2_加工中心结构组成.pdf

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10 r/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～ 80000r/min；有的电主轴的最高主轴转速甚至能达到 120000r/min。 11 图2-1 VP1050 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2-2 JCS-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； 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