第2章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)1-2

1、1本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)2.1 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求2.2 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件2.3 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)2.4 進(jìn)給傳動(dòng)間隙消除進(jìn)給傳動(dòng)間隙消除2.5 數(shù)控加工自動(dòng)換刀系統(tǒng)數(shù)控加工自動(dòng)換刀系統(tǒng)本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)、數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)及其間隙消除進(jìn)給傳動(dòng)及其間隙消除第2章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)22.1 2.1 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求2.1.1 概述概述數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)組成：數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)組成：1）切削受力情況）切削受力情況 靜態(tài)力：靜態(tài)力：運(yùn)動(dòng)部件和工件的自重；運(yùn)動(dòng)部件和工件的自重； 動(dòng)態(tài)力：動(dòng)態(tài)力：切

2、削力、驅(qū)動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)摩擦力、加減速慣性力；切削力、驅(qū)動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)摩擦力、加減速慣性力；2）外力對機(jī)床的影響）外力對機(jī)床的影響 變形：變形：接觸變形、彎曲扭轉(zhuǎn)變形、局部變形、熱變形；接觸變形、彎曲扭轉(zhuǎn)變形、局部變形、熱變形； 后果：后果：加工精度、機(jī)床剛度下降加工精度、機(jī)床剛度下降31）要求能承受大功率切削，高的靜動(dòng)剛度和抗振性能；）要求能承受大功率切削，高的靜動(dòng)剛度和抗振性能；2）具有高的精度和熱穩(wěn)定性；）具有高的精度和熱穩(wěn)定性；3）具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件；）具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件；1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，組成部件結(jié)構(gòu)新，剛度高；）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，組成部件結(jié)構(gòu)新，剛度高；2）進(jìn)給傳動(dòng)鏈

3、短，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)更新快；）進(jìn)給傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)更新快；3）采用多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)，和）采用多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)，和ATC、APC裝置；裝置；4）機(jī)床的精度穩(wěn)定性好，運(yùn)行可靠；）機(jī)床的精度穩(wěn)定性好，運(yùn)行可靠；5）人機(jī)關(guān)系和諧、安全；）人機(jī)關(guān)系和諧、安全；4562.1.2 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求 將機(jī)床將機(jī)床，用戶可如同配置個(gè)人，用戶可如同配置個(gè)人PC機(jī)機(jī)那樣選擇配置整機(jī)。那樣選擇配置整機(jī)。 機(jī)床的機(jī)床的機(jī)床在切削力和其他力的作用下機(jī)床在切削力和其他力的作用下。 機(jī)床的機(jī)床的靜、動(dòng)剛度靜、動(dòng)剛度是保證機(jī)床精度的關(guān)鍵因素之一，是保證機(jī)床精度的關(guān)鍵因素之一， 7 主要包括主軸

4、部件、支承部件整體剛度、部件之間的主要包括主軸部件、支承部件整體剛度、部件之間的接觸剛度、刀具部件的剛度提高。接觸剛度、刀具部件的剛度提高。 采用采用三支承結(jié)構(gòu)三支承結(jié)構(gòu)和剛性好的和剛性好的滾子軸承、推力軸承、靜滾子軸承、推力軸承、靜壓軸承壓軸承等，等，如圖。如圖。主軸的三支承結(jié)構(gòu)及其推力軸承主軸的三支承結(jié)構(gòu)及其推力軸承8 不同的加強(qiáng)筋板、筋條，能給立柱、構(gòu)件帶來的剛不同的加強(qiáng)筋板、筋條，能給立柱、構(gòu)件帶來的剛度不同。如圖度不同。如圖(e)，有數(shù)據(jù)表明其，有數(shù)據(jù)表明其提高相對抗彎、抗扭剛提高相對抗彎、抗扭剛度的效果最好度的效果最好。 機(jī)床立柱加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)機(jī)床立柱加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu) 9 壁板上設(shè)置加強(qiáng)筋條

5、結(jié)構(gòu)壁板上設(shè)置加強(qiáng)筋條結(jié)構(gòu)下列壁板加強(qiáng)筋條中，圖下列壁板加強(qiáng)筋條中，圖(f)為蜂窩狀筋條，其剛度為蜂窩狀筋條，其剛度提高的效果為最好。提高的效果為最好。10 聯(lián)接是否合理對構(gòu)件的局部剛度影響很大。如圖，導(dǎo)聯(lián)接是否合理對構(gòu)件的局部剛度影響很大。如圖，導(dǎo)軌軌較寬時(shí)可選用雙壁聯(lián)接，較窄時(shí)選用單壁加厚或單壁加較寬時(shí)可選用雙壁聯(lián)接，較窄時(shí)選用單壁加厚或單壁加垂直筋垂直筋。 導(dǎo)軌與支承件的聯(lián)接導(dǎo)軌與支承件的聯(lián)接垂直筋垂直筋導(dǎo)軌面導(dǎo)軌面11 如圖，合理的主軸箱布局和加平衡重，可以顯著減小如圖，合理的主軸箱布局和加平衡重，可以顯著減小變形，提高剛度。變形，提高剛度。合理的主軸箱布局合理的主軸箱布局不合理的主軸

6、箱布局不合理的主軸箱布局12加平衡重加平衡重13 接觸剛度高，機(jī)床的承載能力強(qiáng)。一般通過修磨接觸剛度高，機(jī)床的承載能力強(qiáng)。一般通過修磨刮研刮研來增加單位面積上的接觸點(diǎn)來增加單位面積上的接觸點(diǎn)。 車床增加刀架底座尺寸，減小刀具伸出量，可有效提車床增加刀架底座尺寸，減小刀具伸出量，可有效提高刀架的整體剛度高刀架的整體剛度 數(shù)控機(jī)床動(dòng)剛性可通過數(shù)控機(jī)床動(dòng)剛性可通過改善機(jī)床阻尼特性改善機(jī)床阻尼特性（如填充阻（如填充阻尼材料）尼材料）來提高抗振性來提高抗振性。例如：。例如： 在床身表面噴涂在床身表面噴涂阻尼涂層阻尼涂層；采用；采用新材料新材料（如人造花崗（如人造花崗石，混凝土等）；石，混凝土等）；* 采

7、用鋼板和型鋼采用鋼板和型鋼焊接支承結(jié)構(gòu)焊接支承結(jié)構(gòu)件，可提高構(gòu)件的諧振件，可提高構(gòu)件的諧振頻率，防止發(fā)生共振。頻率，防止發(fā)生共振。1415 切削及其切屑、運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、摩切削及其切屑、運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、摩擦、外界熱輻射等。擦、外界熱輻射等。垂直偏移垂直偏移 縱向偏移縱向偏移 熱源熱源使機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的使機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形熱變形，使使工件與工件與刀具之間的刀具之間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破環(huán)相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破環(huán)，使機(jī)床加工，使機(jī)床加工精度下降精度下降。 16 數(shù)控機(jī)床的加工過程都是由計(jì)算機(jī)控制的，數(shù)控機(jī)床的加工過程都是由計(jì)算機(jī)控制的，加工所產(chǎn)生加工所產(chǎn)生的熱變形

8、，中途人為調(diào)節(jié)困難的熱變形，中途人為調(diào)節(jié)困難，因此如何設(shè)法，因此如何設(shè)法減少熱變形減少熱變形，意義重大。在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。意義重大。在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。1) 減少發(fā)熱減少發(fā)熱 (1) 機(jī)床內(nèi)部機(jī)床內(nèi)部熱源熱源，應(yīng)當(dāng)盡可能地從主機(jī)中，應(yīng)當(dāng)盡可能地從主機(jī)中分離分離出去；出去； (2) 改善改善運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)副的摩擦摩擦特性和特性和潤滑潤滑條件；條件； (3) 切屑、冷卻液應(yīng)及時(shí)排出；切屑、冷卻液應(yīng)及時(shí)排出； (4) 控制潤滑油、液壓油的溫度；控制潤滑油、液壓油的溫度；2) 控制溫升控制溫升 通過良好的通過良好的散熱、隔熱、冷卻散熱、隔熱、冷卻來控制溫升。來控制溫升。*

9、如如在機(jī)床的發(fā)熱部位強(qiáng)制冷卻；而在機(jī)床低溫部分通過在機(jī)床的發(fā)熱部位強(qiáng)制冷卻；而在機(jī)床低溫部分通過加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。減少由于溫差造成的翹曲變形。1718193) 改善機(jī)床結(jié)構(gòu)改善機(jī)床結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)合理的設(shè)計(jì)合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局，設(shè)計(jì)熱傳導(dǎo)對稱結(jié)構(gòu)，機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局，設(shè)計(jì)熱傳導(dǎo)對稱結(jié)構(gòu)，使溫升一致，以減少熱變形使溫升一致，以減少熱變形。例如：例如： 數(shù)控車床的主軸箱，應(yīng)盡量使數(shù)控車床的主軸箱，應(yīng)盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向具切入的垂直方向上。上。*例如：例如： 臥式主軸

10、采用雙立柱對稱結(jié)構(gòu)。由于左右對稱，雙立臥式主軸采用雙立柱對稱結(jié)構(gòu)。由于左右對稱，雙立柱受熱后的主軸線除垂直方向的平移外，其它方向的變形柱受熱后的主軸線除垂直方向的平移外，其它方向的變形很小。很小。* 對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據(jù)測量結(jié)果，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償脈沖加以修正。根據(jù)測量結(jié)果，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償脈沖加以修正。 202122 高速、高分辨率的數(shù)控機(jī)床，對進(jìn)給部件的要求很高，高速、高分辨率的數(shù)控機(jī)床，對進(jìn)給部件的要求很高，既要能高速又要能以極低的速度運(yùn)動(dòng)。既要能高速又要能以極低的速度運(yùn)動(dòng)。保證精度，提高低速運(yùn)保證精度，提高低速運(yùn)動(dòng)的

11、平穩(wěn)性。動(dòng)的平穩(wěn)性。1) 減小減小 (1) 減少運(yùn)動(dòng)件重量；減少運(yùn)動(dòng)件重量； (2) 減少運(yùn)動(dòng)件的靜、動(dòng)摩擦力之差；減少運(yùn)動(dòng)件的靜、動(dòng)摩擦力之差； (3) 減少或消除傳動(dòng)間隙，縮短傳動(dòng)聯(lián)；減少或消除傳動(dòng)間隙，縮短傳動(dòng)聯(lián)； (4) 提高運(yùn)動(dòng)副精度，采用無間隙傳動(dòng)副；提高運(yùn)動(dòng)副精度，采用無間隙傳動(dòng)副； 低速爬行指進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件的降速定位運(yùn)動(dòng)，在接低速爬行指進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件的降速定位運(yùn)動(dòng)，在接近定位點(diǎn)時(shí)，由于摩擦力的存在，當(dāng)速度低于某臨界近定位點(diǎn)時(shí)，由于摩擦力的存在，當(dāng)速度低于某臨界值時(shí)，出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢甚至停頓沖動(dòng)的現(xiàn)象。值時(shí)，出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢甚至停頓沖動(dòng)的現(xiàn)象。233) 摩擦力與速度的關(guān)系摩擦力與速度的關(guān)系2

12、4 提高機(jī)床的壽命和精度保持性提高機(jī)床的壽命和精度保持性 為了提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為了提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮數(shù)控機(jī)場零部件的充分考慮數(shù)控機(jī)場零部件的耐磨性耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌、，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌、進(jìn)給絲杠、主軸部件等主要零件的耐磨性。在使用過進(jìn)給絲杠、主軸部件等主要零件的耐磨性。在使用過程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各部件程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各部件潤滑良好潤滑良好。6 減少輔助時(shí)間和改善操作性能減少輔助時(shí)間和改善操作性能 在數(shù)控機(jī)床的單件加工中，輔助時(shí)間（非切削時(shí)在數(shù)控機(jī)床的單件加工中，輔助時(shí)間（非切削時(shí)間）占有較大的比重。要提高機(jī)床的生產(chǎn)率，就必須間）占有較大

13、的比重。要提高機(jī)床的生產(chǎn)率，就必須采取措施最大限度地采取措施最大限度地壓縮輔助時(shí)間壓縮輔助時(shí)間。對于切屑數(shù)量較。對于切屑數(shù)量較大的數(shù)控機(jī)床，床身大的數(shù)控機(jī)床，床身結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)必須必須有利于排屑有利于排屑。* 2526 現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床越來越多采用了現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床越來越多采用了多主軸、多刀多主軸、多刀架、以及帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置架、以及帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置等，以減少換刀時(shí)等，以減少換刀時(shí)間，并帶有自動(dòng)排屑裝置。間，并帶有自動(dòng)排屑裝置。利于排屑的車床結(jié)構(gòu)利于排屑的車床結(jié)構(gòu)27幾種典型布局幾種典型布局XZ的數(shù)的數(shù)控車床控車床床身、床身、導(dǎo)軌導(dǎo)軌的的配置配置28的數(shù)的數(shù)控車床控車床整機(jī)整機(jī)29的的OUKMA

14、立式立式MC床身、導(dǎo)床身、導(dǎo)軌軌結(jié)構(gòu)配結(jié)構(gòu)配置置30的的OUKMA立式立式MC積木圖積木圖312.2 CNC2.2 CNC主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件2.2.1 主傳動(dòng)變速配置主傳動(dòng)變速配置 主傳動(dòng)是為機(jī)床提供動(dòng)力，使主運(yùn)動(dòng)部件獲得一定速主傳動(dòng)是為機(jī)床提供動(dòng)力，使主運(yùn)動(dòng)部件獲得一定速度和方向成形運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈，包括度和方向成形運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈，包括主軸電動(dòng)機(jī)、主傳動(dòng)系主軸電動(dòng)機(jī)、主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件統(tǒng)和主軸部件。1 數(shù)控機(jī)床對主傳動(dòng)的基本要求數(shù)控機(jī)床對主傳動(dòng)的基本要求 1) 寬的調(diào)速范圍；寬的調(diào)速范圍； 2) 無級變速或分段無級變速，變速可靠；無級變速或分段無級變速，變速可靠； 3) 主

15、傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)件少；主傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)件少； 4) 主軸要具有恒線速切削功能主軸要具有恒線速切削功能 ； 5) 主軸要具有位置伺服功能；主軸要具有位置伺服功能； 6)主軸的旋轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)精度要高；主軸的旋轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)精度要高； 7) 高的剛度和抗震性，耐磨性、熱穩(wěn)定性好；高的剛度和抗震性，耐磨性、熱穩(wěn)定性好；32 2) 2)主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度：主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度： 主軸部件主軸部件旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度指裝配后，在無載荷和低速轉(zhuǎn)動(dòng)條指裝配后，在無載荷和低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下件下(靜態(tài)靜態(tài))主軸前端和主軸前端和300mm處的處的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)值徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)值。出廠時(shí)，普通級出廠時(shí)，普通級MC，300m

16、m處允許誤差處允許誤差0.02mm。 旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度反映主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心與理想回轉(zhuǎn)中心在空反映主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心與理想回轉(zhuǎn)中心在空間的位置誤差，即體現(xiàn)主軸的軸心漂移。間的位置誤差，即體現(xiàn)主軸的軸心漂移。2 2 主軸電動(dòng)機(jī)和主軸精度主軸電動(dòng)機(jī)和主軸精度 常用的主軸電機(jī)為常用的主軸電機(jī)為交流變頻調(diào)速電機(jī)和交流伺服電機(jī)交流變頻調(diào)速電機(jī)和交流伺服電機(jī)。 交流變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，但不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軸在交流變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，但不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軸在圓周任意方向的準(zhǔn)確定位。圓周任意方向的準(zhǔn)確定位。 交流伺服主軸電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)主軸在任意方向上的定位，交流伺服主軸電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)主軸在任意方向上的定位，并

17、且以很大轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)微小位移；功率大，成本高。并且以很大轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)微小位移；功率大，成本高。1) 1) 主軸電動(dòng)機(jī)：主軸電動(dòng)機(jī)：331) 帶有變速齒輪的主傳動(dòng)帶有變速齒輪的主傳動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）適用于大、中型數(shù)控機(jī)床；）適用于大、中型數(shù)控機(jī)床；（2）主軸能在強(qiáng)力低速段輸出大扭矩；）主軸能在強(qiáng)力低速段輸出大扭矩；（3）滑移齒輪采用液壓撥叉或電磁離合器來移位；）滑移齒輪采用液壓撥叉或電磁離合器來移位；3 主傳動(dòng)的調(diào)速配置方式主傳動(dòng)的調(diào)速配置方式342)通過皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)通過皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）主要應(yīng)用于低扭矩的小型數(shù)控機(jī)床；）主要應(yīng)用于低扭矩的小型數(shù)控機(jī)床；（2）使用三角帶或同步帶傳動(dòng)

18、，避免了齒輪傳動(dòng)的）使用三角帶或同步帶傳動(dòng)，避免了齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)與噪聲；振動(dòng)與噪聲；353)由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)： (1)主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)簡單，主軸部件的剛度高；主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)簡單，主軸部件的剛度高； (2)主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大；主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大； (3)電主軸適用于高速加工機(jī)床；電主軸適用于高速加工機(jī)床；362.2.2 2.2.2 主軸部件主軸部件 主軸部件包括主軸、主軸支承、主軸編碼器、主軸準(zhǔn)主軸部件包括主軸、主軸支承、主軸編碼器、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸傳動(dòng)件等。停裝置和主軸傳動(dòng)件等。 1

19、主主 軸軸1) 主軸結(jié)構(gòu)尺寸主軸結(jié)構(gòu)尺寸 包括包括直徑、內(nèi)孔直徑、懸掛長度、支承跨距直徑、內(nèi)孔直徑、懸掛長度、支承跨距。主軸直徑：后端支承軸徑一般為前支承軸徑的主軸直徑：后端支承軸徑一般為前支承軸徑的0.70.8倍；倍；內(nèi)孔直徑：用于通過棒料、刀具裝夾、傳動(dòng)氣壓或液壓卡盤；內(nèi)孔直徑：用于通過棒料、刀具裝夾、傳動(dòng)氣壓或液壓卡盤；內(nèi)孔直徑內(nèi)孔直徑主軸直徑主軸直徑 0.30.30.70.7，一般為，一般為0.50.52) 主軸軸端結(jié)構(gòu)主軸軸端結(jié)構(gòu)作用：安裝夾具或刀具；作用：安裝夾具或刀具；要求：軸端定位精度高，定位剛度好，裝卸方便；要求：軸端定位精度高，定位剛度好，裝卸方便；車床：短圓錐法蘭盤，定心

20、好，剛度高，懸掛長度短；車床：短圓錐法蘭盤，定心好，剛度高，懸掛長度短； 主軸一般設(shè)計(jì)成階梯圓柱，主軸一般設(shè)計(jì)成階梯圓柱，外徑前端外徑前端 后端后端，內(nèi)部多，內(nèi)部多數(shù)為空心，前端采用錐孔。數(shù)為空心，前端采用錐孔。 372 主軸支承主軸支承 機(jī)床主軸支承分為機(jī)床主軸支承分為徑向支承徑向支承和和軸向軸向(推力推力)支承，推力支承，推力支承一般位于主軸前支承支承一般位于主軸前支承，以減小機(jī)床原點(diǎn)的偏移，定位，以減小機(jī)床原點(diǎn)的偏移，定位形式一般有形式一般有兩支承或三支承兩支承或三支承。 主軸軸承一般選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、角主軸軸承一般選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承。接觸球軸承。

21、形式如圖形式如圖，線接觸線接觸的滾子軸承比的滾子軸承比點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸的球的球軸承軸承剛性好，剛性好，但但轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)速受溫升溫升限制限制。381) 主軸軸承配置方式主軸軸承配置方式 CNC主軸軸承配置主要有三種型式：主軸軸承配置主要有三種型式：(1)前后支承采用不同軸承前后支承采用不同軸承-(a) 前支承前支承采用采用雙列短圓柱滾子軸承和雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸雙列向角接觸雙列向心推力球軸承組合，心推力球軸承組合，后支承后支承采用成對向心推力球軸承。采用成對向心推力球軸承。 此種配置形式綜合剛度高，可以滿足強(qiáng)力切削此種配置形式綜合剛度高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，的要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床普

22、遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床。39(a)(a)的一種裝配結(jié)構(gòu)的一種裝配結(jié)構(gòu)該軸承結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代該軸承結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代主軸結(jié)構(gòu)中剛性最好主軸結(jié)構(gòu)中剛性最好的一種的一種1) 主軸軸承配置方式主軸軸承配置方式401) 主軸軸承配置方式主軸軸承配置方式(2)前后軸承采用高精度多列向心推力球軸承前后軸承采用高精度多列向心推力球軸承-(b) 此種配置形式高速性能好，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)此種配置形式高速性能好，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)1 1萬轉(zhuǎn)。萬轉(zhuǎn)。但承載能力小，但承載能力小，適用于高速、輕載和精密適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床的數(shù)控機(jī)床主軸。后支承主軸。后支承也有也有用一個(gè)圓柱滾子軸承的用一個(gè)圓柱滾子軸承的 41(b)(b

23、)的二種裝配結(jié)構(gòu)的二種裝配結(jié)構(gòu)1) 主軸軸承配置方式主軸軸承配置方式42 此種配置能承受較大的徑向和軸向力，能承此種配置能承受較大的徑向和軸向力，能承受重載，尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性受重載，尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能也好。能也好。 但主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度受限制，因此但主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度受限制，因此適用于適用于中等精度、低速與重載中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。的數(shù)控機(jī)床主軸。 1) 主軸軸承配置方式主軸軸承配置方式 (3)雙列和單列圓錐滾子軸承雙列和單列圓錐滾子軸承-(c)432) 主軸軸向定位方式主軸軸向定位方式常見有以下四種定位方案，其中：常見有以下四種定位方

24、案，其中： (a) 后端定位，后端定位，推力軸承布置在后支承兩側(cè)推力軸承布置在后支承兩側(cè)。優(yōu)點(diǎn)是。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但主軸受熱易伸長，用于精度不高的機(jī)床。結(jié)構(gòu)簡單，但主軸受熱易伸長，用于精度不高的機(jī)床。 (b)前后端定位前后端定位，推力軸承布置在兩支承外側(cè)推力軸承布置在兩支承外側(cè)。間隙由后端調(diào)整，主軸受熱易伸長時(shí)，會(huì)改變軸承間隙由后端調(diào)整，主軸受熱易伸長時(shí)，會(huì)改變軸承間隙，需考慮主軸的自動(dòng)預(yù)緊，不常用。間隙，需考慮主軸的自動(dòng)預(yù)緊，不常用。44(c)會(huì)增加主軸懸掛長度會(huì)增加主軸懸掛長度，對提高剛度不利；，對提高剛度不利；(d)的懸掛長度小，剛度大的懸掛長度小，剛度大，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，用于，但結(jié)構(gòu)相

25、對復(fù)雜，用于高速精密數(shù)控機(jī)床。高速精密數(shù)控機(jī)床。 (c)(d)采用前端定位，采用前端定位，推力軸承布置在前支承兩推力軸承布置在前支承兩側(cè)或內(nèi)側(cè)側(cè)或內(nèi)側(cè)。結(jié)構(gòu)剛度高，主軸受熱的伸長不影響加。結(jié)構(gòu)剛度高，主軸受熱的伸長不影響加工精度，常用。工精度，常用。2) 主軸軸向定位方式主軸軸向定位方式453 主軸編碼器主軸編碼器 在數(shù)控車床上在數(shù)控車床上，主軸的調(diào)速、位置控制，主軸的調(diào)速、位置控制( (車螺紋和車螺紋和準(zhǔn)停準(zhǔn)停) )一般都通過一般都通過與主軸同步安裝與主軸同步安裝的的光電編碼器光電編碼器，即，即主主軸編碼器軸編碼器來檢測實(shí)現(xiàn)的來檢測實(shí)現(xiàn)的。車螺紋時(shí)，主軸編碼器建立。車螺紋時(shí)，主軸編碼器建立了

26、主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)效果。了主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)效果。 在在MCMC機(jī)床上機(jī)床上，主軸編碼器用于主軸的定向準(zhǔn)停功，主軸編碼器用于主軸的定向準(zhǔn)停功能來完成自動(dòng)換刀，或用于攻絲。能來完成自動(dòng)換刀，或用于攻絲。 主軸編碼器的安裝主軸編碼器的安裝: : 通過彈性聯(lián)軸器與主軸直接聯(lián)接通過彈性聯(lián)軸器與主軸直接聯(lián)接; ;通過通過1111齒輪或同步帶同步傳動(dòng)齒輪或同步帶同步傳動(dòng); ;1) 1) 主軸編碼器的作用和安裝主軸編碼器的作用和安裝: :462) 2) 主軸編碼器的工作原理：主軸編碼器的工作原理： 光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它它將輸入

27、將輸入給軸的角度量，利用光電元件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量給軸的角度量，利用光電元件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量輸出輸出。 光電編碼器是由光電編碼器是由光光柵盤柵盤和和光電檢測裝置光電檢測裝置組組成。成。光柵盤是在一定直光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔，并與若干個(gè)長方形孔，并與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光源穿過光柵，轉(zhuǎn)時(shí)，光源穿過光柵，經(jīng)光電檢測裝置輸出若經(jīng)光電檢測裝置輸出若干脈沖信號干脈沖信號，其基本原，其基本原理示意如圖。理示意如圖。472) 2) 主軸編碼器的工作原理：主軸編碼器的工作原理：光電編碼器組成及其原理示意圖光電編碼器組成

28、及其原理示意圖 光電編碼器光電編碼器組成如圖，組成如圖，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。具有體積小、精具有體積小、精度高、工作可靠，接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。度高、工作可靠，接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。 用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度檢測角度的設(shè)備中。的設(shè)備中。48光電編碼器外觀圖光電編碼器外觀圖49 增量式編碼器是增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換輸出三組方波脈沖直接利用光電轉(zhuǎn)換輸出三組方波脈沖A A、B B和和C C

29、；A A、B B兩組脈沖相位差兩組脈沖相位差9090，用來判斷軸的旋轉(zhuǎn)方，用來判斷軸的旋轉(zhuǎn)方向，而向，而C C相為一轉(zhuǎn)脈沖，可用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。如圖：相為一轉(zhuǎn)脈沖，可用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。如圖： 增量式編碼器原理圖增量式編碼器原理圖(1)增量式編碼器增量式編碼器50 增量式編碼器的增量式編碼器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械平均壽命可在是結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸；傳輸；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對位置信息。是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對位置信息。 (1)增量式編碼器增量式編碼器51 絕對編碼器是絕對編碼器是直

30、接輸出數(shù)字量直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼的傳感器，在它的圓形碼盤上沿盤上沿徑向有若干同心碼道徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。 碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進(jìn)制數(shù)。出相應(yīng)的電平信號，形成二進(jìn)

31、制數(shù)。 這種編碼器的這種編碼器的特點(diǎn)是特點(diǎn)是不需要計(jì)數(shù)器不需要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可置都可 讀出一個(gè)固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼讀出一個(gè)固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個(gè)具有顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個(gè)具有 N N位二位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N N條碼道條碼道。 目前國內(nèi)已有目前國內(nèi)已有1616位的絕對編碼器產(chǎn)品。位的絕對編碼器產(chǎn)品。(2)絕對式編碼器絕對式編碼器5210位絕對位絕對編碼器編碼器碼盤碼盤(2)絕對式編碼器絕對式編碼器53 絕對編碼器絕對編碼器是利用是利用自然二進(jìn)制自然二進(jìn)制或

32、或循環(huán)二進(jìn)制循環(huán)二進(jìn)制（格雷（格雷碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。也有采用二進(jìn)制補(bǔ)碼。碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。也有采用二進(jìn)制補(bǔ)碼。 絕對式編碼器與增量式編碼器絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處不同之處在于圓盤上透在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置檢測絕對位置。(2)絕對式編碼器絕對式編碼器它的它的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：是： 可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值；可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值； 沒有累積誤差；沒有累積誤差； 電源切除后位置信息不會(huì)丟失；電源切除后位置信息不會(huì)丟失； 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是分辨率

33、是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的。是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的。544 主軸準(zhǔn)停裝置主軸準(zhǔn)停裝置 主軸的準(zhǔn)停功能又稱主軸定位功能，是指主軸的準(zhǔn)停功能又稱主軸定位功能，是指每當(dāng)主軸每當(dāng)主軸停止時(shí)都能停于停止時(shí)都能停于圓周上圓周上固定的位置，即固定的位置，即準(zhǔn)停于特定角度準(zhǔn)停于特定角度的功能。的功能。用于主軸定位和換刀。用于主軸定位和換刀。 準(zhǔn)停的作用：準(zhǔn)停的作用： 1) 1)在鏜銑在鏜銑MCMC上用于傳遞切削轉(zhuǎn)矩刀桿端面鍵的定位；上用于傳遞切削轉(zhuǎn)矩刀桿端面鍵的定位； 2) 2)在鏜削多層同軸孔系時(shí)，鏜削后端大孔的讓刀定位；在鏜削多層同軸孔系時(shí)，鏜削后端大孔的讓刀定位； 3) 3)自動(dòng)換刀機(jī)床的換刀定

34、位；自動(dòng)換刀機(jī)床的換刀定位；554 主軸準(zhǔn)停裝置主軸準(zhǔn)停裝置采用這種準(zhǔn)停方式，要有互鎖邏輯。即：采用這種準(zhǔn)停方式，要有互鎖邏輯。即： 當(dāng)當(dāng)sq2sq2有效時(shí)，才能進(jìn)行諸如換刀等動(dòng)作；有效時(shí)，才能進(jìn)行諸如換刀等動(dòng)作； 當(dāng)當(dāng)sq1sq1有效時(shí)，才能啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；有效時(shí)，才能啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；主軸準(zhǔn)停裝置分機(jī)械式和電氣式兩種。主軸準(zhǔn)停裝置分機(jī)械式和電氣式兩種。1) 1) 機(jī)械準(zhǔn)停機(jī)械準(zhǔn)停: : CNC CNC執(zhí)行準(zhǔn)停指執(zhí)行準(zhǔn)停指令令主軸降速主軸降速接接近開關(guān)發(fā)出信號近開關(guān)發(fā)出信號主電機(jī)停轉(zhuǎn)并脫開主電機(jī)停轉(zhuǎn)并脫開主傳動(dòng)主傳動(dòng)主軸慣性主軸慣性空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)定位滾子伸定位滾子伸出并進(jìn)出并進(jìn)V V

35、槽槽sqsq2 2動(dòng)動(dòng)作作準(zhǔn)停完成準(zhǔn)停完成凸輪定位盤凸輪定位盤接接近近開開關(guān)關(guān) CNC CNC執(zhí)行準(zhǔn)停指執(zhí)行準(zhǔn)停指令令主軸降速主軸降速接接近開關(guān)發(fā)出信號近開關(guān)發(fā)出信號主電機(jī)停轉(zhuǎn)并脫開主電機(jī)停轉(zhuǎn)并脫開主傳動(dòng)主傳動(dòng)主軸慣性主軸慣性空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)定位滾子伸定位滾子伸出并進(jìn)出并進(jìn)V V槽槽sq2sq2動(dòng)動(dòng)作作準(zhǔn)停完成準(zhǔn)停完成行程開關(guān)行程開關(guān)定位銷定位銷無觸點(diǎn)開關(guān)無觸點(diǎn)開關(guān)感應(yīng)塊感應(yīng)塊定位液定位液壓缸壓缸定位定位活塞活塞56 (1) (1)電氣準(zhǔn)停原理框圖：電氣準(zhǔn)停原理框圖：CNC主軸驅(qū)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng)主電機(jī)主電機(jī)CNC主軸驅(qū)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng)主電機(jī)主電機(jī)a) 編碼器準(zhǔn)停編碼器準(zhǔn)停b) 磁性傳感器準(zhǔn)停磁性傳感器準(zhǔn)停磁性傳感器磁性傳感器光電編碼器光電編碼器2) 2) 電氣準(zhǔn)停電氣準(zhǔn)停: :主軸主軸57端端面面鍵鍵端端面面鍵鍵永久磁鐵永久磁鐵1磁磁性性傳傳感感器器2(2) (2) 磁性傳感器準(zhǔn)停磁性傳感器準(zhǔn)停