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經濟型數控機床對主軸傳動的要求
時間:2016-08-25 點擊次數:1531
     經濟型數控機床的主軸驅動系統也叫主傳動系統,是在系統中完成主運動的動力裝置部分。主軸驅動系統通過該傳動機構轉變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度,配合進給運動,加工出理想的零件。它是零件加工的成型運動之一,它的精度對零件的加工精度有較大的影響。
    經濟型數控機床的主軸驅動和進給驅動有較大的差別。機床主軸的工作運動通常是旋轉運動,不像進給驅動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復運動。數控機床通常通過主軸的回轉與進給軸的進給實現刀具與工件的快速的相對切削運動。在20紀60-70年代,數控機床的主軸一般采用三相感應電動機配上多級齒輪變速箱實現有級變速的驅動方式。隨著刀具技術、生產技術、加工工藝以及生產效率的不斷發展,上述傳統的主軸驅動已不能滿足生產的需要。經濟型數控機床對主軸傳動提出了更高的要求:
    (1) 調速范圍寬并實現無極調速
    為保證加工時選用合適的切削用量,以獲得zui佳的生產率、加工精度和表面質量。特別對于具有自動換刀功能的數控加工中心,為適應各種刀具、工序和各種材料的加工要求,對主軸的調速范圍要求更高,要求主軸能在較寬的轉速范圍內根據數控系統的指令自動實現無級調速,并減少中間傳動環節,簡化主軸箱。
    目前主軸驅動裝置的恒轉矩調速范圍已可達1∶100,恒功率調速范圍也可達1∶30,一般過載1.5倍時可持續工作達到30min。
    主軸變速分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種形式,其中有級變速僅用于經濟型數控機床,大多數數控機床均采用無級變速或分段無級變速。在無級變速中,變頻調速主軸一般用于普及型數控機床,交流伺服主軸則用于中、數控機床。
    (2) 恒功率范圍要寬
    主軸在全速范圍內均能提供切削所需功率,并盡可能在全速范圍內提供主軸電動機的zui大功率。由于主軸電動機與驅動裝置的限制,主軸在低速段均為恒轉矩輸出。為滿足數控機床低速、強力切削的需要,常采用分級無級變速的方法(即在低速段采用機械減速裝置),以擴大輸出轉矩。
    (3) 具有4象限驅動能力
    要求主軸在正、反向轉動時均可進行自動加、減速控制,并且加、減速時間要短。目前一般伺服主軸可以在1秒內從靜止加速到6000r/min。
    (4) 具有位置控制能力
    即進給功能(C軸功能)和定向功能(準停功能),以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。
    (5) 具有較高的精度與剛度,傳動平穩,噪音低。
    數控機床加工精度的提高與主軸系統的精度密切相關。為了提高傳動件的制造精度與剛度,采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。zui后一級一般用斜齒輪傳動,使傳動平穩。采用帶傳動時應采用齒型帶。應采用精度高的軸承及合理的支撐跨距,以提高主軸的組件的剛性。在結構允許的條件下,應適當增加齒輪寬度,提高齒輪的重疊系數。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動,采用內徑定心。側面定心的花鍵對降低噪聲更為有利,因為這種定心方式傳動間隙小,接觸面大,但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。
    (6) 良好的抗振性和熱穩定性。
    數控機床加工時,可能由于持續切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起沖擊力和交變力,使主軸產生振動,影響加工精度和表面粗糙度,嚴重時甚至可能損壞刀具和主軸系統中的零件,使其無法工作。主軸系統的發熱使其中的零部件產生熱變形,降低傳動效率,影響零部件之間的相對位置精度和運動精度,從而造成加工誤差。因此,主軸組件要有較高的固有頻率,較好的動平衡,且要保持合適的配合間隙,并要進行循環潤滑。

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