第3章数控机床的主传动系统

数控机床结构及维修2019/8/151第三章数控机床的主传动系统天津工程师范学院数控机床结构及维修2019/8/152第三章数控机床的主传动系统•3.1概述•3.2主轴部件•3.3主轴准停•3.4高速电主轴•3.5主传动部件的结构与调整•3.6主传动系统常见故障及排除方法一、对主传动系统的要求(1)调速范围。(2)热变形。(3)主轴的旋转精度和运动精度。(4)主轴的静刚度和抗振性。(5)主轴组件的耐磨性。3.1概述4二、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(见图3-2a)。(2)通过带传动的主传动(见图3-2b)。(3)用两个电动机分别驱动主轴(见图3-2c)。53．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。图3-3三位液压拨叉工作原理图1、5－液压缸；2－活塞杆；3－拨叉；4－套筒。64．电磁离合器变速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。图3-4THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统8774．电磁离合器变速•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，它是在摩擦面上做了一定齿形，来提高传递的扭力。85．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（如图3-2d所示），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，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大。图3-7内装电动机主轴93.2主轴部件•一、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。10二、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E、精密级D、特精级C和超精级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C、D级，后支承用D、E级。特高精度的机床前后支承均用B级精度。•3．主轴滚动轴承的配置(图3-10)11二、主轴部件的支承•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）。12•三、主轴的材料和热处理•四、主轴的润滑与冷却•五、数控车床的主轴部件•1．主轴的支承与润滑，图3-14主轴组件•2．卡盘图3-15液压驱动自定心夹盘•3．主轴编码器•六、自动换刀数控机床的主轴部件•1．主轴箱•图3-19数控落地铣镗床的矩形滑枕•图3-20棱形滑枕13六、自动换刀数控机床的主轴部件•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143.3主轴准停•一、概述•主轴准停功能又称主轴定位功能(SpindleSpecifiedPositionStop)，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。•主轴准停可分为机械准停与电气准停•二、机械准停•图3-29为典型的端面螺旋凸轮准停装置。153.3主轴准停•三、电气准停控制•1．磁传感器主轴准停•图3-30磁传感器准停控制系统构成•图3-32磁传感器准停时序图•2．编码器型主轴准停•图3-33编码器型主轴准停结构•图3-34编码器准停控制时序•3．数控系统控制准停163.4高速电主轴•一、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高速电主轴的组成。17二、冷却润滑技术•(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。18三、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空气轴承、液体动、静压轴承和磁悬浮轴承。19•四、电主轴的动平衡•五、刀具的夹紧•六、轴上零件的联接203.5主传动部件的结构与调整•一、数控车床主轴部件的结构与调整•图3-41是CK7815型数控车床主轴部件结构图•拆卸及调整过程•拆卸与调整过程需要注意的事项21TIANJIN中德培训中心图3-41CK7815型数控车床主轴部件结构图22TIANJIN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拆卸及调整过程23注意事项1.主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放。2.拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的工具。3.轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的部位加力。4.角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保持一致。5.装配时，调整圆柱棍子轴承的间隙。24NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图25NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图拆卸工艺2.拆下主轴电机花键套1.切断机床动力电源,拆下图中未标出的关联部件.拆下主轴电机等线路、拆下电机法兰盘3.拆下罩壳、拆下丝杠螺钉4.拆下螺母支撑和主轴套筒的连接螺钉5.拆下同步带、定位销6.拆下主轴部件7.拆下主轴前端法兰和油封8.拆下主轴套筒9.拆下圆螺母10.拆下前后轴承和轴承隔套11.拆下快换夹头26NJ-320主轴调整注意事项•注意事项•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。•调整好预紧螺母，保证主轴精度27THK6380加工中心主轴部件结构图主轴部件的结构：1刀具自动夹紧装置2清洁装置，换刀时通入压缩空气，吹掉铁屑3主轴准停装置，完成换刀的前提动作28THK6380加工中心主轴部件结构图拆卸工艺1.切断机床动力电源，拆下主轴前端盖、拆下主轴后端防护罩，拆下与主轴相连的气管油管2.拆下液压缸，及相连的油管3.拆下套筒、垫圈、碟簧4.拆下联接座螺钉及联接座5.抽出主轴右端的轴向定位套6.拆下主轴箱盖及凸轮两边的螺母7.将主轴向左移出8.拆卸凸轮，抽出主轴9.拆卸前支撑主件10.分解主轴刀具自动夹紧装置29THK6380主轴调整注意事项•1.主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放•2.拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的工具。•3.轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的部位加力。•4.角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保持一致。•5.装配前，对各部件进行仔细清洗、拆卸时注意实测碟簧的长度，装配时注意保持一致•6.调整好预紧螺母，保证主轴精度303.6主传动系统常见故障及排除方法•见书P83-8431二、主传动系统故障及排除方法实例•例1．主轴定位不准确的故障维修•例2．主轴出现噪声的故障维修•例3．变档滑移齿轮引起主轴停转的故障维修•例4．电主轴高速旋转发热的故障维修32图3-1主轴功率转矩特性33图3-2数控机床主传动的四种配置方式（a)齿轮变速；（b)带传动；（c)两个电动机分别驱动；（d)内装电动机主轴传动结构。电动机电动机电动机电动机34图3-5无集电环摩擦片式电磁离合器图3-6啮合式电磁离合器35图3-8主轴端部的结构形式36图3-9主轴常用的滚动轴承37图3-10数控机床主轴轴承配置形式38图3-11轴承内圈移动39图3-12修磨座圈3-13隔套的应用40图3-14主轴组件41图3-15液压驱动动力自定心夹盘1－驱动爪；2－卡爪；3－卡盘；4－活塞杆；5－液压缸；6、7－行程开关。42图3-19数控落地铣镗床的矩形滑枕图3-20棱形滑枕（a)滑枕外形；（b）滑枕截面。43图3-21TH6350主轴箱结构图44图3-22TH6380加工中心主轴部件结构图1-刀夹；2-弹簧夹头；3-套筒；4-钢球；5-定位螺钉；6-定位小轴；7-定位套筒；8-锁紧件；9-拉杆；10-拉套；11-主轴；12-齿轮；13-圆螺母；14-主轴箱；15-连接座；16-连接弹簧；17-螺钉；18、10-碟形弹簧；19-液压缸支座；21-套筒；22-垫圈；23-活塞；24、25-继电器；26-压缩空气管接头；27、28-凸轮；29-定位块。45图3-23拉紧结构46图3-24卸荷装置1-螺母；2-箱体；3-连接座；4-弹簧；5-液压缸体；6-液压缸；7-活塞杆；8-拉杆；9-套环；10-垫圈。47图3-25V形槽轮定位盘主轴准停机构凸轮27凸轮28ba定位液压缸48图3-29凸轮准停装置1-主轴；2-定位滚子；3-凸轮；4-活塞杆；5-液压缸。3-28主轴准停控制图组合主轴速度主电动机起动结束定位凸轮移动主轴停在死区?断开主传动链主电动机停转准停指令49图3-30磁传感器准停控制系统构成主轴驱动数控系统准停起动准停完成准停板速度反馈变速齿轮或传动带主轴电动机主轴刀具磁传感器磁发体50图3-32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51图3-33编码器型主轴准停结构52图3-34编码器准停控制时序自动换刀准停速度命令速度....实际速度速度完成信号准停信号运行信号53图3-36高速电主轴的组成1-前轴承；2-电动机定子；3-电动机转子；4-后轴承；5-主轴。54图3-37油气润滑原理图图3-38喷注润滑系统定时器塑料管道混合室节流阀气阀压缩空气过滤器油箱注油箱喷嘴油温自动控制箱油箱流量计流量调节阀给油液压泵排油液压泵主轴系统主轴电动机55图3-39突入滚道润滑用特种轴承56图3-40电动机内装式主轴数控机床结构及维修2019/8/1557谢谢!