【正文】 個軸承組成一套背靠背安裝能夠承受軸向和徑向力；后支撐采用雙列圓柱滾子軸承。液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 設 計–14– 采用滾動軸承作為主軸支承時候，可以有許多種不同的配置形式。一般中小數(shù)控機床（如車床，銑床，加工中心等）的主軸部件多數(shù)采用滾動軸承；重型數(shù)控機床采用液體靜壓軸承；高精度數(shù)控機床采用氣體靜壓軸承；更高轉(zhuǎn)速的主軸可以采用磁力軸承或陶瓷滾動軸承。轉(zhuǎn)過快卸卡盤同時將幾個螺栓卡住，在擰緊螺母。主軸端部的結(jié)構(gòu)都已經(jīng)標準化。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短 23mm. 主軸端部的結(jié)構(gòu)和主軸的支承 (1) 主軸端部的結(jié)構(gòu)主軸端部用與按裝刀具或者夾持工件的夾具。確定各軸段的長度時，應盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應采用較小的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑 dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從 dmin 處起注意確定各短軸的直徑。但在進行軸的結(jié)構(gòu)設計前，通常已能求得軸所受的扭矩。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等，其中鎖定螺釘只用在傳力不大之處。此外，對于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件，也可以采用圓錐面定位。利用彈性擋圈、緊定螺釘及鎖定擋圈等進行軸向定位，只適用于零件上的軸向力不大之處。軸承端蓋用螺釘或槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動軸承的外圈得到軸向定位。圓螺母定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應力集中，會降低軸的疲勞強度，故一般用于固定軸端零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動墊圈兩周形式。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。如兩零件的間距較大時，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。為了使零件能靠近軸肩而得到準確可靠的定位，軸肩處的過渡圓角半徑 r 必須小于與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑 R 或倒角尺寸 C。定位軸肩的高度 h 一般取為 h=()d，d 為與零件相配處的直徑，單位為 mm。另外，軸肩過多時也不利于加工。軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類。 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應滿足：軸和裝載軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應變預裝拆和調(diào)整；軸應具有良好的制造工藝星等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式 。 軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)設計。必須指出：在一般工作溫度下（低于 200 攝氏度），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強度與耐磨性，而不是軸的彎曲強度或扭曲強度。合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用是的 45 號鋼。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。數(shù)控機床主軸部件的精度，靜，動剛度，熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響。對高速運轉(zhuǎn)的軸，還應進行振動穩(wěn)定性計算，以防止發(fā)生共振而破壞。這是只要對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。軸的工作能力計算指的是軸的強度，剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。主軸的結(jié)構(gòu)設計不合理，會影響主軸的工作能力和洲上零件的工作可靠性，還會增加主軸的制造成本和主軸上零件裝配的困難等。通過上述分析可知，用機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)主軸與電動機的匹配，在實際中是可行的，單帶來的缺點是主軸箱的結(jié)構(gòu)要復雜一些。從 718 r/min→ 2400 r/min 采用變速齒輪為 50/38 的一組齒輪嚙合。電動機功率 P=，可選用 YP132M4 型交流主軸電機。當電機由 1500r/min 向下調(diào)速（恒轉(zhuǎn)矩）時，分級變速機構(gòu)將主軸上的 718r/min（高端）和 210r/min（低端）也同時向下進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。F??ZRnp當電機為 1500r/min 時，經(jīng)分級變速箱、主軸得到 210r/min(低端)718r/min（高端）范圍內(nèi)的各種轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在考慮到實際情況，采用一對定比齒輪和一對雙聯(lián)滑移齒輪變速，以簡化分級變速箱結(jié)構(gòu)和自動化。電機恒功率調(diào)速范圍擴大到主軸的恒功率調(diào)速范圍 。具體如下：由上圖可知，當電機轉(zhuǎn)速為 1500r/min 時，經(jīng)分級變速箱、主軸可得到 718r/min到 210r/min 范圍內(nèi)的各種轉(zhuǎn)速。??3現(xiàn)主軸恒功率調(diào)速范圍為 ??計nK而電動機恒功率調(diào)速范圍為 )(max電額 電電 n為了使主軸和電動機的很功率匹配，現(xiàn)通過增加兩組齒輪變速來滿足。主軸電機主軸電機主軸電機液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 設 計–7–可見，調(diào)頻電動機的很功率變速范圍為 5040/1500=，而主軸要求的很功率伴隨范圍為 2400/210=，顯然電動機不能滿足主軸所要求很功率段的變速范圍。同時，在主傳動系統(tǒng)中安裝主軸脈沖編碼器，它與主軸的轉(zhuǎn)速相同，以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制以及滿足主軸運動和刀架位移之間的關(guān)系。因此，溫度的控制和冷卻是使用內(nèi)裝電機主軸的關(guān)鍵問題。另一種,主軸與電機轉(zhuǎn)子合為一體，稱為內(nèi)裝電機主軸。一種如圖所示，主軸電機輸出軸通過精密連軸器直接與主軸連接，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，但是主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出完全與電機的輸出特性一致，因而在使用上受到一定的限制。這種傳動形式平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，但是只適合用于低扭矩特性要求的主軸，且調(diào)速范圍比受到電機調(diào)速范圍比的約束。（1） 變速齒輪的主傳動（圖 a）這是大中型數(shù)控機床采用的較多的一種傳動形式。??2由于數(shù)控機床采用交流或直流調(diào)速電機作為主軸電機，主要由電機來實現(xiàn)主運動的調(diào)速，使 的數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化。 數(shù)控機床主運動的傳動形式源于主軸電機的動力和運動需要經(jīng)過一系列的傳動元件傳給機床主軸，以實現(xiàn)運動。(4).主軸組件的耐磨性高 這樣就能使傳動系統(tǒng)長期保證精度。(3).主軸變換迅速可靠 數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應自動操作的要求。CNC 機床液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 設 計–5–2 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)的特點與普通機床相比，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)有以下特點：(1).轉(zhuǎn)速高、功率大 它能使數(shù)控機床進行大功率車削和高速車削，實現(xiàn)高效率加工。盡管上述沒有列出數(shù)控機床的所有優(yōu)、缺點，但能夠給出數(shù)控機床適用加工種類的大體思路。??1液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 設 計 4 數(shù)控機床的優(yōu)缺點(1) . 數(shù)控機床的優(yōu)點：①.提高生產(chǎn)率；②.完成沒有 NC 機床就不能或部分不能進行的加工；③.降低刀具、夾具的庫存量及費用；④.調(diào)整時間短；⑤.減少零件庫存；⑥.精度高；⑦.減少零件的搬運；⑧.重復加工零件的一致性好；⑨.質(zhì)量容易控制；⑩.制造過程的控制易于改進。這種方式對實際傳動機構(gòu)的動作完成與否不進行檢查，驅(qū)動控制指令發(fā)送出去后不再反饋回數(shù)控系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)通常以步進電機或電液伺服馬達為驅(qū)動元件。（8）、特殊功能裝置，如刀具破損檢測等。（6）、刀庫、刀架和自動換刀裝置（ATC）。其功用是支撐機床本體的零部件，并保證這些零部件在切削加工過程中的準確位置。（2）、進給系統(tǒng)，其功用是實現(xiàn)進給運動。液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 設 計 3 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床加工零件時，首先應根據(jù)零件圖紙編制零件的數(shù)控加工程序，將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床的變速、啟停，進給運動的方向、速度和位移大小，以及其他諸如刀具的選擇與冷卻與潤滑的啟停等輔助動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格的按照程序規(guī)定的順序、路線和參數(shù)進行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度等的零件。定位誤差，刀具誤差，環(huán)境溫度變化和重力變形帶 來的誤差等，均可以通過專門設定的模型進行補償，還可以通過數(shù)控系統(tǒng)賦予數(shù)控機床其他功能，如檢測監(jiān)控功能，診斷功能，自動編程功能等。最大的特點是加工復雜的零件不要求專門的工夾具，生產(chǎn)準備周期短。因為數(shù)控機床是電子技術(shù)、信息技術(shù)和機床技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其本質(zhì)上是“數(shù)據(jù)驅(qū)動”和軟件控制的自動化設備，并且正朝著“知識驅(qū)動”的智能化發(fā)展。要求現(xiàn)代制造技術(shù)能不受專家條件的限制和生產(chǎn)過程更好的優(yōu)化，逐步實現(xiàn)智能化的制造技術(shù)(IMT)和智能化的制造系統(tǒng)(IMS)。要求企業(yè)的制造技術(shù)必需具有盡可能大的柔性(靈活性)，能根據(jù)市場需求的變化快速調(diào)整自己的產(chǎn)品生產(chǎn)，提高企業(yè)的競爭能力。我國數(shù)控機床占機床總擁有量的比重(即數(shù)控化率)、擁有數(shù)量也只相當于工業(yè)發(fā)達國家 80 年代到 90 年代初的水平。又經(jīng)過近十年，到1998年我國各行業(yè)共擁有數(shù)控機床13萬臺。數(shù)控機床在我國的使用還是上世紀八十年代初的事，到1981年我國僅有數(shù)控機床891臺，而當時日本擁有25926臺，原蘇聯(lián)10100臺，美國8945臺。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，服務跟不上。但就總體來講除國產(chǎn)的經(jīng)濟型、低價位的數(shù)控機床外，中檔及以上的產(chǎn)品競爭力較低，裝備各行業(yè)所需的數(shù)控機床，主要依靠進口解決，國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率不到30%,我國數(shù)控機床發(fā)液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 設 計 2 展緩慢，與國外先進水平相比差距較大的原因主要是結(jié)構(gòu)不合理，分散重復生產(chǎn)。 在我國，數(shù)控機床的發(fā)展起步較早，但幾經(jīng)周折，走了不少彎路。1966年日本FANUC研制出全集成電路化的數(shù)控裝置。這時，數(shù)控機床己從半閉環(huán)控制發(fā)展成全閉環(huán)控制。1958年美國UT公司研制出帶ATC自動刀具交換裝置)的加工中心。此時美國IBM公司也研制成功了APT(刀具程序控制裝置)。美國Gamp。Parsons和麻省理工學院的伺服機構(gòu)研究所于1951年研制成功數(shù)控三坐標銑床，1955年用于制造航空零件的數(shù)控銑床正式問世。T1947年，美國Parsons公司的John Parsons開始探討用三坐標曲線數(shù)據(jù)來控制機