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1、数控机床的机械装调与维修,数控机床装调维修工,本章主要内容,数控机床机械结构概述,主传动系统的装调与维修,进给传动系统的装调与维修,数控机床机械结构故障诊断,本章学习目标,目标1,目标2,目标3,目标4,掌握数车、数铣及加工中心机械结构的基本组成及特点,掌握数控机床主传动和进给传动的机械结构的拆装工艺,熟悉主传动的变速方式 熟悉进给丝杠螺母副的工作原理和特点,掌握数控机床主要机械部件的故障诊断和维护,第一节 数控机床机械结构概述,一、数控机床的机械结构组成,1.数控车床结构组成,2.数控铣床/加工中心的组成,知识回顾,输 入 装 置,输 出 装 置,计 算 机 数 控 装 置,PLC,主轴控制
2、单元,主轴,机床,伺服电机,位移、速度 控制单元,工 作 台,位置检测反馈装置,数控机床的组成,知识回顾,数控机床机械结构,是数控机床的机械结构实体，是用于完成各种切削加工的机械部分。 机床是被控制的对象，其运动的位移和速度以及各种开关量都是被控制的,知识回顾,主传动系统,一,二,三,进给传动系统,基础支承件,机械结构,数控车床结构组成,数控车床与普通车床相比较，其结构上仍然是由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。 数控车床是采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架，实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。 数控车床进给传动系统的结构大为简化。,无防护装置 无自动
3、排屑功能 转速相对较低，有级变速 主、进给传动系统共用一台电机 劳动强度高 、 操作者技术要求高 、效率低、质量靠个人技术,普通机床,从普车 到数车,采用全封闭防护装置 采用自动排屑装置 主轴转速高，能实现无极变速 主、进给传动系统采用各自独立的伺服电机 劳动强度相对低 、质量稳定,数控机床,数控车床结构组成,数控车床结构组成,数控车床结构组成,底 座：整台机床的主体，支撑着机台的所有重量,主轴头：用来安放主轴,数控车床结构组成,鞍座,滑板,底座,鞍 座： 下面连接 着底座， 上面连接 滑板，用 于实现X 轴移动等 功能,数控车床结构组成,刀塔：用来安装刀具,动力刀塔,动力刀塔,数控车床结构组
4、成,主轴部分：夹持工件旋转,数控铣床/加工中心的组成,温故知新,相同点,不同点,加工中心是在数控机床的基础上发展起来的，都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床,加工中心具有刀库和自动换刀功能,数控铣床/加工中心的组成,数控铣削不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔，而且还能加工各种平面和空间等复杂型面。,铣槽,铣平面,铣台阶,数控铣床/加工中心的组成,一、主轴变速方式,二、电主轴结构,三、主轴部件的支承,四、数控车床主轴部件的调整,无级和分段变速方式,主要部件,轴承的类型及预紧方式,部件结构、拆卸与调整,第二节 主传动系统的装调与维修,主传动系统的装调与维修,一、主轴变速方式
5、,现代数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，用交流调速电机或直流调速电机驱动，它们能方便地实现无级变速，且传动链短，传动件少，提高了变速的可靠性，其制造精度则要求很高。根据数控机床对主轴转速、变速范围和输出功率的要求不同，其主轴的变速方式主要有以下几种形式：,由调速电机直接驱动的主传动,实现方式：由主轴电机直接驱动 优点：这种方式大大简化主轴结构，有效地提高主轴刚度。 缺点：主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响大。 适用场合：高速机床，可满足中、高档数控机床对速度的控制要求,内装电动机主轴（电主轴）,内装式主轴电机又称电主轴 实现方式：主轴电动机与机床主轴合而为一，传动链为零，又称“零传动
6、”。 应用：超高速数控机床。（美国、德国、日本、瑞士、意大利等工业发达国家，都在高速数控机床上广泛采用了电主轴结构）,内装电动机主轴（电主轴）,电主轴有什么优点呢,分段无级变速,在大、中型数控机床上，为了使主轴在低速时获得大转矩和扩大恒功率调速范围，通常在使用无级变速传动的基础上，在增加两级或三级辅助机械变速机构作为补充。通过分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩的要求。,带有变速齿轮的主传动,主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求。 滑移齿轮常用液压拨叉和电磁离合器来改变
7、其位置。,带有变速齿轮的主传动,为什么不采用主电机与主轴直联的变速方式，全部由主电机实现无级变速？,思考,原因,主轴电机的特性,当主轴转速小于额定转速时，主轴工作在恒扭矩区 当主轴转速大于额定转速时，主轴工作在恒功率区,带有变速齿轮的主传动,若主轴与主轴电机之间采用1:1的直联方式，虽然主轴电机的速度可以在零速度到标定的最大转速之间连续变化，但在额定功率之下的调速范围只能由额定转速到最大转速,带有变速齿轮的主传动,怎么解决呢？,主轴电机与驱动装置的体积、重量、成本大大增加,大功率电机,分段无级变速,可展宽恒功率范围，经济，但需要自动换挡机构,解决方法,增加减速机构,可满足低速大扭矩的要求，但降
8、低了恒功率调速范围,带有变速齿轮的主传动,带有变速齿轮的主传动,举一反三-参考汽车变速箱,通过带传动的主传动,这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。电机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。它适用于高速低转矩特性的主轴，常用的有多楔带和同步齿形带。,通过带传动的主传动,主轴脉冲编码器,同步齿形带,主轴,二、电主轴结构,电主轴采用变频电机与机床的主轴合二为一的结构形式,即变频电机的空心转子与机床主轴零件过盈配合套装（热装）在一起，带冷却套的定子装配（热装）在主轴单元的壳体内直接与机床连接，成为集成式电机主轴电机的转子就是机床的主轴,机床主
9、轴单元的壳体就是电机座。,电主轴结构,转轴,支撑系统,电机定子,电机转子,轴壳,循环冷却系统,润滑系统,控制系统,电主轴结构,轴壳,壳体主要由外壳、前后大盖以及后轴承座等固定不动的零件组成，通常将轴承座孔直接设计在轴壳上。电主轴为加装电动机定子，必须开放一端。,电主轴结构,转轴,转轴是高速电主轴的主要回转体，且承受切削力，又属深孔轴，对于内外圆同轴度以及前锥孔相对支承面的径向跳动和端面跳动，均有极精密要求。,电主轴结构,轴承,高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。电主轴的轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来，相继开发研制了陶瓷轴承、磁浮轴承、液体动静压
10、轴承、气体静压轴承。,电主轴结构,定子与转子,电主轴的定子由具有高导磁率的优质硅钢片叠压而成，定子内腔带有冲制嵌线槽。定子通过一个冷却套固装在电主轴的壳体上。 转子由转子铁芯、鼠笼和转轴三部分组成。位于前后轴承之间，用热压装配法与主轴产生过盈配合，由过盈力传递扭矩。,三、主轴部件的支承,主轴支承：指主轴轴承、支承座及其他相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。因此把采用滚动轴承的主轴支承称为主轴滚动支承；把采用滑动轴承的称为主轴滑动支承。 主轴滚动支承的主要设计内容：滚动轴承类型的选择、轴承的配置、轴承的精度及其选配、轴承的间隙调整、支承座的结构、轴承的配合及其配合零件的精度、轴承的润滑与密封等
11、。,主轴部件的支承,主轴部件支承的选择原则： 主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响。 主轴较粗，轴承直径较大，因此轴承的负荷较轻。 一般，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标，主轴轴承应根据精度、刚度和转速选择。 选择轴承的类型、组合以及配置型式。 为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。,注意哦,主轴部件的支承,滚动轴承,液体动压轴承,液体静压轴承,磁悬浮轴承,空气静压轴承,支承类型,滚动轴承,滚动轴承的功用：支承轴类回转零件,滚动轴承属于标准零件，由专门厂家生产。,滚动轴承的特点（与滑动轴承相比）：,滚动轴承,组成：内圈、外圈、滚动体、保持架,最简单的轴承只有滚动
12、体；有些轴承除以上四件外，还增加有其他特殊零件。如止动环、密封盖等,滚动轴承,外圈：与轴承座相配；,保持架：防止滚动体直接接触。,内圈：与轴颈相配；,滚动体：将滑动摩擦转化为滚动摩擦；,常见的滚动体有六种形状,滚动轴承的类型,按滚动体形状分,球轴承：承载能力低，极限转速高,滚子轴承：承载能力高，极限转速低,圆柱滚子轴承,圆锥滚子轴承,球面滚子轴承,滚针轴承,滚动轴承的类型,按轴承的结构形式不同分,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,推力球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,调心球轴承,主轴部件常用滚动轴承的类型,选用轴承要考虑的因素：,轴承的载荷,轴承的转速,轴承的调心性能,轴承的安装和拆卸,经济性,主轴
13、部件常用滚动轴承的类型,轴承的载荷,方向,性质,大小,载荷大,载荷小,轴向力推力轴承,径向力向心轴承,轴、径向力向心推力轴承或组合轴承,有冲击载荷时宜用滚子轴承,四、数车主轴部件的调整,主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放。 拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的工具。 轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的部位加力。 角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保持一致。 装配时，调整圆柱滚子轴承的间隙。,注意哦.,第三节 进给传动系统的装调与维修,温故知新,数控机床的进给传动系统是以数控机床的进给轴，即机床的移动部件（刀架或工作台）的位置和速度为控制量的，是以保证刀具和工件相对关系为目的，因此
14、，不仅要定性，还要定量。,定义：实现运动执行件进给的系统，即进给驱动装置。 特点：是数控装置的直接控制对象，以机床的移动部件的位置和速度作为控制矢量。 实现过程：（数控装置）指令信号（进给速度和位移） 伺服驱动装置（转换和放大）执行电机机械传动机构执行部件（工作台等） 实现工作进给或快速运动。,进给传动系统,温故知新,组成,伺服驱动装置：转换和放大指令信号（速度、位移）,执行电机：伺服系统执行件：步进电机、直流、交流伺服电机,机械传动装置：将动力源旋转运动变为直线运动的整个机械传动链,温故知新,传动机构 齿轮传动 同步齿形带 传动 联轴器,运动转换机构 丝杠螺母副 齿轮齿条副,导向机构 导轨
15、滚动、静压直线导轨,温故知新,伺服电机,联轴器 减速器,丝杠螺母传动,齿轮齿条传动,蜗轮蜗杆传动,进给传动机构的类型,温故知新,进给传动机构的类型,联轴器直联的结构形式,1,滚珠丝杠,伺服电机,联轴器,联轴器座,温故知新,进给传动机构的类型,通过同步齿形带联接的结构形式,1,伺服电机,同步齿形带,温故知新,进给传动机构的类型,通过齿轮联接的结构形式,1,温故知新,一、联轴器,数控机床进给传动机构中，常采用电机经联轴器与丝杠螺母副直联的传动方式。 联轴器：用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机器停止运转后才能接合或分离的一种装置。,带式运输机传动简图,联轴器,联接不同部件的两轴，传递扭矩,联
16、轴器,功用,用于联接轴与轴，以传递运动与转矩； 补偿所联两轴的相对偏移； 可用作安全装置：作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。 吸振、缓冲。,联轴器,特点,用联轴器联接的两轴只有在机器停车后，经拆卸才能使两轴分开。,离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。,联轴器,分类,按结构特性分：,刚性联轴器：适用于两轴能严格对中，并在工作中 不发生相对位移的地方，如凸缘联轴器。 挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方,套筒联轴器,结构：用一个套筒通过键或销钉将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现轴向固定。,型式：,半圆键,普通平键,特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振 。,套筒联轴器,结构简单，依靠锥销、键或螺钉与两轴联接并传递扭矩，无标准，需自行设计。,凸缘式联轴器,对中榫,绞制孔螺栓,
