数控机床主传动系统及主轴部件

二、数控机床主轴的变速方式
数控机床的主传动要求较大的调速 范围，以保证加工时能选用合理的 切削用量，从而获得最佳的生产率 、加工精度和表面质量。
数控机床的变速是按照控制指令自动进行的 ，因此变速机构必须适应自动操作的再求。 故大多数数控机床采用无级变速系统， 数控机床主传动系统主要有以下三种配置方 式。
传统的做法是采用机械挡块等来定向。
而现代的数控机床一般都采用电气式主轴定向，只 要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确的定向 。
主轴的准停装置设置在主轴的尾端（ 如图）。交流调速电动机11通过多联 三角带9和皮带轮10带动主轴旋转，
，当主轴需要停车 换刀时，发出降速 信号，主轴箱自动 改变传动路线，使 主轴换到最低转速 运转。在时间继电 器延时数秒后，开 始接通无触点开关 。
角接触球轴承具有较好的高速性能，主轴最高转速可 达 4000r／min， 但是这种轴承的承载能力小，因而适用于高速、轻载 和精密的数控机床主轴。
3）双列圆锥滚子轴承和圆锥 滚子轴承（如图） 这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载 荷，尤其能承受较大的动载荷，安装与调 整性能好，
但是这种轴承配置方式限制了主轴的最高转速和精 度，所以仅适用于中等精度、低速于重载的数控机 床主轴。
（三）由调速电动机直接驱动的主传动（如图）
这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构 ，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩 小，电动机发热对主轴的精度影响较大。
从直流主轴电动机的速度与转矩关系 图中可以看出，在低于额定转速时为 恒转矩输出，高于额定转矩时为恒功 率输出。
使用这种电动机 可实现纯电气定 向，而且主轴的 控制功能可以很 容易与数控系统 相连接并实现修 调输入、速度和 负载测量输出等 。
（三）主轴内刀具的自动夹紧和切 屑清除装置 在自动换刀的数控机床中为了实现刀具在 主轴内的自动装卸，其主轴必须设计有刀 具的自动夹紧机构，如图所示。
刀杆采用7：24的大锥度锥柄，采用大 锥度的锥柄既有利于定心，也为松夹 带来了方便。
在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥柄的定心 和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。
（一）带有变速齿轮的主传动（如图）
这种配置方式大、中型数控机床采用较多。 它通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速，确保低速 时的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。 但有一部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切 削时所需要的扭矩。 滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来 实现。
第五章 数控机床的结构
第一节 数控机床的结构要求 第二节 数控机床主传动系统及主轴部件 第三节 数控机床的进给系统 第四节 数控机床回转工作台 第五节 数控加工使用的刀具及自动换刀系统 第六节 数控加工用辅助装置
第二节数控机床主传动系统及主轴部件
一、
数控机床主运动的特点
二、 数控机床主轴的变速方式
三、主轴部件
机床的主轴部件是机床重要部件之一，它带 动工件或刀具执行机床的切削运动， 因此数控机床主轴部件的精度，抗振性和热 变形对加工质量有直接的影响， 由于数控机床在加工过程中不进行人工调整 ，这些影响就更为严重。
主轴在结构上要处理好卡盘或刀具的装卡， 主轴的卸荷， 主轴轴承的定位和间隙调整， 主轴部件的润滑和密封等一系列问题。 对于数控镗铣床的主轴为实现刀具的快速或自 动装卸，主轴上还必须设计有刀具的自动装卸 ，主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。
在凸轮上的感应片对准无触点开关时，发出准停信 号，立即切断主轴电动机电源，脱开与主轴的传动 联系，以排除传动系统中大部分回转零件的惯性对 主轴准停的影响，使主轴作低速惯性空转。
位于图中带 轮5左侧的永 久磁铁4对准 磁传感器3时 ，主轴准确 停止，同时 限位开关发 出信号，表 示已完成。
电气式主轴定向控制的特点是：不需要机械 部件，定向时间短可靠性高，只需要简单的 强电顺序控制，精度和刚度高。
（二）主轴的定向停止
为了将主轴准确地停在某一固定位置上，以便在该 处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。
在加工精密的坐标孔时，由于每次都能在主轴的固 定圆周位置换刀，故能保证刀尖与主轴相对位置的 一致性，
从而减少被加工孔的尺寸分散度，这是主轴定向准 停装置带来的好处之一。
在自动换刀的数控机床上，每次自动装卸刀时，都 必须使刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求 主轴具有准确定位的功能。
(一）数控机床的主轴轴承配置主要有三种形式
l）前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承 和双向推力角接触球轴承组合，后支承采 用成对角接触球轴承（如图） 这种配置形式使主轴的综合刚度得到大幅度提高， 可以满足强力切削的要求，所以目前各类数控机床 的主轴普遍采用这种配置形式。
2）前轴承采用高精度双列向心推 力球轴承（如图）。
在蝶形弹簧8 的作用下，拉 杆7始终保持 约10000N的拉 力；并通过拉 杆右端的钢球 6将刀杆的尾 部轴颈拉紧。
换刀时首先将压力油通入主轴尾部的液 压缸左腔，活塞1推动拉杆7向有移动， 将刀柄松开，同时使蝶形弹簧8压紧。 拉杆7的右移使右端的钢球6位于套筒的喇叭口处， 消除了刀杆上的拉力。
（二）通过带传动的主传动（如图）
主要应用在小型数控机床上，可以避免齿 轮传动时引起的振动和噪声，但它只能适 用于低扭矩特性要求的主轴。
同步带传动是一种综合了带、链传动 优点的新型传动。 同步带的结构和传动如图所示。带的工作面及带轮 外圆上均制成齿形，通过带轮与轮齿相嵌合，作无 滑动的啮合传动。
带内采用了承载 后无弹性伸长的 材料作强力层， 以保持带的节距 不变，使主、从 动带轮可作无相 对滑动的同步传 动。
三、
主轴部件
一、数控机床主传动的特点
数控机床与普通机床比较具有以下特点：
1）转速高，功率大，它能使数控机床进 行大功率切削和高速切削，实现高效率加工 。
2）主轴转数的来自百度文库换迅速可靠，并能自动 无级变速，使切削工作始终在最佳状态下进 行。
3）为实现刀具的快速或自动装卸，主轴 上还必须设计有刀具自动装卸、主轴定向停 止和主轴孔内的切屑清除装置。