数控机床的机械装调与维修1.

数控机床的机械装调与维修数控机床装调维修工本章主要内容数控机床机械结构概述主传动系统的装调与维修进给传动系统的装调与维修数控机床机械结构故障诊断本章学习目标目标1目标2目标3目标4掌握数车、数铣及加工中心机械结构的基本组成及特点掌握数控机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机床主要机械部件的故障诊断和维护第一节数控机床机械结构概述一、数控机床的机械结构组成1.数控车床结构组成2.数控铣床/加工中心的组成知识回顾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知识回顾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知识回顾主传动系统一二三进给传动系统基础支承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：夹持工件旋转数控铣床/加工中心的组成温故知新相同点不同点加工中心是在数控机床的基础上发展起来的，都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床加工中心具有刀库和自动换刀功能数控铣床/加工中心的组成数控铣削不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔，而且还能加工各种平面和空间等复杂型面。铣槽铣平面铣台阶数控铣床/加工中心的组成一、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：由调速电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）内装电动机主轴（电主轴）电主轴有什么优点呢分段无级变速在大、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为什么不采用主电机与主轴直联的变速方式，全部由主电机实现无级变速？思考原因♣主轴电机的特性当主轴转速小于额定转速时，主轴工作在恒扭矩区当主轴转速大于额定转速时，主轴工作在恒功率区带有变速齿轮的主传动若主轴与主轴电机之间采用1:1的直联方式，虽然主轴电机的速度可以在零速度到标定的最大转速之间连续变化，但在额定功率之下的调速范围只能由额定转速到最大转速带有变速齿轮的主传动怎么解决呢？主轴电机与驱动装置的体积、重量、成本大大增加大功率电机分段无级变速可展宽恒功率范围，经济，但需要自动换挡机构解决方法增加减速机构可满足低速大扭矩的要求，但降低了恒功率调速范围带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动举一反三-参考汽车变速箱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二、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四、数车主轴部件的调整主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放。拆卸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。装配时，调整圆柱滚子轴承的间隙。注意哦….第三节进给传动系统的装调与维修温故知新数控机床的进给传动系统是以数控机床的进给轴，即机床的移动部件（刀架或工作台）的位置和速度为控制量的，是以保证刀具和工件相对关系为目的，因此，不仅要定性，还要定量。定义：实现运动执行件进给的系统，即进给驱动装置。特点：是数控装置的直接控制对象，以机床的移动部件的位置和速度作为控制矢量。实现过程：（数控装置）→指令信号（进给速度和位移）→伺服驱动装置（转换和放大）→执行电机→机械传动机构→执行部件（工作台等）→实现工作进给或快速运动。进给传动系统温故知新组成伺服驱动装置：转换和放大指令信号（速度、位移）执行电机：伺服系统执行件：步进电机、直流、交流伺服电机机械传动装置：将动力源旋转运动变为直线运动的整个机械传动链温故知新传动机构齿轮传动同步齿形带传动联轴器运动转换机构丝杠螺母副齿轮齿条副机械传动装置导向机构导轨滚动、静压直线导轨温故知新伺服电机联轴器减速器丝杠螺母传动齿轮齿条传动蜗轮蜗杆传动进给传动机构的类型温故知新进给传动机构的类型联轴器直联的结构形式1滚珠丝杠伺服电机联轴器联轴器座温故知新进给传动机构的类型通过同步齿形带联接的结构形式1××电机同步带伺服电机同步齿形带温故知新进给传动机构的类型通过齿轮联接的结构形式1温故知新一、联轴器数控机床进给传动机构中，常采用电机经联轴器与丝杠螺母副直联的传动方式。联轴器：用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机器停止运转后才能接合或分离的一种装置。联轴器联轴器轴电动机减速器带式运输机FvD带式运输机传动简图联轴器联接不同部件的两轴，传递扭矩联轴器功用用于联接轴与轴，以传递运动与转矩；补偿所联两轴的相对偏移；可用作安全装置：作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。吸振、缓冲。联轴器特点用联轴器联接的两轴只有在机器停车后，经拆卸才能使两轴分开。离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。联轴器分类按结构特性分：刚性联轴器：适用于两轴能严格对中，并在工作中不发生相对位移的地方，如凸缘联轴器。挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方套筒联轴器结构：用一个套筒通过键或销钉将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现轴向固定。型式：半圆键普通平键特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振。套筒联轴器结构简单，依靠锥销、键或螺钉与两轴联接并传递扭矩，无标准，需自行设计。凸缘式联轴器普通螺栓对中榫绞制孔螺栓凸缘式联轴器a)用凸肩和凹槽对中工作时，靠两个半联轴器接合面间的摩擦力来传递转矩。a）用凸肩与凹槽对中对中精度高，但装拆时需作轴向移动。凸缘式联轴器工作时靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与孔壁的挤压来传递转矩。这种方式传递转矩的能力较高。b)用配合螺栓对中装拆时轴不需要作轴向移动，但螺栓孔需配铰。有弹性元件挠性联轴器锥环无键消隙联轴器弹性环（锥环）联接：利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。膜片联轴器有弹性元件挠性联轴器特点：结构简单、弹性元件的联接之间没有间隙，不需要润滑，维护方便、质量小、对环境的适应性