数控机床结构与维修-第3章数控机床主传动系统课件

普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.1 概述第三章第三章 数控机床的数控机床的主传动系统主传动系统普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.1 3.1 概述概述3.23.2主轴部件主轴部件3.33.3主轴准停主轴准停3.4 3.4 高速电主轴高速电主轴3.5 3.5 主传动部件的结构与调整主传动部件的结构与调整3.6 3.6 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第三章第三章 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2024/6/232普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.1 3.1 概述概述3.1.1 3.1.1 对主传动系统的要求对主传动系统的要求 (1)大的调速范围。(2)小的热变形。(3)主轴有高的旋转精度和运动精度。(4)主轴有较高的静刚度和抗振性。(5)主轴组件有足够的耐磨性。2024/6/233普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.1.2 3.1.2 主轴变速方式主轴变速方式 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(图3.2a)。(2)通过带传动的主传动(图3.2b)。(3)用两个电动机分别驱动主轴(图3.2c)。3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。2024/6/234普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏5 5传动带传动带类型类型n常用常用多楔带多楔带和和同步带同步带。n同步带又称为同步齿形带，按齿形不同又可分为同步带又称为同步齿形带，按齿形不同又可分为梯形齿梯形齿同步带和同步带和圆圆弧齿弧齿同步带两种。其中梯形齿多用在转速不高或小功率动力传动中，同步带两种。其中梯形齿多用在转速不高或小功率动力传动中，而圆弧齿多用在数控加工中心等要求较高的数控机床主运动传动系而圆弧齿多用在数控加工中心等要求较高的数控机床主运动传动系统中。统中。梯形齿梯形齿圆弧齿圆弧齿2024/6/235普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏6 6同步带同步带特点特点n无滑动，无滑动，传动比准确传动比准确。n传动效率高传动效率高，可达，可达9898。n传动传动平稳平稳，噪声小（具有吸振的功能）。，噪声小（具有吸振的功能）。n使使用用范范围围较较广广，速速度度可可达达50m/s50m/s，传传动动比比可可达达1010左左右右，传传递递功率由几瓦至数千瓦。功率由几瓦至数千瓦。n维修维修保养方便保养方便，不需要润滑。，不需要润滑。2024/6/236普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏7 7三位液压拨叉工作原理图三位液压拨叉工作原理图通油、卸荷，通油、卸荷，滑移齿轮在最左侧滑移齿轮在最左侧5通油、通油、1卸荷，卸荷，滑滑移齿轮在最右侧移齿轮在最右侧1、5同时通油，同时通油，滑滑移齿轮在中间移齿轮在中间1，5 缸体 2活塞杆 3 拨叉 4套筒2024/6/237普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 4电磁离合器变速 1 2 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用的操纵元件。如图3.4所示为THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图，该机床采用双速电动机和六个电磁离合器完成18级变速。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，是在摩擦面上做了一定齿形，来提高传递的扭力。2024/6/238普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 5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（图3.2d所示），大大简化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。如图3.7所示为日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电动机主轴最高转速可达20 000rmin。磁悬浮轴承高速主轴 2 32024/6/239普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏10103 3调速电机直接驱动主轴传动调速电机直接驱动主轴传动n数控机床数控机床般采用直流或交流主轴伺服电动机般采用直流或交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现无级直接驱动主轴实现无级变速变速。n交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统），由于没有电刷不产生火花，所以使用寿命长，变换变频调速系统），由于没有电刷不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。因且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前应用较为广泛。此，目前应用较为广泛。2024/6/2310普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏1111n将调速电动机与主轴合成一体将调速电动机与主轴合成一体（电动机转子轴即为机床主轴），这（电动机转子轴即为机床主轴），这是近年来新出现的一种结构。这种变速方式大大简化了主轴箱体与是近年来新出现的一种结构。这种变速方式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，但主轴的输出转矩较主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴的输出转矩较小，电动机发热对主轴精度影响较大。小，电动机发热对主轴精度影响较大。2024/6/2311普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.23.2主轴部件主轴部件 3.2.13.2.1主轴端部的结构形状主轴端部的结构形状 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主轴端部的结构形状都已标准化，如图3.8所示为普通机床和数控机床所通用的几种结构形式。备注：车床主轴端部与卡盘连接示意图 铣床端部刀柄安装视频 1 22024/6/2312普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.2.2 3.2.2 主轴部件的支承主轴部件的支承 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6(E)、精密级5(D)、特精级4(C)和超精级2(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4(C)、5(D)级，后支承用5(D)、6(E)级。特高精度的机床前后支承均用2(B)级精度。3主轴滚动轴承的配置(图3.10)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）。2024/6/2313普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.2.3 3.2.3主轴的材料和热处理主轴的材料和热处理 主轴材料可根据强度、刚度、耐磨性、载荷特点和热处理变形大小等因素来选择。主轴刚度与材质的弹性模量E有关。2024/6/2314普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.2.4 3.2.4主轴的润滑与冷却主轴的润滑与冷却 主轴轴承润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。为尽可能减少主轴部件温升引起的热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件与箱体保持恒定的温度，在某些数控机床上，采用专用的冷却装置，控制主轴箱温升。2024/6/2315普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.2.5 3.2.5数控车床的主轴部件数控车床的主轴部件 1主轴的支承与润滑，图3.14为TND360数控车床主轴部件，主轴内孔是用于通过长的棒料，也可用于通过气动、液压夹紧装置(动力夹盘)。2卡盘 图3.15液压动力自定心卡盘 3主轴编码器 编码器如图3.16所示；常用弹性联轴器如图3.17所示；光电脉冲发生器原理如图3.18所示。2024/6/2316普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.2.6 3.2.6自动换刀数控机床的主轴部件自动换刀数控机床的主轴部件 1主轴箱 主轴箱的结构较普通机床简化，但主轴箱材料要求较高，一般用HT250或HT300，制造与装配精度也较普通机床要高。大型落地铣镗床的主轴箱结构还有携带主轴的部件作前后进给运动的功能，它的进给方向与主轴的轴向进给方向相同。此类机床的主轴箱结构通常有两种方案，即滑枕式和主轴箱移动式。图3.19 数控落地铣镗床的矩形滑枕 图3.20 棱形滑枕2024/6/2317普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 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 2024/6/2318普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.33.3主轴准停主轴准停 3.3.13.3.1概述概述 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。在自动换刀的数控镗铣加工中心上，切削转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的。这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能，见图3.26。当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，后再退刀，而要让刀，刀具必须具有准确定位功能，如图3.27所示。主轴准停可分为机械准停与电气准停,控制过程如图3.28所示。3.3.23.3.2机械准停机械准停 图3.29为典型的端面螺旋凸轮准停装置。2024/6/2319普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.3.33.3.3电气准停控制电气准停控制 目前电气准停有如下三种方式：1磁传感器主轴准停 图3.30 磁传感器主轴准停控制系统基本结构；图3.31 磁发体与磁传感器在主轴上位置示意图；图3.32 磁传感器准停时序图。2编码器型主轴准停 图3.33 编码器型主轴准停控制结构；图3.34 编码器准停控制时序。3数控系统控制准停 图3.35数控系统控制主轴准停结构。2024/6/2320普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.4 3.4 高速电主轴高速电主轴 自20世纪80年代以来，数控机床、加工中心主轴向高速化发展。高速主轴的发展是以航空工业、家电、汽车等工业追求机械零件的轻量化而普遍采用铝合金零件后，提出的轻铝合金高速加工的课题而产生的。表3.3为铝合金在切削试验中切削速度和表面粗糙度的关系。3.4.1 3.4.1 高速电主轴的结构高速电主轴的结构 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 所示为用于立式加工中心的高速电主轴的组成。2024/6/2321普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.4.2 3.4.2 冷却润滑技术冷却润滑技术 主轴转速及润滑方式的变迁见表3.4。(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。2024/6/2322普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.4.3 3.4.3 高速精密轴承高速精密轴承 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液体静压轴承（图3.41）、空气静压轴承（图3.42）和磁悬浮轴承（图3.43）。2024/6/2323普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.4.4 3.4.4 电主轴的动平衡电主轴的动平衡 必须进行电主轴装配后的整体精确动平衡，甚至还要设计专门的自动平衡系统来实现电主轴的在线动平衡。必须对包括刀具和刀夹的旋转总成充分地进行动平衡，以消除有害的动态不平衡力，避免高速下颤振和振动。2024/6/2324普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.4.5 3.4.5刀具的夹紧刀具的夹紧 一种是采用主轴锥孔与主轴端部同时接触的双定位刀夹，使端面定位面具有很大的摩擦，以防止主轴膨胀，这是一种有效的措施。为使刀具在刀柄上夹紧，可采用流体压力夹紧的方式。这样既可提高夹紧刚度，又可保证刀柄和刀具高度的同心度。另一种是直接夹紧刀具的方式，即通过采用主轴锥孔内用拉杆操作的弹簧夹头而省去刀夹。3.4.63.4.6轴上零件的联接轴上零件的联接2024/6/2325普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.5 3.5 主传动部件的结构与调整主传动部件的结构与调整 3.5.1 3.5.1 数控车床主轴部件的结构与调整数控车床主轴部件的结构与调整 1主轴部件结构 图3.44是CK7815型数控车床主轴部件结构图 2主轴部件的拆卸与调整 (1)主轴部件的拆卸 主轴部件在维修时需要进行拆卸。拆卸前应做好工作场地清理、清洁工作和拆卸工具及资料的准备工作，然后进行拆卸操作。(2)主轴部件装配及调整 装配前，各零件、部件应严格清洗，需要预先涂油的部件应涂油。2024/6/2326普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.5.2 3.5.2 数控铣床主轴部件的结构与调整数控铣床主轴部件的结构与调整 1主轴部件结构 图3.45是NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图。2主轴部件的拆卸与调整 (1)主轴部件的拆卸 主轴部件维修拆卸前的准备工作与前述数控车床主轴部件拆卸准备工作相同。拆卸后的零件、部件应进行清洗和防锈处理，并妥善保管存放。(2)主轴部件的装配及调整 装配前的准备工作与前述车床相同。装配顺序可大体按拆卸顺序逆向操作。2024/6/2327普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.5.3 THK6380 3.5.3 THK6380加工中心主轴部件的拆卸与调整加工中心主轴部件的拆卸与调整 THK6380加工中心主轴部件的拆卸与调整参考图3.24。3.5.4 3.5.4 主轴部件的维护主轴部件的维护 数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率大小和回转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。1防泄漏 2刀具夹紧 3.5.5 3.5.5 主传动链的维护主传动链的维护2024/6/2328普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.6 3.6 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 3.6.1 3.6.1 主传动链故障及诊断方法主传动链故障及诊断方法 表3.5主传动链常见故障诊断及排除方法2024/6/2329普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 3.6.2 3.6.2 主传动系统故障及排除方法实例主传动系统故障及排除方法实例 例例1 1主轴定位不准确的故障维修 故障现象：加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。例例2 2主轴出现噪声的故障维修 故障现象：主轴噪声较大，主轴无载情况下，负载表指示超过40%。例例3 3变档滑移齿轮引起主轴停转的故障维修 故障现象：机床在工作过程中，主轴箱内机械变档滑移齿轮自动脱离啮合，主轴停转。例例4 4电主轴高速旋转发热的故障维修 故障现象：主轴高速旋转时发热严重。2024/6/2330普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏2024/6/2331普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.1 3.1 主轴功率转矩特性主轴功率转矩特性2024/6/2332普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.2 3.2 数控机床主传动的四种配置方式数控机床主传动的四种配置方式（a)a)齿轮变速；（齿轮变速；（b)b)带传动；（带传动；（c)c)两个电动机分别驱动；两个电动机分别驱动；（d)d)内装电动机主轴传动结构。内装电动机主轴传动结构。2024/6/2333普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.3 3.3 三位液压拨叉工作原理图三位液压拨叉工作原理图1 1、5 5液压缸；液压缸；2 2活塞杆；活塞杆；3 3拨叉；拨叉；4 4套筒。套筒。2024/6/2334普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.4 THK63803.4 THK6380型自动换刀数控铣镗床型自动换刀数控铣镗床的主传动系统的主传动系统2024/6/2335普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.5 3.5 无集电环摩擦片式无集电环摩擦片式电磁离合器电磁离合器图图3.6 3.6 啮合式电磁离合器啮合式电磁离合器2024/6/2336普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.7 3.7 内装电动机主轴内装电动机主轴2024/6/2337普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.8 3.8 主轴端部的结构形式主轴端部的结构形式2024/6/2338普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.9 3.9 主轴常用的滚动轴承主轴常用的滚动轴承2024/6/2339普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.10 3.10 数控机床主轴轴承配置形式数控机床主轴轴承配置形式2024/6/2340普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.11 3.11 轴承内圈移动轴承内圈移动2024/6/2341普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.12 3.12 修磨座圈修磨座圈3.13 3.13 隔套的应用隔套的应用2024/6/2342普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.14 3.14 主轴组件主轴组件2024/6/2343普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.15 3.15 液压驱动动力自定心夹盘液压驱动动力自定心夹盘1 1驱动爪；驱动爪；2 2卡爪；卡爪；3 3卡盘；卡盘；4 4活塞杆；活塞杆；5 5液压缸；液压缸；6 6、7 7行程开关。行程开关。2024/6/2344普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.16 3.16 编码器编码器2024/6/2345普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏3.17 3.17 常用弹性联轴器常用弹性联轴器2024/6/2346普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3 3。18 18 光电脉冲发生器原理图光电脉冲发生器原理图1-1-灯炮灯炮 2-2-聚光镜聚光镜 3-3-漏光盘漏光盘 4-4-光敏管光敏管 5-5-光栏板光栏板2024/6/2347普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.19 3.19 数控落地铣镗床的矩形滑枕数控落地铣镗床的矩形滑枕图图3.20 3.20 棱形滑枕棱形滑枕（a)a)滑枕外形；（滑枕外形；（b b）滑枕截面）滑枕截面2024/6/2348普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.21 TH63503.21 TH6350主轴箱结构图主轴箱结构图2024/6/2349普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.22 TH63803.22 TH6380加工中心主轴部件结构图加工中心主轴部件结构图1-1-刀夹；刀夹；2-2-弹簧夹头；弹簧夹头；3-3-套筒；套筒；4-4-钢球；钢球；5-5-定位螺钉；定位螺钉；6-6-定位小轴；定位小轴；7-7-定位套筒；定位套筒；8-8-锁紧件；锁紧件；9-9-拉杆；拉杆；10-10-拉套；拉套；11-11-主轴；主轴；12-12-齿轮；齿轮；13-13-圆螺母；圆螺母；14-14-主轴箱；主轴箱；15-15-连接座；连接座；16-16-连接弹簧；连接弹簧；17-17-螺钉螺钉 ；1818、20-20-碟形弹簧；碟形弹簧；19-19-液压缸支座；液压缸支座；21-21-套筒；套筒；22-22-垫圈；垫圈；23-23-活塞；活塞；2424、25-25-继电器；继电器；26-26-压缩空气管接头；压缩空气管接头；2727、28-28-凸轮；凸轮；29-29-定位块。定位块。2024/6/2350普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.23 3.23 拉紧结构拉紧结构2024/6/2351普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.24 3.24 卸荷装置卸荷装置1-1-螺母；螺母；2-2-箱体；箱体；3-3-连接座；连接座；4-4-弹簧；弹簧；5-5-螺栓；螺栓；6-6-液压缸；液压缸；7-7-活塞杆；活塞杆；8-8-拉杆；拉杆；9-9-套环；套环；10-10-垫圈。垫圈。2024/6/2352普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.25 V3.25 V形槽轮定位盘主轴准停机构形槽轮定位盘主轴准停机构2024/6/2353普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.26 3.26 主轴准停示意图主轴准停示意图图图3.27 3.27 主轴准停镗背孔示意图主轴准停镗背孔示意图2024/6/2354普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.29 3.29 凸轮准停装置凸轮准停装置1-1-主轴；主轴；2-2-定位滚子；定位滚子；3-3-凸轮；凸轮；4-4-活塞杆；活塞杆；5-5-液压缸。液压缸。3.283.28主轴准停控制图主轴准停控制图 2024/6/2355普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.30 3.30 磁传感器准停控制系统构成磁传感器准停控制系统构成2024/6/2356普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图 3-31 磁 发 体 与 磁 传 感 器 在 主 轴 上 位 置 示 意 图 2024/6/2357普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.32 3.32 磁传感器准停时序图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2024/6/2358普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.33 3.33 编码器型主轴准停结构编码器型主轴准停结构2024/6/2359普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.34 3.34 编码器准停控制时序编码器准停控制时序 2024/6/2360普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.35 数控系统控制主轴准停结构数控系统控制主轴准停结构2024/6/2361普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.36 3.36 高速电主轴的组成高速电主轴的组成1-1-后轴承；后轴承；2-2-电动机定子；电动机定子；3-3-电动机转子；电动机转子；4-4-前轴承；前轴承；5-5-主轴主轴。2024/6/2362普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.373.37油气润滑原理图油气润滑原理图图图3.38 3.38 喷注润滑系统喷注润滑系统2024/6/2363普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.39 3.39 突入滚道润滑用特种轴承突入滚道润滑用特种轴承2024/6/2364普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.40 3.40 电动机内装式主轴电动机内装式主轴2024/6/2365普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.41 3.41 液体静压轴承的高速电主轴液体静压轴承的高速电主轴2024/6/2366普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.42 3.42 空气静压轴承高速电主轴空气静压轴承高速电主轴2024/6/2367普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.43 3.43 磁悬浮轴承高速电主轴磁悬浮轴承高速电主轴 2024/6/2368普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏图图3.44 CK78153.44 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 1-1-同步带同步带 2-2-带轮带轮 3 3、7 7、8 8、1010、11-11-螺母螺母 4-4-主轴脉冲发生器主轴脉冲发生器 5-5-螺钉螺钉 6-6-支架支架 9-9-主轴主轴 12-12-角接触球轴承角接触球轴承 13-13-前端盖前端盖 14-14-前支承套前支承套 15-15-圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承 2024/6/2369普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏T T I IA A N N J JI IN N中德培训中心图图3-41 CK78153-41 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2024/6/2370普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏T T I IA A N N J JI IN 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2024/6/2371普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 图图3.45 NT-J320A3.45 NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图型数控铣床主轴部件结构图 1 1角接触球轴承角接触球轴承 2 2、3-3-轴承隔套轴承隔套 4 4、9-9-圆螺母圆螺母 5-5-主轴主轴 6-6-主轴套筒主轴套筒 7-7-丝杠螺母丝杠螺母 8-8-深沟球轴承深沟球轴承 10-10-螺母支承螺母支承 11-11-花键套花键套 12-12-脉冲编码器脉冲编码器 1313、15-15-同步齿形带轮同步齿形带轮 14-14-同步带同步带 16-16-伺服电动机伺服电动机 17-17-丝杠丝杠 18-18-快换夹头快换夹头2024/6/2372NT-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2024/6/2373NT-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.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2024/6/2374普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏表表3-3 3-3 铝合金在切削试验中切削速度和表面粗糙度的关系铝合金在切削试验中切削速度和表面粗糙度的关系转速/r.min-1进给量/mm.min-1切削速度/m.min-1Ra/um1000010007850.5620000200015700.4630000300023560.3240000400031420.322024/6/2375普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏表3.4主轴转速变迁表时间/年转速/r.min-1润滑方式备 注19805000油脂19847000油气198610000油脂15000油气陶瓷轴承（滚动体）198820000喷注陶瓷轴承（滚动体）199020000-30000喷注全陶瓷轴承2024/6/2376普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏表表3-5 3-5 主传动链常见故障诊断及排除方法主传动链常见故障诊断及排除方法2024/6/2377普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏续表续表3-5 3-5 主传动链常见故障诊断及排除方法主传动链常见故障诊断及排除方法2024/6/2378普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏续表续表3-5 3-5 主传动链常见故障诊断及排除方法主传动链常见故障诊断及排除方法2024/6/2379普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 分析及处理过程分析及处理过程：某加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。开始时，出现的次数不很多，重新开机后又能工作，但故障反复出现。故障出现时，对机床进行仔细观察，发现故障的真正原因是主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位后如用手碰一下(和工作中在换刀时当刀具插入主轴时的情况相近)，主轴则会产生相反方向的漂移。检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器，从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小；机械部分又很简单，最主要的是联接，所以决定检查联接部分。在检查到编码器的联接时发现编码器联接套的紧定螺钉松动，使联接套后退造成与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。注意：发生主轴定位方面的故障时，应根据机床的具体结构进行分析处理，先检查电气部分，如确认正常后再考虑机械部分。2024/6/2380普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 分析及处理过程分析及处理过程：首先检查主轴参数设定，包括放大器型号，电动机型号以及伺服增益等，在确认无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承之后，在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机运转情况。发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，将主轴参数00号设定为l，也即让主轴驱动系统开环运行，结果噪声消失，说明速度检测器件PLG有问题。经检查，发现PLG的安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。2024/6/2381普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 分析及处理过程分析及处理过程：带有变速齿轮的主传动，采用液压缸推动滑移齿轮进行变速，液压缸同时锁住滑移齿轮。变档滑移齿轮自动脱离啮合，原因主要是液压缸内压力变化引起的。控制液压缸的O形三位四通换向阀在中间位置时不能闭死，液压缸前后两腔油路相渗漏，这样势必造成液压缸上腔推力大于下腔，使活塞杆渐渐向下移动，逐渐使滑移齿轮脱离啮合，造成主轴停转。更换新的三位四通换向阀后即可解决问题；或改变控制方式，采用二位四通，使液压缸一腔始终保持压力油。2024/6/2382普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材数控机床结构及维修材数控机床结构及维修 邓三鹏邓三鹏 分析及处理过程分析及处理过程：电主轴运转中的发热和温升问题始终是研究的焦点；有两个主要热源：一是主轴轴承，另一个是内藏式主电动机。电主轴单元最突出的问题是内藏式主电动机的发热。由于主电动机旁边就是主轴轴承，如果主电动机的散热问题解决不好，还会影响机床工作的可靠性。主要的解决方法是采用循环冷却结构，分外循环和内循环两种，冷却介质可以是水或油，使电动机与前后轴承都能得到充分冷却。主轴轴承是电主轴的核心支承，也是电主轴的主要热源之一。当前高速电主轴，大多数采用角接触陶瓷球轴承。因为陶瓷球轴承具有以下特点：由于滚珠重量轻，离心力小，动摩擦力矩小。因温升引起的热膨胀小使轴承的预紧力稳定。弹性变形量小，刚度高，寿命长。由于电主轴的运转速度高，因此对主轴轴承的动态、热态性能有严格要求。合理的预紧力，良好而充分的润滑是保证主轴正常运转的必要条件。采用油雾润滑，雾化发生器进气压为0.250.3MPa，选用20#透平油，油滴速度控制在80100滴min。润滑油雾在充分润滑轴承的同时，还带走了大量的热量。前后轴承的润滑油分配是非常重要的问题，必须加以严格控制。进气口截面大于前后喷油口截面的总和，排气应顺畅，各喷油小孔的喷射角与轴线呈15夹角，使油雾直接喷入轴承工作区。2024/6/2383