最新主传动系统Word格式文档下载.docx

最新主传动系统Word格式文档下载.docx

《最新主传动系统Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新主传动系统Word格式文档下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（3）主轴的旋转精度和运动精度:

主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件测量主轴前端和距离前端300mm处的径向圆跳动和端面圆跳动值。

主轴在工作速度旋转时测量上述的两项精度称为运动精度。

数控机床要求有高的旋转精度和运动精度。

（4）主轴的静刚度和抗振性 

由于数控机床加工精度较高，主轴的转速又很高，因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高。

主轴的轴颈尺寸、轴承类型及配置方式，轴承预紧量大小，主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼等对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。

（5）主轴组件的耐磨性主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持良好的精度。

凡机械摩擦的部件，如轴承、锥孔等都应有足够高的硬度，轴承处还应有良好的润滑。

2.主轴传动方式

目前，主传动系统大致可分为以下大类。

（1）带有变速齿轮的主传动

图1-16

如图1-16所示，通过少数几对齿轮降速，以满足主轴低速时对扭矩特性的要求。

数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。

滑移齿轮的移位大都采用液压缸和拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。

（2）通过带传动的主传动

图1-17

如图1-17所示，这种传动主要应用在小型数控机床上，由交流电机通过V带直接带动主轴。

这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。

（3）调速电机直接驱动的主传动

图1-18

如图1-18所示，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，电机发热对主轴影响较大。

3.主轴的变速方式

（1）无级变速

数控机床一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴无级变速。

交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统），由没有电刷，不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低，因此，目前应用较为广泛。

图1-19 

主轴功率转矩特性

主轴传递的功率或转矩与转速之间的关系如图1-19所示。

当机床处在连续运转状态下，主轴的转速在437～3500r／min范围内，主轴传递电动机的传递功率11kw，这称为主轴的恒功率区域Ⅱ（实线）。

在这个区域内，主轴的最大输出转矩（245N.m）随着主轴转速的增高而变小。

主轴转速在35～437r／min范围内，主轴的转出转矩不变，称为主轴的恒转矩区域工（实线）。

在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴转速的降低而减小。

图中虚线所示为电动机超载（允许超载30min）时，恒功率区域和恒转矩区域。

电动机的超载功率为15kw，超载的最大输出转矩为334N·

m。

（2）分段无级变速

数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。

一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。

为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速，如图1-20a、b所示。

①带有变速齿轮的主传动（见图1-20a） 

这是大中型数控机床较常采用的配置方式，通过少数几对齿轮传动，扩大变速范围。

由于电动机在额定转速以上的恒功率调速范围为2～5，当需扩大这个调速范围时常用变速齿轮的办法来扩大调速范围，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。

图1-20数控机床主传动的四种配置方式

a）齿轮变速b）带传动 

c）两个电动机分别驱动d）内装电动机主轴传动结构

②通过带传动的主传动（见图1-20b） 

这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的机床。

电动机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动时所引起的振动和噪声。

它适用于高速低转矩特性的主轴。

常用的是同步齿形带。

③用两个电动机分别驱动主轴 

这是上述两种方式的混合传动，具有上述 

两种性能（见图1-20c）。

高速时，由一个电动机通过带传动；

低速时，由另一个 

电动机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率 

区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的问题。

但两个电动机不能同时工作，也是一种浪费。

④内装电动机主轴这种主传动中电动机直接带动主轴旋转，如图1-20d所示。

（3）液压拨叉变速机构

在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨叉来完成。

图3-3是三位液压拨叉的原理图。

c）

图1-21三位液压拨叉工作原理图

1、5-液压缸2-活塞杆3-拨叉4-套筒

通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮块获得三个不同的变速位置。

该 

机构除液压缸和活塞杆外，还增加了套筒4。

当液压缸1通入压力油，而液压缸 

5卸压时（见图1-21a），活塞杆2便带动拨叉3向左移动到极限位置，此时拨又 

带动三联齿轮块移动到左端。

当液压缸5通压力油，而液压缸1卸压时（见图1-21b），活塞2和套筒4一起向右移动，在套筒4碰到液压缸5的端部后，活塞杆2继续右移到极限位置，此时，三联齿轮块被拨叉3移动到右端。

当压力油同时进入液压缸1和5时（见图1-21c），由于活塞杆2的两端直径不同，使活塞杆处在中间位置。

在设计活塞杆2和套筒4的截面直径时，应使套筒4的圆环面上的向右推力大于活塞杆2的向左的推力。

液压叉换挡在主轴停车之后才能进行，但停车时拨叉带动齿轮块移动又可能产生“顶齿”现象，因此在这种主运动系统中通常设一台微电动机，它在拨叉移动齿轮块的同时带动各传动齿轮作低速回转，使移动齿轮与主动齿轮顺利啮合。

图1-22 

THK6350型自动换刀数控铣镗床的主传动系统

（4）电磁离合器变速 

电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。

电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变速机构，通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。

如图1-22所示为THK6350型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图，该机床采用双速电机和六个电磁离合器完成18级变速 

图1-23是数控铣镗床主轴箱中使用的无滑环摩擦片式电磁离合器。

传动齿轮l通过螺钉固定在联接件2的端面上，根据不同的传动结构，运动既可以从齿轮1输入，也可以从套筒3输入。

连接件2的外周开有六条直槽，并与外摩擦片4上的六个花键齿相配，这样就把齿轮l的转动直接传递给外摩擦片4。

套筒3的内孔和外圆都有花键，而且和挡环6用螺钉11连成一体。

内摩擦片5通过内孔花键套装在套筒3上，并一起转动。

当线圈8通电时，衔铁10被吸引右移，把内摩擦片5和外摩擦片4压紧在挡环6上，通过摩擦力矩把齿轮1与套筒3结合在一起。

无滑环电磁离合器的线圈8和铁心9是不转动的，在铁心9的右侧均匀分布着六条键槽，用斜键将铁心固定在变速箱的壁上。

当线圈8断电时，外摩擦片4的弹性爪使衔铁10迅速恢复到原来位置，内、外摩擦片互相分离，运动被切断。

这种离合器的优点在于省去了电刷，避免了磨损和接触不良带来的故障，因此比较适合于高速运转的主运动系统。

由于采用摩擦片来传递转矩，所以允许不停车变速。

但也带来了另外的缺点，这就是变速时将产生大量的摩擦热，还由于线圈和铁心是静止不动的，这就必须在旋转的套筒上装滚动轴承7，因而增加了离合器的径向尺寸。

此外，这种摩擦离合器的磁力线通过钢质的摩擦片，在线圈断电之后会有剩磁，所以增加了离合器的分离时间。

图1-24为啮合式电磁离合器，它是在摩擦面上做了一定齿形，来提高传递的扭力。

线圈1通电，带有端面齿的衔铁2又通过渐开线花键与定位环5相联，再通过螺钉7与传动件相联。

磁轭内孔的花键送给另一个轴，这样，就使与螺钉7相联的轴与另一轴同时旋转。

隔离环6是防止传动轴分离一部分磁力线，进而削弱电磁吸引力。

衔铁采用渐开线花键与定位环5相联是为了保证同轴度。

这种离合器必须在低于l～2r/min的转速下变速。

与其他型式的电磁离合器相比，啮合式电磁离合器能够传递更大的转矩，因而相应地减小了离合器的径向和轴向尺寸，使主轴箱的结构更为紧凑。

啮合过程无滑动是它的另一个优点，这样不但使摩擦热减少，有助于改善数控机床主轴箱的热变形，而且还可以在有严格要求的传动比的传动链中使用。

但这种离合器带有旋转集电环8，电刷与滑环之间有摩擦，影响了变速的可靠性，而且还应避免在很高的转速下工作。

另一方面，离合器必须在低于1～2r／min的转速下变速，这将给自动变速带来不便。

根据上述特点，啮合式电磁离合器较适宜于在要求温升小和结构紧凑的数控机床上使用。

图1-25内装电动机主轴

（5）内装电动机主轴变速

这种主传动是电动机直接带动主轴旋转，如图1-20d所示，因而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，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大。

近年来，出现了一种新式的内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。

其优点是主轴组件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声。

缺点是电动机运转产生的热量易使主轴产生热变形。

因此，温度控制和冷却是使用内装电动机主轴的关键问题。

如图1-25所示为日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电动机主轴最高转速可达20000r／min。

4、高速主轴的设计

自20世纪80年代以来，数控机床、加工中心主轴向高速化发展。

高速主轴的发展是以航空工业、家电、汽车等工业追求机械零件的轻量化而普遍采用铝合金零件后，提出的轻铝合金高速加工的课题而产生的。

对于钢铁等黑色金属的加工，由于刀具寿命的限制，目前的最高主轴转速在10000r／min已经足够充裕，而铝合金的切削性能就不同，根据日本大隈铁工所做的铝合金切削试验，速度提高，表面粗糙度R。

值降低。

表1-1是铝合金在切削实验中切削速度和表面粗糙度的关系。

表1-1 

铝合金在切削实验中切削速度和表面粗糙度的关系

转速／r.min-1

进给量／mm.min-1

切削速度／mm.min-1

Ra/μm

10000

1000

785

0.56

20000

2000

1570

0.46

30000

3000

2356

0.32

40000

4000

3142

主轴高速化首先要解决的技术问题有三方面：

（1）高速电动机的控制技术

高速电动机的控制技术是一项新技术。

（2）高速轴承的开发

高速时选用陶瓷轴承的方案已在加工中心机床上采用，其轴承的滚动体是用陶瓷材料制成，而内、外圈仍用轴承钢制造。

陶瓷材料为Si3N4，其优点是重量轻，为轴承钢的40％；

热膨胀率低，是轴承钢的25％；

弹性模量大，是轴承的