普通机床与数控机床于万成第3章++数控机床的典型结构课件教学.pptVIP

第3章 数控机床的典型结构 主 编 于万成 副主编 王桂莲 教学目的:掌握数控机床的主传动系统及主轴部分的结构，掌握数控机床的进给传动系统、自动换刀装置的结构，掌握数控机床的伺服系统、数控机床的检测装置的原理及结构。 技能要求:能正确指出数控机床的主传动系统、进给传动系统、自动换刀装置、伺服系统、检测装置的结构。 3.1 数控机床的主传动系统及主轴部分 3.1.1主传动系统 1.数控机床主传动的特点 （1）转速高，功率大，它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。 （2）主轴转数变换迅速可靠，并能自动无级变速，使切削工作始终在最佳状态下进行。 （3）为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须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。 2.主传动的变速方式 （1）无级变速 目前，数控机床的主传动电动机已经基本不再使用普通交流异步电动机和传统的直流调速电动机，它逐步被交、直流伺服电动机所代替。数控机床的主传动系统要有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 数控机床主传动的无级变速通常有以下三种方法： 1)交、直流主轴驱动系统 现采用交流主轴驱动系统实现无级变速传动，在早期是采用直流主轴驱动系统，直流主轴驱动系统中的三相可控硅调速驱动装置功率大。 2)变频器带变频电动机 在经济型、普及型数控机床上，为了降低成本，可以采用变 频器带变频电动机或普通交流电动机来实现无级变速。 3)电主轴 在高速加工机床上，广泛使用主轴和电动机一体化的新颖功能部件电主轴。电主轴的电动机转子和主轴一体，无须任何传动件，可以使主轴达到每分钟数万转、甚至十几万转的高转速。 （2）分段无级变速 无级变速主轴结构虽然大大简化了主轴箱，但由于数控机床的主传动的调速范围较大，单靠调速电机有时无法满足它的调速范围，另一方面调速电机的功率扭矩特性也难于直接与机床的功率和扭矩要求相匹配。 3.数控机床主轴的传动形式: 一是如图3.1(a)所示，电机直接带动主轴旋转，优点是结构紧凑，占用空间小，转换效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性完全一致，因而使用上受到一定限制。 二是如图3.1(b)所示，电机经同步齿形带传动主轴，其优点是结构简单安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求，但其调速范围仍受电机调速范围的限制。 三是如图3.1(c)所示，电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力。但结构较复杂，需增加润滑及温度控制系统，制造维修要求较高。 3.1.2主轴部件 主轴部件是数控机床的最关键部件，它对零件加工质量有着直接的影响。主轴部件包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。 数控机床的主轴部件要求有高的精度、刚度和热稳定性，还应满足数控机床所特有的结构要求。如对于自动换刀的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。 1.主轴部件的运动方式 主轴部件按运动方式可分为以下几类: （1）只做旋转运动的主轴组件 这类主轴组件结构较为简单，如车床、铣床和磨床等主轴组件属于这一类。 （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。其中主轴组件与轴承装在套筒内。 主轴在套筒内做旋转主运动，套筒在主轴箱的导向孔内做直线进给运动。 （3）既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件 属于这一类的主轴组件有滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。 主轴在套筒内做旋转运动，并可根据需要随主轴套筒一起做轴向调整移动。主轴组件工作时，用其中的夹紧装置将主轴套筒夹紧在主轴箱内，提高主轴部件的刚度。 （4）既有旋转运动又有径向进给运动的主轴部件 属于这一类的有卧式镗床的平旋盘主轴部件和组合机床的镗孔车端面头主轴部件。 主轴做旋转运动时，装在主轴前端平旋盘上的径向滑块可带动刀具做径向进给运动。 （5）主轴做旋转运动又做行星运动的主轴部件 新式内圆磨床砂轮主轴部件的工作原理如图3.2所示，砂轮主轴l在支撑套2的偏心孔内做旋转主运动。支承套2安装在套筒4内。套筒4的轴线与工件被加工孔轴线重合，当套筒4由蜗杆6经蜗轮W传动，在箱体3中缓慢地旋转时，带动套筒及砂轮主轴做行星运动，即圆周进给运动。通过传动支承套2来调整主轴与套筒4的偏心距e，实现横向进给。 2.主轴 主轴是主轴部件中的关键零件。它的结构尺寸和形