第2章 数控机床的结构1-2.ppt

2.2 CNC主传动系统及主轴部件 2.2.1 主传动变速配置 主传动是为机床提供动力，使主运动部件获得一定速度和方向成形运动的传动链，包括主轴电动机、主传动系统和主轴部件。 1 数控机床对主传动的基本要求 1) 宽的调速范围； 2) 无级变速或分段无级变速，变速可靠； 3) 主传动链短，传动件少； 4) 主轴要具有恒线速切削功能 ； 5) 主轴要具有位置伺服功能； 6)主轴的旋转精度、运动精度要高； 7) 高的刚度和抗震性，耐磨性、热稳定性好； 2)主轴部件的旋转精度： 主轴部件旋转精度指装配后，在无载荷和低速转动条件下(静态)主轴前端和300mm处的径向跳动和轴向窜动值。出厂时，普通级MC，300mm处允许误差＜0.02mm。 旋转精度反映主轴瞬时回转中心与理想回转中心在空间的位置误差，即体现主轴的轴心漂移。 2 主轴电动机和主轴精度 常用的主轴电机为交流变频调速电机和交流伺服电机。 交流变频调速的优点是成本较低，但不能实现电动机轴在圆周任意方向的准确定位。 交流伺服主轴电动机可以实现主轴在任意方向上的定位，并且以很大转矩实现微小位移；功率大，成本高。 1) 主轴电动机： 1) 带有变速齿轮的主传动 特点： （1）适用于大、中型数控机床； （2）主轴能在强力低速段输出大扭矩； （3）滑移齿轮采用液压拨叉或电磁离合器来移位； 3 主传动的调速配置方式 2)通过皮带传动的主传动 特点： （1）主要应用于低扭矩的小型数控机床； （2）使用三角带或同步带传动，避免了齿轮传动的振动与噪声； 3)由调速电机直接驱动的主传动 特点： (1)主轴箱体与主轴的结构简单，主轴部件的刚度高； (2)主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大； (3)电主轴适用于高速加工机床； 2.2.2 主轴部件 主轴部件包括主轴、主轴支承、主轴编码器、主轴准停装置和主轴传动件等。 1 主 轴 1) 主轴结构尺寸 包括直径、内孔直径、悬挂长度、支承跨距。 主轴直径：后端支承轴径一般为前支承轴径的0.7～0.8倍； 内孔直径：用于通过棒料、刀具装夹、传动气压或液压卡盘； 内孔直径∶主轴直径 ＝0.3～0.7，一般为0.5 2) 主轴轴端结构 作用：安装夹具或刀具； 要求：轴端定位精度高，定位刚度好，装卸方便； 车床：短圆锥法兰盘，定心好，刚度高，悬挂长度短； 主轴一般设计成阶梯圆柱，外径前端后端，内部多数为空心，前端采用锥孔。 2 主轴支承 机床主轴支承分为径向支承和轴向(推力)支承，推力支承一般位于主轴前支承，以减小机床原点的偏移，定位形式一般有两支承或三支承。 主轴轴承一般选用圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承。形式如图，线接触的滚子轴承比点接触的球轴承刚性好，但转速受温升限制。 1) 主轴轴承配置方式 CNC主轴轴承配置主要有三种型式：(1)前后支承采用不同轴承--(a)?????????前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。 此种配置形式综合刚度高，可以满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床。 (a)的一种装配结构 该轴承结构配置形式是现代主轴结构中刚性最好的一种 1) 主轴轴承配置方式 1) 主轴轴承配置方式 (2)前后轴承采用高精度多列向心推力球轴承--(b)???? 此种配置形式高速性能好，主轴转速高达1万转。但承载能力小，适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。后支承也有用一个圆柱滚子轴承的 (b)的二种装配结构 1) 主轴轴承配置方式 ??????????此种配置能承受较大的径向和轴向力，能承受重载，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。 但主轴的最高转速和精度受限制，因此适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 1) 主轴轴承配置方式 ?(3)双列和单列圆锥滚子轴承--(c) 2) 主轴轴向定位方式 常见有以下四种定位方案，其中： (a) 后端定位，推力轴承布置在后支承两侧。优点是结构简单，但主轴受热易伸长，用于精度不高的机床。 (b)前后端定位，推力轴承布置在两支承外侧。间隙由后端调整，主轴受热易伸长时，会改变轴承间隙，需考虑主轴的自动预紧，不常用。 (c)会增加主轴悬挂长度，对提高刚度不利； (d)的悬挂长度小，刚度大，但结构相对复杂