数控机床拆装、调试与维修技术

内容概要

一、主传统系统概述

二、主传动系统结构形式

三、主轴部件结构

模块三 数控机床主传动系统

项目二 数控机床的机械拆装

数控机床主传动系统一、主传动系统概述

主传动 :用来实现机床的主运动，它将主电动机的原动力变成可供主轴上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。例如：数控车床上主轴带动工件的旋转运动；立式加工中心上主轴带动铣刀的旋转运动等。

1 、概念

主传动系统 :由主轴电机经过一系列传致力元件和主轴构成的具有运动和传动联系的整体。主要包括：主轴电机、传动装置、主轴部件和运动控制装置。

数控机床主传动系统

XH716立式加工中心主传动系统图

数控机床主传动系统2 、数控机床主传动系统的要求 数控机床与普通机床比较，由于其高自动化和高精度的需要，主传动系统应具有如下特点：转速高、功率大； 数控机床对工件能完成大切削用量的粗加工及高速旋转下的精加工。粗加工时，扭矩要大；精加工时转速要高。变速范围宽，并可无级变速；

满足不同的加工要求，就要有不同的加工速度。由于数控机床的加工通常在自动的情况下进行，尽量减少人的参与，因而要求能够实现无级变速。

数控机床主传动系统

实现恒切削速度加工； 在加工端面时，为了保证端面稳定的加工质量，要求工件端面的各部位能保持恒定 的线切削速度。主传动链尽可能短； 传动链越短，则累积误差越小，机床精度相应就高。实现刀具的快速自动装卸； 由于数控机床多进行多工序加工，工序变换时刀具也要更换，实现自动换刀可提高加工效率。

数控机床主传动系统

具有良好的抗振性和热稳定性 。

数控机床一般要同时承担粗加工和精加工任务，加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因，造成主轴振动，影响加工精度和表面质量。因此在主传动系统中的主要零部件不但要具有一定的静刚度，而且要求具有良好的抗振性。此外，在切削加工过程中，主传动系统的发热往往使零部件产生热变形，破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度，造成加工误差。

数控机床主传动系统二、主传动系统结构形式

1 、直联传动 主轴与主电机由联轴节直接连接 ,其优点是结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性一致，同时主轴部件结构相对比较复杂 ,因而使用上受到一定限制。

主传动系统采用的结构形式主要决定于主轴转速高低、传递转矩大小和对运动平稳性的要求。

数控机床主传动系统

通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无极变速，确保低速大转矩，以满足主轴输出转矩特性的要求。这种配置方式较多用与大、中型数控机床。 线速度 υ≤12∽15m/s 、 转速 n≤2000∽2500r/min

2 、齿轮传动

数控机床主传动系统

同步带综合了带、链传动的优点，无相对滑动，传动比准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻、故可用于高速传动 ,速度可达 50m/s, 。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率可达 98%以上，传递功率根据带型和带宽可加以选择。适用于中、小型机床。其优点是结构简单安装调试、维修方便。

主轴与主电机经一对同步带传递动力。

3 、带传动

数控机床主传动系统

电主轴部件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声；缺点是制造和维护困难且成本较高。电动机运转产生的热量直接影响主轴，主轴的热变形严重。

4 、电主轴

电主轴通常用于小功率高速数控机床上。

数控机床主传动系统

三、主轴部件的结构

机床主轴部件是机床的重要部件之一，是主运动的执行件，它夹持刀具或工件，并带动其旋转实现切削运动；因此主轴部件的精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。

XH713立式加工中心主轴部件图

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数控机床主传动系统

高精度。包括运动精度（回转精度、轴向串动）和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度 (轴向、径向 )； 高刚性和抗振性； 较低的温升及较好的热稳定性； 较好的精度保持性； 装夹刀具和工件的可靠性；

主轴部件的要求：

数控机床主传动系统

刀具的自动自动夹紧装置； 主轴的准停 ;

主轴内孔的清洁装置。

数控机床主轴部件除上述要求以外，还应有：（机械结构方面）

数控机床主传动系统

1、主轴的端部结构 主轴端部主要是用来安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要保证刀具或夹具定位（轴向、径向定心）准确，装夹可靠、牢固，而且装卸方便。 目前，主轴的端部形状已标准化。

数控机床主传动系统

2、主轴的支承 主轴支承的配置形式 机床主轴有前、后两支承及前、中、后三支承两种形式，以前者多见。 主轴箱长度较长，采用两支承其支承夸距远在于合理夸距，通过加大轴径来提高刚性和抗振性无效时，应考虑增设第三支承。

由于制造工艺上的限制，通常难使三支承座孔完全同轴，通常只有两个支承起主要作用，另一个（中间或后）支承起辅助作用。辅助支承通常选用深沟球轴承或向心圆柱滚子轴承。

数控机床主传动系统 主轴支承轴承选用的一般原则： 支承轴承的选用主要是根据主轴的转速、承载能力、刚度以及精度等确定。

数控机床主传动系统 滚动轴承的预紧及间隙的调整滚动轴承的预紧

滑动轴承一定要在有间隙的条件下工作，而滚动轴承通常应在过盈的条件下工作。安装滚动轴承时，预先在轴向施加一个径向载荷 30%的力，使轴承滚道与滚动体间有一定的过盈量，称为“预紧”。适当的预紧量可使滚动体产生微小的弹性变形，增加滚动体与滚道的接触面积，从而提高轴承刚度。 过大的预紧对轴承刚度提高已不显著，么而会导致发热高，磨损严重和后果。

数控机床主传动系统滚动轴承的间隙调整

主轴支承结构一定要考虑轴承间隙调整结构：①装配时能对轴承施加预紧力，控制过盈量；②轴承磨损后，为恢复精度和过盈量而再进行调整，确保滚动轴承能长期、可靠而又稳定地工作。

调整结构原理：使轴承内外圈轴向相对位移，消除滚动体与滚道之间的间隙，并有一定的过盈量，然后在调整好的位置上固定下来。最常用的调隙方法是用螺母调整。

数控机床主传动系统

密封：为了提高主轴轴承的寿命和确保轴承的旋转精度，必须采取严格的密封措施，防止切屑液及杂物从外部进入组件内部，保证轴承的使用性能和寿命。目前通用的有主轴吹气、迷宫密封等非接触式密封方式，对于要求不高的可以采用间隙密封，但必须准确地控制间隙的大小，一般是在 0.02～ 0.04mm 之间。

润滑：润滑方式有两种：脂润滑和油润滑

主轴轴承的密封和润滑

数控机床主传动系统

加工中心和高速数控铣床刀具安装势必采用自动装刀机构。由预紧弹簧控制轴向拉力，再由气压、液压或机械螺杆等执行机构实现松刀和夹刀动作的拉杆机构。

刀具的自动自动夹紧装置

蝶形弹簧

锁紧螺母

钢球

拉钉套

拉杆

垫圈

垫圈

拉钉

数控机床主传动系统主轴准停机构

主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上，由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定的位置上，所以主轴上必须设有准停装置。

主轴准停装置分为机械式准停和电气式准停。

数控机床主传动系统 主轴内孔的清洁装置。

为了提高刀具重复安装精度，减少刀具锥柄和主轴锥孔非正常接合，在自动装刀系统中必须对刀具锥柄安装孔进行清洁。

数控机床主传动系统