數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)課件

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

目錄CONTENTS主軸及其部件結(jié)構(gòu)典型機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)一二三數(shù)控機(jī)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(jìn)速度400in/min，主軸轉(zhuǎn)速150—7500r/min，定位精度±0.0002in，主電機(jī)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(jìn)給)3—第四軸旋轉(zhuǎn)頭4—刀庫5—防護(hù)裝置6—主軸箱(Z軸進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)床主傳動系統(tǒng)

課程導(dǎo)引數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主電機(jī)、傳動系統(tǒng)、主軸組件，與普通機(jī)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(jī)的無級調(diào)速來實(shí)現(xiàn)，齒輪變速機(jī)構(gòu)少或沒有，有的也僅是為進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)3.1.2主傳動變速的方式數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動調(diào)速范圍很寬，其主軸的傳動變速方式主要有以下幾種：數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-4數(shù)控機(jī)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(jī)分別驅(qū)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(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)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(jī)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(diǎn)，運(yùn)動時振動小、發(fā)熱少、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，線速度可達(dá)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(jī)的徑向負(fù)載。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)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(diǎn)，其帶形有梯形齒和圓弧齒兩種，如圖3-5b）所示。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)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(shí)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(jī)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(kuò)大，變速范圍增加，避免了低速時轉(zhuǎn)矩不足和電機(jī)功率不能充分利用的問題，但只有一個電機(jī)處于工作狀態(tài)，浪費(fèi)。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)4.調(diào)速電動機(jī)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(jī)的輸出特性一致，電機(jī)發(fā)熱對主軸精度有影響，使用上受到一定限制。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)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(jī)床主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動，從而使主軸部件從機(jī)床傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中獨(dú)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(shí)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(jī)床主傳動系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)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(jì)要求的不同而有各種形式。數(shù)控機(jī)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(jì)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(jī)床的主軸端部結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)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(jī)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(diǎn)、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(jī)床主軸選用45，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（預(yù)）獲得較好綜合機(jī)械性能（22-28HRC），再根據(jù)使用要求對一些表面進(jìn)行表面淬火（40-48HRC）；當(dāng)載荷較大或存在沖擊或精密機(jī)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(jìn)行滲碳淬火（56-62HRC）；高精密機(jī)床的主軸材料則選用38CrMoAl氮化處理，硬度850-1000HVC。數(shù)控機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的：數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床使用和維護(hù)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(jìn)入，還要防止?jié)櫥托孤?。?shù)控機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)入，如圖3-25所示。數(shù)控機(jī)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(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3典型機(jī)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(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3典型機(jī)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(yùn)動信號一方面可實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速的數(shù)字反饋，另一方面可用于進(jìn)給運(yùn)動的控制，如車削螺紋要求輸入進(jìn)給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)與主軸轉(zhuǎn)速間有對應(yīng)關(guān)系。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-29編碼器數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3典型機(jī)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(shí)例3-4】TND360型數(shù)控車床主軸部件數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3典型機(jī)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(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3典型機(jī)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(jī)床主傳動系統(tǒng)3.3