带有卸荷装置的加工中心主传动系统设计摘要度和表面粗糙度。当主轴做回转运动时，线速度为零的点的连线称为主轴的回转中心线。回转中心线的空间位置，在理想的情况下应是固定不变的。实际上，由于主轴组件中各种因素的影响，回转中心线的空间位置每瞬间都是变化的，这些瞬时回转中心线的平均空间位置称为理想回转中心线。瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间的位置距离，就是主轴的回转误差，而回转误差的范围，就是主轴的回转精度。纯径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在时，构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。由于主轴的回转误差般都是个空间旋转矢量，它并不是在所有的情况下都表示为被加工工件所得到的加工形状。主轴回转精度的测量，般分为三种静态测量动态测量和间接测量。目前我国在生产中沿用传统的静态测量法，用个精密的检测棒插入主轴锥孔中，使千分表触头触及检测棒圆柱表面，以低速转动主轴进行测量。千分表最大读数和最小读数的差值即为主轴的径向回转误差。端面误差般以包括主轴所在平面内的直角坐标系的垂直度数据综合表示。动态测量是用标准球装在主轴中心线上，与主轴同时旋转在工作台上安装两个互成角的非接触传感器，通过仪器记录回转情况。间接测量是采用小切削量加工有色金属试件，然后在圆度仪上测量试件的圆度来评价。出厂时，普通级加工中心的回转精度用静态测量法测量，当时允许误差应小于.。造成主轴回转误差的主要原因是由于主轴的结构及其加工精度主轴轴承的选用及刚度等，而主轴及其回转零件的不平衡，在回转时引起的激振力，也会造成主轴的回转误差。因此加工中心的主轴不平衡量般要控制在.的范围内。刚度主轴组件的刚度是指主轴组件在外力例如切削力的作用下，仍能保持定工作精度的能力。通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力大小来表示。在主轴前端部加作用力，若主轴端的位移量为，则主轴组件的刚度值主轴组件的刚度越大，主轴受力的变形就越小。主轴组件的刚度不足，在切削力及其他力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形，不仅影响工件的加工质量，还容易引起振动，恶化传动件和轴承的工作条件，使其加快磨损，降低精度。主轴部件的刚度与主轴尺寸支承跨距所选用的轴承类型及配置形式轴承间隙的调整主轴上传动元件的位置等有关。设计时应在其他条件允许的条件下，尽量提高刚度值。抗振性指主轴组件在切削过程中抵抗强迫振动和自激振动保持平稳运转的能力。抗振性直接影响加工表面质量和生产率的提高，使刀具耐用度下降。提高主轴抗振性必须提高主轴组件的静刚度，采用较大阻尼比的前轴承，以及在必要时安装阻尼消振器。另外，使主轴的固有频率远远大于激振力的频率。温升和热变形主轴组件在运转中，温升会引起两方面的不良结果是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会发生变化，直接影响加工精度其次温升会改变轴承等元件的间隙，破坏润滑条件，加速磨损甚至抱轴，影响轴承的正常工作。加工中心在解决温升问题时，般采用恒温主轴箱。耐磨性指长期保持其原始精度的能力。主要影响因素是材料热处理轴承类型和润滑方式。主轴组件必须有足够的耐磨性，以便能长期保持精度。主轴上易磨损的地方刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高其硬度增加其耐磨性。主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐磨性。主轴组件的设计步骤调研根据设计要求调查机床厂现行同类型机床的主轴系统情况。查阅收集和分析国内外有关技术资料。尤其注意新技术的应用情况。在调研的基础上，考虑设计要求及给定的设计条件，确定主轴轴承类型及配置方式，合理布置传动件。确定主轴轴径，选择主轴端部形状并初步确定支承跨距。然后在考虑各组件的定位工艺性等要求的基础上定出主轴全部结构尺寸。进行主轴刚度验算。如果转速较高，还应进行主轴临界转速的验算。选定主轴材料热处理及技术要求。绘制工作图。.主轴的设计要求主轴是主轴组件的重要组成部分。它的结构尺寸和形状制造精度材料及其热处理，对主轴组件的工作性能有很大的影响。同时，主轴结构要保证各零件定位可靠工艺性好等要求。主轴的主要尺寸参数主轴的主要尺寸参数包括主轴直径内孔直径悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴的主要尺寸参数的依据是其主轴的刚度结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。主轴直径主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大，同等级精度轴承的公差值也越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转速下降。主轴前支承轴颈的直径可根据主电动机功率初步选择。主轴后端支承轴颈的直径可以是倍的前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性也越好。主轴内孔直径主轴的内孔直径用于通过刀具夹紧装置固定刀具传动气动或液压卡盘等。主轴的孔径与主轴直径之比，小于.时空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当等于.时空心主轴的刚度为实心主轴刚度的大于.时空心主轴的刚度就急剧下降，般可取其比值为.左右。前悬伸主轴前支承点至主轴前端的距离称为主轴的前悬伸。主轴的前悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸，前轴承的类型组合方式和轴承的润滑与密封有关。主轴的前悬伸长度对主轴的刚度影响很大。主轴前悬伸长度越短，其刚度越高。因此，在进行结构设计时，应尽量缩短悬伸量。主轴的支撑跨距主轴前支撑点至主轴后支承点之间的距离称为跨距，主轴组件的支撑跨距对主轴本身刚度和对支承刚度有着很大的影响。跨距对综合刚度的影响不是单向的。如较大，带有卸荷装置的加工中心主传动系统设计摘要轴系统相比，加工中心主轴系统具有更高的转速更高的回转精度以及更高的结构刚性和抗振性。.对加工中心主传动系统的要求由于加工中心具有更高的加工效率，更宽的使用范围，更高的加工精度，因此，它的主轴系统必须满足如下要求。调速功能为了适应不同工序各种工件材料及刀具等各切削工艺要求，主轴必须具有定的调速范围并实现无级变速，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳切削效率加工精度和表面质量。调速范围的指标主要由各种加工工艺对主轴最低速度和最高速度的要求来确定。目前加工中心主轴基本实现无级变速。精度和刚度要求具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低。加工中心加工精度与主轴系统精度密切相关。主轴部件的精度包括旋转精度和运动精度。旋转精度指装配好后，在无载荷和低速转动条件下，主轴前端工作部位的径向和轴向跳动值。主轴部件的旋转精度取决于部件中各个零件的几何精度装配精度和调整精度。运动精度指主轴在工作状态下的旋转精度，这个精度通常和静止或低速状态的旋转精度有较大的差别，它表现在工作时主轴中心位置的不断变化，即主轴轴心漂移。运动状态下的旋转精度取决于主轴的工作速度轴承性能和主轴部件的平衡。静态刚度反映了主轴部件或零件抵抗静态外载的能力。加工中心多采用抗弯刚度作为衡量主轴部件刚度的指标。影响主轴部件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸形状，主轴轴承的类型数量配置形式预紧情况支承跨距主轴前端的悬伸量等。动态响应性能要求升降速时间短，调速时运转平稳。对有的机床需同时能实现正反转切削，则要求换向时均可进行自动加减速控制。抗振性和热稳定性要求加工中心在加工时，由于断续切削加工余量大且不均匀运动部件速度高且不平衡，以及切削过程中的自振等原因引起的冲击力和交变力的干扰，会使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具和主轴系统中的零件。主轴系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏相对位置精度和运动精度，造成加工误差。为此，主轴组件要有较高的固有频率，保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。具有刀具的自动夹紧功能加工中心突出的特点是自动换刀功能。为保证加工过程的连续实施，加工中心主轴系统与其他主轴系统相比，必须具有刀具自动夹紧功能。功率要求要求主轴具有足够的驱动功率或输出转矩，能在整个速度范围内提供切削所需功率和转矩，以满足机床强力切削时的要求。主轴定位功能要求主轴准停功能又称主轴定位功能。即当主轴停止时，控制主轴停在固定的位置，这是自动换刀所必需的功能。在自动换刀的数控镗铣加工中心上，切削转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能。此外，在通过前臂小孔镗内壁的同轴大孔，或进行反倒角等加工时，要求主轴实现准停，使刀尖停在个固定的方位上或在轴方向上，或在轴方向上，以便主轴偏移定尺寸后大刀刃能通过前臂小孔进入箱体内对大孔进行镗削。.主传动的类型及方案选择加工中心主传动系统主要有以下四种形式。二级齿轮变速传动低速主轴通过采用齿轮变速机构或同步带传动降速，增大输出转矩，以满足主轴输出转矩特性的要求。该种主轴电动机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这是大中型加工中心机床采用较多的种配置方式。这种分段无级变速，确保低速时的大转矩，满足机床内转矩特性的要求。滑移齿轮常用液压拨叉或电磁离合器来改变其位置。定比传动该种传动方式经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。带传动主要用于小型机床上，可以避免齿轮传动的噪声与振动。它适用于高速低转矩特性要求的主轴。常用的是带和同步齿形带。本次设计的立式加工中心的主传动系统即采用同步齿形带，具体选择原理及方案将在后文详述。由主轴电动机直接驱动该种传动方式的电动机轴与主轴用联轴器同轴连接。这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高主轴刚度。但主轴输出转矩小，电动机的发热对主轴精度影响大。内装电动机主轴高速主轴要求在极短时间内实现升降速，在指定位置快速准停，这就要求主轴具有很高的角加减速度。通过齿轮或传动带这些中间环节，常常会引起较大振动和较大噪声，而且增加了转动惯量。为此将主轴电动机与主轴合而为，制成电主轴，即主轴与电动机转子合为体。电动机的轴就是主轴本身，而电动机的定子被拼入在主轴内。实现无中间环节的直接传动，是主轴高速单元的理想结构。电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为体的新技术，它与直线电机技术高速刀具技术起，将把高速加工推向个新时代。电主轴是套组件，它包括电主轴本身及其附件电主轴高频变频装置油雾润滑器冷却装置内置编码器换刀装置等。电主轴所融合的技术有以下几个方面。高速轴承技术电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍有时也采用电磁悬浮轴承，或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限长。高速电机技术电主轴是电机与主轴融合在起的产物，电机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作台高速电机，其关键技术是高速度下的动平衡。润滑电主轴的润滑般采用定时定量油气润滑也可以采用脂润滑，但相应的速度要受到影响。所谓定时，就是每隔定的时间间隔注次油，所谓定量，就是通过个叫做定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的注油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。冷却装置为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。内置脉冲编码器为了实现自动换刀及