數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)(1)

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),*,*,*,謝 謝,Thank You,2012.2.10,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與故障檢修,Structure and maintenance of NC,第,3,章 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),The main drive system of NC,目 錄,CONTENTS,主軸及其部件結(jié)構(gòu),典型機(jī)床主軸結(jié)構(gòu),數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),一,二,三,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),如圖所示,VMC-15,加工中心，工作臺(tái)行程,X/Y/Z,向,20in/16in/20in,，快進(jìn)速度,400in/min,，主軸轉(zhuǎn)速,1507500r/min,，定位精度,0.0002in,，主電機(jī)功率,11.2KW,。,課程導(dǎo)引,圖3-1VMC-15型加工中心的外形圖,1對(duì)刀儀2工作臺(tái)(X，Y軸進(jìn)給),3第四軸旋轉(zhuǎn)頭 4刀庫(kù),5防護(hù)裝置6主軸箱(Z軸進(jìn)給),7操作面板,（1）主傳動(dòng)系統(tǒng),如圖3-2所示為VMC-15加工中心的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其主傳動(dòng)路線為：交流主電動(dòng)機(jī)(1507500rmin無(wú)級(jí)調(diào)速)11多楔帶傳動(dòng)主軸。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),課程導(dǎo)引,圖3-2VMC-15加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng),1主軸2主軸箱3、6帶輪,4多楔帶5主電動(dòng)機(jī)7切削液噴嘴,（2）刀具的自動(dòng)夾緊與放松VMC-15刀具在主軸上夾緊與放松的基本原理與大多數(shù)加工中心類似，以碟形彈簧的彈性力拉緊，氣缸的氣壓力松開。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),課程導(dǎo)引,圖3-3VMC-15加工中心主軸上刀柄夾緊與放松示意圖,1鋼球2拉桿3套筒,4主軸5碟形彈簧,（3）主軸軸承主軸定位于高精度的角接觸球軸承上，這種軸承成對(duì)組配，按給定級(jí)別預(yù)緊，其裝配在凈化室內(nèi)進(jìn)行。,（4）準(zhǔn)停裝置在自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床上，切削力矩通常是通過(guò)刀桿的端面鍵來(lái)傳遞的，因此在每次自動(dòng)裝卸刀桿時(shí)，都必須使刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸上的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確周向定位的功能，即主軸準(zhǔn)停功能。,（5）自動(dòng)吹屑在換刀過(guò)程中，難免會(huì)有灰塵、切屑等粘在刀柄的定位面及主軸的定位孔上，破壞了刀具的正確定位，影響加工零件的精度。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),課程導(dǎo)引,數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組件，與普通機(jī)床相比結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，因其變速功能全部或部分由主電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，齒輪變速機(jī)構(gòu)少或沒(méi)有，有的也僅是為進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),3.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,（1）調(diào)速范圍寬、并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，通用型范圍大，專用機(jī)床小。,（2）熱變形小電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都是熱源。,（3）主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度高主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下測(cè)量主軸前端和距離前端300mm處的徑向圓跳動(dòng)和端面跳動(dòng)值。,（4）主軸的靜剛度和抗振性較高由于數(shù)控機(jī)床加工精度較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高，因此對(duì)主軸的靜剛度和抗振性要求較高。,（5）主軸組件的耐磨性好、噪聲低主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長(zhǎng)期保持良好的精度。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),3.1.2主傳動(dòng)變速的方式,數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍很寬，其主軸的傳動(dòng)變速方式主要有以下幾種：,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),圖3-4數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式,a)齒輪變速b)帶傳動(dòng)c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)d)電主軸,1.帶有變速齒輪的主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）,2.通過(guò)帶傳動(dòng)的主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）,這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，但傳遞轉(zhuǎn)矩小，變速范圍受電機(jī)限制。常用的有多楔帶和同步齒形帶。,多楔帶結(jié)合了,V,帶及平帶的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)小、發(fā)熱少、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，線速度可達(dá),40m/s,，且多楔帶與帶輪接觸好，負(fù)載分布均勻，瞬時(shí)超載不易打滑，能滿足主傳動(dòng)高速、傳遞轉(zhuǎn)矩大、不易打滑的要求，但在安裝時(shí)要求有較大的張緊力，增加了主軸和電機(jī)的徑向負(fù)載。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),圖3-5 a)多楔帶,同步齒形帶綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)（或齒輪傳動(dòng)）優(yōu)點(diǎn)，其帶形有梯形齒和圓弧齒兩種，如圖,3-5 b,）所示。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),圖3-5 b)同步齒形帶,如圖,3-6,所示，帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過(guò)同步帶上輪齒與帶輪輪齒相嵌合，且由于同步帶上輪齒節(jié)距為定值實(shí)現(xiàn)兩者間無(wú)滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。,圖3-6同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng),同步齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：,1）傳動(dòng)效率高，可達(dá)98以上。,2）無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確。,3）傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。,4）使用范圍較廣，速度可達(dá)50ms，速比可達(dá)10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦。,5）維修保養(yǎng)方便，不需要潤(rùn)滑。,6）,安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格,，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),3.用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）,高速時(shí)通過(guò)帶傳動(dòng)、低速時(shí)通過(guò)齒輪傳動(dòng)，降速齒輪可使輸出轉(zhuǎn)矩提高，升速齒輪可使恒功率區(qū)擴(kuò)大，變速范圍增加，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不足和電機(jī)功率不能充分利用的問(wèn)題，但只有一個(gè)電機(jī)處于工作狀態(tài)，浪費(fèi)。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),4.調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，剛度提高，但主軸輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩與主電機(jī)的輸出特性一致，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度有影響，使用上受到一定限制。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),圖3-7直接驅(qū)動(dòng)式,5.電主軸（無(wú)級(jí)變速）,機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而使主軸部件從機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中獨(dú)立出來(lái)。成為“主軸單元”，又稱為“電主軸”。其不存在復(fù)雜的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有調(diào)整范圍廣、振動(dòng)噪聲小、易控制、能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停、準(zhǔn)速、準(zhǔn)位，加工效率和加工精度高。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng),圖3-8電主軸,主軸部件是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，包括主軸、主軸的支承、安裝在主軸上傳動(dòng)件、密封件、自動(dòng)夾緊裝置及吹屑裝置、準(zhǔn)停裝置等等。主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響機(jī)床加工精度和加工質(zhì)量，它的輸出功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率，自動(dòng)變速、準(zhǔn)停和換刀等功能影響機(jī)床的自動(dòng)化程度。因此，主軸部件應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：高回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、耐磨性和熱穩(wěn)定性等，而且在主軸上安裝有刀具或工件的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等，以求很好地解決刀具或工件的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調(diào)整和潤(rùn)滑密封等問(wèn)題。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),主軸的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及熱處理對(duì)主軸組件的工作性能有很大影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有各種形式。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),圖3-13加工中心主軸,1.主軸端部結(jié)構(gòu)形式,主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的基準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形式都已標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控車床的主軸端部結(jié)構(gòu)一般采用短圓錐法蘭盤式，定心精度高、剛性好，其它類型機(jī)床的主軸端部結(jié)構(gòu)如圖,3-14,所示。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),圖3-14幾種機(jī)床上通用的結(jié)構(gòu)形式,a)各種鉆床 b)銑、鏜床,c)外圓磨床、平面磨床、無(wú)心磨床等砂輪主軸,d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸,2.主軸的主要尺寸參數(shù),（1）主軸直徑,主軸直徑越大，其剛度越高，但增加直徑使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承直徑越大，同精度等級(jí)的軸承公差值也越大，同時(shí)軸承極限轉(zhuǎn)速下降，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。,（2）主軸內(nèi)孔直徑,主軸的內(nèi)徑用來(lái)通過(guò)棒料、通過(guò)刀具夾緊裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤等?？讖皆酱?，可通過(guò)的棒料直徑也越大，機(jī)床使用范圍就越廣，同時(shí)主軸重量減小。其孔徑大小取決于主軸剛度，,0.3,時(shí)空心實(shí)心相當(dāng)，,0.5,時(shí)空心約為實(shí)心,90%,，,0.7,時(shí)急劇下降，一般取,0.5,。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),3.主軸的材料和熱處理,主軸材料選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性要求的熱處理變形大小等因素確定，常用材料：,45,、,40Cr,、,38CrMoAl,等。,一般要求的機(jī)床主軸選用,45,，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（預(yù)）獲得較好綜合機(jī)械性能（,22-28HRC,），再根據(jù)使用要求對(duì)一些表面進(jìn)行表面淬火（,40-48HRC,）；當(dāng)載荷較大或存在沖擊或精密機(jī)床高軸為減少熱處理后的變形或軸向移動(dòng)的主軸為提高耐磨性，可選用合金鋼如,40Cr,，調(diào)質(zhì)處理,+,表面淬火（,42-50HRC,），或是選用,20Cr,進(jìn)行滲碳淬火（,56-62HRC,）；高精密機(jī)床的主軸材料則選用,38CrMoAl,氮化處理，硬度,850-1000HVC,。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),4.主軸支承的主要精度指標(biāo),1）前支承軸承軸頸的同軸度公差約為5m左右。,2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配磨，且須保證配合過(guò)盈為15m。,3）定位錐孔與軸承軸頸的同軸度要求為35m，與刀柄或車夾具定位圓錐面的接觸面積不小于80，且大端接觸較好。,4）裝NN3000K(舊編號(hào)為3182100)型調(diào)心圓柱滾子軸承的112錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),5.主軸部件的支承,機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度，機(jī)床主軸多采用滾動(dòng)軸承作支承，對(duì)于精度要求高、承受較大切削載荷的主軸可采用動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承作支承。,（1）主軸軸承的類型,1）滾動(dòng)軸承,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),圖3-15主軸常用的滾動(dòng)軸承,2）主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),圖3-17數(shù)控機(jī)床主軸支承的配置形式,圖,3-17 a,）所示配置：主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足強(qiáng)力切削要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床主軸支承，后支承可用圓柱滾子軸承進(jìn)一步提高后支承徑向剛度。,圖,3-17 b,）所示配置：主軸剛度不及,a,）所示，但其可以滿足主軸高轉(zhuǎn)速要求，普遍應(yīng)用于轉(zhuǎn)速范圍大、最高轉(zhuǎn)速高的數(shù)控機(jī)床，前支承采用四個(gè)或更多個(gè)角接觸軸承，后支承用兩個(gè)深溝球軸承以提高主軸剛度。,圖,3-17 c,）所示配置：主軸能承受較重載荷，徑向和軸向剛度高，但其主軸最高轉(zhuǎn)速低，適用于中等精度要求、低速、重載的數(shù)控機(jī)床主軸。,為提高主軸支承剛度，對(duì)于前后軸承組跨距較大的數(shù)控機(jī)床主軸，增加輔助支承形成所謂的“三支承”以有效地減少主軸彎曲變形，可設(shè)在中間支承也可設(shè)在后支承。輔助支承在徑向要保留必要游隙以避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，輔助支承一般選用深溝球軸承。,液體靜壓軸承和動(dòng)壓軸承應(yīng)用在高轉(zhuǎn)速、高回轉(zhuǎn)精度的場(chǎng)合，如要求更高最高轉(zhuǎn)速，可使用空氣靜壓軸承。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),（2）滾動(dòng)軸承間隙與預(yù)緊,滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生微量預(yù)變形，受載后滾動(dòng)體數(shù)目增加受力趨于均勻，可提高承載能力及剛度，減少主軸軸向漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。若預(yù)緊過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致軸承磨損加劇、精度很快喪失。,滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整或預(yù)緊是通過(guò)軸承內(nèi)、外圈相對(duì)軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),1）軸承內(nèi)圈移動(dòng),適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),圖3-18滾動(dòng)軸承的預(yù)緊,2,）修磨座圈（軸承內(nèi)外圈）或隔套,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結(jié)構(gòu),圖3-19修磨軸承座圈,圖,3-19 a,）為軸承外圈寬邊相對(duì)（背對(duì)背），可修磨內(nèi)圈。,圖,3-19 b,）為軸承外圈窄邊相對(duì)（面對(duì)面），可修磨外圈。,將兩個(gè)軸向長(zhǎng)度不同的隔套放在兩個(gè)軸承內(nèi)外圈之間，同時(shí)將內(nèi)圈、外圈壓緊，使?jié)L道產(chǎn)生預(yù)緊。,數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng),3.,2,主