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加（jiā）工中心及其進給係統設計

2019-5-9 來源：沈陽機床成套設備有限責任公司作者：張朝麟

摘要（yào）：加工（gōng）中心是一個（gè）高精密、高集成化的設備，它的技術水平標誌著一個國家製造業的強弱，加工中（zhōng）心的製（zhì）造能力和加工能力非常廣泛（fàn）和強大，並且工件（jiàn）加工過程中減少裝卸和（hé）換刀步驟，這樣體現了加工中心的複雜程度，加工中心的主傳動係統和進給係統精度高，同時也複雜（zá），它的轉速和進給效率非常高，這樣（yàng）體現了為什麽加工（gōng）中心加工能力（lì）強的原（yuán）因之一。

關（guān）鍵詞：加工中心；主傳動係統；進給係統

1. 加工中心

加工中心的特（tè）點就（jiù）是工序集中、加工精度高（gāo）、適應性非常強、生產效率高、性價比（bǐ）高、利用（yòng）生（shēng）產管理等，以上這些特點相對於普通機床而言，加工中心具有刀庫，可以實現自動換刀，機床裝夾後，可以實現多麵（miàn）位（wèi）加工。加工中（zhōng）心的總體結構組成如圖 1 所示。

圖（tú） 1 加工中心的組成

加工中心的數控係統主（zhǔ）要（yào）是由 CNC 裝置、PLC、伺（sì）服驅（qū）動裝置這幾個部分組成，CNC 控製係統可以對加工中心（xīn）的（de）功能、主軸等分別控製，實現加工範圍（wéi）廣的特（tè）點。

加（jiā）工中心的結構可以（yǐ）分為主機部分和（hé）控製部分兩種，主機部分也就是機床本體，包括床身、立柱、主軸箱（xiāng）等，控製部分就是對加工（gōng）中心控製的各（gè）種程序，加工中心的控製係統非常強大，智能化程度也非常高。

加工中（zhōng）心的結構（gòu）特（tè）點就是（shì）剛度高、抗震（zhèn）性好，而對（duì）於機床剛度的設計時候，機床（chuáng）抵抗變（biàn）形能力的計算公式如下 :

作（zuò）用在加工中心上的載荷（hé）有很多種，包（bāo）括夾緊力、切削力、傳動力（lì）等，對於這些載荷不同，可以分為靜載荷和動載荷。

2. 主傳動係統

加工（gōng）中心的主傳動係統設計要求是調速範圍要廣、轉動精度要高、同時傳動（dòng）係統的剛度要強，特別（bié）是主軸，主軸（zhóu）部件耐磨性要好。

主傳動係統中的主軸變速方式有無極變速和有級（jí）變速兩種（zhǒng），加工中心的主傳動係統為了保證加工時（shí）候可（kě）以合理選擇切削用量和保證加工（gōng）的加（jiā）工質量，一般主傳動係統采用無極變速，但是為了擴大調速範圍，采用齒輪和電機無極調速的結合形式，主軸（zhóu）傳（chuán）動分為帶有變（biàn）速齒輪的主傳動，如（rú）圖 2(a) 所示，帶（dài）傳（chuán）動的主傳（chuán）動，如圖 2(b) 所示，調速電機直接驅動，如圖 2(c) 所示。

圖 2 主軸（zhóu）傳動（dòng）的 3 種形式

而加工中心的變速範圍要大，所以選擇變速齒輪（lún）的無極調速。對（duì）於加工中心主傳動係統的主軸設計（jì）時候，考慮主軸（zhóu）需確定位高、安裝可靠、連接牢固（gù）等特點，主軸的結構（gòu）采用前端 7:24 的（de）錐孔定位，而主軸（zhóu）的材料選擇時，由（yóu）於主軸選擇承載時候（hòu）的變（biàn）形量要小，保證傳（chuán）動（dòng）精度，選用 40Cr 作為（wéi）主軸的材質，並且需要對主軸進行熱處理。加工中心的主軸箱分為低傳速區和高傳速區，實現主軸轉速（sù）的（de）範圍廣，對（duì）於主軸的計算，通過以下公式計算：

圖 3 加工中心主傳動係統

最終確定（dìng）主傳動（dòng）係統如圖 3 所示。

3. 進給係統（tǒng）

對於加工中（zhōng）心，進給係統是一個非常重要的部分，如果機床整體結（jié）構和精度都非常好，但是沒有進給係統，就（jiù）不能完成對零件的加（jiā）工，加工中心的進給係統（tǒng）是數字控製的直（zhí）接對象（xiàng），工件的（de）坐（zuò）標、工（gōng）件的輪廓等都是受進給係統的控製，所以進（jìn）給係統要滿（mǎn）足以下幾點要求：

（1）傳動精度和（hé）剛度要高，要達到這個要求，進給係（xì）統中的絲杠螺母副（fù）、蝸輪蝸杆副等零件的精度（dù）要（yào）高，剛度也要（yào）強。

在數（shù）控機床的進給係統設計中，能實現直線運動的滾珠（zhū）絲杠副有（yǒu） 3 種，滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、靜壓蝸杆蝸條和齒輪齒條副，靜壓絲杠螺母副摩（mó）擦係數小，但是比滾珠絲杠的轉矩小，蝸杆蝸條（tiáo）和齒輪齒條副的傳動不夠穩定，會影響加工中心的精度（dù），所以最終加工中心選（xuǎn）擇滾珠絲杠螺母副。

（2）摩（mó）擦阻力要小，進給運動（dòng）過程中（zhōng），如果摩擦阻力非常大，會產生摩擦熱，會影（yǐng）響係統傳動（dòng）效率（lǜ）。

（3）運動慣量要小，傳動元（yuán）件的慣量對伺服係統（tǒng）的啟動和製動都有影響（xiǎng）。

結語

加工中心的技術要求就是高精度、高轉速、高剛度等特性，而要實現這幾個要求，就需要從每個零件著手，主（zhǔ）傳動係（xì）統中的主軸、軸承，進給（gěi）係統中絲杠，這些都是需要去提高，加工中心的整體結構中（zhōng），主傳動係統和進給係統是非常重要的，主軸轉速不夠，那麽（me）加工能力就不行、效率（lǜ）慢，但是加（jiā）工中心也不能（néng）隻是提高這兩個方麵，隻有綜合提高（gāo），才能使加工中心更上一層樓。

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