数控车床主要结构及特点分析

数控车床主要由车床床身、主传动系统、液压动力卡盘、迸给传动系统、自动回转刀架及一些辅助装置所组成。

1.车床床身

床身结构形式决定了机床的总体布局。数控车床的布局形式主要有水平床身、倾斜床身和立床身等几种。经济型数控车床一般与普通车床结构形式相同,多采用水平床身。水平床身加工工艺性好,其刀架水平放置,有利于加工,但床身下部空间小,排屑困难。倾斜床身或水平床身斜滑板布局结构在现代数控车床中得到了广泛应用。因为这种布局结构具有机床外形美观、占地面积小、易于排屑和切削液排流、易于安装上下料机械手和自动排屑器、容易实现机电一体化和封闭防护、便于操作与观察等。

2.主传动系统

经济型数控车床的主传动系统与普通车床几乎完全相同。为了适应数控机床在加工中自动变速的要求,在传动中采用双速电动机及电磁离合器,可得到4~8级转速,编入程序后能够达到加工中自动变速的要求。

全功能型数控车床主传动系统一般采用直流或交流无级调速电动机,通过传送带传动来带动主轴旋转,实现自动无级调速及恒速切削控制。为了增大调速范围,在主轴箱内可以增加两对变速齿轮,使主轴转速范围分为高速及低速两种,变档一般采用液压缸推动滑移齿轮来实现。图1-11所示为TND360数控车床主传动系统图。

图1-11 TND360数控车床主传动系统图

3.液压动力卡盘

数控车床上所配卡盘与普通车床手动夹紧的卡盘有所不同。以TND360型数控车床为例,它配有液压动力卡盘,这种卡盘由固定在主轴后端的缸体和固定在主轴前端的卡盘两部分组成。当数控装置发出夹紧或松开指令时,缸体内的液压油在电磁阀控制下推动活塞左、右移动,并由拉杆通过主轴孔拉动滑体,而滑体又与三个可在卡盘体T形槽内作径向移动的卡爪滑座以斜楔连接。这样,主轴尾部缸体内活塞的左右移动就转变为卡爪滑座的径向移动,由装在滑座上的卡爪来夹紧或松开工件。三卡爪径向移动是同步的,因而具有自动定心功能。此外,有的数控车床还可采用电动自定心卡盘等。

4.进给传动系统

数控车床的迸给系统是用伺服电动机（交流、直流）或步迸电动机驱动,直接带动滚珠丝杠驱动刀架作Z向（纵向）、X向（横向）的迸给运动。其传动方法与普通车床的截然不同,即迸给箱、溜板箱中不再设置齿轮传动机构,大拖板、中拖板在纵、横两个方向的移动不再是由主轴主运动经轮系传动后得到,不必由人工操作手轮实现机床拖板的移动。由于采用了宽调速伺服电动机与伺服系统,快速移动和迸给传动均经同一传动路线,因此迸给速度快、范围广、定位准确。(www.xing528.com)

滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置,在数控车床上得到广泛的应用。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺喝间装有滚珠作为中间传动元件,以减少摩擦。其工作原理如图1-12所示。图中,丝杠和螺喝上都加有圆弧形的螺旋槽,当它们对合起来,就形成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠,当丝杠与螺喝相对运动时,滚珠沿螺旋槽向前滚动,在丝杠上滚过数圈以后,通过回程弓导装置逐个又滚回到丝杠和螺喝之间,构成了一个闭合的回路管道。

图1-12 滚珠丝杠副的原理

滚珠丝杠副的优点是摩擦系数小,传动效率高,η可达0.92~0.96,所需传动转矩小；灵敏度高,传动平稳,不易产生爬行,随动精度和定位精度高；磨损小,寿命长,精度保持性好；可通过预紧和间隙消除措施,提高轴向刚度和反向精度；运动具有可逆性,不仅可以将旋转运动变为直线运动,也可将直线运动变为旋转运动。缺点是制造工艺复杂,成本高,在垂直安装时不能自锁,因而需附加制动机构。

5.自动回转刀架

数控车床的刀架是车床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具,其结构直接影响车床的切削性能和工作效率。在一定程度上,刀架结构和性能体现了车床的设计与制造技术水平。

数控车床的刀架分为排式刀架和转塔式刀架两大类。排式刀架的结构形式为安装有各种不同用途刀具的刀夹沿机床的X坐标轴方向排列在横向滑板上,一般用于小规格数控车床。转塔式刀架是普遍采用的刀架形式,它用转塔头各刀座安装或支持各种不同用途的刀具,通过转塔式的旋转、分度、定位来实现车床的自动换刀工作。其转塔刀架分度准确、定位可靠、重复定位精度高、转位速度快、夹紧刚性好,可以保证数控车床的高精度和高效率。图1-13所示为转塔式刀架。

转塔式刀架分为立式和卧式两种。立式转塔式刀架的回转轴与机床主轴成垂直布置,刀位数有四位与六位两种,其结构比较简单,经济型数控车床多采用这种刀架。卧式转塔刀架的回转轴与机床主轴平行,可以在其径向与轴向安装刀具。径向刀具多用作外圆柱面及端面加工,轴向刀具多用作孔加工。转塔刀架的工位数最多可达20个,但最常用的有8、10、12、14四种工位。刀架回转及松开夹紧的动力有全电动、全液压、电动回转松开碟形弹簧夹紧和电动回转液压松开夹紧。刀位计数有用n个行程开关（或接近开关）组成计数的,但以用光电编码器的较多。转塔式刀架机械结构复杂,使用中故障率相对较高,因此在使用维护中要给予足够重视。此外,有的刀架还设有动力刀夹,可用于数控车削中心对各种复杂型面迸行铣、钻、键等加工。

图1-13 转塔式刀架