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    数控机床加工过程中往往有多道工序,会用到多把不同的刀具,这就涉及到主轴换刀装置,对刀的松开、夹紧有了要求。同时还需要满足方便快捷、安全可靠等要求。
    3)Z轴伺服驱动机构研究
    伺服驱动机构主要由伺服电机驱动,而伺服电机的选择就成为了本课题所要研究的问题。
    4)主轴回转运动的研究
    加工过程中主轴要实现回转运动,因此要对主轴的回转进行研究。
    2 方案拟定
    2.1加工中心主轴组件的组成
    主轴部件是由主轴、主轴支承等组成的。主轴的启动、停止和变速以及主轴自身的尺寸材料等与产品的质量息息相关。主轴是加工中心的关键部件,其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响,它决定着加工中心的性能好坏。主轴内部刀具自动夹紧机构是自动刀具交换装置的组成部分。

    2.2 加工中心主轴组件总体设计方案的确定
    本课题的总体设计方案现确定如下:
    由于同步带无滑动,有固定的传动比,且传动效率高,对工作环境的要求不高,所以在主轴传动采用同步带传动。
    在主轴的Z向进给运动中,采用滚珠丝杠。其优点在于耐磨性好、磨损小,低速运行时无爬行、无振动,能够很好地确保Z向的进给精度。
    由于加工中心具备自动换刀功能,所以要有主轴准停装置、刀具自动夹紧松开机构。在本课题中,主轴准停机构采用电气式磁力传感器检测定向,它能够使主轴停止在正确的位置上,而且还可以检测主轴的速度方便操作者控制。
    在换刀过程中,刀具自动夹紧松开机构也是不可获缺的一部分。它能够控制刀杆的松紧,使刀具在加工时能紧紧地固定在主轴上不松动,且在换刀时能轻松地卸载下来。本课题通过采用了液压缸来控制活塞、拉杆、拉钉等一系列元件的运动来达到刀杆的松紧目的。
    在伺服系统中,本课题在Z向进给运动中则选用交流伺服电动机。因为直流伺服电动机具有电刷和换向器,需要经常文修保养,因此不适合于Z向进给系统中。
    图2.5所示为本课题主轴部件结构示意图。
    FA-16TL斗笠式刀库实训台--主轴部件
    图2.1主轴部件结构示意图
    1——刀架;2——拉钉;3——主轴;4——拉杆;
    5——碟形弹簧;6——活塞;7——液压缸;8、10——行程开关;
    9——压缩空气管接头;11——弹簧;12——钢球;13——端面键

    2.3 机械系统方案的确定
    2.3.1 主轴传动机构
    主轴传动方式主要分为齿轮传动和同步带传动。
    齿轮传动应用广,类型多,适应性好,效率高。齿轮传动大多数为传动比固定的传动,少数为有级变速传动。但是齿轮传动的安装精度要求高,价格较贵,而且不适合用于传动距离很大的场合。
    同步带传动不需要润滑,且在啮合传动中,它的结构简单,制造容易,实惠经济,缓冲力强,重量轻,噪音小,传动效率高。同步带传动的优点是:
    a)    无滑动,能保证固定的传动比;
    b)    预紧力较小,轴和轴承上所受的载荷小;
    c)    带的厚度小,单位长度的质量小,故允许的线速度较高;
    d)    带的柔性好,故所用带轮的直径可以较小。
    其主要缺点是安装时中心距的要求严格。
    由于齿轮传动需要的润滑条件较为严苛,而且必须选择较好的工作环境;而同步带传动则不会出现这些问题,并且在传动效率和传动比等方面都能较好的满足课题要求,因此本课题的主轴传动选择同步带传动。
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