【正文】 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? ? 如 圖 31 ( a)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床上。為了保證數(shù)控機(jī)床低速時(shí)的扭矩和主軸的變速范圍盡可能大，大中型數(shù)控機(jī)床多采用無(wú)級(jí)變速與分級(jí)變速串聯(lián)，即在交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)調(diào)速。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用變頻交流電動(dòng)機(jī)和交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 ? 為了實(shí)現(xiàn)刀具的快換或自動(dòng)裝卻，主軸上還必須裝有刀具自動(dòng)夾緊、主軸準(zhǔn)停和主軸孔內(nèi)切屑清除裝置。 ? ? 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比具有以下特點(diǎn) : ? 主軸轉(zhuǎn)速范圍寬，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)級(jí)變速，可適應(yīng)各種加工的需要 。為此，要提高數(shù)控裝置及機(jī)床結(jié)構(gòu)的可靠性，像在工作中動(dòng)作頻繁的刀庫(kù)、換刀機(jī)構(gòu)、托盤、工件交換裝置等部件，必須保證在長(zhǎng)期工作中十分可靠。對(duì)于產(chǎn)生大量切屑的數(shù)控機(jī)床，一般都帶有良好的自動(dòng)排屑裝置，等等。為此，機(jī)床結(jié)構(gòu)根據(jù)熱對(duì)稱的原則設(shè)計(jì)，并改善主軸軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦特性。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? ? 機(jī)床的主軸、工作臺(tái)、刀架等運(yùn)動(dòng)部件，在運(yùn)動(dòng)中常易產(chǎn)生熱量，而工藝過程的自動(dòng)化和精密加工的發(fā)展，對(duì)機(jī)床的加工精度和精度穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。為提高主軸部件的剛度，除主軸部件在結(jié)構(gòu)上采取必要的措施以外，還要采用高剛度的軸承，并適當(dāng)預(yù)緊 。 ? ? 數(shù)控機(jī)床要在高速和重負(fù)荷條件下工作，因此，機(jī)床的床身、立柱、主軸、工作臺(tái)、刀架等主要部件，均需具有很高的剛度，工作中應(yīng)無(wú)變形或振動(dòng)。這就需要采用新型高速鋼和超細(xì)粒度硬質(zhì)合金、立方氮化硼等優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，刀具表面進(jìn)行涂鍍處理，以提高刀具壽命， 下一頁(yè) 上一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 并且優(yōu)選刀具參數(shù)。 ? ? 一般的數(shù)控機(jī)床，其主軸轉(zhuǎn)速要比普通機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高 1一 2倍，某些特殊用途的數(shù)控機(jī)床，其主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)。 上一頁(yè) 返回 下一頁(yè) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? ? 為了加快數(shù)控機(jī)床投資的回收，務(wù)必經(jīng)常使機(jī)床保持很高的開動(dòng)比 (比普通機(jī)床高 23倍 )，因此必須提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在保證盡可能地減少電氣和機(jī)械故障的同時(shí)，要求數(shù)控機(jī)床在長(zhǎng)期使用過程中不喪失精度。特別要注意的是避免切削時(shí)的諧振，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性提出更高的要求。工作臺(tái)、刀架等部件的移動(dòng)，由交流或直流伺服電機(jī)馭動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠傳動(dòng)，減少了進(jìn)給系統(tǒng)所需要的馭動(dòng)扭矩，提高了定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下 : 返回 下一頁(yè) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? ? 數(shù)控機(jī)床通過數(shù)字信息來(lái)控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它要求在相當(dāng)大的進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能達(dá)到較高的精度，因而運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)具有較高的靈敏度。 下一頁(yè) 第 3章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? ? ? ? 小錦囊 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過程中無(wú)法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。 ? ，熟悉回轉(zhuǎn)刀架換刀過程，掌握刀具的交換方式及應(yīng)用場(chǎng)合。 ? ，理解主軸的調(diào)速方法。第 3章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) ? 本章概述 本章首先簡(jiǎn)單介紹了數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，第二節(jié)重點(diǎn)講解了數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)，第三節(jié)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，最后兩節(jié)分別對(duì)自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)兩部件詳細(xì)介紹。 ? 教學(xué)目標(biāo) ? 。 ? ，理解滾珠絲杠螺母副工作原理并明確其分類，了解齒輪傳動(dòng)副實(shí)現(xiàn)消隙的方法，知道數(shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌分類。 ? 。為滿足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。導(dǎo)軌部件通常用滾動(dòng)導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等，以減少摩擦力，使其在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。 ? ? 數(shù)控機(jī)床的一些運(yùn)動(dòng)部件，除應(yīng)具有高剛度、高靈敏度外，還應(yīng)具有高抗振性，即在高速重切削情況下應(yīng)無(wú)振動(dòng)，以保證加工工件的高精度和高的表面質(zhì)量。改善動(dòng)態(tài)特性的方法是 :提高系統(tǒng)的靜剛度，增加阻尼 (例如，采用三支承主軸，后支承就有利于消振 )以及調(diào)整構(gòu)件的質(zhì)量和自振頻率，通過高速回轉(zhuǎn)部分的動(dòng)平衡降低擾動(dòng)作用程度，等等。除各有關(guān)零件應(yīng)正確選擇材料，以防使用中的變形和快速磨損外，還要求采取一些工藝措施，如淬火和磨削導(dǎo)軌、粘貼抗磨塑料導(dǎo)軌等，以提高運(yùn)動(dòng)部件的耐磨性。因此，數(shù)控機(jī)床使用的刀具較普通機(jī)床用的刀具嚴(yán)格得多，刀具應(yīng)有高強(qiáng)度和高耐用度，其結(jié)構(gòu)也要合理。就目前我國(guó)數(shù)控加工刀具的使用來(lái)看，還應(yīng)通過提高刀具材質(zhì)、加強(qiáng)刀具幾何參數(shù)和切削用量的研究，開展表面處理技術(shù)、刃磨技術(shù)以及刀具在線檢測(cè)技術(shù)的研究，來(lái)提高刀具質(zhì)量并為刀具選擇及使用提供依據(jù)。例如 :有的床身采用雙壁結(jié)構(gòu)，并配置有斜肋板及加強(qiáng)肋，使其具有較高的抗彎剛度和抗扭剛度 。增加刀架底座尺寸，減少刀具的懸伸，以適應(yīng)穩(wěn)定的重切削，等等。為保證部件的運(yùn)動(dòng)精度，要求各運(yùn)動(dòng)部件的發(fā)熱量最少，以防產(chǎn)生熱變形。如 MJ SOCNC數(shù)控車床主軸箱殼體即按熱對(duì)稱原則設(shè)計(jì)，并在殼體外緣上鑄有密集的散熱片結(jié)構(gòu)，主軸軸承采用高性能油脂潤(rùn)滑，并嚴(yán)格控制注入量，使主軸溫升很低。 ? ? 數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)或半自動(dòng)條件下工作，尤其在柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)控機(jī)床，可在 24 h運(yùn)轉(zhuǎn)中實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，這就要求機(jī)床具有高的可靠性。 上一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? 機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率傳遞給主軸部件，使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。 ? 傳動(dòng)鏈短，以保證機(jī)床主傳動(dòng)的精度 。 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? 二、數(shù)控機(jī)床主軸的調(diào)速方法 ? 數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般要求數(shù)控機(jī)床在中、高速段為恒功率輸出，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩輸出。 ? 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式，如 圖 3 1所示。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。常用的帶傳動(dòng)有 V帶傳動(dòng)和同步齒形帶傳動(dòng)。如圖 31 ( b)所示，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，擴(kuò)大輸出扭矩，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出扭矩特性的要求?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ? ? 如圖 31( d)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)馭動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? ? 數(shù)控機(jī)床的主軸部件，既要滿足精加工時(shí)精度較高的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削的能力。在局部結(jié)構(gòu)上，一般數(shù)控機(jī)床的主軸部件與其他高效、精密自動(dòng)化機(jī)床沒有多大區(qū)別。 ? ? 數(shù)控機(jī)床主軸的支承可以有多種配置形式。因?yàn)橹鬏S在切削時(shí)承受較大的切削力，所以軸徑設(shè)計(jì)得比較大。第三個(gè)軸承開口朝里，接觸角為 140。后支承由一對(duì)背對(duì)背的角接觸球軸承組成，只承受徑向載荷，并由后壓套進(jìn)行預(yù)緊。主軸為空心，通過棒料的直徑可達(dá)60mm。有的采用集中強(qiáng)制潤(rùn)滑。 ? ? 為了減少輔助時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并適應(yīng)自動(dòng)化和半自動(dòng)化加工的需要，數(shù)控車床多采用動(dòng)力卡盤裝夾工件。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? 圖 3 3所示為數(shù)控車床上采用的一種液壓動(dòng)力自定心卡盤，卡盤 3用螺釘固定在主軸 (短錐定位 )上，液壓缸 5固定在主軸后端。 ? ? 在某些帶有刀庫(kù)的數(shù)控機(jī)床中，主軸部件除具有較高的精度和剛度外，還帶有刀具自動(dòng)裝卸裝置和主軸孔內(nèi)切屑清除裝置。端面鍵 13既作刀具定位用又可傳遞轉(zhuǎn)矩。從圖 3 4中可以看出，該機(jī)床是由拉緊機(jī)構(gòu)拉緊錐柄刀夾尾端的軸頸來(lái)實(shí)現(xiàn)刀夾的定位及夾緊的。由于此時(shí)裝在拉桿前端徑向孔中的四個(gè)鋼球 12進(jìn)入主軸孔中直徑較小的 d2處，如圖 3 4 ( b)所示，被迫徑向收攏而卡進(jìn)拉釘 2的環(huán)形凹槽內(nèi)，因而刀桿 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? 拉緊，依靠摩擦力緊固在主軸上。當(dāng)鋼球 12隨拉桿一起下移至主軸孔中直徑較大的 d，處時(shí)，它就不再能約束拉釘?shù)念^部，緊接著拉桿前端內(nèi)孔的抬肩端面碰到拉釘，把刀夾頂松。與此同時(shí)，壓縮空氣由管接頭 9經(jīng)活塞和拉桿的中心通孔吹入主軸裝刀孔內(nèi)，把切屑或臟物清除干凈，以保證刀具的裝夾精度。刀夾拉緊后，行程開關(guān) 8發(fā)出信號(hào)。如果在主軸錐孔中掉進(jìn)了切屑或其他污物，在拉緊刀桿時(shí)，主軸錐孔表面和刀桿的錐柄就會(huì)被劃傷，使刀桿發(fā)生偏斜，破壞刀具的正確定位，影響加工零件的精度，甚至使零件報(bào)廢。圖 34 (a)中活塞 6的心部鉆有壓縮空氣通道，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，壓縮空氣經(jīng)拉桿 4吹出，將錐孔清理干凈。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) ? ? 自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床主軸部件設(shè)有準(zhǔn)停裝置，其作用是使主軸每次都能準(zhǔn)確地停止在固定的周向位置上，以保證換刀時(shí)主軸上的端面能對(duì)準(zhǔn)刀夾上的鍵槽，同時(shí)使每次裝刀時(shí)刀夾與主軸的相對(duì)位置保持不變，提高刀具的重復(fù)安裝精度，從而提高孔加工時(shí)孔徑的一致性。帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪 1的端面上裝有一個(gè)厚墊片 4，墊片上裝有一個(gè)體積很小的永久磁鐵 3，在主軸箱箱體主軸準(zhǔn)停的位置上裝有磁傳感器 2。此信號(hào)經(jīng)放大后，由定向電路控制主軸電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。范圍內(nèi)。這種工藝采用的切削速度比常規(guī)的要高幾倍至十幾倍，如高速銑削鋁件的最佳切削速度可達(dá) 2 500 4 SOOm/min，加工鋼件為 4001 600m/min，加工鑄件為 8002 000m/mnin，進(jìn)給速度也相應(yīng)提高很多倍。 ? 高速切削機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的前提，而高速主軸部件又是高速切削機(jī)床最重要的部件。為此，應(yīng)精確制造主軸零件并進(jìn)行動(dòng)平衡。 ? 高速主軸的馭動(dòng)多采用內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)式，這種主軸結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小，有利于提高主軸啟動(dòng)或停止時(shí)的響應(yīng)特性。磁力軸承是利用電磁力使主軸懸浮在磁場(chǎng)中，具有無(wú)摩擦、沒有磨損、無(wú)須潤(rùn)滑、發(fā)熱少、剛度高、工作時(shí)無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。 圖 3 6所示是瑞士 IBAG公司開發(fā)的內(nèi)裝高頻電動(dòng)機(jī)的主軸部件，其采用的是激磁式磁力軸承。為此，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)裝置和元件要具有高傳動(dòng)剛度、高抗振性、低摩擦、低慣量、無(wú)傳動(dòng)間隙等特點(diǎn)。剛度不足將導(dǎo)致工作臺(tái)產(chǎn)生爬行、振動(dòng)以至造成反向死區(qū)，影響傳動(dòng)精度。 ? (2)高抗振性為提高進(jìn)給系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機(jī)械部件具有高的固有頻率和合適的阻尼比。 下一頁(yè) 返回 ? (3)低摩擦為滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)響應(yīng)快、運(yùn)動(dòng)精度高的要求，必須減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力。 ? (4)低運(yùn)動(dòng)慣量進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常進(jìn)行啟動(dòng)、停止、變速和反向，加上數(shù)控機(jī)床切削速度高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件對(duì)其慣性影響更大。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減少運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量以及各傳動(dòng)元件的直徑。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 ? ?