数控机床原理及应用 教学课件 作者 何伟 第三讲.ppt

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1、数控机床原理及应用第三讲数控机床的机械结构与工作原理(一)本讲内容提要主传动系统及特点数控机床主轴的变速方式主轴部件数控机床主传动系统定义：主运动系统：指驱动主轴运动的系统。主轴：指带动刀具和工件旋转，产生切削运动且消耗功率最大的运动轴。功用：传递动力：传递切削加工所需要的动力传递运动：传递切削加工所需要的运动运动控制：控制主运动的大小方向开停组成：动力源：电机传动系统：定比传动机构、变速装置运动控制装置：离合器、制动器等执行件：主轴主传动系统及特点有较宽的调速范围有足够的功率和扭矩有足够的传动精度主轴变速迅速可靠有较宽的调速范围数控机床主轴驱动要求有较大的

2、调速范围，以满足各种工况的切削，获得最合理的切削速度，从而保证加工精度、加工表面质量及高的生产效率。特别是对于具有自动换刀装置的加工中心，为适应各种刀具、各种材料的加工，对主轴的调速范围要求更高。有足够的功率和扭矩使数控加工方便实现低速时大扭矩，高速时恒功率，以保证加工的高效率。有足够的传动精度各零部件应具有足够的精度、刚度、抗振性、低噪声、热稳定性和耐磨性，使主轴运动高精度，从而保证数控加工高精度。主轴变速迅速可靠数控机床的变速是按控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动加工的要求。由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级

3、变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。数控机床主轴的变速方式数控机床的主传动系统，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速。由于电机功率和扭矩特性一般不能满足机床主轴的使用要求，为了扩大调速范围，适应低转速大扭矩的要求，也经常使用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合实现分级调速。主要有三种配置方式：带有变速齿轮的主传动带传动的主传动调速电动机直接驱动的主传动带有变速齿轮的主传动采用少数几对齿轮降速，使主轴实现分段无级变速，扩大了输出转矩，以满足主轴低速时对输出扭矩的要求。特点：在带有齿轮变速的分段无级变速系统中，主轴的正、反向启动与停止

4、、制动是由电动机实现的，主轴变速则由电动机无级变速与齿轮有级变速相配合来实现。变档时，滑移齿轮的位移大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。应用：这种配置适合于大中型机床，确保主轴低速时输出大扭矩、高速时输出恒功率特性的要求。一部分小型数控机床采用这种传动方式，以获得强力切削时所需的扭矩。带传动的主传动数控机床上常用的带传动类型：多楔带同步齿形带多楔带的传动特点：多楔带能够满足主传动要求的高速、大转矩和不打滑。但多楔带安装时需较大的张紧力，使得主轴和电动机承受较大的径向负载同步带的结构：带的工作面及带轮外圆均制成齿形，通过带齿与轮齿相嵌合，作无相对滑动

5、的啮合传动。同步齿形带采用受载后无弹性变形的材料作强力层，其强度高，厚度小，重量轻。同步带的特点：(1)传动效率高，可达98％以上；(2)无滑动，传动比准确；(3)传动平稳，噪声小；(4)使用范围较广，速度可达50m／s，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦；(5)维修保养方便，不需要润滑。不足之处是，同步带安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本较高。应用：主要在小型数控机床和数控车床上使用。该传动方式传动平稳、结构简单、安装调试方便，避免了齿轮传动引起的振动和噪声。只适用于低扭矩特性要求的主轴，调速范围比（恒功率调速范围与恒扭矩调速范围之比

6、）受电动机调速范围比的约束。调速电动机直接驱动的主传动电机轴与主轴用联轴器同轴联接。一般采用直流或交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现无级变速。特点：调速电动机直接驱动主传动，这种方式大大简化主轴结构，有效地提高主轴刚度。但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响大。电主轴：电主轴又称内装式主轴电机，即主轴与电机转子合为一体。（电动机转子轴即为机床主轴），优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，最高可达20000r/min。缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制

7、和冷却是内装式电机主轴的关键问题主轴部件主轴端部结构主轴的支承主轴内刀具的自动夹紧切屑清除装置主轴准停装置主轴端部结构主轴端部是用来安装刀具或夹持工件的夹具。在结构上应保证定位准确，安装可靠，连接牢固，拆装方便，并能传递足够的转矩。主轴端部的形状都已标准化主轴的支承数控机床主轴对加工质量有直接的影响。数控机床主轴支承应具有更高的动静刚度和抵抗热变形的能力。主轴支承根据主轴性能（转速、承载能力、回转精度等）要求不同而采用不同种类的轴承。数控机床主轴支承采用的滚动轴承类型有：角接触球轴承，双列短圆柱滚子轴承，双向推力角接触球轴承以及圆锥滚子轴承。主轴支承配置一般

8、采用两个或三个角接触球轴承组成，或用角接触球轴承与圆