數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)論文.doc

閩南理工學(xué)院數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)論文系別專業(yè)：光電系機(jī)械設(shè)計(jì)與制造班級學(xué)號：101016213學(xué)生名字：盧友烽日期：2011/12/28摘要當(dāng)前的世界已進(jìn)入信息時代科技進(jìn)步日新月異。生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域中的競爭日益加劇，產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機(jī)械加工總量的80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復(fù)雜化，這是擺在機(jī)床工業(yè)面前的一個突出問題。為了解決復(fù)雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機(jī)床數(shù)字控制(Numerical control)機(jī)床的產(chǎn)生也就是必然的了。 1.1主傳動系統(tǒng)的概述主傳動系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動的，它將主電動機(jī)的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應(yīng)各種不同的加工及各種不同的加工方法，數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足要求?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床對主傳動提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床常采用直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。2.1主軸驅(qū)動裝置（1）. 主軸軸承的配置形式加工中心的主軸軸承一般采用2個或3個角接觸球軸承組成，或用角接觸球軸承與圓柱滾子軸承組成，這種軸承經(jīng)過預(yù)緊后可得到較高的剛度。當(dāng)要求有很大剛性時，則采用圓柱滾子軸承和雙向推力球軸承的組合。常用的加工中心主軸支承的典型結(jié)構(gòu)有以下3種1)前后支承用雙列圓柱滾子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向角接觸球軸承來承受軸向負(fù)荷，這種結(jié)構(gòu)剛性較好，能進(jìn)行強(qiáng)力切削，適用于中等轉(zhuǎn)速的機(jī)床。2)前支承用角接觸球軸承，背靠背安裝，以23個軸承為一套，用以承受軸向和徑向負(fù)荷：后支承用圓柱滾子軸承，這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)荷，主軸精度較高，但所承受軸向負(fù)載較前一種結(jié)構(gòu)小。3)前后支承都采用成組角接觸球軸承，承受軸向和徑向負(fù)荷，如圖8-5c所示。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、中等切削負(fù)荷的數(shù)控機(jī)床。使用角接觸球軸承，采用脂潤滑，其極限dn值達(dá)80104：如采用油氣潤滑或噴油潤滑，則轉(zhuǎn)速可進(jìn)一步提高。目前高速主軸多數(shù)采用陶瓷滾動軸承，在脂潤滑情況下dn值可達(dá)120104(d為軸承平均直徑mm，n為軸承每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。（2）主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑的清除裝置 在自動換刀機(jī)床的刀具自動夾緊裝置中，刀桿常采用7：24的大錐度錐柄，既利于定心，也為松刀帶來方便。用碟形彈簧通過拉桿及夾頭拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合，夾緊力達(dá)10000N以上。松刀時，通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧，使夾頭漲開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，刀具即可拔出進(jìn)行新舊刀具的交換；新刀裝入后，液壓缸活塞后移，新刀具又被碟形彈簧拉緊。在活塞推動拉桿松開刀柄的過程中，壓縮空氣由噴氣頭經(jīng)過活塞中心孔和拉桿中的孔吹出，將錐孔清理干凈，防止主軸錐孔中掉入切屑和灰塵，把主軸孔表面和刀桿的錐柄劃傷，保證刀具的正確位置。（3）主軸準(zhǔn)停裝置 數(shù)控機(jī)床為了完成ATC(刀具自動交換)的動作過程，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端設(shè)置一個突鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準(zhǔn)，才能順利換刀：為此，主軸必須準(zhǔn)確停在某固定的角度上。由此可知主軸準(zhǔn)停是實(shí)現(xiàn)ATC過程的重要環(huán)節(jié)。通常主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)有2種方式，即機(jī)械式與電氣式。機(jī)械方式采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)或光電盤方式進(jìn)行粗定位，然后有一個液動或氣動的定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽實(shí)現(xiàn)精確定位，完成換刀后定位銷退出，主軸才開始旋轉(zhuǎn)。采用這種傳統(tǒng)方法定位，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在早期數(shù)控機(jī)床上使用較多。而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用電氣方式定位較多。電氣方式定位一般有以下兩種方式。一種是用磁性傳感器檢測定位，這種方法如圖8-6所示，在主軸上安裝一個發(fā)磁體與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡12mm處固定一個磁傳感器，它經(jīng)過放大器并與主軸控制單元相連接，當(dāng)主軸需要定向時，便可停止在調(diào)整好的位置上。另一種是用位置編碼器檢測定位，這種方法是通過主軸電動機(jī)內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機(jī)床主軸箱上安裝一個與主軸1:1同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)?？刂?，準(zhǔn)停角度可任意設(shè)定。（4）主軸潤滑與密封(1)主軸潤滑 為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸組件熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)。用液壓泵供油強(qiáng)力潤滑，在油箱中使用油溫控制器控制油液溫度。近年來一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的主軸軸承采用高級油脂封放式潤滑，每加一次油脂可以使用710年，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本且維護(hù)保養(yǎng)簡單，但需防止?jié)櫥秃陀椭旌?，通常采用迷宮式密封方式。為了適應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速向更高速化發(fā)展的需要，新的潤滑冷卻方式相繼開發(fā)出來。這些新的潤滑冷卻方式不單要減少軸承溫升，還要減少軸承內(nèi)外圈的溫差，以保證主軸的熱變形小。油氣潤滑方式：這種潤滑方式近似于油霧潤滑方式，所不同的是，油氣潤滑是定時定量地把油霧送進(jìn)軸承空隙中，這樣既實(shí)現(xiàn)了油霧潤滑，又不至于油霧太多而污染周圍空氣；而油霧潤滑則是連續(xù)供給油霧。噴注潤滑方式：它用較大流量的恒溫油(每個軸承34L/min)噴注到主軸軸承上，以達(dá)到潤滑、冷卻的目的。這里需特別指出的是，較大流量噴注的油，不是自然回流，而是用排油泵強(qiáng)制排油，同時，采用專用高精度大容量恒溫油箱，油溫變動控制在0.5。(2)密封 在密封件中，被密封的介質(zhì)往往是以穿漏、滲透或擴(kuò)散的形式越界泄漏到密封連接處的彼側(cè)。造成泄漏的基本原因是流體從密封面上的間隙中溢出，或是由于密封部件內(nèi)外兩側(cè)密封介質(zhì)的壓力差或濃度差，致使流體向壓力或濃度低的一側(cè)流動。圖8-7所示為一臥式加工中心主軸前支承的密封結(jié)構(gòu)。該臥式加工中心主軸前支承處采用的雙層小間隙密封裝置。主軸前端車出兩組鋸齒形護(hù)油槽，在法蘭盤4和5上開溝槽及泄漏孔，當(dāng)噴入軸承2內(nèi)的油液流出后被法蘭盤4內(nèi)壁擋住，并經(jīng)其下部的泄油孔9和箱體3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主軸6流出時，主軸護(hù)油槽在離心力的作用下被甩至法蘭盤4的溝槽內(nèi)，經(jīng)回油斜孔8流回油箱，達(dá)到防止?jié)櫥橘|(zhì)泄漏的目的。當(dāng)外部切削液、切屑及灰塵等沿主軸6與法蘭盤5之間的間隙進(jìn)入時，經(jīng)法蘭盤5的溝槽由泄漏孔7排出，達(dá)到了主軸端部密封的目的。要使間隙密封結(jié)構(gòu)能在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封防漏性能，必須保證法蘭盤4和5與主軸及軸承端面的配合間隙。故障現(xiàn)象：主軸高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)熱嚴(yán)重分析及處理過程：電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱和溫升問題始終是研究的焦點(diǎn)。電主軸單元的內(nèi)部有兩個主要熱源：一是主軸軸承，另一個是內(nèi)藏式主電動機(jī)。電主軸單元最凸出的問題是內(nèi)藏式主電動機(jī)的發(fā)熱。由于主電動機(jī)旁邊就是主軸軸承，如果主電動機(jī)的散熱問題解決不好，還會影響機(jī)床工作的可靠性。主要的解決方法是采用循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)，分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，冷卻介質(zhì)可以是水或油，使電動機(jī)與前后軸承都能得到充分冷卻。主軸軸承是電主軸的核心支承，也是電主軸的主要熱源之一。當(dāng)前高速電主軸，大多數(shù)采用角接觸陶瓷球軸承。因?yàn)樘沾汕蜉S承具有以下特點(diǎn)：由于滾珠重量輕，離心力小，動摩擦力矩小。因溫升引起的熱膨脹小，使軸承的預(yù)緊力穩(wěn)定。彈性變形量小，剛度高，壽命長。由于電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，因此對主軸軸承的動態(tài)、熱態(tài)性能有嚴(yán)格要求。合理的預(yù)緊力，良好而充分的潤滑是保證主軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。采用油霧潤滑，霧化發(fā)生器進(jìn)氣壓為0.250.3MPa，選用20#透平油，油滴速度控制在80100滴/min。潤滑油霧在充分潤滑軸承的同時，還帶走了大量的熱量。前后軸承的潤滑油分配是非常重要的問題，必須加以嚴(yán)格控制。進(jìn)氣口截面大于前后噴油口截面的總和，排氣應(yīng)順暢，各噴油小孔的噴射角與軸線呈15夾角，使油霧直接噴入軸承工作區(qū)?？偨Y(jié)制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本文在對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為