数控机床原理及应用课件作者何伟第三讲.ppt

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、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）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20000 r/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