第3章 数控机床的典型结构ppt课件.ppt

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1、第3章数控机床的典型结构3.1主轴传动系统3.2进给传动系统3.3自动换刀装置习题3.1主轴传动系统与普通机床相比，数控机床的主轴具有驱动功率大，调速范围宽，运行平稳，机械传动链短，具有自动夹紧控制和准停控制功能等特点，能够使数控机床进行快速、高效、自动、合理的切削加工。与数控机床主轴传动系统有关的机构包括主轴传动方式、支承、定向及夹紧机构等。3.1.1主轴传动方式1.齿轮传动机构这种传动方式在大、中型数控机床中较为常见。如图所示，它通过几对齿轮的啮合，在完成传动的同时实现主轴的分挡有级变速或分段无级变速，确保在低速时能满足主轴输出扭矩特性的要求。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉

2、或直接由液压缸带动齿轮来实现。齿轮传动特点：虽然这种传动方式很有效，但它增加了数控机床液压系统的复杂性，而且必须先将数控装置送来的电信号转换成电磁阀的机械动作，然后再将压力油分配到相应的液压缸，因此增加了变速的中间环节。此外，这种传动机构传动引起的振动和噪声也较大。2.同步带传动机构同步带传动如图所示，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。同步带传动图3.2同步带的结构与传动原理与一般带传动及齿轮传动相比，同步带传动具有如下优点：（1）无滑动，传动比准确。（2）传动效率高，可达98%以上。（3）使用范围广，速度可达5

3、0m/s，传动比可达10左右，传递功率由几瓦到数千瓦。（4）传动平稳，噪声小。（5）维修保养方便，不需要润滑。3.电动机直接驱动电动机驱动传动中的电动机又叫电主轴，其电动机定子固定，转子和主轴采用一体化设计，如图所示。这种方式大大简化了主轴箱体和主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但输出扭矩小，电动机的发热对主轴的精度影响较大。电动机直接驱动3.1.2主轴的支承和润滑主轴是机床的重要部件之一，它带动工件或刀具执行机床的切削运动，一般承受比较大的载荷。因此，数控机床主轴支承的刚度、精度和承载能力等对加工质量有直接的影响。常见的主轴轴承配置有以下三种形式：（1）前支承采用圆锥孔

4、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3.3（a）所示。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，因此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轴承，后支承采用单列角接触球轴承，如图3.3（b）所示。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，适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。（3）前、后轴承分别采用双列圆锥滚子轴承和单列圆锥滚子轴承，如图3.3（c）所示。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

5、调试性能好，但是这种轴承的配置方式限制了主轴的最高转速和精度，因此仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。3.1.3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，要求主轴能定向控制。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至性，从而减少被加工尺寸的分散度，这就是主轴具有定向准停功能的好处之一。主轴的准停机构设置在主轴的尾端，如图3.4所示。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，主轴电机自动减速，使主轴以最低转速运转；延时等待数秒之后，切断

6、主轴电动机电源，使主轴做低速惯性空转。当位于图中带轮5左侧的永久磁铁4对准磁传感器3时，主轴准停制动，同时发出制动完成信号。图3.4自动换刀机床的主轴准停、夹紧机构当永久磁铁4对准磁传感器3时，主轴准停制动3.1.4主轴的刀具自动夹紧和铁屑清除机构在自动换刀的数控机床中，为了实现刀具的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构，如图3.4所示。刀柄锥度为7∶24，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。铁屑清除机构：铁屑清除机构的作用是清除主轴锥孔中落入的铁屑、灰尘或其他污物，避免在拉紧刀

7、杆时，锥孔表面和刀杆的锥柄被划伤，甚至使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确位置，影响加工精度。铁屑清除机构常采用压缩空气吹屑的方法对主轴孔进行清洁。3.2进给传动系统数控机床的进给传动系统是指将电动机的旋转运动传递给工作台或刀架以实现进给运动的整个机械传动链，包括齿轮传动副、丝杠螺母副、及其支承部件等。为确保数控机床进给系统的位置控制精度、灵敏度和工作稳定性，对进给机械传动机构总的设计要求是：消除传动间隙，减少摩擦阻力，降低运动惯量，提高传动精度和刚度。3.2.1齿轮传动副齿轮传动副的作用是传递伺