數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)

主運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件

數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)是指生產(chǎn)切屑的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，例如，數(shù)控車床上主軸帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，立式加工中心上主軸帶動(dòng)銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)主傳動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)的。

一、主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的變速系統(tǒng)

目前，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已經(jīng)基本不再使用普通交流異步電機(jī)和傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，他們與逐步被新興的交流變頻調(diào)速伺服電機(jī)和直流伺服調(diào)速電機(jī)代替。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)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(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床和加工中心主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。數(shù)控機(jī)床的變速時(shí)按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。 由于直流和交流變速主軸電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)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(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中更能顯示出它的優(yōu)越性。為了確保低速時(shí)的扭矩，有的數(shù)控機(jī)床在交流和直流電機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。由于主運(yùn)動(dòng)采用了無(wú)級(jí)變速，在大型數(shù)控車床上測(cè)斜端面時(shí)就可實(shí)現(xiàn)恒速切屑控制，以便進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)主要有三種配置方式。

1.帶有變速齒輪的主傳動(dòng)

這是大、種型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種方式。通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪減速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸對(duì)輸出扭矩特性的要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床業(yè)采用此種傳動(dòng)方式，以獲得切屑時(shí)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(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)。

2.由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)

這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)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(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。

3.通過(guò)皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)

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

二、數(shù)控?fù)舸┲鬏S部件

數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度、剛度和熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接影響。由于加工過(guò)程中不對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行人工調(diào)整，因此這些影響就更為嚴(yán)重。目前數(shù)控機(jī)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(duì)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(jī)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(shí)性能良好，主軸*高轉(zhuǎn)速可達(dá)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(qiáng)的動(dòng)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(jī)床。在主軸的機(jī)構(gòu)上，要處理好卡盤(pán)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(rùn)滑和密封以及工藝上的其他一系列問(wèn)題。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對(duì)機(jī)床工作精度的影響，通常利用潤(rùn)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(shí)現(xiàn)了溫度控制。近年來(lái)，某些數(shù)控機(jī)床的主軸軸承采用高級(jí)油脂，用封入方式進(jìn)行潤(rùn)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?，通常采用迷宮密封方式。

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

對(duì)于數(shù)控車床主軸，因?yàn)樵谒膬啥税惭b著結(jié)構(gòu)笨重的動(dòng)力卡盤(pán)和夾緊油缸，所以主軸剛度須進(jìn)一步提高，并應(yīng)設(shè)計(jì)合理的連接端，以改善動(dòng)力卡盤(pán)與主軸端度的連接剛度。

進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械部件

通常，一個(gè)典型的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)，由位置比較，放大元件、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成。其中，機(jī)械傳動(dòng)裝置是位置控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這里所說(shuō)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，是指將驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括齒輪裝置、絲杠螺母副等中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

（1）聯(lián)軸器

聯(lián)軸器是用來(lái)連接寄給機(jī)構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)移傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)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(jī)械式。機(jī)械式聯(lián)軸器的應(yīng)用*為廣泛。

套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動(dòng)）。且要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時(shí)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(dòng)力傳遞沒(méi)有方向間隙。

凸緣式聯(lián)軸器構(gòu)造簡(jiǎn)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(duì)中性好的場(chǎng)合。他的主要缺點(diǎn)是對(duì)兩軸的對(duì)中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機(jī)件內(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化。

（2）減速機(jī)構(gòu)

1.齒輪傳動(dòng)裝置

齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種機(jī)床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采用齒輪傳動(dòng)裝置的目的有兩個(gè)。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流和交流伺服電機(jī)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(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。此外，對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運(yùn)動(dòng)精度。

為了盡量減小齒側(cè)間隙對(duì)數(shù)控機(jī)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(cuò)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(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈中采用齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機(jī)構(gòu)中常配置阻尼器來(lái)改善動(dòng)態(tài)性能。

2.同步齒形帶

同步齒形帶傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng)。他利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因而兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高、厚度小、重量輕、故可用于高速傳動(dòng)。齒形帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動(dòng)效率也高，現(xiàn)已在數(shù)控機(jī)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(shí)長(zhǎng)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(zhǎng)L作為齒形帶的公稱長(zhǎng)度。

( 2）模數(shù) 模數(shù)定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計(jì)算的一個(gè)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(kāi)線齒條基本相同。齒形帶齒形的計(jì)算公式與漸開(kāi)線齒條不同，因?yàn)辇X形帶的節(jié)線在層上，而不在齒高中部。

齒形帶的標(biāo)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(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差。因此，形成不太長(zhǎng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副。

滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá)85%-98%，是普通滑動(dòng)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(dòng)升降運(yùn)動(dòng)（如主軸箱或升降臺(tái)的升降），則須有制動(dòng)裝置。

滾珠絲杠的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)實(shí)際上幾乎沒(méi)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(mén)工廠制造。

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