數(shù)控機床結(jié)構(gòu)

 主運動機械部件  

    數(shù)控機床的主傳動運動是指生產(chǎn)切屑的傳動運動，例如，數(shù)控車床上主軸帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉(zhuǎn)運動。數(shù)控機床的主傳動運動是通過主傳動電機拖動的。  

    一、主傳動運動的變速系統(tǒng)  

    目前，數(shù)控機床的主傳動電機已經(jīng)基本不再使用普通交流異步電機和傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，他們與逐步被新興的交流變頻調(diào)速伺服電機和直流伺服調(diào)速電機代替。數(shù)控機床的主運動要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能選用合理的切屑用量，從而獲得*佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。為了適應(yīng)各種工件和各種工件材料的要求，多恭喜自動換刀的數(shù)控機床和加工中心主運動的調(diào)速范圍應(yīng)進一步擴大。數(shù)控機床的變速時按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)須適應(yīng)自動操作的要求。 由于直流和交流變速主軸電機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)和提高了變速控制的可靠性，因此在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。為了確保低速時的扭矩，有的數(shù)控機床在交流和直流電機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。由于主運動采用了無級變速，在大型數(shù)控車床上測斜端面時就可實現(xiàn)恒速切屑控制，以便進一步提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數(shù)控機床主傳動主要有三種配置方式。  

    1.帶有變速齒輪的主傳動  

    這是大、種型數(shù)控機床采用較多的一種方式。通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數(shù)控機床業(yè)采用此種傳動方式，以獲得切屑時所需要的扭矩。滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓油缸帶動齒輪實現(xiàn)。    

    2.由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動  

    這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。   

    3.通過皮帶傳動的主傳動  

    這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動是引起的振動與噪聲。但它只能使用與要求的扭矩特性的主軸。

 二、數(shù)控擊穿主軸部件  

    數(shù)控機床主軸部件的精度、剛度和熱變形對加工質(zhì)量有直接影響。由于加工過程中不對數(shù)控機床進行人工調(diào)整，因此這些影響就更為嚴重。目前數(shù)控機床的主軸廠主要有三種型式。  

    1.前后支撐采用不同軸承  

    前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60°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。此配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足切屑的要求，因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機床。  

    2.前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承  

    向心推力球軸承高速時性能良好，主軸*高轉(zhuǎn)速可達4000r/min。但是，它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和緊密的數(shù)控車床。  

    3.雙列和單列圓錐滾子軸承  

    這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調(diào)整性能也好。但是，這種軸承限制了主軸的*高轉(zhuǎn)速和精度，因此使用中等精度、低速與重載的數(shù)控機床。在主軸的機構(gòu)上，要處理好卡盤和刀架的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙調(diào)整、 主軸部件的潤滑和密封以及工藝上的其他一系列問題。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對機床工作精度的影響，通常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度。在某些數(shù)控鏜、銑床上采用專用的制冷裝置，比較理想的實現(xiàn)了溫度控制。近年來，某些數(shù)控機床的主軸軸承采用高級油脂，用封入方式進行潤滑，每加一次油脂可以使用7年至10年。為了使?jié)櫥秃陀椭恢禄旌希ǔ２捎妹詫m密封方式。      

    對于數(shù)控鏜床或銑床的主軸，考慮到實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還配有刀具自動裝卸、主軸準停和主軸孔內(nèi)切屑的清除裝置。

    對于數(shù)控車床主軸，因為在它的兩端安裝著結(jié)構(gòu)笨重的動力卡盤和夾緊油缸，所以主軸剛度須進一步提高，并應(yīng)設(shè)計合理的連接端，以改善動力卡盤與主軸端度的連接剛度。   

    進給傳動機械部件  

    通常，一個典型的數(shù)控機床閉環(huán)控制進給系統(tǒng)，由位置比較，放大元件、驅(qū)動單元、機械傳動裝置和檢測反饋元件等幾部分組成。其中，機械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。這里所說的機械傳動裝置，是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈，包括齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動機構(gòu)。  

    （1）聯(lián)軸器   

    聯(lián)軸器是用來連接寄給機構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)移傳遞扭矩和運動的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類型繁多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器的應(yīng)用*為廣泛。  

    套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動）。且要求兩軸嚴格對中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時受到限制。  

    繞行聯(lián)軸器采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動力傳遞沒有方向間隙。  

    凸緣式聯(lián)軸器構(gòu)造簡單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對中性好的場合。他的主要缺點是對兩軸的對中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機件內(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化。  

    （2）減速機構(gòu)  

    1.齒輪傳動裝置  

    齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機（如步進電機、直流和交流伺服電機等）的輸出改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸入；另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。此外，對于開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運動精度。  

    為了盡量減小齒側(cè)間隙對數(shù)控機床加工精度的影響，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯齒法、利用偏心套調(diào)整齒輪副中心距或采用軸向墊片調(diào)整法消除齒輪側(cè)隙。  

    與采用同步齒形帶相比，在數(shù)控機床進給傳動鏈中采用齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機構(gòu)中常配置阻尼器來改善動態(tài)性能。  

    2.同步齒形帶  

    同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，且無相對滑動，平均傳動比較準確，傳動精度高，而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現(xiàn)已在數(shù)控機床上廣泛應(yīng)用。同步齒形帶的主要參數(shù)與規(guī)格如下：  

   ( 1）齒距 齒距p為相鄰兩齒在節(jié)線上的距離。由于層在工作時長度不變，所以層的中心線被規(guī)定為齒形帶的節(jié)線（中性層），并以節(jié)線的周長L作為齒形帶的公稱長度。  

   ( 2）模數(shù) 模數(shù)定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計算的一個主要依據(jù)。  

    (3）其它參數(shù) 齒形帶的其它參數(shù)和尺寸與漸開線齒條基本相同。齒形帶齒形的計算公式與漸開線齒條不同，因為齒形帶的節(jié)線在層上，而不在齒高中部。  

    齒形帶的標注方法是：模數(shù)*寬度*齒數(shù)，即m*b*z。  

    （三）滾珠絲杠螺母副  

    為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，須降低數(shù)控機床進給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。因此，形成不太長的直線運動機構(gòu)常用滾珠絲杠副。  

    滾珠絲杠副的傳動效率高達85%-98%，是普通滑動絲杠副的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅(qū)動升降運動（如主軸箱或升降臺的升降），則須有制動裝置。  

    滾珠絲杠的靜、動摩擦系數(shù)實際上幾乎沒有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預(yù)載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專門工廠制造。

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