，因此具有靈敏度高運動，低速時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的特點；定位精度高，重復(fù)定位精度可達 ；摩擦阻力小，移動輕便，磨損小，精度保持性好，壽命長。滾動導(dǎo)軌也有專門廠家生產(chǎn)，可按規(guī)格購買。 （ 3） 采用交流伺服電機驅(qū)動 交流伺服電機采用全封閉無刷結(jié)構(gòu)，不需要定期檢查和維修，它的定子省去了鑄件殼體，結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，重量輕。 第 4 章 立式加工中心 垂直工作臺進給傳動鏈方案選擇 30 （ 4） 采用同步齒形帶傳動 同步齒形帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點，與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單，制造成本更低，安 裝調(diào)整更方便。并且不打滑、不需要的的張緊力；傳動效率可以高達 98％～ ％，最高線速度可以高達 80m/s，可以廣泛用于高速數(shù)控傳動。 工作臺 導(dǎo)軌副 第 5 章 [雙擊此處鍵入 1 級標(biāo)題 ] 31 第 6 章 [雙擊此處鍵入 1 級標(biāo)題 ] 32 參考文獻 33 縮略語詞匯表 34 附錄 35 致 謝 36 在學(xué)研究成果 37