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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,*,*,*,謝 謝,Thank You,2012.2.10,數控機床結構與故障檢修,Structure and maintenance of NC,第,3,章 數控機床主傳動系統(tǒng),The main drive system of NC,目 錄,CONTENTS,主軸及其部件結構,典型機床主軸結構,數控機床的主軸系統(tǒng),一,二,三,數控機床主傳動系統(tǒng),如圖所示,VMC-15,加工中心，工作臺行程,X/Y/Z,向,20in/16in/20in,，快進速度,400in/min,，主軸轉速,1507500r/min,，定位精度

2、,0.0002in,，主電機功率,11.2KW,。,課程導引,圖3-1VMC-15型加工中心的外形圖,1對刀儀2工作臺(X，Y軸進給),3第四軸旋轉頭 4刀庫,5防護裝置6主軸箱(Z軸進給),7操作面板,（1）主傳動系統(tǒng),如圖3-2所示為VMC-15加工中心的主傳動結構，其主傳動路線為：交流主電動機(1507500rmin無級調速)11多楔帶傳動主軸。,數控機床主傳動系統(tǒng),課程導引,圖3-2VMC-15加工中心的主傳動系統(tǒng),1主軸2主軸箱3、6帶輪,4多楔帶5主電動機7切削液噴嘴,（2）刀具的自動夾緊與放松VMC-15刀具在主軸上夾緊與放松的基本原理與大多數加工中心類似，以碟形彈簧的彈性力拉緊

3、，氣缸的氣壓力松開。,數控機床主傳動系統(tǒng),課程導引,圖3-3VMC-15加工中心主軸上刀柄夾緊與放松示意圖,1鋼球2拉桿3套筒,4主軸5碟形彈簧,（3）主軸軸承主軸定位于高精度的角接觸球軸承上，這種軸承成對組配，按給定級別預緊，其裝配在凈化室內進行。,（4）準停裝置在自動換刀數控鏜銑床上，切削力矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，因此在每次自動裝卸刀桿時，都必須使刀柄上的鍵槽對準主軸上的端面鍵，這就要求主軸具有準確周向定位的功能，即主軸準停功能。,（5）自動吹屑在換刀過程中，難免會有灰塵、切屑等粘在刀柄的定位面及主軸的定位孔上，破壞了刀具的正確定位，影響加工零件的精度。,數控機床主傳動系統(tǒng),課程

4、導引,數控機床主軸系統(tǒng)包括主電機、傳動系統(tǒng)、主軸組件，與普通機床相比結構較簡單，因其變速功能全部或部分由主電機的無級調速來實現，齒輪變速機構少或沒有，有的也僅是為進一步擴大變速范圍。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),3.1.1對主傳動系統(tǒng)的要求,（1）調速范圍寬、并實現無級調速各種不同的機床對調速范圍的要求不同，通用型范圍大，專用機床小。,（2）熱變形小電動機、主軸及傳動件都是熱源。,（3）主軸的旋轉精度和運動精度高主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷、低速轉動條件下測量主軸前端和距離前端300mm處的徑向圓跳動和端面跳動值。,（4）主軸的靜剛度和抗振性較高由于數控機床加工精度較高

5、，主軸的轉速又很高，因此對主軸的靜剛度和抗振性要求較高。,（5）主軸組件的耐磨性好、噪聲低主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持良好的精度。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),3.1.2主傳動變速的方式,數控機床主運動調速范圍很寬，其主軸的傳動變速方式主要有以下幾種：,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),圖3-4數控機床主傳動的四種配置方式,a)齒輪變速b)帶傳動c)兩個電動機分別驅動d)電主軸,1.帶有變速齒輪的主軸傳動（分段無級變速）,2.通過帶傳動的主軸傳動（無級變速）,這種傳動主要用在轉速較高、變速范圍不大的小型數控機床，結構簡單、安裝調試方便，但傳遞轉矩小

6、，變速范圍受電機限制。常用的有多楔帶和同步齒形帶。,多楔帶結合了,V,帶及平帶的優(yōu)點，運動時振動小、發(fā)熱少、運轉平穩(wěn)，線速度可達,40m/s,，且多楔帶與帶輪接觸好，負載分布均勻，瞬時超載不易打滑，能滿足主傳動高速、傳遞轉矩大、不易打滑的要求，但在安裝時要求有較大的張緊力，增加了主軸和電機的徑向負載。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),圖3-5 a)多楔帶,同步齒形帶綜合了帶傳動和鏈傳動（或齒輪傳動）優(yōu)點，其帶形有梯形齒和圓弧齒兩種，如圖,3-5 b,）所示。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),圖3-5 b)同步齒形帶,如圖,3-6,所示，帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒

7、形，通過同步帶上輪齒與帶輪輪齒相嵌合，且由于同步帶上輪齒節(jié)距為定值實現兩者間無滑動的嚙合傳動。,圖3-6同步齒形帶的結構和傳動,同步齒形帶傳動的優(yōu)點：,1）傳動效率高，可達98以上。,2）無滑動，傳動比準確。,3）傳動平穩(wěn)，噪聲小。,4）使用范圍較廣，速度可達50ms，速比可達10左右，傳遞功率由幾瓦至數千瓦。,5）維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。,6）,安裝時中心距要求嚴格,，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),3.用兩個電動機分別驅動主軸傳動（分段無級變速）,高速時通過帶傳動、低速時通過齒輪傳動，降速齒輪可使輸出轉矩提高，升速齒輪可使恒功率區(qū)擴大，變速

8、范圍增加，避免了低速時轉矩不足和電機功率不能充分利用的問題，但只有一個電機處于工作狀態(tài)，浪費。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),4.調速電動機直接驅動主軸傳動（無級變速）,結構簡化，剛度提高，但主軸輸出轉速及轉矩與主電機的輸出特性一致，電機發(fā)熱對主軸精度有影響，使用上受到一定限制。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),圖3-7直接驅動式,5.電主軸（無級變速）,機床主軸由內裝式電機直接驅動，從而使主軸部件從機床傳動系統(tǒng)和整體結構中獨立出來。成為“主軸單元”，又稱為“電主軸”。其不存在復雜的中間傳動環(huán)節(jié)，具有調整范圍廣、振動噪聲小、易控制、能實現準停、準速、準位，加工效率

9、和加工精度高。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.1數控機床的主軸系統(tǒng),圖3-8電主軸,主軸部件是數控機床的一個關鍵部件，包括主軸、主軸的支承、安裝在主軸上傳動件、密封件、自動夾緊裝置及吹屑裝置、準停裝置等等。主軸部件質量的好壞直接影響機床加工精度和加工質量，它的輸出功率大小與回轉速度影響加工效率，自動變速、準停和換刀等功能影響機床的自動化程度。因此，主軸部件應滿足以下幾個方面的要求：高回轉精度、剛度、抗振性、耐磨性和熱穩(wěn)定性等，而且在主軸上安裝有刀具或工件的自動夾緊裝置、主軸準停裝置和主軸孔的清理裝置等，以求很好地解決刀具或工件的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調整和潤滑密封等問題。,數控機床主傳動系統(tǒng),3

10、.,2,主軸及其部件結構,主軸的結構尺寸和形狀、制造精度、材料及熱處理對主軸組件的工作性能有很大影響。主軸結構隨主軸系統(tǒng)設計要求的不同而有各種形式。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,圖3-13加工中心主軸,1.主軸端部結構形式,主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的基準，在設計上應能保證定位準確、安裝可靠、聯接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結構形式都已標準化，數控車床的主軸端部結構一般采用短圓錐法蘭盤式，定心精度高、剛性好，其它類型機床的主軸端部結構如圖,3-14,所示。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,

11、圖3-14幾種機床上通用的結構形式,a)各種鉆床 b)銑、鏜床,c)外圓磨床、平面磨床、無心磨床等砂輪主軸,d)內圓磨床砂輪主軸,2.主軸的主要尺寸參數,（1）主軸直徑,主軸直徑越大，其剛度越高，但增加直徑使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應增大。軸承直徑越大，同精度等級的軸承公差值也越大，同時軸承極限轉速下降，要保證主軸的旋轉精度就越困難。,（2）主軸內孔直徑,主軸的內徑用來通過棒料、通過刀具夾緊裝置固定刀具、傳動氣動或液壓卡盤等。孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機床使用范圍就越廣，同時主軸重量減小。其孔徑大小取決于主軸剛度，,0.3,時空心實心相當，,0.5,時空心約為實心,90%,，,0.

12、7,時急劇下降，一般取,0.5,。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,3.主軸的材料和熱處理,主軸材料選擇主要根據剛度、載荷特點、耐磨性要求的熱處理變形大小等因素確定，常用材料：,45,、,40Cr,、,38CrMoAl,等。,一般要求的機床主軸選用,45,，進行調質處理（預）獲得較好綜合機械性能（,22-28HRC,），再根據使用要求對一些表面進行表面淬火（,40-48HRC,）；當載荷較大或存在沖擊或精密機床高軸為減少熱處理后的變形或軸向移動的主軸為提高耐磨性，可選用合金鋼如,40Cr,，調質處理,+,表面淬火（,42-50HRC,），或是選用,20Cr,進行滲碳淬火（,56

13、-62HRC,）；高精密機床的主軸材料則選用,38CrMoAl,氮化處理，硬度,850-1000HVC,。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,4.主軸支承的主要精度指標,1）前支承軸承軸頸的同軸度公差約為5m左右。,2）軸承軸頸需按軸承內孔“實際尺寸”配磨，且須保證配合過盈為15m。,3）定位錐孔與軸承軸頸的同軸度要求為35m，與刀柄或車夾具定位圓錐面的接觸面積不小于80，且大端接觸較好。,4）裝NN3000K(舊編號為3182100)型調心圓柱滾子軸承的112錐面，與軸承內圈接觸面積不小于85。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,5.主軸部件的支承,機床主軸帶著刀

14、具或夾具在支承中作回轉運動，傳遞切削轉矩承受切削抗力并保證必要的旋轉精度，機床主軸多采用滾動軸承作支承，對于精度要求高、承受較大切削載荷的主軸可采用動壓或靜壓滑動軸承作支承。,（1）主軸軸承的類型,1）滾動軸承,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,圖3-15主軸常用的滾動軸承,2）主軸軸承的結構配置,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,圖3-17數控機床主軸支承的配置形式,圖,3-17 a,）所示配置：主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足強力切削要求，普遍應用于各類數控機床主軸支承，后支承可用圓柱滾子軸承進一步提高后支承徑向剛度。,圖,3-17 b,）所示配置：主軸剛

15、度不及,a,）所示，但其可以滿足主軸高轉速要求，普遍應用于轉速范圍大、最高轉速高的數控機床，前支承采用四個或更多個角接觸軸承，后支承用兩個深溝球軸承以提高主軸剛度。,圖,3-17 c,）所示配置：主軸能承受較重載荷，徑向和軸向剛度高，但其主軸最高轉速低，適用于中等精度要求、低速、重載的數控機床主軸。,為提高主軸支承剛度，對于前后軸承組跨距較大的數控機床主軸，增加輔助支承形成所謂的“三支承”以有效地減少主軸彎曲變形，可設在中間支承也可設在后支承。輔助支承在徑向要保留必要游隙以避免出現干涉現象，輔助支承一般選用深溝球軸承。,液體靜壓軸承和動壓軸承應用在高轉速、高回轉精度的場合，如要求更高最高轉速，

16、可使用空氣靜壓軸承。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,（2）滾動軸承間隙與預緊,滾動軸承存在較大間隙時，載荷將集中作用于受力方向上的少數滾動體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉精度差。將滾動軸承進行適當預緊，使?jié)L動體和內外圈滾道在接觸處產生微量預變形，受載后滾動體數目增加受力趨于均勻，可提高承載能力及剛度，減少主軸軸向漂移，提高旋轉精度。若預緊過大則會導致軸承磨損加劇、精度很快喪失。,滾動軸承間隙調整或預緊是通過軸承內、外圈相對軸向移動來實現的：,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,1）軸承內圈移動,適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,圖3-18滾動軸承的預緊,2,）修磨座圈（軸承內外圈）或隔套,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主軸及其部件結構,圖3-19修磨軸承座圈,圖,3-19 a,）為軸承外圈寬邊相對（背對背），可修磨內圈。,圖,3-19 b,）為軸承外圈窄邊相對（面對面），可修磨外圈。,將兩個軸向長度不同的隔套放在兩個軸承內外圈之間，同時將內圈、外圈壓緊，使?jié)L道產生預緊。,數控機床主傳動系統(tǒng),3.,2,主