精工機床主傳動系統(tǒng)是指驅(qū)動主軸運動的系統(tǒng)；主軸是精工機床上帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運動的運動軸，它往往是精工機床上單軸功率消耗******的運動軸。與普通機床一樣，精工機床也必須通過變速，才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的加工要求；在變速的同時，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩，來滿足切削的需要。 

2.1 精工機床主傳動系統(tǒng)要求

作為高度自動化的設(shè)備，精工機床對主傳動系統(tǒng)的基本要求如下。 

(1) 為了能達到******的切削效果，精工機床一般都應(yīng)在******的切削條件下工作，因此，主軸一般都要求能實現(xiàn)無級變速。 

(2) 要求機床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速、高效的加工需求。 

(3) 為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動，主傳動系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，減少傳動件。

(4) 在加工中心上，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機械手的正確嚙合。 

(5) 為了擴展機床的功能，實現(xiàn)對C軸位置(主軸回轉(zhuǎn)角度)的控制，主軸還需要安裝位置檢測裝置，以便實現(xiàn)對主軸位置的控制。 

2.2 精工機床的主軸部件

精工機床的主軸部件是精工機床的重要組成部分之一，包括主軸的支承和安裝在主軸上的傳動零件等。它的回轉(zhuǎn)精度可影響工件的加工精度，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度可影響加工效率，它的自動變速、準(zhǔn)停和換刀可影響機床的自動化程度。因此，要求主軸部件具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及部件的耐磨性和精度的保持性。對于自動換刀的精工機床，為了實現(xiàn)刀具的自動裝卸和夾持，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu)。 

1. 主軸部件的支承與潤滑

機床主軸帶動刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運動，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。目前，精工機床主軸的支承配置形式主要有3種，如圖1所示。

 

 

 

圖 1

(1) 前支承采用雙列圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對安裝的角接觸球軸承。這種配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強力切削的要求，因此普遍應(yīng)用于各類精工機床主軸中。 

(2) 前軸承采用高精度的雙列角接觸球軸承，后軸承采用單列(或雙列)角接觸球軸承。這種配置具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min，但它承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的精工機床主軸。在加工中心的主軸中，為了提高承載能力，有時應(yīng)用3～4個角接觸球軸承組合的前支承，并用隔套實現(xiàn)預(yù)緊。 

(3) 前后軸承采用雙列和單列圓錐軸承。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調(diào)整性能好。但這種配置限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，因此適用于中等精度，低速與重載的精工機床主軸。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對機床工作精度的影響，通常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度。在某些精工鏜、銑床上采用專用的制冷裝置，比較理想的實現(xiàn)了溫度控制。近年來，某些精工機床的主軸軸承采用高級油脂，用封入方式進行潤滑，每加一次油脂可以使用 7～10年，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本且維護保養(yǎng)簡單。為了防止?jié)櫥秃陀椭旌?，通常采用迷宮密封方式。

 

2. 主軸準(zhǔn)停裝置

在精工鏜床、精工銑床和以鏜銑為主的加工中心上，為了實現(xiàn)自動換刀，使機械手準(zhǔn)確地將刀具裝入主軸孔中，刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?zhǔn)；在鏜削加工退刀時，要求刀具向刀尖反方向徑向移動一段距離后才能退出，以免劃傷工件，這都需要主軸具有周向定位功能；另外，一些特殊工藝要求情況下，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進行反倒角等加工時，也要求主軸實現(xiàn)準(zhǔn)停，使刀尖停在一個固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大切削刃能通過前壁小孔進入箱體內(nèi)對大孔進行鏜削，所以在主軸上必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置。

目前，主軸準(zhǔn)停裝置很多，主要分為機械式和電氣式兩種。

傳統(tǒng)的做法是采用機械擋塊等來定向。圖2為V形槽輪定位盤準(zhǔn)停裝置原理圖，在主軸上固定一個V形槽輪定位盤，使V形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對位置關(guān)系。當(dāng)主軸需要停車換刀時，發(fā)出降速信號，主軸轉(zhuǎn)換到最低速運轉(zhuǎn)，延時繼電器開始動作，并延時4s～6s后，無觸點開關(guān) 1接通電源，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即 V形槽輪定位盤 3上的感應(yīng)塊2與無觸點開關(guān)1相接觸后發(fā)出信號，使主軸電動機停轉(zhuǎn)。另一延時繼電器延時0.2s～0.4s后，壓力油進入定位液壓缸4下腔，使定向活塞向左移動，當(dāng)定向活塞上的定向滾輪 5頂入定位盤的 V形槽內(nèi)時，行程開關(guān) LS2發(fā)出信號，主軸準(zhǔn)停完成。若延時繼電器延時1s后行程開關(guān)LS2仍不發(fā)信號，說明準(zhǔn)停沒完成，需使定向活塞6后退，重新準(zhǔn)停。當(dāng)活塞桿向右移到位時，行程開關(guān)LS1發(fā)出定向滾輪5退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時主軸可啟動工作。機械式主軸準(zhǔn)停裝置準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?，F(xiàn)代精工機床一般采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，只要精工系統(tǒng)發(fā)出指令信號，主軸就可以準(zhǔn)確的定向。圖3為JCS—018加工中心主軸電氣準(zhǔn)停裝置原理圖，在帶動主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個厚墊片4，墊片4上裝有一個體積很小的永久磁鐵3，在主軸箱體對應(yīng)主軸準(zhǔn)停的位置上，裝有磁傳感器2。當(dāng)機床需要停車換刀時，精工裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令，主軸電動機立即降速，在主軸以最低轉(zhuǎn)速慢轉(zhuǎn)幾圈、永久磁鐵3對準(zhǔn)磁傳感器2時，磁傳感器2發(fā)出準(zhǔn)停信號，該信號經(jīng)放大后，由定向電路控制主軸電動機停在規(guī)定的周向位置上，同時限位開關(guān)發(fā)出信號，表示準(zhǔn)停已完成。

 

 

1—無觸點開關(guān) 2—感應(yīng)塊 3—V形槽輪定位盤 

4—定位液壓缸 5—定向滾輪 6—定向活塞

 

 

1—多楔帶輪 2—磁傳感器 

3—永久磁鐵 4—墊片 5—主軸

電氣式主軸準(zhǔn)停的特點是：不需要機械部件，定向時間短，可靠性高，只需要簡單的

強電順序控制，精度和剛度高。

3. 主軸內(nèi)刀具自動裝卸及吹屑裝置

在加工中心上，為了實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，除了要保證刀具在主軸上正確定

位之外，還必須設(shè)計自動夾緊裝置。

圖4 為自動換刀精工立式鏜銑床的主軸部件結(jié)構(gòu)圖：刀桿采用7:24的大錐度錐柄，既有利于定心，也為松夾帶來了方便。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時，通過錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。在碟形彈簧5的作用下，拉桿4始終保持約10000N的拉力，并通過拉桿右端的鋼球12將刀桿的尾部軸頸拉緊。換刀時首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸7左腔，液壓缸活塞6推動拉桿4向右移動。將刀柄松開，同時使碟形彈簧5壓緊。拉桿4的右移使右端的鋼球12位于套筒的喇叭口處，消除了刀桿上的拉力。當(dāng)拉桿繼續(xù)右移時，噴氣嘴的端部把刀具頂松，使機械手可方便地取出刀桿。機械手將應(yīng)換刀具裝入后，電磁換向閥動作使壓力油通入液壓缸右腔，液壓缸活塞6向左退回原位，碟形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊。螺旋彈簧11使液壓缸活塞6在液壓缸右腔無壓力時也始終退在最左端，當(dāng)活塞處于左右兩個極限位置時，相應(yīng)限位行程開關(guān)8、10發(fā)出松開和夾緊的信號。 

 

加工中心的主軸部件結(jié)構(gòu)圖 

1—刀架 2—拉釘 3—主軸 4—拉桿 5—碟形彈簧 6—液壓缸活塞8、10—限位行程開關(guān) 9—壓縮空氣管接頭 11—螺旋彈簧 12—鋼球 7—液壓缸13—端面鍵

自動清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑也是換刀過程中的一個重要問題。如果主軸錐孔中落入切屑、灰塵或其他污物，在拉緊刀桿時，主軸錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞刀桿的正確定位，影響零件的加工精度。為了保持主軸錐孔的清潔，常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。在圖4 中，當(dāng)主軸部件處于松刀狀態(tài)時，主軸頂端的液壓缸與拉桿是緊密接觸的，此時，壓縮空氣通過液壓缸活塞6和拉桿4中間的通孔，由壓縮空氣管接頭9噴出，以吹掉主軸錐孔上的灰塵、切屑等污物，保證主軸孔的清潔。