2_加工中心结构组成

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1、2加工中心结构及附件2.1加工中心的传动系统2.1.1主传动系统1.对加工中心主轴系统的要求加工中心主轴系统主要由主轴动力、主轴传动、主轴组件等部分组成。由于加工中心相对一般的数控铣床来说必须具有更高的加工效率，更宽的使用范围，更高的加工精度，因此，它的主轴系统必须满足如下要求：(1)具有更大的调速范围并实现无级变速(2)具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低(3)良好的抗振性和热稳定性(4)具有刀具的自动夹紧功能2.主轴电动机与传动1）主轴电动机加工中心常用的主轴电动机有交流调速和交流伺服电动机两种。交流调速电

2、动机通过改变电动机的供电频率可以调整电动机的转速，这种电动机成本较低，但不能实现电动机轴的径向准确定位。交流伺服主轴电动机是一种高效能的主轴驱动电动机，这种电动机轴不但能实现任意径向的定位，还能以大转矩实现微小角度的转动。2）主轴传动系统低速主轴常采用齿轮变速机构或同步带构成主轴的传动系统，从而可增强主轴的驱动力矩，适应主轴传动系统性能与结构。图2-1为VPl050加工中心的主轴传动结构。主轴转速范围为10r/min～4000r/min。当滑移齿轮3处于下位时，主轴在10～1200r/min间可实现无级变速。当数

3、控加工程序要求较高的主轴转速时，PLC根据数控系统的指令，主轴电动机自动实现快速降速，在主轴转速低于10r/min时，滑移齿轮3向上滑移，当达到上位时，主轴电动机开始升速，使主轴转速达到程序要求的转速。高速主轴要求在极短时间内实现升降速，在指定位置快速准停，这就要求主轴具有很高的角加速度。通过齿轮或传动带这些中间环节，常常会引起较大振动和较大噪声，而且增加了转动惯量。为此将主轴电动机与主轴合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，是主轴高速单元的理想结构。目前电主轴的转速可达到120000r/min～800

4、00r/min；有的电主轴的最高主轴转速甚至能达到120000r/min。11图2-1VP1050加工中心的主轴传动机构1-主轴驱动电动机2、5-主轴齿轮3-滑移齿轮4、6-从动齿轮3.加工中心主轴组件加工中心主轴组件包括主轴、主轴轴承、传动件、密封件、自动夹紧装置、主轴定向装置和主轴锥孔清理装置等结构。1）主轴部件如图2-2所示，主轴1前端有7:24的锥孔，用于装夹BT40刀柄。主轴端面装有端面键，用以传递扭矩及周向定位。主轴材料常采用的有38CrMoAlA、9Mn2V、GCrl5等。主轴锥孔及与支承轴承配合部

5、位均应经渗氮和感应加热淬火。主轴1的前支承配置了三个高精度的向心推力角接触球轴承4，用以承受径向载荷和轴向载荷，前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母5来调整。后支承为一对小口相对配置的向心推力角接触球轴承6，它们只承受径12向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承类型和配置形式，满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求。主轴受热变形后向后伸长，不影响加工精度。图2-2JCS-018A主轴结构简图1－主轴；2－拉钉；3－钢球；4、6－向心推力角接触球轴承；5－预紧螺母；

6、7－拉杆；8－碟形弹簧；9－圆柱螺旋弹簧；10－活塞；11－液压缸2）刀具的自动夹紧机构在图2-2所示，主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。它主要由拉杆7、拉杆端部的四个钢球3、碟形弹簧8、活塞10、液压缸11等组成。机床执行换刀指令，机械手从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液压缸上腔通入压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉2(拉紧刀具用)被松开，机械手拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中间孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主

7、轴后，液压缸上腔回油，在碟形弹簧和弹簧9的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，由于碟形弹簧的弹性力使刀具夹紧。13刀杆尾部的拉紧机构，常见的还有卡爪式。钢球拉紧刀柄时，接触应力太大，易将主轴孔和刀柄压出坑痕，而卡爪式则相对较好。如图2-3所示。图2-3改进后的刀柄拉紧机构2－拉杆；3－卡爪；4－套3）切屑清除装置如果主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆锥柄表面会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，甚至会使零件超差报废。为了保持主轴锥孔的

8、清洁，常采用的方法是使用压缩空气吹屑。4）主轴准停装置机床的切削转矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称为主轴定向装置。主轴要求准停的另一原因是便于在镗完内孔后能正确的退刀。目前主轴准停装置主要有机械方式和电气方式两种。机械准停方式中较典型的