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1、数控机床原理及应用,第四讲,数控机床的机械结构与工作原理 (二）,本讲内容提要,典型主传动系统及部件结构,典型主传动系统及部件结构,TND360型数控车床主轴及部件 XH754型加工中心主轴,TND360型数控车床主轴及部件,主传动系统 主轴部件 液压动力卡盘,主传动系统,基本结构,主电动机的一端经同步齿形带带动主轴箱内的轴I转动，另一端带动测速发电机实现速度反馈。主轴箱内有两对传动齿轮，经过84/60传动时，使主轴II得到800-3150r/min的高速段，经过29/86传动时，使主轴II获得7-760r/min的低速段，高速段和低速段的变换由液压拨叉推动滑移齿轮实现。,工作原理,主轴通过6
2、0/60齿轮带动主轴脉冲发生器，与主轴同步旋转，发出脉冲，主轴每转一转脉冲发生器可发出1024个脉冲。这些脉冲送给CNC装置作为坐标轴向进给的脉冲源，经过CPU对节距计算后，发给坐标轴的位置伺服系统，使进给量与主轴的转速保持要求的比率，可以车削螺纹。,主轴部件,主轴结构,主轴采用空心结构，可通过直径达60mm的棒料，也可采用气动、液压夹紧装置。主轴前端的短圆锥面及端面用于安装卡盘或拨盘。为了提高机床刚度，承受较大的切削力，主轴采用较大轴径的结构尺寸。,主轴支承,主轴前端采用三个向心推力角接触球轴承组成支承，其中，前两个轴承大口朝向主轴前端，接触角为25，用以承受轴向切削力，后一个轴承大口朝里，
3、接触角为14，主轴前轴承的内外圈由主轴轴肩和箱体孔的台阶进行轴向固定，这种支承能承受较大的轴向和径向载荷。 后支承由一对背靠背的角接触球轴承组成，只承受径向载荷，这种结构不会使主轴产生轴向过定位。后轴承由后压套进行预紧，轴承预紧量预先配好，直接装配，不需修磨。,液压动力卡盘,为了减少辅助时间和劳动强度，适应自动化和半自动加工的需要，TND360数控车床还配有液压动力卡盘，这种卡盘主要由固定在主轴后端的液压缸体和固定在主轴前端的卡盘两部分组成。,动力卡盘液压缸结构图,1引油导套 2液压缸体 3活塞 4法兰盘,液压缸工作原理,液压缸在2.5MPa压力下可产生3300N的拉力或推力。液压缸体2通过法
4、兰盘4及连接件固定在主轴尾端，随主轴一起旋转。引油导套1固定在动力卡盘的壳体上，通过前后滚动轴承支撑液压缸转动。当程序段指令发出夹紧或松开控制信息后，液压系统将压力油送人液压缸的左腔或右腔，使活塞3向左或向右移动，再通过拉杆使主轴前端动力卡盘的卡爪夹紧或松开工件。,液压动力卡盘结构图,1盘体 2拉杆 3滑体 4卡爪滑座 5T形滑块 6卡爪,动力卡盘工作原理,卡盘通过过渡法兰安装在机床主轴上，它有两组螺孔，分别适用于带螺纹主轴端部及法兰式主轴端部的机床。当数控装置发出夹紧和松开指令时，缸体内的液压油在电磁阀控制下推动活塞往复移动，并由拉杆通过主轴通孔拉动滑体，滑体又与三个可在盘体上“T”型槽内做
5、径向移动的卡爪滑座（图中仅画出一个）以斜楔连接。这样主轴尾部缸体内活塞的左右移动就变成卡爪滑座的径向移动，再由装在滑座上的卡爪将工件夹紧和松开。因三个卡爪滑座径向移动是同步的，故装夹时能实现自动定心。其夹紧力的大小可通过调整液压系统的油压进行控制，该卡盘具有结构紧凑、动作灵敏、能够实现较大压紧力的特点。适用于强力切削和高速切削。,XH754型加工中心主轴,XH754型加工中心是一种高性能、高效率、高速度的卧式加工中心 ，在加工过程中具有自动换刀、自动分度等功能。 该机床可在一次装夹中可完成轮廊铣削和平面铣削，可以进行钻、扩、镗、锪、铰、攻丝等多种工序。既有粗加工，又有精加工，因此除了对主轴部件
6、的精度和刚度有较高的要求外，主轴上还设置有刀具的自动装卸、主轴准停和主轴孔内的切屑清除装置。,主轴结构,机床主轴采用数字伺服电机驱动，电机经一对同步带轮驱动主轴，其主电机功率为5.5Kw和7.5Kw，速比分为 1：3和1：1.2两种。最高转速可分别达到2000rpm和5000rpm.为了提高其自身刚度和便于安装，主轴设计成阶梯圆柱形，前端外径大，后端外径小，为了实现更换刀具时能自动夹紧，主轴内部为空心。前端有7：24的锥孔，用于装锥柄刀具，并有自动定心作用，通过摩擦将刀柄夹紧于主轴的端部，大锥度既利于定心，也便于松夹，主轴端面装有定向键，通过它既可传递切削转矩，又可用于刀具的周向定位。,主轴支
7、承,采用的是双支承结构，前支承与TND360型车床主轴相同，后支承是双列向心短圆柱滚子轴承，刚度增大。,自动夹紧装置,由钢球、拉杆、蝶形弹簧、油缸、活塞等组成。图示为刀具夹紧状态，活塞1在螺旋弹簧2的作用下，退到油缸的最左端，活塞右端与拉杆脱开，拉杆7在蝶形弹簧8的作用下向左拉紧，使拉杆前端的钢球6向轴心收缩，将刀夹尾部轴颈拉住，蝶形弹簧产生的拉力可达1000N。当液压缸左腔进入压力油时，活塞推动拉杆右移，同时压缩蝶形弹簧，拉杆右移使钢球进入主轴内孔右面直径较大的部位，从而解除了刀杆上的拉力，即可将刀具取出。当机械手将新刀装入后，压力油通入油缸右腔，活塞向左退回原位，蝶形弹簧又作用拉杆拉紧刀夹
8、。当活塞处于左右两个极限位置时，行程开关12、13发出刀具夹紧和松开的信号。,切屑清除装置,如图： 活塞通孔左端的螺孔，可接压缩空气，在刀具取出后，通过压缩空气将刀具安装锥孔等处的切屑吹净。,主轴准停装置,如图：在主轴尾部塔轮处，为电气控制准停，采用磁性传感器作为主轴到位的检测元件。3为磁传感器，4是永久磁铁，当接到停机指令后，主轴电动机以慢速回转，当带轮5左侧的永久磁铁对准传感器时，传感器与磁铁感应产生电信号，并送到定位信号处理电路中与基准信号比较。当位置误差小于预定值时，便产生到位信号，并送往CPU，发出主轴停止信号，主轴准确地停止在规定位置上。,本讲小结,典型数控机床的结构特点 TND360型数控车床主轴及部件 XH754型加工中心主轴,作 业,TND360型数控车床主轴部件由哪几部分组成？ XH754型加工中心主轴如何实现主轴的定向准停控制？试述磁传感器准停的结构与工作原理。,
