第三章 数控机床的典型结构

1、第三章第三章 数控机床的典型结构数控机床的典型结构第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统一、数控机床主传动系统的特点一、数控机床主传动系统的特点1. 1. 转速高、功率大转速高、功率大2. 2. 变速范围宽变速范围宽3. 3. 主轴变换迅速、可靠主轴变换迅速、可靠4. 4. 主轴组件的耐磨性高主轴组件的耐磨性高 第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统二、数控机床主轴的调整方法二、数控机床主轴的调整方法1. 1. 带有变速带有变速齿轮的主传动齿轮的主传动 这种传动方式在大、这种传动方式在大、 中型数控机床中较为常见。中型数控机床中较为常见。 如图如图3.13.1（

2、a a）所示，）所示， 它通过几对齿轮的啮合，它通过几对齿轮的啮合， 在完成传动的同在完成传动的同时实现主轴的分挡有级变速或分段无级变速，时实现主轴的分挡有级变速或分段无级变速， 确保在低速时确保在低速时能满足主轴输出扭矩特性的要求。能满足主轴输出扭矩特性的要求。 滑移齿轮的移位大都采用滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。 2. 2. 通过带传动通过带传动的主传动的主传动 同步带传动如图同步带传动如图3.13.1（b b）所示，）所示， 主要应用在小型数控主要应用在小型数控机床上，机床上， 可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，可以避

3、免齿轮传动时引起的振动和噪声， 但它只但它只能适用于低扭矩特性要求的主轴。能适用于低扭矩特性要求的主轴。 第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统二、数控机床主轴的调整方法二、数控机床主轴的调整方法3. 3. 用两个电动机分别驱动主轴用两个电动机分别驱动主轴主传动主传动 它是综合以上两种方法的混合传动。其具有以上两种的它是综合以上两种方法的混合传动。其具有以上两种的性能，如图性能，如图3.13.1（c c）所示。高速时，由一个电机通过带传动；）所示。高速时，由一个电机通过带传动；低速时，由另一个电机通过齿轮变速传动，起到降速和扩大低速时，由另一个电机通过齿轮变速传动，起到降速和扩

4、大变速范围的作用，恒功率增大，满足了低速大转矩。变速范围的作用，恒功率增大，满足了低速大转矩。4. 4. 内装内装电动机主轴电动机主轴的主传动的主传动 由调速电机直接驱动的主轴传动。简化了主轴箱体和主由调速电机直接驱动的主轴传动。简化了主轴箱体和主轴的结构，刚度高，但输出扭矩小。轴的结构，刚度高，但输出扭矩小。主轴电动机(a)主轴电动机(b)(c)主轴电动机 图3.1 数控机床主轴传动方式(a) 齿轮传动； (b) 同步带传动； (c) 电动机直接驱动 第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统三、数控机床的主轴部件三、数控机床的主轴部件1. 1. 主轴的支承与润滑主轴的支承与润滑

5、 2. 2. 卡盘卡盘3.3. 刀具自动装卸及切屑清除装置刀具自动装卸及切屑清除装置4. 4. 主轴准停装置主轴准停装置 第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统1 1、主轴的支承与润滑、主轴的支承与润滑 主轴带着刀具或夹具在支承中进行回转运动，应主轴带着刀具或夹具在支承中进行回转运动，应能传递切削转矩承受切削抗力，并要保证必要的旋能传递切削转矩承受切削抗力，并要保证必要的旋转精度。所以主轴的支承多数采用滚动轴承，对于转精度。所以主轴的支承多数采用滚动轴承，对于精度要求特别高的则采用动压或静压滑动轴承来支精度要求特别高的则采用动压或静压滑动轴承来支承。下面介绍主轴部件所用承。下面

6、介绍主轴部件所用滚动轴承滚动轴承： 图图3.7（a）所示为锥孔双列圆柱滚子轴承，内）所示为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为圈为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移动的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移动时，内圈胀大可以调整滚道的间隙。滚子数目时，内圈胀大可以调整滚道的间隙。滚子数目多，并两列交错排列，因而承载能力大，刚性多，并两列交错排列，因而承载能力大，刚性好，转速高。它的内、外圈壁厚较薄，所以要好，转速高。它的内、外圈壁厚较薄，所以要求主轴轴颈与主轴箱孔有较高的精求主轴轴颈与主轴箱孔有较高的精度。该轴承只能承受径向载荷。度。该轴承只能承受径向载荷。 图图3.7（b）所示为双列推力角接触球轴承，）所

7、示为双列推力角接触球轴承，接触角为接触角为60，球径小，数目多，能承受双向，球径小，数目多，能承受双向轴向载荷。磨薄中间隔套，可调整间隙或预紧，轴向载荷。磨薄中间隔套，可调整间隙或预紧，轴向刚度较高，允许转速高。该轴承一般与双轴向刚度较高，允许转速高。该轴承一般与双列圆柱滚子轴承配套用做主轴的前支承，其外列圆柱滚子轴承配套用做主轴的前支承，其外圈外径为负偏差，只承受轴向载荷。圈外径为负偏差，只承受轴向载荷。 图图3.7（c）所示，为双列圆锥滚子轴承，它有）所示，为双列圆锥滚子轴承，它有 一个公用外圈和两个内圈一个公用外圈和两个内圈 ，由外圈凸肩在箱体，由外圈凸肩在箱体 上轴向定位，箱体孔镗成通

8、孔。磨薄中间隔套上轴向定位，箱体孔镗成通孔。磨薄中间隔套 可以调整间隙或预紧，两列滚子的数目相差一可以调整间隙或预紧，两列滚子的数目相差一 个，能使振动频率不一致，改善轴承的动态性。个，能使振动频率不一致，改善轴承的动态性。 能同时承受径向和轴向载荷，用于主轴的前支承能同时承受径向和轴向载荷，用于主轴的前支承 。 图图3.7（d）所示为带凸肩的双列）所示为带凸肩的双列 圆柱滚子轴承，与图（圆柱滚子轴承，与图（c）相似，）相似， 可可 用做主轴前支承。滚子呈空心，用做主轴前支承。滚子呈空心，保持架为整体结构，充满滚子之间的间隙保持架为整体结构，充满滚子之间的间隙 ，润，润滑、冷却性能好。滑、冷却

9、性能好。 空心滚子受冲击载荷可产生空心滚子受冲击载荷可产生微小变形，这样能增大接触面积并有吸振和缓微小变形，这样能增大接触面积并有吸振和缓冲作用。冲作用。 图图3.7（e）所示为带预紧弹簧的圆锥滚子轴）所示为带预紧弹簧的圆锥滚子轴 承，弹簧数目承，弹簧数目1620根，均匀增减弹簧可以根，均匀增减弹簧可以 改变预加载荷的大小。改变预加载荷的大小。 （2）滚动轴承的精度）滚动轴承的精度 其精度等级有高级其精度等级有高级E，精密级，精密级D，特精级，特精级C和和 超精级超精级B。前支承的精度一般比后支承高一级。前支承的精度一般比后支承高一级 ，也可用相同的精度等级。普通精度的机床通，也可用相同的精度

10、等级。普通精度的机床通 常前支承用常前支承用C、D级，后支承用级，后支承用D、E级。特高级。特高 精度的机床前后支承均用精度的机床前后支承均用B级精度。级精度。 主轴部件常用滚动轴承的类型主轴部件常用滚动轴承的类型第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2 2、卡盘、卡盘 数控车床多采用动力卡盘装夹工件。目前，较多的是使数控车床多采用动力卡盘装夹工件。目前，较多的是使用自动定心液压动力卡盘。用自动定心液压动力卡盘。 图图3 33 3所示为数控车床上采用的所示为数控车床上采用的一种液压驱动的自定心卡盘。一种液压驱动的自定心卡盘。第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统

11、3.3. 刀具自动装卸及切屑清除装置刀具自动装卸及切屑清除装置 在自动换刀的数控机床中，在自动换刀的数控机床中， 为了实现刀具的自动装卸，为了实现刀具的自动装卸， 其其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构，主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构， 如图如图3.43.4所示。刀柄锥度所示。刀柄锥度为为724724， 采用大锥度的锥柄既有利于定心，采用大锥度的锥柄既有利于定心， 也为松夹带来了方也为松夹带来了方便。便。 在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时， 通过锥柄的定心和摩擦通过锥柄的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。作用将刀杆夹紧于主轴的端部。 压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，

12、吹净主轴锥孔，为装入新刀压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧的恢复力作用下，拉杆、钢球和活塞退油压，在碟形弹簧和弹簧的恢复力作用下，拉杆、钢球和活塞退回，使刀具被夹紧。刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压放松，以保回，使刀具被夹紧。刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压放松，以保证在工作中突然停电时，刀杆不会自行松脱。证在工作中突然停电时，刀杆不会自行松脱。1活塞；2螺旋弹簧；3磁传感器；4永久磁铁；5带轮；6钢球；7拉杆；8蝶形弹簧；9多联三角带；10皮带轮；11交流调速电动机；12, 13限位开关111098 7 6543211312图3.4 自动换刀机床的主轴准停、 夹紧机构 第一节第一节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统4. 4. 主轴准停装置主轴准停装置 称为主轴定位功能，这是自动换刀所必需的功能。在自称为主轴定位功能，这是自动换刀