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數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)

精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)是指驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng);主軸是精工機(jī)床上帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸,它往往是精工機(jī)床上單軸功率消耗******的運(yùn)動(dòng)軸。與普通機(jī)床一樣,精工機(jī)床也必須通過變速,才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)不同的加工要求;在變速
精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)是指驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng);主軸是精工機(jī)床上帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸,它往往是精工機(jī)床上單軸功率消耗******的運(yùn)動(dòng)軸。與普通機(jī)床一樣,精工機(jī)床也必須通過變速,才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)不同的加工要求;在變速的同時(shí),還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩,來滿足切削的需要。 
2.1 精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)要求
作為高度自動(dòng)化的設(shè)備,精工機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求如下。 
(1) 為了能達(dá)到******的切削效果,精工機(jī)床一般都應(yīng)在******的切削條件下工作,因此,主軸一般都要求能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 
(2) 要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率,以適應(yīng)高速、高效的加工需求。 
(3) 為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng),主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu),減少傳動(dòng)件。
(4) 在加工中心上,還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動(dòng)夾緊裝置,以及主軸定向準(zhǔn)停裝置,以保證刀具和主軸、刀庫、機(jī)械手的正確嚙合。 
(5) 為了擴(kuò)展機(jī)床的功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸位置(主軸回轉(zhuǎn)角度)的控制,主軸還需要安裝位置檢測(cè)裝置,以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制。 
2.2 精工機(jī)床的主軸部件
精工機(jī)床的主軸部件是精工機(jī)床的重要組成部分之一,包括主軸的支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)零件等。它的回轉(zhuǎn)精度可影響工件的加工精度,它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度可影響加工效率,它的自動(dòng)變速、準(zhǔn)停和換刀可影響機(jī)床的自動(dòng)化程度。因此,要求主軸部件具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及部件的耐磨性和精度的保持性。對(duì)于自動(dòng)換刀的精工機(jī)床,為了實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)裝卸和夾持,還必須有刀具的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu)。 
1. 主軸部件的支承與潤滑
機(jī)床主軸帶動(dòng)刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力,并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。目前,精工機(jī)床主軸的支承配置形式主要有3種,如圖1所示。
 
 
 
圖 1
(1) 前支承采用雙列圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合,后支承采用成對(duì)安裝的角接觸球軸承。這種配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高,可以滿足強(qiáng)力切削的要求,因此普遍應(yīng)用于各類精工機(jī)床主軸中。 
(2) 前軸承采用高精度的雙列角接觸球軸承,后軸承采用單列(或雙列)角接觸球軸承。這種配置具有良好的高速性能,主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min,但它承載能力小,因而適用于高速、輕載和精密的精工機(jī)床主軸。在加工中心的主軸中,為了提高承載能力,有時(shí)應(yīng)用3~4個(gè)角接觸球軸承組合的前支承,并用隔套實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。 
(3) 前后軸承采用雙列和單列圓錐軸承。這種軸承徑向和軸向剛度高,能承受重載荷,尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷,安裝與調(diào)整性能好。但這種配置限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度,因此適用于中等精度,低速與重載的精工機(jī)床主軸。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對(duì)機(jī)床工作精度的影響,通常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走,使主軸部件與箱體保持恒定的溫度。在某些精工鏜、銑床上采用專用的制冷裝置,比較理想的實(shí)現(xiàn)了溫度控制。近年來,某些精工機(jī)床的主軸軸承采用高級(jí)油脂,用封入方式進(jìn)行潤滑,每加一次油脂可以使用 7~10年,簡化了結(jié)構(gòu),降低了成本且維護(hù)保養(yǎng)簡單。為了防止?jié)櫥秃陀椭旌?,通常采用迷宮密封方式。
 
2. 主軸準(zhǔn)停裝置
在精工鏜床、精工銑床和以鏜銑為主的加工中心上,為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀,使機(jī)械手準(zhǔn)確地將刀具裝入主軸孔中,刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?zhǔn);在鏜削加工退刀時(shí),要求刀具向刀尖反方向徑向移動(dòng)一段距離后才能退出,以免劃傷工件,這都需要主軸具有周向定位功能;另外,一些特殊工藝要求情況下,如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔,或進(jìn)行反倒角等加工時(shí),也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停,使刀尖停在一個(gè)固定的方位上,以便主軸偏移一定尺寸后,使大切削刃能通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對(duì)大孔進(jìn)行鏜削,所以在主軸上必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置。
目前,主軸準(zhǔn)停裝置很多,主要分為機(jī)械式和電氣式兩種。
傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械擋塊等來定向。圖2為V形槽輪定位盤準(zhǔn)停裝置原理圖,在主軸上固定一個(gè)V形槽輪定位盤,使V形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對(duì)位置關(guān)系。當(dāng)主軸需要停車換刀時(shí),發(fā)出降速信號(hào),主軸轉(zhuǎn)換到最低速運(yùn)轉(zhuǎn),延時(shí)繼電器開始動(dòng)作,并延時(shí)4s~6s后,無觸點(diǎn)開關(guān) 1接通電源,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即 V形槽輪定位盤 3上的感應(yīng)塊2與無觸點(diǎn)開關(guān)1相接觸后發(fā)出信號(hào),使主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。另一延時(shí)繼電器延時(shí)0.2s~0.4s后,壓力油進(jìn)入定位液壓缸4下腔,使定向活塞向左移動(dòng),當(dāng)定向活塞上的定向滾輪 5頂入定位盤的 V形槽內(nèi)時(shí),行程開關(guān) LS2發(fā)出信號(hào),主軸準(zhǔn)停完成。若延時(shí)繼電器延時(shí)1s后行程開關(guān)LS2仍不發(fā)信號(hào),說明準(zhǔn)停沒完成,需使定向活塞6后退,重新準(zhǔn)停。當(dāng)活塞桿向右移到位時(shí),行程開關(guān)LS1發(fā)出定向滾輪5退出凸輪定位盤凹槽的信號(hào),此時(shí)主軸可啟動(dòng)工作。機(jī)械式主軸準(zhǔn)停裝置準(zhǔn)確可靠,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?,F(xiàn)代精工機(jī)床一般采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置,只要精工系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào),主軸就可以準(zhǔn)確的定向。圖3為JCS—018加工中心主軸電氣準(zhǔn)停裝置原理圖,在帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個(gè)厚墊片4,墊片4上裝有一個(gè)體積很小的永久磁鐵3,在主軸箱體對(duì)應(yīng)主軸準(zhǔn)停的位置上,裝有磁傳感器2。當(dāng)機(jī)床需要停車換刀時(shí),精工裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令,主軸電動(dòng)機(jī)立即降速,在主軸以最低轉(zhuǎn)速慢轉(zhuǎn)幾圈、永久磁鐵3對(duì)準(zhǔn)磁傳感器2時(shí),磁傳感器2發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào),該信號(hào)經(jīng)放大后,由定向電路控制主軸電動(dòng)機(jī)停在規(guī)定的周向位置上,同時(shí)限位開關(guān)發(fā)出信號(hào),表示準(zhǔn)停已完成。
 
 
1—無觸點(diǎn)開關(guān) 2—感應(yīng)塊 3—V形槽輪定位盤 
4—定位液壓缸 5—定向滾輪 6—定向活塞
 
 
1—多楔帶輪 2—磁傳感器 
3—永久磁鐵 4—墊片 5—主軸
電氣式主軸準(zhǔn)停的特點(diǎn)是:不需要機(jī)械部件,定向時(shí)間短,可靠性高,只需要簡單的
強(qiáng)電順序控制,精度和剛度高。
3. 主軸內(nèi)刀具自動(dòng)裝卸及吹屑裝置
在加工中心上,為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸,除了要保證刀具在主軸上正確定
位之外,還必須設(shè)計(jì)自動(dòng)夾緊裝置。
圖4 為自動(dòng)換刀精工立式鏜銑床的主軸部件結(jié)構(gòu)圖:刀桿采用7:24的大錐度錐柄,既有利于定心,也為松夾帶來了方便。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時(shí),通過錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。在碟形彈簧5的作用下,拉桿4始終保持約10000N的拉力,并通過拉桿右端的鋼球12將刀桿的尾部軸頸拉緊。換刀時(shí)首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸7左腔,液壓缸活塞6推動(dòng)拉桿4向右移動(dòng)。將刀柄松開,同時(shí)使碟形彈簧5壓緊。拉桿4的右移使右端的鋼球12位于套筒的喇叭口處,消除了刀桿上的拉力。當(dāng)拉桿繼續(xù)右移時(shí),噴氣嘴的端部把刀具頂松,使機(jī)械手可方便地取出刀桿。機(jī)械手將應(yīng)換刀具裝入后,電磁換向閥動(dòng)作使壓力油通入液壓缸右腔,液壓缸活塞6向左退回原位,碟形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊。螺旋彈簧11使液壓缸活塞6在液壓缸右腔無壓力時(shí)也始終退在最左端,當(dāng)活塞處于左右兩個(gè)極限位置時(shí),相應(yīng)限位行程開關(guān)8、10發(fā)出松開和夾緊的信號(hào)。 
 
加工中心的主軸部件結(jié)構(gòu)圖 
1—刀架 2—拉釘 3—主軸 4—拉桿 5—碟形彈簧 6—液壓缸活塞8、10—限位行程開關(guān) 9—壓縮空氣管接頭 11—螺旋彈簧 12—鋼球 7—液壓缸13—端面鍵
自動(dòng)清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑也是換刀過程中的一個(gè)重要問題。如果主軸錐孔中落入切屑、灰塵或其他污物,在拉緊刀桿時(shí),主軸錐孔表面和刀桿的錐柄就會(huì)被劃傷,甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜,破壞刀桿的正確定位,影響零件的加工精度。為了保持主軸錐孔的清潔,常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。在圖4 中,當(dāng)主軸部件處于松刀狀態(tài)時(shí),主軸頂端的液壓缸與拉桿是緊密接觸的,此時(shí),壓縮空氣通過液壓缸活塞6和拉桿4中間的通孔,由壓縮空氣管接頭9噴出,以吹掉主軸錐孔上的灰塵、切屑等污物,保證主軸孔的清潔。 
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