張朝麟

摘 要：加工中心是一個高精密、高集成化的設備，它的技術水平標志著一個國家制造業(yè)的強弱，加工中心的制造能力和加工能力非常廣泛和強大，并且工件加工過程中減少裝卸和換刀步驟，這樣體現(xiàn)了加工中心的復雜程度，加工中心的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)精度高，同時也復雜，它的轉速和進給效率非常高，這樣體現(xiàn)了為什么加工中心加工能力強的原因之一。

關鍵詞：加工中心；主傳動系統(tǒng)；進給系統(tǒng)

中圖分類號：TG502 文獻標識碼：A

1.加工中心

加工中心的特點就是工序集中、加工精度高、適應性非常強、生產效率高、性價比高、利用生產管理等，以上這些特點相對于普通機床而言，加工中心具有刀庫，可以實現(xiàn)自動換刀，機床裝夾后，可以實現(xiàn)多面位加工。

加工中心的總體結構組成如圖1所示。

加工中心的數(shù)控系統(tǒng)主要是由CNC裝置、PLC、伺服驅動裝置這幾個部分組成，CNC控制系統(tǒng)可以對加工中心的功能、主軸等分別控制，實現(xiàn)加工范圍廣的特點。

加工中心的結構可以分為主機部分和控制部分兩種，主機部分也就是機床本體，包括床身、立柱、主軸箱等，控制部分就是對加工中心控制的各種程序，加工中心的控制系統(tǒng)非常強大，智能化程度也非常高。

加工中心的結構特點就是剛度高、抗震性好，而對于機床剛度的設計時候，機床抵抗變形能力的計算公式如下：

式中：

K——機床剛度，N/um；

F——機床外部載荷，N；

Y——載荷作用下，機床或零部件的變形，um。

作用在加工中心上的載荷有很多種，包括夾緊力、切削力、傳動力等，對于這些載荷不同，可以分為靜載荷和動載荷。

2.主傳動系統(tǒng)

加工中心的主傳動系統(tǒng)設計要求是調速范圍要廣、轉動精度要高、同時傳動系統(tǒng)的剛度要強，特別是主軸，主軸部件耐磨性要好。

主傳動系統(tǒng)中的主軸變速方式有無極變速和有級變速兩種，加工中心的主傳動系統(tǒng)為了保證加工時候可以合理選擇切削用量和保證加工的加工質量，一般主傳動系統(tǒng)采用無極變速，但是為了擴大調速范圍，采用齒輪和電機無極調速的結合形式，主軸傳動分為帶有變速齒輪的主傳動，如圖2（a）所示，帶傳動的主傳動，如圖2（b）所示，調速電機直接驅動，如圖2（c）所示。

而加工中心的變速范圍要大，所以選擇變速齒輪的無極調速。

對于加工中心主傳動系統(tǒng)的主軸設計時候，考慮主軸需要定位高、安裝可靠、連接牢固等特點，主軸的結構采用前端7：24的錐孔定位，而主軸的材料選擇時，由于主軸選擇承載時候的變形量要小，保證傳動精度，選用40Cr作為主軸的材質，并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(qū)和高傳速區(qū)，實現(xiàn)主軸轉速的范圍廣，對于主軸的計算，通過以下公式計算：

式中：

n——主軸轉速，r/min；

P額——電機的額定功率，kW；

T——主軸所受的轉矩，N/m。

最終確定主傳動系統(tǒng)如圖3所示。

3.進給系統(tǒng)

對于加工中心，進給系統(tǒng)是一個非常重要的部分，如果機床整體結構和精度都非常好，但是沒有進給系統(tǒng)，就不能完成對零件的加工，加工中心的進給系統(tǒng)是數(shù)字控制的直接對象，工件的坐標、工件的輪廓等都是受進給系統(tǒng)的控制，所以進給系統(tǒng)要滿足以下幾點要求：

（1）傳動精度和剛度要高，要達到這個要求，進給系統(tǒng)中的絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等零件的精度要高，剛度也要強。

在數(shù)控機床的進給系統(tǒng)設計中，能實現(xiàn)直線運動的滾珠絲杠副有3種，滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、靜壓蝸桿蝸條和齒輪齒條副，靜壓絲杠螺母副摩擦系數(shù)小，但是比滾珠絲杠的轉矩小，蝸桿蝸條和齒輪齒條副的傳動不夠穩(wěn)定，會影響加工中心的精度，所以最終加工中心選擇滾珠絲杠螺母副。

（2）摩擦阻力要小，進給運動過程中，如果摩擦阻力非常大，會產生摩擦熱，會影響系統(tǒng)傳動效率。

（3）運動慣量要小，傳動元件的慣量對伺服系統(tǒng)的啟動和制動都有影響。

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(xiàn)這幾個要求，就需要從每個零件著手，主傳動系統(tǒng)中的主軸、軸承，進給系統(tǒng)中絲杠，這些都是需要去提高，加工中心的整體結構中，主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)是非常重要的，主軸轉速不夠，那么加工能力就不行、效率慢，但是加工中心也不能只是提高這兩個方面，只有綜合提高，才能使加工中心更上一層樓。

參考文獻

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