加工中心结构及附件
2.1.1 主传动系统
1.对加工中心主轴系统的要求
加工中心主轴系统主要由主轴动力、主轴传动、主轴组件等部分组成。由于加工中心相对一般的数控铣床来说必须具有更高的加工效率，更宽的使用范围，更高的加工精度，因此，它的主轴系统必须满足如下要求： (1)具有更大的调速范围并实现无级变速
(2)具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低 (3)良好的抗振性和热稳定性 (4)具有刀具的自动夹紧功能 2.主轴电动机与传动
1）主轴电动机 加工中心常用的主轴电动机有交流调速和交流伺服电动机两种。交流调速电动机通过改变电动机的供电频率可以调整电动机的转速，这种电动机成本较低，但不能实现电动机轴的径向准确定位。交流伺服主轴电动机是一种高效能的主轴驱动电动机，这种电动机轴不但能实现任意径向的定位，还能以大转矩实现微小角度的转动。
2）主轴传动系统
低速主轴常采用齿轮变速机构或同步带构成主轴的传动系统，从而可增强主轴的驱动力矩，适应主轴传动系统性能与结构。
图2-1为VPl050加工中心的主轴传动结构。主轴转速范围为10 r/min～4000r/min。当滑移齿轮3处于下位时，主轴在10～1200r/min间可实现无级变速。当数控加工程序要求较高的主轴转速时，PLC根据数控系统的指令，主轴电动机自动实现快速降速，在主轴转速低于10r/min时，滑移齿轮3向上滑移，当达到上位时，主轴电动机开始升速，使主轴转速达到程序要求的转速。
高速主轴要求在极短时间内实现升降速，在指定位置快速准停，这就要求主轴具有很高的角加速度。通过齿轮或传动带这些中间环节，常常会引起较大振动和较大噪声，而且增加了转动惯量。为此将主轴电动机与主轴合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，是主轴高速单元的理想结构。目前电主轴的转速可达到120000r/min～80000r/min；有的电主轴的最高主轴转速甚至能达到120000r/min。
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图2-1 VP1050加工中心的主轴传动机构
1-主轴驱动电动机 2、5-主轴齿轮 3-滑移齿轮 4、6-从动齿轮
3.加工中心主轴组件
加工中心主轴组件包括主轴、主轴轴承、传动件、密封件、自动夹紧装置、主轴定向装置和主轴锥孔清理装置等结构。
1）主轴部件 如图2-2所示，主轴1前端有7:24的锥孔，用于装夹BT40刀柄。主轴端面装有端面键，用以传递扭矩及周向定位。主轴材料常采用的有38CrMoAlA、9Mn2V、GCrl5等。主轴锥孔及与支承轴承配合部位均应经渗氮和感应加热淬火。主轴1的前支承配置了三个高精度的向心推力角接触球轴承4，用以承受径向载荷和轴向载荷，前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母5来调整。后支承为一对小口相对配置的向心推力角接触球轴承6，它们只承受径
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向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承类型和配置形式，满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求。主轴受热变形后向后伸长，不影响加工精度。
图2-2 JCS-018A主轴结构简图
1－主轴；2－拉钉；3－钢球；4、6－向心推力角接触球轴承；5－预紧螺母；
7－拉杆；8－碟形弹簧；9－圆柱螺旋弹簧；10－活塞；11－液压缸
2）刀具的自动夹紧机构 在图2-2所示，主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。它主要由拉杆7、拉杆端部的四个钢球3、碟形弹簧8、活塞10、液压缸11等组成。机床执行换刀指令，机械手从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液压缸上腔通入压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉2(拉紧刀具用)被松开，机械手拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中间孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔回油，在碟形弹簧和弹簧9的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，由于碟形弹簧的弹性力使刀具夹紧。
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刀杆尾部的拉紧机构，常见的还有卡爪式。钢球拉紧刀柄时，接触应力太大，易将主轴孔和刀柄压出坑痕，而卡爪式则相对较好。如图2-3所示。
图2-3 改进后的刀柄拉紧机构 2－拉杆；3－卡爪；4－套
3）切屑清除装置 如果主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆锥柄表面会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，甚至会使零件超差报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气吹屑。
4）主轴准停装置 机床的切削转矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称为主轴定向装置。主轴要求准停的另一原因是便于在镗完内孔后能正确的退刀。目前主轴准停装置主要有机械方式和电气方式两种。
机械准停方式中较典型的V形槽定位盘准停机构，如图2-4所示。其工作过程是，定位盘与主轴连接，当要执行主轴准停指令时，首先主轴降速至已设定的低速，当无触点开关有效信号被检测到后，主轴电动机停转，此时主轴依惯性继续空转，同时准停液压缸定位销在压力作用下伸向并压紧定位盘。当定位盘V形槽与定位销对正，由于液压缸的压力，定位销插入V形槽，LS2有效，表明主轴准停完成。采用这种准停方式，必须有一定的逻辑互锁，即当LS2有效，才能进行换刀，只有当LSl有效，主轴电动机才能起动运转。
图2-4 机械准停原理示意图
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电气准停装置主要有磁传感器式、编码型方式和数控系统控制方式。其中数控系统控制方式要求主轴驱动控制器具有闭环伺服控制功能。采用接近开关准停是最简单的控制方式。当主轴转动中接受到数控系统发来准停信号，主轴立即减速，当达到准停速度(如10r/min)时，主轴立即刹车停止转动。
2.1.2 直线进给传动系统
1.对进给传动系统的要求
进给运动是机床成形运动的一个重要部分，其传动质量直接关系到机床的加工性能。加工中心对进给系统的要求如下：
1）高的传动精度与定位精度 这是加工中心进给系统最重要的性能指标。普通精度级的定位精度目前已达0.005～0.008mm/300mm，精密级的定位精度已达0.0015～0.003mm/全行程，重复定位精度也提高到了1?m。传动精度直接影响机床加工轮廓面的精度，定位精度直接关系到加工的尺寸精度。
2）宽的进给调速范围 为保证加工中心在不同工况下对进给速度的选择，进给系统应该有较大的调速范围。普通加工中心进给速度一般为几mm～几万mm /min；低速定位要求速度能保证在0.1mm/min左右；快速移动速度则高达几十m/min到几百m/min。 3）快的响应速度 所谓快速响应，是指进给系统能快速的跟踪指令信号的变化，并能迅速趋于稳定。为此，应减小传动中的间隙和摩擦以及系统的转动惯量，增大传动刚度，从而可提高进给伺服系统的快速响应能力。
2.进给系统的机械结构及典型元件
在数控机床进给驱动系统中，伺服电机与滚珠丝杠联接，要保证传动无间隙，只有这样才能准确执行脉冲指令，而不丢掉脉冲。为此在数控机床上，主要采用三种联接方式，直接联接式、齿轮减速式、齿形带式。
用得最普遍的是如图2-5所示的直联式。它是通过挠性联轴节把伺服电机和滚珠丝杠联接起来的。图中所示“锥环”，是无隙直联方式的关键元件。
图2-5 挠性联轴节
1－压阀；2－联轴套；3、5－球面垫圈；4－柔性片；6－锥环；7－电动机；8－滚珠丝杠
2.1.3 回转工作台
加工中心常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。分度工作台又可分为插销式和鼠齿盘式两种。分度工作台的功用是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使
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