数控机床原理、结构和维修第3章.ppt

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1、第3章数控机床的主传动系统学习目的与要求了解数控机床对主传动系统的要求理解主传动变速的方式掌握电主轴电主轴的基本参数、结构特点及其应用掌握数控机床主轴部件结构、尺寸参数和轴承的配置了解数控机床主轴部件的润滑与密封、主轴的准停特点掌握数控机床主轴部件的维护理解主传动系统故障及排除方法VMC-15加工中心的主传动系统及典型结构图3-1VMC-15加工中心，工作台行程X/Y/Z：20/16/20；主轴转速：150～7500r/min；定位精度：+0.0002；主电动机功率11.2kW。[学习导引示例]图3-1VMC一15型加工中心的外形图(1)主传动系统图3-2所示为VMC-15加工

2、中心的主传动结构(2)刀具的自动夹紧与放松图3-3为主轴4上刀柄夹紧与放松示意图。以碟形弹簧的弹性力拉紧，气缸的气压力松开。图3-2图3-33.1数控机床的主轴系统3.1.1.对主传动系统的要求(1)调速范围宽、并实现无级调速(2)热变形小电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小的热变形是对主传动系统要求的重要指标。(3)主轴的旋转精度和运动精度高(4)主轴的静刚度和抗振性较高(5)主轴组件的耐磨性好、噪声低3.1.2主传动变速的方式1．带有变速齿轮的主轴传动（齿轮变速、滑移齿轮的换挡等）2．通过带传动的主轴传动（复合三角带、多楔带、同步齿形带传动）3．用两个电机分别驱动主轴传

3、动4．调速电机直接驱动主轴传动图3-4数控机床主传动的四种配置方式(a)齿轮变速(b)带传动(c)两个电机分别驱动(d)调速电机直接驱动运作5．电主轴（1）电主轴概述电主轴是由内装式电动机直接驱动的一套组件，它包括电主轴本身及其附件：高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等，其外形如图3-8所示。其主轴部件结构紧凑，重量轻，可提高启动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声，但制造和维护困难且成本较高。图3-81)电主轴的基本参数电主轴的基本参数和主要规格包括：套简直径、最高转速、输出功率、计算转速、计算转速转矩和刀具接口等。2)电主轴的结构特点①机械结构最为简

4、单，转动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度、加(减)速度和定角度的快速准停(C轴控制)。②通过采用交流变频调速或磁场矢量控制的交流主轴驱动装置，输出功率大，调速范围宽，并有比较理想的转矩一功率特性。③可以实现电主轴部件的模块化、标准化和系列化生产。（2）电主轴的基本参数与结构特点1）电主轴常用的轴承①混合陶瓷球轴承②磁悬浮轴承2）电主轴常用的轴承配置形式图3-11a仅适用负荷较小的磨削用电主轴，f的后轴承为陶瓷园柱混合轴承(3)电主轴常用的轴承及其配置形式图3-11电主轴常用的轴承配置形式a)前后端单列角接触球轴承支撑b)前端两列组合，后端单列角接触球轴承支撑c)前后两

5、端都为双列角接触球轴承组合d)前端三列组合支撑，后端单列角接触球轴承支撑e)前端三列组合支撑，后端双列组合角接触球轴承支撑f)前端两列角接触球轴承组合，后端单列滚柱轴承支撑1)精度和静刚度2)临界转速3)残余动不平衡值及验收振动速度值4)噪声与套筒温升值5)拉紧刀具的拉力值和松开刀具所需液(气)压力的最小和最大值6)使用寿命值(5)电主轴应用场合电主轴产品涵盖内外表面磨削、高速数控铣、高速雕铣、加工中心、PCB板数控钻铣、高速数控车、高速离心、高速旋碾、高速试验等领域。其套筒直径从32mm至320mm，转速从10000r／min到240000r／min，功率从0.5kW到80k

6、W，转矩从0.1N·m到200N·m。（4）电主轴的性能参数3.2主轴部件结构数控机床的主轴部件主要有以下几个部分：主轴本体及密封装置、支承主轴的轴承、配置在主轴内部的刀具的自动夹紧装置及吹屑装置、主轴的准停装置等。3.2.1主轴本体主轴的回转精度、部件的结构刚度和抗振性、运转温度和热稳定性以及部件的耐磨性和精度保持能力等。3.2.2主轴部件1.主轴端部结构形式。主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在设计上应能保证定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。图3-14几种机床上通用的结构形式图3-14几种机床上通用的结构形式(1)主轴直径主轴直径越大，其刚度越

7、高，尺寸相应增大，同等级精度轴承的公差值也越大。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。(2)主轴内孔直径主轴孔径越大，可通过的棒料直径也越大，机床的使用范围就越广，同时主轴部件的相对重量也越轻。3．主轴的材料和热处理常采用的有：45钢、38CrMoAl、GCrl5、9Mn2V，须经渗氮和感应淬火。4．主轴主要精度指标(1)前支承轴承轴颈的同轴度约5μm左右。(2)轴承轴颈需按轴承内孔“实际尺寸”配磨，且须保证配合过盈1～5μm。2.主轴的主要尺寸参数机床主轴带着刀具或夹具在支