数控机床的典型结构.ppt
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1、第3章 数控机床的典型结构,3.1 主轴传动系统 3.2 进给传动系统 3.3 自动换刀装置 习题,3.1 主轴传动系统,3.1.1 主轴传动方式 1. 齿轮传动机构 这种传动方式在大、 中型数控机床中较为常见。 如图3.1(a)所示, 它通过几对齿轮的啮合, 在完成传动的同时实现主轴的分挡有级变速或分段无级变速, 确保在低速时能满足主轴输出扭矩特性的要求。 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3.1 数控机床主轴传动方式 (a) 齿轮传动; (b) 同步带传动; (c) 电动机直接驱动,2. 同步带传动机构 同步带传动如图3.1(b)所示, 主要应用在小型数控机床
2、上, 可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声, 但它只能适用于低扭矩特性要求的主轴。,图3.2 同步带的结构与传动原理,与一般带传动及齿轮传动相比, 同步带传动具有如下优点: (1) 无滑动, 传动比准确。 (2) 传动效率高, 可达98%以上。 (3) 使用范围广, 速度可达50 m/s, 传动比可达10左右, 传递功率由几瓦到数千瓦。 (4) 传动平稳, 噪声小。 (5)维修保养方便, 不需要润滑。,3. 电动机直接驱动 电动机驱动传动中的电动机又叫电主轴, 其电动机定子固定, 转子和主轴采用一体化设计, 如图3.1(c)所示。 这种方式大大简化了主轴箱体和主轴的结构, 有效地提高了主轴部件的
3、刚度, 但输出扭矩小, 电动机的发热对主轴的精度影响较大。,(1) 前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合, 后支承采用成对角接触球轴承, 如图3.3(a)所示。 (2) 前轴承采用高精度双列向心推力轴承, 后支承采用单列角接触球轴承, 如图3.3(b)所示。 (3) 前、 后轴承分别采用双列圆锥滚子轴承和单列圆锥滚子轴承, 如图3.3(c)所示。,图3.3 数控机床主轴轴承配置形式,3.1.3 主轴的定向停止 主轴的准停机构设置在主轴的尾端, 如图3.4所示。 交流调速电动机11通过多联三角带9和皮带轮10带动主轴旋转, 当主轴需要停车换刀时, 发出降速信号, 主轴电机自
4、动减速, 使主轴以最低转速运转; 延时等待数秒之后, 切断主轴电动机电源, 使主轴做低速惯性空转。 当位于图中带轮5左侧的永久磁铁4对准磁传感器3时, 主轴准停制动, 同时发出制动完成信号。,图3.4 自动换刀机床的主轴准停、 夹紧机构,3.1.4 主轴的刀具自动夹紧和铁屑清除机构 在自动换刀的数控机床中, 为了实现刀具的自动装卸, 其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构, 如图3.4所示。刀柄锥度为724, 采用大锥度的锥柄既有利于定心, 也为松夹带来了方便。 在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时, 通过锥柄的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。,3.2 进给传动系统,3.2.1 齿轮传动副 齿轮传动
5、副的作用是传递伺服电动机输出的转距和转速, 并使伺服电动机与负载之间的转距和负载惯量相匹配。 在开环系统中, 还可通过齿轮传动匹配系统的脉冲当量。,1. 直齿圆柱齿轮传动 (1) 偏心套调整法。 (2) 锥度齿轮垫片调整法。 (3) 双齿轮错齿调整法。,图3.5 偏心套消除间隙,图3.6 垫片调整消除间隙,图3.7 双齿轮错齿调整,2. 斜齿圆柱齿轮传动 (1) 垫片调整法。 如图3.8所示, 宽齿轮4同时与两个相同齿数的薄片齿轮1和2啮合, 薄片齿轮经平键与轴连接, 相互之间无相对回转。 斜齿轮1和2间加厚度为t的垫片, 用螺母拧紧, 使两齿轮1和2的螺旋线产生错位, 其后两齿轮面分别与宽齿
6、轮4的齿面紧贴以消除间隙。 垫片3的厚度和齿侧间隙的关系可用下式算出: t= cos,式中:斜齿轮的螺旋角; 齿侧间隙; t增加垫片的厚度。,(2) 轴向压簧调整。 如图3.9所示, 斜齿轮1和2用键滑套在轴上, 相互间无相对转动。,图3.8 垫片调整消除斜齿轮间隙,图3.9 斜齿圆柱齿轮的轴向压簧调整,3. 锥齿轮传动 (1) 周向压簧调整。 (2) 轴向压簧调整。,图3.10 周向压簧调整,图3.11 锥齿轮的轴向压簧调整,3.2.2 滚珠丝杠副 1. 滚珠丝杠副的工作原理和特点 滚珠丝杠副的结构如图3.12所示。 在传动时, 滚珠与丝杠、 螺母之间为滚动摩擦, 因此具有以下许多优点: (
7、1) 摩擦损失小, 传动效率高。,图3.12 丝杠的结构 (a) 外循环式; (b) 内循环式,(2) 经预紧后可以消除轴向间隙, 反向运动时无空行程, 传动精度高, 系统刚度好。 (3) 摩擦阻力小, 动、 静摩擦系数相近, 因此传动灵敏, 运动平稳, 低速不易爬行, 随动精度和定位精度高。 (4) 磨损小, 使用寿命长。,2. 滚珠丝杠副的间隙消除机构 消除间隙的方法中, 较少使用微量过盈滚珠的单螺母来消除间隙, 常用的方法是用双螺母消除丝杠、 螺母间隙。 图3.13是双螺母垫片调隙式结构, 通过调整垫片的厚度使左、 右螺母产生轴向位移, 就可达到消除间隙和产生预紧力的作用。 这种方法结构
8、简单, 刚性好, 装卸方便、 可靠; 但缺点是调整费时, 很难在一次修磨中调整完成, 调整精度不高, 仅适用于一般精度的数控机床。,图3.13 双螺母垫片调隙式结构,图3.14 双螺母齿差调隙式结构,图3.14是双螺母齿差调隙式结构, 在两个螺母2和5的凸缘上各制有一个圆柱齿轮, 两个齿轮的齿数只相差一个, 即z2-z1=1。 两个内齿圈1和4与外齿轮齿数分别相同, 并用螺钉和销钉固定在螺母座3的两端。 调整时先将内齿圈取下, 根据间隙的大小调整两个螺母2、 5分别向相同的方向转过一个或多个齿, 使两个螺母在轴向移近了相应的距离, 达到调整间隙和预紧的目的。,间隙消除量可用下式简便地计算出来:
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