数控机床的主传动系统.ppt
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数控机床的主传动系统,教学目的与要求:
1、了解对主传动系统的基本要求、变速方式;2、了解主传动系统的组成,掌握数控车、数控铣、加工中心等几种典型机床的主轴部件,理解电主轴的结构及应用。
本章重点:
数控车、数控铣、加工中心等几种典型机床的主轴部件的组成及作用本章难点:
电主轴,一、概述1、概念主运动是机床实现切削的基本运动。
即驱动主轴运动的系统。
在切削过程中,它为切除工件上多余的金属提供所需的切削速度和动力,是切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。
主传动系统是:
由主轴电机经一系列传动元件和主轴构成的具有运动、传动联系的系统。
数控机床的主传动系统包括:
主轴电动机、传动装置、主轴、主轴轴承、主轴定向装置。
.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。
主传动系统功用:
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,动力功率高由于日益增长的对高效率要求,加之刀具材料和技术的进步,大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。
一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw250kw之间。
2、对主传动系统要求,调速范围宽,可实现无级变速调速范围:
有恒扭矩、恒功率调速范围之分。
现在,数控机床的主轴的调速范围一般在:
10010000,且能无级调速,使切削过程始终处于最佳状态。
(如AD-15B主轴转速范围:
50-4500;AD-35主轴转速范围:
25-2500)要求恒功率调速范围尽可能大,以便在尽可能低的速度下,利用其全功率。
变速范围负载波动时,速度应稳定。
AD-15BFANUCP18/6000i电机功能曲线图,控制功能的多样化同步控制功能:
CNC车床车螺纹用;主轴准停功能:
加工中心自动换刀、自动装卸、CNC车床车螺纹用;(主轴实现定向控制)恒线速切削功能:
CNC车床和CNC磨床在进行端面加工时,为了保证端面加工的粗糙度要求,要求接触点处的线速度为恒值;(AD-15B以车代磨,零件表面粗糙度能达到0.8,铝件0.4)C轴控制功能:
车削中心。
性能要求高电机过载能力强。
要求有较长时间(130min)和较大倍数的过载能力在断续负载下,电机转速波动要小。
速度响应要快,升降速时间要短。
电机温升低,振动和噪音小,精度要高。
可靠性高,寿命长,维护容易。
要具有抗振性和热稳定性。
体积小,重量轻,与机床联接容易。
3.主传动的变速方式数控机床主传动主要有无级变速、分段无级变速两种变速传动方式。
为满足宽变速范围,通常采用在无级变速电动机之后串联机械有级变速,以满足数控机床要求的调速范围和转矩特性,即分段无级变速传动方式。
(CK6163等),
(1)主轴的传动类型主要有齿轮传动、皮带传动、两个电机分别驱动主轴、调速电动机直接驱动主轴(内装电动机即电主轴)等几种方式。
大中型数控机床常用,它采用无级变速交直流电动机,再通过几对齿轮传动,实现分段无级变速,使得变速范围扩大(鑫盛CK6163),鑫盛CK6163由变频电机实现无级调速(12.51000r/min四段无级),以获得恒线速切削;为了解决低速扭矩输出小(变频电机在额定转速之下减速时扭矩不增加)的问题,主轴箱内安排了齿轮减速,以求通过减速而增加扭矩输出,所以采用四挡机械变速,是为了扩大调速范围;四挡机械自动变速通过两个两位一个三位油缸操纵来实现。
转速较高、变速范围不大的小型数控机床常用,它通过一级带传动实现变速,不用齿轮变速,受电动机调速范围的限制,适用于高速低扭矩特性要求的主轴(鑫盛AD-15,AD-25),鑫盛AD-15主轴转速为45-4500r/min(四段无级),主电机的动力由电机皮带轮通过窄V带直接传递至主轴上的皮带轮,主电机采用伺服电机,通过无级变速实现主轴在454500rpm范围内转动。
同步带传动是一种综合带、链传动优点的新的带传动类型。
在带内部采用了加载后无弹性伸长的材料作强力层,以保持带的节距不变,可使主、从动带轮作无相对滑动的同步传动。
优点:
传动效率高,两个电动机分别驱动主轴(图2-1c)调速电动机直接驱动主轴(图2-1d、e)一种为:
主轴电动机输出轴通过精密联轴器与主轴连接,优点为结构紧凑,传动效率高,但主轴转速的变化及输出完全与电动机的输出特性一致,因而受一定限制。
另一种为内装电动机主轴,即主轴与电动机转子合为一体。
优点结构紧凑,惯性小,可提高启动、停止的相应特性,缺点电动机发热使主轴产生变形。
因此,要注意温度控制。
车床用电主轴,铣床用电主轴,电主轴,
(2)主传动的齿轮变速装置两种装置:
液压拨叉变速和电磁离合器变速装置在齿轮传动的主传动系统中,齿轮的换档主要靠液压拨叉来完成。
注意:
a:
液压拨叉换档在主轴停转之后才能进行。
产生的顶齿现象由增设一台微电动机,在齿轮低速回转时啮合。
b:
电磁离合器变速装置是利用电磁效应,通过接通或断开电磁离合器的运动部件实现变速。
电磁离合器用于数控机床的主传动时,能简化变速机构,实现主轴变速。
啮合式电磁离合器能够传递更大的扭矩。
二、数控机床的主轴部件主轴部件是主运动的执行件,它夹持刀具或工件,并带动其旋转。
功用:
夹持工件或刀具实现切削运动;传递运动及切削加工所需要的动力。
组成:
主轴、支承、传动零件、装夹刀具或工件的附件及辅助零部件。
要求:
主轴的精度要高。
包括运动精度(回转精度、轴向串动)、和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度(轴向、径向)。
部件的结构刚度和抗振性好。
较低的运转温升以及较好的热稳定性。
部件的耐磨性和精度保持性好。
自动可靠的装夹刀具或工件,对数控机床除上述要求外,还应有:
(在机械结构方面)刀具的自动夹紧装置主轴的准停装置主轴孔的清理装置等,1、主轴端部的结构端部用于安装刀具或夹持工件的夹具,因此,要保证刀具或夹具定位(轴向、定心)准确,装夹可靠、牢固,而且装卸方便。
目前,主轴的端部形状已标准化。
图2-9(a)所示为车床主轴端部,卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位,用端面键传递扭矩,卡盘装有固定螺栓。
卡盘装于主轴端部时,螺栓从凸缘的孔中穿过,转动快卸卡盘将数个螺栓同时拴住,再拧紧螺母将卡盘固定在主轴端部。
主轴为空心轴,前端为莫式锥孔,用于安装顶尖或心轴。
图2-9(b)所示为铣镗床主轴端部(用拉杆从主轴后端拉紧,铣刀上有螺纹孔)图2-9(c)所示为外圆磨床砂轮主轴端部,2、主轴轴承,主轴轴承是主轴部件的重要组成部分。
它的的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴的工作性能。
在数控机床上常用的主轴轴承有滚动轴承和静压滑动轴承。
滚动轴承主要有角接触球轴承(承受径向、轴向载荷),双列短圆柱滚子轴承(只承受径向载荷)、60角接触双向推力球轴承(只承受轴向载荷,常与双列圆柱滚子轴承配套使用)、双列圆柱滚子轴承(能同时承受较大的径向、轴向载荷,常作为主轴的前支承)。
液体静压滑动轴承主要由供油系统、节流器、轴承三部分组成。
节流器是使液体静压滑动轴承各油腔形成压强差的关键。
3、主轴轴承的配置形式,目前数控机床主轴轴承配置有三种主要形式。
(a)为数控机床前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承,后支承采用成对向心推力球轴承。
此种结构普遍应用于各种数控机床,其综合刚度高,可以满足强力切削要求。
(b)为前支承采用多个高精度向心推力球轴承,这种配置具有良好的高速性能,但它的承载能力较小,适用于高速轻载和精密数控机床。
(C)为前支承采用双列圆锥滚子轴承,后支承为单列圆锥滚子轴承,其经向和轴向刚度很高,能承受重载荷。
但这种结构限制了主轴最高转速,因此适用于中等精度低速重载数控机床。
例如:
AD-15B采用整体式主轴箱,采用热对称及散热片的设计,降低了热变形,提高了加工精度;主轴前端采用日本NSK高精密圆柱滚子轴承和一对高精度角接触球轴承进行组合,后端采用高精密圆柱滚子轴承,同时满足了高刚性和高转速的要求。
为提高主轴组件刚度,数控机床还常采用三支承主轴组件(对前后轴承跨距较大的数控机床),辅助支承常采用深沟球轴承。
液体静压滑动轴承主要应用于主轴高转速、高回转精度的场合,如应用于精密、超精密的数控机床主轴、数控磨床主轴。
主轴准停也叫主轴定向。
在加工中心等数控机床上,由于有机械手自动换刀,要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上,因此主轴每次必须停在一个固定准确的位置上,以利于机械手换刀。
所以,主轴上必须设有准停装置。
主轴准停装置分为机械式准停、电气式准停。
4、主轴准停装置,三、典型数控机床的主轴部件主轴部件是数控机床的关键部件,其精度、刚度和热变形对加工质量有直接的影响。
本节主要介绍数控车床、数控铣床和加工中心的主轴部件结构。
在自动换刀过程时,能自动松开和夹紧刀具夹紧是主轴部件典型结构。