文档介绍：第三章数控机床的机械传动系统
第一节数控机床的主传动系统
一、数控机床主传动系统的特点
数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床,它的机械部分较普通机床有更高的要求,如高精度、高刚度、高速度、低摩擦等。因此,无论是从机床布局、基础件结构设计,还是轴承的选择与配置,都十分注意提高它们的刚度;零部件的制造精度和精度保持性都比普通机床提高很多,基本上按精密或高精密机床考虑,如主轴轴承都采用C级或超C级轴承,传动丝杠采用高精度的滚珠丝杠螺母副。主传动和进给传动都广泛采用高性能的交、直流伺服电动机驱动。此外为提高数控机床的灵敏度,改善摩擦特性,数控机床普遍采用了滚珠丝杠螺母副、滚动导轨、贴塑导轨以降低摩擦损失,减少动、静摩擦系数之差,以避免爬行。为了防止不灵敏区产生,在进给传动系统中普遍采用消除间隙和预紧的措施。
数控机床与普通机床比较,具有下列特点:
(1)转速高,功率大,数控机床能进行大功率切削和高速切削,从而实现高速加工。
(2)主轴转速的变换迅速可靠,并能自动无级变速,使切削工作始终在最佳状态下运行。
(3)为实现刀具的快速及自动装卸,其主轴还设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。
主传动系统是实现主运动的传动系统,它的转速高、传递的功率大,是数控机床的关键部件之一,对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。
二、数控机床主轴变速方式
目前,主传动系统大致可分为以下大类。
如图3-1a)所示,通过少数几对齿轮降速,以满足主轴低速时对扭矩特性的要求。数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速,使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸和拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
如图3-1b)所示,这种传动主要应用在小型数控机床上,由交流电机通过V带直接带动主轴。这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声,但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。
如图3-1c)所示,这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高了主轴部件的刚度,但主轴输出扭矩小,电机发热对主轴影响较大。
图3-1 主传动型式
三、主轴组件
数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件,它的回转精度,影响工件的加工精度;它的功率大小与回转速度,影响加工效率;它的自动变速、准停、换刀等,影响机床的自动化程度。因此,要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高的回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升;在结构上,必须很好地解决刀具或工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整、润滑密封等问题。
主轴组件的类型
主轴组件按运动方式可分为五类:
(1)只作旋转运动的主轴组件。此类主轴结构较为简单,如车床、铣床和磨床等的主轴组件。
(2)既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件。如钻床和镗床等的主轴组件。其主轴组件与轴承装在套筒内,主轴在套筒内作旋转主运动,套筒在主轴箱的导向孔内作直线进给运动。
(3)既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件。如滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。主轴在套筒内作旋转主运动,并可根据需要随主轴套筒一起作轴向调整移动。
(4)既有旋转运动又有径向进给运动的主轴组件。如卧式镗床的平旋盘主轴部件、组合机床的镗孔车端面头主轴组件。主轴作旋转运动时,装在主轴前端平旋盘上的径向块可带动刀具作径向进给运动。
(5)主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
(二)主轴
主轴是主轴组件的重要组成部分。它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及热处理等,对主轴组件的工作性能有很大的影响。主轴结构随主轴系统设计要求的不同而有多种形式。
主轴的主要尺寸参数包括:主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨度。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。
主轴直径
主轴直径越大,其刚性越高,但轴承和轴上其它零件的尺寸也相应增大。轴承的直径越大,同等级精度轴承的公差值也就越大,要保证主轴的旋转精度就越困难,同时极限转速也下降。
主轴内孔直径
主轴内孔用来通过棒料,用于通过刀具夹紧装置固定刀具以及传动气动或液压卡盘等。主轴孔径越大,可通过的棒料直径就越大,机床的使用范围就越宽,同时主轴部件也越轻。主轴孔径大小主要受主轴刚度的制约。,空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当;,空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%;,空心主轴的刚度急剧下降。
悬伸长度
主轴的悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸、前轴承的类型和组合方式以及轴承的润滑与密封有关。主轴的悬伸长度对主轴的刚度影响很大,主轴悬伸长度越短,其刚度越好。
主轴的支承