數(shù)控機床結構

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運動，立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和砂輪等的旋轉運動。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)的直流調速電機，他們與逐步被新興的交流變頻調速伺服電機和直流伺服調速電機代替。數(shù)控機床的主運動要求有較大的調速范圍，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、加工精度和表面質量。為了適應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速范圍應進一步擴大。數(shù)控機床的變速時按照控制指令自動進行的，因此變速機構須適應自動操作的要求。 由于直流和交流變速主軸電機的調速系統(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.由調速電機直接驅動的主傳動

這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，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，安裝與調整性能也好。但是，這種軸承限制了主軸的*高轉速和精度，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構笨重的動力卡盤和夾緊油缸，所以主軸剛度須進一步提高，并應設計合理的連接端，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，是指將驅動源的旋轉運動變?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。

（1）聯(lián)軸器

聯(lián)軸器是用來連接寄給機構的兩根軸使之一起回轉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)軸器的應用*為廣泛。

套筒聯(lián)軸器構造簡單，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)軸器構造簡單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉速低、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，救在機件內引起附加載荷，使工作狀況惡化。

（2）減速機構

1.齒輪傳動裝置

齒輪傳動是應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。一是將高轉速的轉矩的伺服電機（如步進電機、直流和交流伺服電機等）的輸出改變?yōu)榈娃D速大轉矩的執(zhí)行件的輸入；另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量在系統(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。

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

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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