数控铣床的主传动系统及结构

数控铣床的主传动系统及结构数控铣床主传动系统，是指将主轴电动机的原动力变成可供切削加工用的切削力矩和切削速度的传动系统。数控铣床的主传动系统要有较宽的转速范围及相应的输出转矩。数控铣床要有良好性能的主传动系统和一个具有高精度、高刚度、振动小、热变形及噪声均能满足需要的主轴部件。 数控铣床的主传动系统特点：一般采用直流或交流主轴电动机，通过带传动和主轴箱的变速齿轮带动主轴旋转。低速切削所需转矩大，高速切削消耗功率大。电动机的有效转速范围并不一定能完全满足主轴的工作需要，所以主轴箱一般仍需要设置几档变速(24档)。机械变档一般采用液压缸推动滑移齿轮实现，这种方法结构简单，性能可靠，一次变速只需1s。 主轴箱的传动齿轮都要经过高速滑移齿轮(一般都用花键传动)，采用内径定心。花键传动对降低噪声有利。带传动容易产生振动，在传动带长度不一致的情况下更为严重。因此，在选择传动带时，应尽可能缩短带的长度。如因结构限制，带长度无法缩短时，可增设压紧轮，将带张紧，以减少振动。 主传动系统的分类：1、二级以上变速的主传动系统能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调节速度的能力。但由于结构复杂，需要增加润滑及温度控制装置，成本较高，此外制造和维修也比较困难。 变速齿轮传动 2、一级变速器的主传动系统目前多采用带(同步齿形带)传动装置。其优点是结构简单，安装调试方便，且在一定条件下能满足转速与转矩的输出要求。这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声，适用于低转矩特性要求的主轴但系统的调速范围与电动机一样，受电动机调速范围的约束。 3、调速电动机直接驱动的主传动系统 其优点是结构紧凑，占用空间少，转换频率高。但是主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性完全一致，因而使用受到限制。 主轴电机直接驱动 电主轴 主轴部件结构 1、对数控铣床主轴部件的要求 要求其具有良好的旋转精度、静刚度、抗振性、热稳定性及耐磨性外，由于数控铣床的转速更高、功率更大，在上述几方面要求更高、更严格。 良好的旋转精度需要配置精密轴承。对精密、超精密铣床主轴、数控磨床主轴，可采用液体静压轴承和动压轴承，对于要求更高转速的主轴，可以采用空气静压轴承，这种轴承可达每分钟几万转的转速，并有非常高的回转精度。 良好的主轴刚度 a)采用双列圆柱滚子轴承和60角接触球轴承组合，此配置形式使主轴综合刚度大大提高，可满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控铣床。b)前轴承采用高精度调心球轴承，具有较好的高速性能，主轴最高转速可达4000rmin。但承载能力小，适用于高速、轻载和精密的主轴部件。c)双列和单列圆锥滚子轴承作为主轴前后支承，径向和轴向刚度高，可承受重载荷,安装与调整性能好。但限制了主轴的转速和精度的提高，适用于中等精度，低速与重载荷的数控铣床主轴。 为提高主轴组件刚度，数控铣床经常采用三支承主轴组件。辅助支承通常采用深沟球轴承，采用三支承可以有效减少主轴弯曲变形。 数控铣床主传动系统及主轴部件结构实例 主运动的传动路线： 升降台的自动平衡装置结构： 床身机床的床身是整个机床的基础支承件，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。对数控机床床身主要在以下3个方面提出了更高的要求： (1)很高的精度和精度保持性 (2)应具有足够的静、动刚度 (3)较好的热稳定性 床身的结构：1、数控车床床身的结构形式有平床身、斜床身、平床身斜导轨和直立床身等四种类型。另外，斜床身结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了床身的刚度。2、加工中心的床身有固定立柱式和移动立柱式两种。前者一般适用于中小型立式和卧式加工中心，而后者又分为整体T形床身和前后床身分开组装的T形床身。 形床身是指床身是由横置的前床身(亦叫横床身)和与它垂直的后床身(亦叫纵床身)组成。整体式床身，刚性和精度保持性都比较好，但是却给铸造和加工带来很大不便，尤其是大中型机床的整体床身，制造时需有大型设备。分离式T形床身，铸造工艺性和加工工艺性都大大改善。前后床身连接处要刮研，连接时用定位键和专用定位销定位，然后沿截面四周用大螺栓固紧。这样连接的床身，在刚度和精度保持性方面，基本能满足使用要求。这种分离式T形床身适用于大中型卧式加工中心。 床身的截面形状：合理设计床身的截面形状及尺寸，采用合理布置的肋板结构可以在较小质量下获得较高的静刚度和适当的固有频率。 V形肋有利于加强导轨支承部分的刚度斜方肋和对角肋结构可明显增强床身的扭转刚度，并且便于设计成全封闭的箱形结构纵向肋板和横向肋板，分别对抗弯刚度和抗扭刚度有显著效果；米字形肋板和井字形肋板的抗弯刚度也较高，尤其是米字形肋板更高。 钢板焊接结构 焊接结构床身的突出优点是制造周期短，一般比铸铁结构的快1735倍，省去了制作木模和铸造工序，不易出废品。焊接结构设计灵活，便于产品更新、改进结构。焊接件能达到与铸件相同，甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减小质量。采用钢板焊接结构能够按刚度要求布置肋板的形式，充分发挥壁板和肋板的承载和抗变形作用。采用钢板焊接结构床身有利于提高固有频率。 床身的刚度：1、肋板结构对床身刚度的影响合理设计床身的肋板结构，可提高床身的刚度。2、床身箱体封砂结构床身封砂结构是利用肋板隔成封闭箱体结构，将大件的泥芯留在铸件中不清除，利用砂粒良好的吸振性能，可以提高结构件的阻尼比，有明显的消振作用。提高床身结构的静刚度。 焊接结构的床身，在床身内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，当振动时，利用相对摩擦来耗散振动能量。封砂结构降低了床身的重心，有利于床身结构的稳定性，可提高床身的抗弯和抗扭刚度。 床身的结构设计：AG(人造花岗石)材质是一种新型床身材质，它除了具有好的阻尼性能(阻尼为灰铸铁的8-10倍)外，还具有尺寸稳定性好、抗腐蚀性强、制造成本低等优点；与灰铸铁比，它热容量大，热导率低，构件的热变形小；AG床身的后期加工量很少，这样可以大大减少占用大型机床的加工时间和加工成本，并能节约大量金属。 (1)整体结构这种结构适用于形状较简单的中小型机床床身。(2)框架结构这种结构的特点是边缘为金属型材质焊接而成，其内浇注AG材质。这是因为AG材质较脆，可防止边角受到冲撞而破坏，它适合于结构简单的大中型机床床身。(3)分块结构对于结构形状较复杂的大型床身构件，可以把它分成几个形状简单、便于浇铸的部分，分别浇铸后，再用粘结剂或其他形式连接起来。这样可使浇铸模具的结构设计简化。 床身结构设计时，应尽量避免薄壁结构并简化表面形状。