第3章 数控机床的机械系统 《数控机床》教学课件.ppt

第3章? 数控机床的机械系统 3.1? 数控机床的主传动系统 3.1.1　主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。 1）带有变速齿轮的主传动 2）通过带传动的主传动 如图3-1（b）所示，这种传动主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。电机本身的调速能够满足变速要求，不用齿轮变速。同步带传动是综合了带、链传动的优点新型传动。不打滑、传动准确、效率高、传动平稳、保养方便，无须润滑，但对安装式中心距要求高、工艺复杂、造价成本较高。常用的同步带传动如图3-2所示。 图3-2 同步带的结构与传动 3）由调速电机直接驱动的主传动 由调速电机直接驱动的主传动有两种类型，一种是主轴电机输出轴通过精密联轴器直接与主轴联接，如图3-3（a）所示。另一种类型如图3-3（b）所示，主轴与电机转子合为一体，称为内装电机主轴。 联轴器直接与主轴联接 其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用； 内装电机主轴 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，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。 3.1.2　主传动系统的主轴部件 数控机床的主轴部件是主运动的执行部件，它夹持刀具或工件，并带动其旋转。主轴部件既要满足精加工时高精度的要求，又要具备粗加工时高效切削的能力，因此在旋转精度、刚度、抗振性和热变形等方面，都有很高的要求。主轴部件包括主轴、主轴的支承以及安装在主轴上的传动零件，对于具有自动换刀功能的数控机床还有刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。 1.主轴端部的结构 1）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。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。 （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。 （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。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。 2）主轴端部的结构 主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用的结构形式。 图3-4（a）适用于为车床的主轴端部，为短锥法兰式结构。 图3-4（b）适用于铣、镗类机床的主轴端部。铣刀或刀杆由前端7:24的锥孔定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，前端的端面键用于传递扭矩。 图3-4（c）适用于外圆磨床砂轮主轴的端部。 图3-4（d）适用于内圆磨床砂轮主轴的端部。 图3-4（e）、3-4（f）为钻床主轴的端部，刀具由莫氏锥孔定位，锥孔后端第一个扁孔用于传递扭矩，第二个扁孔用于拆卸刀具。 2.主轴的支撑 （1）前支承采用双列端圆柱滚子轴承和60°角接触双列推力向心球轴承组合，承受径向和轴向载荷，后支承采用成对角接触球轴承，如图3-6（a）所示。这种结构配置形式是现代数控机床主轴结构中刚性最好的一种，它使主轴的综合刚度得到大幅度提高，可以满足强力切削的要求，目前各类数控机床的主轴普遍采用这种配置形式。 （2）前支承采用角接触球轴承，由2～3个轴承组成一套，背靠背安装，承受径向和轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，如图3-6（b）所示。这种配置能承受的轴向载荷较前一配置小，但主轴部件精度较好，适合较高转速，较重切削载荷的主轴。 （3）前、后支承均采用角接触球轴承，用以承受径向和轴向载荷，如图3-6（c）所示。这种配置适合于高速、轻载和精密的数控机床主轴。 （4）前支承采用双列圆锥滚子轴承，用以承受径向和轴向载荷，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图3-6（d）所示。这种配置能承受重载荷和较强动载荷，但主轴转速受到限制，适合于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 数控机床常用滚动轴承的结构形式 3.刀具自动夹紧装置、切屑清除装置和主轴准停装置 自动换刀卧式镗铣床主轴部件 1-刀杆 2-主轴 3-钢球 4-空气喷嘴 5-套筒 6-支承套 7-拉杆 8-蝶形弹簧 9、10-定位盘 11-油缸（及活塞） 12-滚子 13-定位油缸（及活塞） 14-无触点开关 15-限位开关 16-开关 2