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1、数控机床结构及维修数控机床结构及维修第三章 数控机床的主传动系统天津工程师范学院天津工程师范学院8/11/20241数控机床结构及维修数控机床结构及维修第三章 数控机床的主传动系统3.1 概述3.2主轴部件3.3主轴准停3.4 高速电主轴3.5 主传动部件的结构与调整3.6 主传动系统常见故障及排除方法8/11/20242一、对主传动系统的要求一、对主传动系统的要求(1)调速范围调速范围 。(2)热变形热变形 。(3)主轴的旋转精度和运动精度主轴的旋转精度和运动精度 。(4)主轴的静刚度和抗振性主轴的静刚度和抗振性 。(5)主轴组件的耐磨性主轴组件的耐磨性 。3.1 概述概述二、主轴变速方式二
2、、主轴变速方式1无级变速 数控机床一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴无级变速。 图3-1 主轴功率转矩特性2分段无级变速(1)带有变速齿轮的主传动(见图3-2a)。(2)通过带传动的主传动(见图3-2b) 。(3)用两个电动机分别驱动主轴 (见图3-2c) 。43液压拨叉变速机构 带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨叉来完成。图3-3是三位液压拨叉的原理图。图3-3 三位液压拨叉工作原理图1、5液压缸； 2活塞杆； 3拨叉； 4套筒。54电磁离合器变速 电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常
3、用的操纵元件。 图3-4 THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统64电磁离合器变速图3-5是数控铣镗床主轴箱中使用的无滑环摩擦片式电磁离合器。 图3-6为啮合式电磁离合器，它是在摩擦面上做了一定齿形，来提高传递的扭力。 75内装电动机主轴变速这种主传动是电动机直接带动主轴旋转（如图3-2d所示），大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大。图3-7 内装电动机主轴83.2主轴部件主轴部件一、主轴端部的结构形状一、主轴端部的结构形状主主轴轴端端部部用用于于安安装装刀刀具具或或夹夹持持工工件件的的夹夹具具，在在设设计计要要求
4、求上上，应应能能保保证证定定位位准准确确、安安装装可可靠靠、联联接接牢牢固固、装装卸卸方方便便，并并能能传传递递足足够够的的转转矩矩。主主轴轴端端部部的的结结构构形形状状都都已已标标准准化化，如如图图3-8所所示示为为普普通通机机床床和和数控机床所通用的几种结构形式。数控机床所通用的几种结构形式。 9二、主轴部件的支承二、主轴部件的支承1主轴部件常用滚动轴承的类型(图3-9)2滚动轴承的精度主轴部件所用滚动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级C和超精级B。前支承的精度一般比后支承的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支承取C、D级，后支承用D、E级。特高精度的机床前后支承均
5、用B级精度。 3主轴滚动轴承的配置(图3-10)10二、主轴部件的支承二、主轴部件的支承4主轴滚动轴承的预紧(1)轴承内圈移动（ 图3-11）。(2)修磨座圈或隔套 （图3-12，3-13）。11三、主轴的材料和热处理三、主轴的材料和热处理四、主轴的润滑与冷却四、主轴的润滑与冷却五、数控车床的主轴部件五、数控车床的主轴部件1主轴的支承与润滑，图3-14主轴组件2卡盘 图3-15液压驱动自定心夹盘 3主轴编码器六、自动换刀数控机床的主轴部件六、自动换刀数控机床的主轴部件1主轴箱图3-19 数控落地铣镗床的矩形滑枕 图3-20 棱形滑枕12六、自动换刀数控机床的主轴部件六、自动换刀数控机床的主轴部
6、件2主轴箱的结构TH6350加工中心的主轴箱如图3-21所示。为了增加转速范围和转距，主传动采用齿轮变速传动方式。 3主轴部件结构图3-22为THK6380加工中心主轴部件结构图。(1)刀具自动夹紧装置 图3-23 拉紧结构；(2)清洁装置(3)卸荷装置 图3-24 卸荷装置；(4)主轴准停装置 图3-25是V形槽轮定位盘主轴准停机构原理图 133.3主轴准停主轴准停一、概述一、概述主轴准停功能又称主轴定位功能(Spindle Specified Position Stop)，即当主轴停止时，控制其停于固定的位置，这是自动换刀所必须的功能。 主轴准停可分为机械准停与电气准停 二、机械准停二、机
7、械准停图3-29为典型的端面螺旋凸轮准停装置 。143.3主轴准停主轴准停三、电气准停控制三、电气准停控制1磁传感器主轴准停 图3-30 磁传感器准停控制系统构成 图3-32 磁传感器准停时序图 2编码器型主轴准停 图3-33 编码器型主轴准停结构 图3-34 编码器准停控制时序 3数控系统控制准停153.4 高速电主轴高速电主轴一、高速电主轴的结构一、高速电主轴的结构高速主轴在结构上几乎全部是交流伺服电动机直接驱动的集成化结构，取消齿轮变速机构，并配备有强力的冷却和润滑设计。集成主轴有两种构成方式：一种是通过联轴器把电动机与主轴直接联接，另一种则是把电动机转子与主轴做成一体，即将无壳电动机的
8、空心转子用压配合的形式直接装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体中，形成内装式电动机主轴。图3-36 高速电主轴的组成。16二、冷却润滑技术二、冷却润滑技术(1)油气润滑方式 图3-37油气润滑原理图。 (2)喷注润滑方式 图3-38 喷注润滑系统。 (3)突入滚道式润滑方式 图3-39 突入滚道 润滑用特种轴承。(4)电动机内装式主轴 图3-40 电动机内装式主轴。17三、高速精密轴承三、高速精密轴承高速主轴支承用的高速轴承有接触式轴承和非接触式轴承两大类 。接触式轴承由于存在金属摩擦，因此摩擦因数大，允许最高转速低。保持接触式轴承长期高速运转的技术措施是预加载荷的自动补偿和
9、良好润滑。实施预加载荷自动补偿的方法之一是采用液压补偿系统 。目前用于支承高速主轴的非接触轴承有空气轴承、液体动、静压轴承和磁悬浮轴承。18四、电主轴的动平衡四、电主轴的动平衡五、刀具的夹紧五、刀具的夹紧六、轴上零件的联接六、轴上零件的联接193.5 主传动部件的结构与调整 一、数控车床主轴部件的结构与调整一、数控车床主轴部件的结构与调整图图3-41是是CK7815型数控车床主轴部件结构图型数控车床主轴部件结构图拆卸及调整过程拆卸及调整过程拆卸与调整过程需要注意的事项拆卸与调整过程需要注意的事项20T T I I A A N N J J I I N N中德培训中心图图3-41 3-41 CK7
10、815型数控车床主轴部件结构图型数控车床主轴部件结构图21T T I I A A N N J J I I N N中德培训中心1. 切断机床动力电源,拆下图中未标出的关联部件 2. 拆下电机传动带、带轮及键 3. 拆下主轴脉冲编码器 4. 拆下同步带轮 5. 拆下主轴后支承处轴向定位螺钉 6. 拆下主轴前支承套螺钉 7. 拆下主轴部件 8. 拆下圆柱棍子轴承、定位盘及油封 9. 拆下螺母 10. 拆下主轴及前端盖 11. 拆下角接触轴承和前支撑 CK7815型数控车床主轴部件型数控车床主轴部件拆卸及调整过程拆卸及调整过程22注意事项注意事项1. 主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻主轴为精密部件，
11、选择好拆卸环境，轻拿轻放。拿轻放。 2. 拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的工具。工具。3. 轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的部位加力。正确的部位加力。4. 角接触轴承要注意大口的开口方向，恢角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保持一致。复时保持一致。5. 装配时，调整圆柱棍子轴承的间隙。装配时，调整圆柱棍子轴承的间隙。23NT-J320A型型数数控控铣铣床床主主轴轴部部件件结结构构图图24NT-J320A型型数数控控铣铣床床主主轴轴部部件件结结构构图图拆拆卸卸工工艺艺2. 拆拆下下主主轴轴电电机机花花键键套套1.
12、切切断断机机床床动动力力电电源源,拆拆下下图图中中未未标标出出的的关关联联部部件件. 拆拆下下主主轴轴电电机机等等线线路路、拆拆下下电电机机法法兰兰盘盘3. 拆拆下下罩罩壳壳、拆拆下下丝丝杠杠螺螺钉钉4. 拆拆下下螺螺母母支支撑撑和和主主轴轴套套筒筒的的连连接接螺螺钉钉5.拆拆下下同同步步带带、定定位位销销6.拆拆下下主主轴轴部部件件7.拆拆下下主主轴轴前前端端法法兰兰和和油油封封8.拆拆下下主主轴轴套套筒筒9.拆拆下下圆圆螺螺母母10.拆拆下下前前后后轴轴承承和和轴轴承承隔隔套套11.拆拆下下快快换换夹夹头头25NJ-320主轴调整注意事项注意事项主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放拆卸
13、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。调整好预紧螺母，保证主轴精度26THK6380加工中心主轴部件结构图加工中心主轴部件结构图主轴部件的结构：主轴部件的结构：1刀具自动夹紧装置刀具自动夹紧装置 2 清洁装置，换刀时通入压缩空气，吹掉铁屑清洁装置，换刀时通入压缩空气，吹掉铁屑 3 主轴准停装置，完成换刀的前提动作主轴准停装置，完成换刀的前提动作27THK6380加工中心主轴部件结构图加工中心主轴部件结构图拆拆 卸卸 工工 艺艺1. 切断机床动力电源，拆下主轴前端盖、拆下主轴后端防护罩，切断机床动力电
14、源，拆下主轴前端盖、拆下主轴后端防护罩，拆下与主轴相连的气管油管拆下与主轴相连的气管油管2.拆下液压缸，及相连的油管拆下液压缸，及相连的油管3. 拆下套筒、垫圈、碟簧拆下套筒、垫圈、碟簧4.拆下联接座螺钉及联接座拆下联接座螺钉及联接座5. 抽出主轴右端的轴向定位套抽出主轴右端的轴向定位套6.拆下主轴箱盖及凸轮两边的螺母拆下主轴箱盖及凸轮两边的螺母7.将主轴向左移出将主轴向左移出8.拆卸凸轮，抽出主轴拆卸凸轮，抽出主轴9.拆卸前支撑主件拆卸前支撑主件10.分解主轴刀具自动夹紧装置分解主轴刀具自动夹紧装置28THK6380主轴调整注意事项1. 主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放2. 拆卸过程
15、要注意拆卸顺序和使用适当的工具。3. 轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的部位加力。4. 角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保持一致。5. 装配前，对各部件进行仔细清洗、拆卸时注意实测碟簧的长度，装配时注意保持一致6. 调整好预紧螺母，保证主轴精度293.6 主传动系统常见故障及排除方法主传动系统常见故障及排除方法见书P83-8430二、主传动系统故障及排除方法实例二、主传动系统故障及排除方法实例例例1主轴定位不准确的故障维修例例2主轴出现噪声的故障维修例例3变档滑移齿轮引起主轴停转的故障 维修例例4电主轴高速旋转发热的故障维修31图3-1 主轴功率转矩特性32图3-2 数控机床主传动
16、的四种配置方式（a)齿轮变速；（b)带传动；（c)两个电动机分别驱动；（d)内装电动机主轴传动结构。33图3-5 无集电环摩擦片式电磁离合器图3-6 啮合式电磁离合器34图3-8 主轴端部的结构形式35图3-9 主轴常用的滚动轴承36图3-10 数控机床主轴轴承配置形式37图3-11 轴承内圈移动38图3-12 修磨座圈3-13 隔套的应用39图3-14 主轴组件40图3-15 液压驱动动力自定心夹盘1驱动爪；2卡爪；3卡盘；4活塞杆； 5液压缸；6、7行程开关。41图3-19 数控落地铣镗床的矩形滑枕图3-20 棱形滑枕（a)滑枕外形；（b）滑枕截面。42图3-21 TH6350主轴箱结构图
17、43图3-22 TH6380加工中心主轴部件结构图1-刀夹；2-弹簧夹头；3-套筒；4-钢球；5-定位螺钉；6-定位小轴；7-定位套筒；8-锁紧件；9-拉杆；10-拉套；11-主轴；12-齿轮；13-圆螺母；14-主轴箱；15-连接座；16-连接弹簧；17-螺钉 ；18、10-碟形弹簧；19-液压缸支座；21-套筒；22-垫圈；23-活塞；24、25-继电器；26-压缩空气管接头；27、28-凸轮；29-定位块。44图3-23 拉紧结构45图3-24 卸荷装置1-螺母；2-箱体；3-连接座；4-弹簧；5-液压缸体；6-液压缸；7-活塞杆；8-拉杆；9-套环；10-垫圈。46图3-25 V形槽轮
18、定位盘主轴准停机构47图3-29 凸轮准停装置1-主轴；2-定位滚子；3-凸轮；4-活塞杆；5-液压缸。 3-28主轴准停控制图 48图3-30 磁传感器准停控制系统构成 49图3-32 磁传感器准停时序图 爬行速度自动换刀准停速度运行信号准停信号完成信号速度命令速度实际速度磁传感器输出50图3-33 编码器型主轴准停结构51图3-34 编码器准停控制时序 52图3-36 高速电主轴的组成1-前轴承；2-电动机定子；3-电动机转子； 4-后轴承；5-主轴。53图3-37油气润滑原理图图3-38 喷注润滑系统54图3-39 突入滚道润滑用特种轴承55图3-40 电动机内装式主轴56数控机床结构及维修数控机床结构及维修谢谢 !8/11/202457
