主軸驅(qū)動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng),是在系統(tǒng)中完成主運動的動力裝置部分。主軸驅(qū)動系統(tǒng)通過該傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)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。
數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)也就是主傳動系統(tǒng),它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量,因此,在數(shù)控機床的維修和維護中,主軸驅(qū)動系統(tǒng)顯得很重要。
機床的主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動有較大的差別。機床主軸的工作運動通常是旋轉(zhuǎn)運動,不像進給驅(qū)動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復(fù)運動。數(shù)控機床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進給軸的進給實現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運動。在20紀60-70年代,數(shù)控機床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動機配上多級齒輪變速箱實現(xiàn)有級變速的驅(qū)動方式。隨著刀具技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝以及生產(chǎn)效率的不斷發(fā)展,上述傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足生產(chǎn)的需要?,F(xiàn)代數(shù)控機床對主軸傳動提出了更高的要求:
調(diào)速范圍寬并實現(xiàn)無極調(diào)速
為保證加工時選用合適的切削用量,以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心,為適應(yīng)各種刀具、工序和各種材料的加工要求,對主軸的調(diào)速范圍要求更高,要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實現(xiàn)無級調(diào)速,并減少中間傳動環(huán)節(jié),簡化主軸箱。
目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達1∶100,恒功率調(diào)速范圍也可達1∶30,一般過載1.5倍時可持續(xù)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(jīng)濟型數(shù)控機床,大多數(shù)數(shù)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(diào)速主軸一般用于普及型數(shù)控機床,交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機床。
恒功率范圍要寬
主軸在全速范圍內(nèi)均能提供切削所需功率,并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動機的最大功率。由于主軸電動機與驅(qū)動裝置的限制,主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)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(zhuǎn)矩。
具有4象限驅(qū)動能力
要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)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(nèi)從靜止加速到6000r/min。
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。
具有較高的精度與剛度,傳動平穩(wěn),噪音低。
數(shù)控機床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)。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(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動,使傳動平穩(wěn)。采用帶傳動時應(yīng)采用齒型帶。應(yīng)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(jié)構(gòu)允許的條件下,應(yīng)適當(dāng)增加齒輪寬度,提高齒輪的重疊系數(shù)。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動,采用內(nèi)徑定心。側(cè)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。
良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。
數(shù)控機床加工時,可能由于持續(xù)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(chǎn)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(tǒng)中的零件,使其無法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)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(huán)潤滑。
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