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数控车床的机械结构认识数控车床的机械结构1数控车床机械结构的特点2项目训练73数控车床的主传动系统4数控车床进给传动系统5自动换刀装置6数控车床的回转工作台本章学习目标目标1目标2目标3目标4掌握数车机械结构的基本组成及特点掌握数控车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车床主要机械部件的故障诊断和维护输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制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一、数控车床机械结构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刀塔滑座尾座底座主轴头鞍座主传动系统一二三进给传动系统基础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成主轴部分：夹持工件旋转二、数控机床机械结构的主要特点：1、具有较高的静、动刚度和良好抗震性机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力。机床变形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方法予以彻底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、高可靠性以及自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应具有更高的精刚度。此外，为了充分发挥机床的效率，加大切削用量，还必须提高机床的抗震性，避免切削时产生的共振和颤振。而提高机构的动刚度是提高机床抗震性的基本途径。2、具有较好的热稳定性机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之一。由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过普通机床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、丝杠、轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削产生的切屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普通机床要严重得多。虽然在先进的数控系统具有热变性补偿功能，但是它并不能完全消除热变性对于加工精度的影响，在数控机床上还应采取必要的措施，尽可能减小机床的热变性。3、传动系统机械结构简化利用伺服进给系统代替普通机床的进给系统，并可以通过主轴调速系统实现主轴自动变速。电动机可以直接连接主轴和滚珠丝杠，齿轮、轴类零件、轴承的数量大为减少；因此，在机械结构上，数控机床的主轴箱、进给变速箱结构一般非常简单。在操作上，它不像普通机床那样，需要操作者通过手柄进行调整和变速，操作机构比普通机床要简单多。4、高传动效率和无间隙传动装置数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高效、无间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。如：滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨等高效执行部件，不仅可以减少进给系统的摩擦阻力，提高传动效率；而且还可以使运动平稳和获得较高的定位精度。5、采用低摩擦因数的导轨目的是让机床托板按照规定的方向（平行或垂直）移动，以及承载切削时的切削抗力。6、工作台实现多种运动方式，可满足零件加工的多种要求。7、刀库和自动换刀装置实现了连续加工，减少了换刀时间和工件装卸次数，提高生产效率。8、辅助装置保护机床，提高工件质量。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、主传动系统的组成和特点数控机床和普通机床一样，主传动系统也必须通过变速，才能使主轴获得不同的传递，以适应不同的加工要求，并且，在变速的同时，还要求传递一定的功率和足够的转矩，满足切削的需要。数控机床作为高度自动化的设备，它对主传动系统的基本要求有以下几点：1)为了达到最佳的切削效果，一般都应在最佳的切削条件下工作，因此，主轴一般都要求能自动实现无级变速。2)要求机床主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率，以适应高效、高速的加工需要。3)为了降低噪声、减轻发热、减少振动，主传动系统应简化结构，减少传动件。4)在加工中心上，还必须具有安装道具和刀具交换所需要的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。5)为了扩大机床的功能，实现对C轴的控制，主轴还需安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制。1、定义与组成机床的主传动系统将电动机的扭矩或功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主切削运动。主传动系统和主轴部件一般都设计成一个主轴箱。主要由主轴驱动装置、主轴电动机、传动机构、主轴速度位置检测装置等部分组成。2、特点：1)采用直流或交流电动机，有较宽的调速范围，能迅速可靠地实现无级调速，使切削始终处于最佳运行状态。2)变速机构结构简单。电动机可以直接连接主轴和滚珠丝杠，齿轮、轴类零件、轴承的数量大为减少。3)变速迅速可靠。4)主轴具有较高的回转精度，足够的刚度和抗振性，较好的热稳定性，动态响应好。主轴转速高、功率大，能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。•3.分类（根据主轴控制信号的不同）①模拟主轴：数控系统输出模拟电压控制主轴，电压范围为0~±10V。电机为普通异步电动机。②串行主轴：数控系统与主轴伺服放大器之间的数据控制和信息反馈信号采用串行通信。电机为伺服电动机。•主轴的传动方式①普通三相异步电动机配置变速齿轮实现主轴传动。②三相异步电动机配置变频器实现主轴传动。③三相异步电动机配置变频器及变速箱。④主轴伺服电动机配置伺服放大器。⑤电主轴。一、主轴变速方式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：内置式调速电动机无级变速（由调速电动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其位置。带有变速齿轮的主传动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电动机主轴脉冲编码器同步齿形带主轴内装电动机主轴（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”。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）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内装电动机主轴（电主轴）电主轴有什么优点呢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。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。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）：优点摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏缺点抗冲击能力差,高速时出现噪音。寿命比不上液体润滑滑动轴承。径向尺寸大。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、密封盖等外圈保持架内圈滚动体滚动轴承外圈：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球圆柱滚子圆锥滚子非对称球面滚子球面滚子滚针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部件常用滚动轴承的类型轴承的载荷滚子轴承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球轴承―有冲击载荷时宜用滚子轴承点接触线接触主轴轴承常见的支撑形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三1、主轴轴承的支撑形式1）前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心推力球轴承。可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求。普遍用于各类数控机床主轴。492）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承。向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r／min，但承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数