數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)課件

2012.2.10數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與故障檢修StructureandmaintenanceofNC第3章數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)ThemaindrivesystemofNC

目錄CONTENTS主軸及其部件結(jié)構(gòu)典型機床主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)一二三數(shù)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(zhuǎn)速150—7500r/min，定位精度±0.0002in，主電機功率11.2KW。

課程導(dǎo)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(zhuǎn)頭4—刀庫5—防護裝置6—主軸箱(Z軸進給)7—操作面板（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(shù)加工中心類似，以碟形彈簧的彈性力拉緊，氣缸的氣壓力松開。

數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)

課程導(dǎo)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(yù)緊，其裝配在凈化室內(nèi)進行。（4）準(zhǔn)停裝置在自動換刀數(shù)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(zhǔn)主軸上的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確周向定位的功能，即主軸準(zhǔn)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(shù)控機床主傳動系統(tǒng)

課程導(dǎo)引數(shù)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(jié)構(gòu)較簡單，因其變速功能全部或部分由主電機的無級調(diào)速來實現(xiàn)，齒輪變速機構(gòu)少或沒有，有的也僅是為進一步擴大變速范圍。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)3.1.1對主傳動系統(tǒng)的要求

（1）調(diào)速范圍寬、并實現(xiàn)無級調(diào)速各種不同的機床對調(diào)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(zhuǎn)精度和運動精度高主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)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(shù)控機床加工精度較高，主軸的轉(zhuǎn)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(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)2.通過帶傳動的主軸傳動（無級變速）這種傳動主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床，結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，但傳遞轉(zhuǎn)矩小，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(jié)合了V帶及平帶的優(yōu)點，運動時振動小、發(fā)熱少、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，線速度可達40m/s，且多楔帶與帶輪接觸好，負(fù)載分布均勻，瞬時超載不易打滑，能滿足主傳動高速、傳遞轉(zhuǎn)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(fù)載。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)圖3-5a)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3-5b）所示。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)圖3-5b)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(xiàn)兩者間無滑動的嚙合傳動。圖3-6同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動3.用兩個電動機分別驅(qū)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(zhuǎn)矩提高，升速齒輪可使恒功率區(qū)擴大，變速范圍增加，避免了低速時轉(zhuǎn)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(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)4.調(diào)速電動機直接驅(qū)動主軸傳動（無級變速）結(jié)構(gòu)簡化，剛度提高，但主軸輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)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(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)圖3-7直接驅(qū)動式5.電主軸（無級變速）機床主軸由內(nèi)裝式電機直接驅(qū)動，從而使主軸部件從機床傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中獨立出來。成為“主軸單元”，又稱為“電主軸”。其不存在復(fù)雜的中間傳動環(huán)節(jié)，具有調(diào)整范圍廣、振動噪聲小、易控制、能實現(xiàn)準(zhǔn)停、準(zhǔn)速、準(zhǔn)位，加工效率和加工精度高。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)圖3-8電主軸主軸的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計要求的不同而有各種形式。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-13加工中心主軸1.主軸端部結(jié)構(gòu)形式主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的基準(zhǔn)，在設(shè)計上應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形式都已標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控車床的主軸端部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖3-14所示。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-14幾種機床上通用的結(jié)構(gòu)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(nèi)圓磨床砂輪主軸3.主軸的材料和熱處理主軸材料選擇主要根據(jù)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(diào)質(zhì)處理（預(yù)）獲得較好綜合機械性能（22-28HRC），再根據(jù)使用要求對一些表面進行表面淬火（40-48HRC）；當(dāng)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(diào)質(zhì)處理+表面淬火（42-50HRC），或是選用20Cr進行滲碳淬火（56-62HRC）；高精密機床的主軸材料則選用38CrMoAl氮化處理，硬度850-1000HVC。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)4.主軸支承的主要精度指標(biāo)1）前支承軸承軸頸的同軸度公差約為5μm左右。2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實際尺寸”配磨，且須保證配合過盈為1～5μm。3）定位錐孔與軸承軸頸的同軸度要求為3～5μm，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(diào)心圓柱滾子軸承的1∶12錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85％。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)5.主軸部件的支承機床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運動，傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力并保證必要的旋轉(zhuǎn)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(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-15主軸常用的滾動軸承為提高主軸支承剛度，對于前后軸承組跨距較大的數(shù)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(shè)在中間支承也可設(shè)在后支承。輔助支承在徑向要保留必要游隙以避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)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(yīng)用在高轉(zhuǎn)速、高回轉(zhuǎn)精度的場合，如要求更高最高轉(zhuǎn)速，可使用空氣靜壓軸承。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)（2）滾動軸承間隙與預(yù)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(shù)滾動體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。將滾動軸承進行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動體和內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生微量預(yù)變形，受載后滾動體數(shù)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(zhuǎn)精度。若預(yù)緊過大則會導(dǎo)致軸承磨損加劇、精度很快喪失。滾動軸承間隙調(diào)整或預(yù)緊是通過軸承內(nèi)、外圈相對軸向移動來實現(xiàn)的：數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)將兩個軸向長度不同的隔套放在兩個軸承內(nèi)外圈之間，同時將內(nèi)圈、外圈壓緊，使?jié)L道產(chǎn)生預(yù)緊。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-20隔套的應(yīng)用6、主軸內(nèi)切屑清除裝置為防止主軸錐孔中落入切屑、灰塵或其它污物，導(dǎo)致在拉緊刀桿時，錐孔表面和刀具錐柄會被劃傷，甚至使刀桿偏斜破壞正確定位，影響加工精度，常采用壓縮空氣在松開刀具刀柄時由噴口經(jīng)過主軸中間通孔吹出，將錐孔清理干凈。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)7、主軸部件的潤滑與密封主軸部件的潤滑與密封是機床使用和維護過程中值得重視的兩個問題，良好的潤滑可以降低軸承的工作溫度、延長壽命，密封不僅要防止灰塵、切屑和切削液進入，還要防止?jié)櫥托孤?。?shù)控機床上，主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)1）油脂潤滑方式是目前在數(shù)控機床的主軸軸承上最常用的潤滑方式，特別是在前支承軸承上更是常用。2）在數(shù)控機床主軸上，有采用油液循環(huán)潤滑方式的。3)油霧潤滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴到需潤滑的部位的潤滑方式。4)油氣潤滑方式是針對高速主軸而開發(fā)的新型潤滑方式。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-23恒溫油液循環(huán)潤滑冷卻方式圖3-24油氣潤滑在用油液潤滑角接觸軸承時要注意其泵油效應(yīng)，必須使油液從軸承小口進入，如圖3-25所示。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-25角接觸軸承油液潤滑3.3.1數(shù)控車床的主軸部件主軸部件的精度、剛度及熱變形對加工質(zhì)量有直接影響。數(shù)控車床的主軸支承方式有三種：1）前支承采用雙列圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列球軸承組合，后支承采用成對安裝角接觸球軸承。綜合剛度好，應(yīng)用普遍。2）前支承采用高精度雙列（或）角接觸球軸承，后支承采用單列（或雙列）角接觸球軸承。高速、輕載、精密主軸。3）前、后支承采用雙列和單列圓錐滾子軸承。中等精度、低速、重載主軸。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.3典型機床主軸的結(jié)構(gòu)1.卡盤通用夾具（三爪自定心、四爪單動卡盤或彈簧夾頭）。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.3典型機床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-28液壓驅(qū)動動力自定心夾盤

1—驅(qū)動爪2—卡爪3—卡盤4—活塞桿5—液壓缸6、7—行程開關(guān)2.主軸編碼器為與主軸同步的光電脈沖發(fā)生器，可通過中間軸齒輪1：1傳動也可同軸安裝。利用主軸編碼器檢測主軸運動信號一方面可實現(xiàn)主軸調(diào)速的數(shù)字反饋，另一方面可用于進給運動的控制，如車削螺紋要求輸入進給伺服電機的脈沖數(shù)與主軸轉(zhuǎn)速間有對應(yīng)關(guān)系。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.3典型機床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-29編碼器數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.3典型機床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-31光電脈沖發(fā)生器原理圖

1—燈泡2—聚光鏡3—漏光盤4—光敏管5—光欄板【實例3-4】TND360型數(shù)控車床主軸部件數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.3典型機床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-32TND360型數(shù)控車床的主軸部件3.C軸功能數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)3.3典型機床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-33車削加工中心C軸3.3.2自動換刀數(shù)控銑床的主軸部件1.主軸的準(zhǔn)停功能（周向定位）當(dāng)主軸停止轉(zhuǎn)動時，控制其周向停于固定位置。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)