数控机床结构与维修

1、授课人：李恪方授课人：李恪方o模块一模块一 数控机床的工作原理及结构数控机床的工作原理及结构o模块二模块二 安装调试与检测数控机床安装调试与检测数控机床o模块三模块三 调试与维修数控机床的数控系统调试与维修数控机床的数控系统o模块四模块四 维修数控机床维修数控机床模块一模块一 数控机床的工作原理及结数控机床的工作原理及结构构 【学习目标】【学习目标】o熟悉数控机床的组成和特点熟悉数控机床的组成和特点o熟悉数控车床的结构特点熟悉数控车床的结构特点o熟悉数控铣床和加工中心的结构特点熟悉数控铣床和加工中心的结构特点o掌握数控机床的装拆方法掌握数控机床的装拆方法什么是数控机床？什么是数控机床？o用计算

2、机以数字指令方式控制的机床。用计算机以数字指令方式控制的机床。 数字化代码数字化代码逻辑处理与运算逻辑处理与运算发出控制发出控制指令指令机械动作机械动作自动完成加工任自动完成加工任 一、数控机床的种类一、数控机床的种类（1）按工艺用途分类）按工艺用途分类数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控车床、数控此轮加工机床、数控雕刻数控车床、数控此轮加工机床、数控雕刻机等。机等。（2）按运动方式分类）按运动方式分类 a. 点位控制点位控制 （点到点的定位）（点到点的定位） b. 二维轮廓控制二维轮廓控制 （直线运动）（直线运动） c. 三维轮廓控制三维轮廓控

3、制 （坐标联动）（坐标联动）（3）按控制方式分类）按控制方式分类o开环控制系统开环控制系统o半闭环控制系统半闭环控制系统o闭环控制系统闭环控制系统 三种控制方式的区别三种控制方式的区别o开环控制系统：无检测装置开环控制系统：无检测装置 ，精度取决于，精度取决于伺服系统的性能。伺服系统的性能。o半闭环控制系统：位置检测装置不控制最终半闭环控制系统：位置检测装置不控制最终运动部件，精度取决于机械传动部件的精度。运动部件，精度取决于机械传动部件的精度。o闭环伺服系统：位置检测装置安装在最终运闭环伺服系统：位置检测装置安装在最终运动部件，具有很高的位置控制精度。动部件，具有很高的位置控制精度。二、数控

4、机床的组成和特点二、数控机床的组成和特点o数控机床的组成数控机床的组成 输入输出设备、数控装置、主轴和进给输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元及检测装置、伺服系统和反馈装置、伺服单元及检测装置、伺服系统和反馈装置、辅助控制装置、机床本体等。辅助控制装置、机床本体等。数控机床各部分的组成和特点数控机床各部分的组成和特点o信息输入或输出：数据的输入、输出信息输入或输出：数据的输入、输出o数控装置：数据编译、运算和处理，输出各数控装置：数据编译、运算和处理，输出各种信息和指令。（核心）种信息和指令。（核心）o伺服驱动及检测装置：测量执行元件的位移伺服驱动及检测装置：测量执行元件的位移速度和位移

5、量，反馈信号并补偿误差。速度和位移量，反馈信号并补偿误差。o机床本体：机械结构件。机床本体：机械结构件。o辅助控制机构、进给传动机构：辅助机构的辅助控制机构、进给传动机构：辅助机构的指令信号接收和执行。指令信号接收和执行。2.数控机床的特点数控机床的特点o加工精度高加工精度高o具有复杂形状加工能力具有复杂形状加工能力o加工生产效率搞，具有良好的经济效益加工生产效率搞，具有良好的经济效益o高柔性高柔性o自动化程度高，减轻劳动强度自动化程度高，减轻劳动强度o便于生产管理现代化便于生产管理现代化 小结小结o数控机床的种类数控机床的种类o数控机床的组成和特点数控机床的组成和特点 拓展训练拓展训练o高速

6、、高精度化高速、高精度化o高可靠性高可靠性o数控系统的智能化数控系统的智能化o网络化网络化o柔性制造系统柔性制造系统o计算机集成制造系统计算机集成制造系统o开放性数控系统开放性数控系统一、数控机床的工作原理和工作过程一、数控机床的工作原理和工作过程【数控机床的工作过程】【数控机床的工作过程】o图样分析，拟定工艺方案、确定工艺过程、图样分析，拟定工艺方案、确定工艺过程、工艺参数和道具位移数据。工艺参数和道具位移数据。o用规定代码和格式编程用规定代码和格式编程o程序输入程序输入o加工加工数控机床的工作原理数控机床的工作原理o译码、运算、发出信号译码、运算、发出信号数控系统数控系统o信号放大，发出运

7、动指令信号放大，发出运动指令伺服系统伺服系统o执行运动，实现切削加工执行运动，实现切削加工执行元件执行元件二、数控机床的主要技术参数二、数控机床的主要技术参数o主要规格尺寸指标主要规格尺寸指标o主轴系统指标主轴系统指标o进给系统指标进给系统指标o刀具系统指标刀具系统指标o数控机床的精度指标数控机床的精度指标o数控机床的可靠性指标数控机床的可靠性指标o其他指标其他指标 小结小结o数控机床的工作过程数控机床的工作过程o数控机床的工作原理数控机床的工作原理一、数控车床的分类、组成及布局形式一、数控车床的分类、组成及布局形式o数控车床，即用计算机数字控制的车床。主数控车床，即用计算机数字控制的车床。主

8、要用于对各种形状不同的轴类或盘类回转表要用于对各种形状不同的轴类或盘类回转表面进行车削加工。面进行车削加工。o在数控车床上可以进行钻中心孔、车内外圆、在数控车床上可以进行钻中心孔、车内外圆、车端面、钻孔、镗孔、铰孔、切槽、车螺纹、车端面、钻孔、镗孔、铰孔、切槽、车螺纹、滚花、车锥面、车成形面、攻螺纹以及高精滚花、车锥面、车成形面、攻螺纹以及高精度的曲面及端面螺纹等的加工。度的曲面及端面螺纹等的加工。o数控车床上所使用的刀具有车刀、钻头、绞数控车床上所使用的刀具有车刀、钻头、绞刀、镗刀、螺纹刀具等孔加工刀具。刀、镗刀、螺纹刀具等孔加工刀具。1 1数控车床的分类数控车床的分类 o（1）按数控系统的

9、功能分类。）按数控系统的功能分类。 经济型数控车床经济型数控车床 经济型数控车床采用经济型数控车床采用开环伺服系统开环伺服系统。结构简单，价格低廉，无刀尖圆弧半径自动结构简单，价格低廉，无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速切削等功能，如图补偿和恒线速切削等功能，如图1.7所示。所示。 全功能型数控车床全功能型数控车床o全功能型数控车床，采用全功能型数控车床，采用闭环或半闭环控制闭环或半闭环控制系统系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度和高效率等特点，如图刚度、高精度和高效率等特点，如图1.8所所示。示。 车削中心车削中心o车削中心的主体是全功能型数控车床

10、，并配车削中心的主体是全功能型数控车床，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头、置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头、机械手等，可实现多工序的车、铣复合加工。机械手等，可实现多工序的车、铣复合加工。o在工件一次装夹后，它可完成对回转体类零在工件一次装夹后，它可完成对回转体类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序，其功能全面，加工质量和速度都很高，序，其功能全面，加工质量和速度都很高，但价格也较贵，如图但价格也较贵，如图1.9所示。所示。 FMC车床车床oFMC(Flexible Manufacturing Cell）车床实际上是一个由数控车床、机

11、器人等构车床实际上是一个由数控车床、机器人等构成的成的柔性加工单元柔性加工单元。o它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化，如图整准备的自动化，如图1.10所示。所示。（2 2）按主轴的配置形式分类。）按主轴的配置形式分类。o 卧式数控车床。卧式数控车床。 即主轴轴线处于水平位置即主轴轴线处于水平位置的数控车床，如图的数控车床，如图1.7和图和图1.8所示。所示。o 立式数控车床。立式数控车床。 即主轴轴线处于垂直位置即主轴轴线处于垂直位置的数控车床，如图的数控车床，如图1.11所示。所示。o此外，还有双轴卧式数控车床或双轴立式数此外，还有双轴

12、卧式数控车床或双轴立式数控车床，如图控车床，如图1.12所示。所示。 图图1.11 立式数控车床立式数控车床 图图1.12 双主轴车床双主轴车床（3）按数控系统控制的轴数分类）按数控系统控制的轴数分类o 两轴控制的数控车床。两轴控制的数控车床。 机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。轴控制。o 四轴控制的数控车床。四轴控制的数控车床。 机床上有两个独立的回转刀架，可实现四机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴控制。轴控制。（4）其他分类方法）其他分类方法o按按加工零件的基本类型加工零件的基本类型分为卡盘式数控车床、分为卡盘式数控车床、顶尖式数控车床；按

13、顶尖式数控车床；按数控系统的不同控制方数控系统的不同控制方式式分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；按床等；按性能性能可分为多主轴车床、双主轴车可分为多主轴车床、双主轴车床、纵切式车床、刀塔式车床、排刀式车床床、纵切式车床、刀塔式车床、排刀式车床等。等。2 2数控车床的组成数控车床的组成o（1）主机）主机 主机是数控车床的机械部件，主要包括床主机是数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。o（2）数控系统）数控系统 数控系统是数控车床的控制核心，其主体数控系统是数控车床的控制核心，其主体

14、是一台计算机（包括是一台计算机（包括CPU、存储器、存储器、CRT等）。等）。o（3）伺服驱动系统）伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控车床切削工作的动力伺服驱动系统是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱动电路和伺服驱动装置两大部分组成。驱动装动电路和伺服驱动装置两大部分组成。驱动装置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动机置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动机或交、直流伺服电动机等。或交、直流伺服电动机等。o（4）辅助装置。）辅助装置。 辅助装置是数控车床中一些为加工服务的辅助装置是数控车床中一些为加工服务的配套部分，如液压、气动

15、装置，冷却、照明、配套部分，如液压、气动装置，冷却、照明、润滑、防护、排屑装置等。润滑、防护、排屑装置等。总体看总体看o数控车床其结构由床身、主轴箱、刀架、进给数控车床其结构由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。数控车床采用伺服电动机（步进电动机）经滚数控车床采用伺服电动机（步进电动机）经滚珠丝杠传到滑板和刀架，以连续控制刀具实现珠丝杠传到滑板和刀架，以连续控制刀具实现纵向（纵向（Z向）和横向（向）和横向（X向）进给运动。数控车向）进给运动。数控车床主轴安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同床主轴安装有脉冲编码器，主轴的运动通

16、过同步齿形带步齿形带1:1的传到脉冲编码器。的传到脉冲编码器。 3 3数控车床的布局形式数控车床的布局形式o（1）床身和导轨的布局。）床身和导轨的布局。 数控车床的床身导轨与水平面的相对位置有多种数控车床的床身导轨与水平面的相对位置有多种形式，如图形式，如图1.13所示，它有所示，它有4种布局形式：图种布局形式：图1.13（a）所示为水平床身，图）所示为水平床身，图1.13（b）所示为斜床身，）所示为斜床身，图图1.13（c）所示为平床身斜滑板，图）所示为平床身斜滑板，图1.13（d）所）所示为立床身。示为立床身。图图1.13 数控车床布局数控车床布局o 水平床身水平床身 配置水平滑板，其工艺

17、性能好，便于导轨面的加工。配置水平滑板，其工艺性能好，便于导轨面的加工。 o 斜床身斜床身 配置斜滑板，这种结构的导轨倾斜角度多采用配置斜滑板，这种结构的导轨倾斜角度多采用30、45、60、75和和90。倾斜角度小，排屑不便；。倾斜角度小，排屑不便；倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。 o 平床身斜滑板平床身斜滑板 配置倾斜放置的滑板，通常配置有倾斜式的导轨防护配置倾斜放置的滑板，通常配置有倾斜式的导轨防护罩，一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机罩，一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。床宽

18、度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。一般被中小型数控车床所普遍采用。一般被中小型数控车床所普遍采用。o 立床身立床身 配置配置90的滑板，即导轨倾斜角度为的滑板，即导轨倾斜角度为90的滑板结的滑板结构称为立床身。构称为立床身。o（2）刀架的布局）刀架的布局 刀架作为数控车床的重要部件，安装各种切削加工刀架作为数控车床的重要部件，安装各种切削加工工具，其结构和布局形式对机床整体布局及工作性能影工具，其结构和布局形式对机床整体布局及工作性能影响很大。图响很大。图1.14 转塔式刀架。转塔式刀架。u数控车床的刀架分为数控车床的刀架分为转塔式转塔式和和排刀式排刀式刀架两大类。刀架两大类。u转

19、塔式刀架是普遍采用的刀架形式，它通过转塔头的旋转塔式刀架是普遍采用的刀架形式，它通过转塔头的旋转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。 两种形式，一种主要用于加工盘类零件，其回转轴两种形式，一种主要用于加工盘类零件，其回转轴线垂直于主轴；另一种主要用于加工轴类零件，其回转线垂直于主轴；另一种主要用于加工轴类零件，其回转轴与主轴平行。两坐标连续控制的数控车床，一般采用轴与主轴平行。两坐标连续控制的数控车床，一般采用612工位转塔式刀架，如图工位转塔式刀架，如图1.14所示。所示。u排刀式刀架主要用于小型数控车床，适用于短轴或套类排刀式刀架主要用于小型数控车

20、床，适用于短轴或套类零件加工，如图零件加工，如图1.15所示。所示。图图1.14 转塔式刀架图转塔式刀架图图图1.15 排刀式刀架排刀式刀架o四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，称为双刀架四坐个独立的滑板和回转刀架，称为双刀架四坐标数控车床。其上每个刀架的切削进给量是标数控车床。其上每个刀架的切削进给量是分别控制的，因此，两刀架可以同时切削同分别控制的，因此，两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零件

21、等形状复杂、批量较大的零件。件等形状复杂、批量较大的零件。二、数控车床的结构二、数控车床的结构（一）数控车床的主传动系统（一）数控车床的主传动系统o具备性能：具备性能：主传动系统应具有主传动系统应具有较大的调速范围较大的调速范围，较高较高的精度与刚度的精度与刚度，并尽可能，并尽可能降低噪声与热变形降低噪声与热变形，从而获，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。得最佳的生产率、加工精度和表面质量。o组成：组成：数控车床的主运动是主轴带动工件的旋转运动，数控车床的主运动是主轴带动工件的旋转运动，是通过主轴电动机拖动的。数控车床的主传动系统包是通过主轴电动机拖动的。数控车床的主传动系统包括主轴电

22、动机、传动系统、主轴组件等。括主轴电动机、传动系统、主轴组件等。 1 1数控车床对主传动系统的要求数控车床对主传动系统的要求o（1）调速范围宽、并实现无级调速。）调速范围宽、并实现无级调速。o（2）高精度与刚度、低噪声。）高精度与刚度、低噪声。o（3）动态响应性好。）动态响应性好。o（4）功率大。）功率大。o（5）旋转轴联动功能。）旋转轴联动功能。o（6）恒线速度切削功能。）恒线速度切削功能。2 2数控车床主传动系统的特点数控车床主传动系统的特点o（1）较高的主轴转速和较宽的调速范围并）较高的主轴转速和较宽的调速范围并实现无级调速。实现无级调速。o（2）较高的精度和较大的刚度。）较高的精度和较

23、大的刚度。o（3）良好的抗振性和热稳定性。）良好的抗振性和热稳定性。3 3数控车床主传动系统类型数控车床主传动系统类型（1 1）经过一级变速的主传动。）经过一级变速的主传动。图图1.161.16（a a）所示）所示o原理：原理：一级变速目前多用一级变速目前多用V V带或同步带带或同步带来完成，来完成， 电动机与主轴通过同步齿带传动，不用齿轮传电动机与主轴通过同步齿带传动，不用齿轮传动，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声。动，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声。o适用范围：适用范围：适用于高速、低转矩特性要求的主适用于高速、低转矩特性要求的主轴。轴。 如图如图1.161.16（b b）所示）所示o原

24、理：原理：通过少数几对齿轮降速，使之成为分通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一般在大、中型数控车床中应用较多。般在大、中型数控车床中应用较多。o适用范围：适用范围：大、中型数控车床大、中型数控车床（2）带有变速齿轮的主传动。）带有变速齿轮的主传动。 如图如图1.161.16（b b）所示）所示o原理

25、：原理：通过少数几对齿轮降速，使之成为分通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一般在大、中型数控车床中应用较多。般在大、中型数控车床中应用较多。o适用范围：适用范围：大、中型数控车床大、中型数控车床（2）带有变速齿轮的主传动。）带有变速齿轮的主传动。 如图如图1.161.16（b b）所示）所示o原理：

26、原理：通过少数几对齿轮降速，使之成为分通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一般在大、中型数控车床中应用较多。般在大、中型数控车床中应用较多。o适用范围：适用范围：大、中型数控车床大、中型数控车床（2）带有变速齿轮的主传动。）带有变速齿轮的主传动。（3）电动机与主轴直联的主传动）电动机与主轴直联的主传动

27、 如图如图1.16（c）所示）所示o原理：原理：电动机与主轴直联传动。电动机与主轴直联传动。o适用范围：适用范围：不常用。不常用。这种传动方式的优点是这种传动方式的优点是结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性不一致，因而使用上受和电动机的输出特性不一致，因而使用上受到一定限制。到一定限制。（4）电主轴）电主轴 如图如图1.17所示所示o原理：原理：数控车床电主轴就是主轴箱和电动机数控车床电主轴就是主轴箱和电动机融为一体，电动机转子就是主轴。融为一体，电动机转子就是主轴。o适用范围：适用范围：作为现代机电一体化的功能部件，作为现代机电一体化

28、的功能部件，安装在高速数控车床上安装在高速数控车床上o特点：特点：制造维护困难；承载小；发热大，主制造维护困难；承载小；发热大，主轴容易变形。轴容易变形。图图1.17 电主轴结构原理图电主轴结构原理图4 4主传动的机械结构主传动的机械结构o主传动的机械结构主要是主轴部件，主轴部主传动的机械结构主要是主轴部件，主轴部件作为数控机床的一个关键部件，它包括主件作为数控机床的一个关键部件，它包括主轴、主轴的支承、安装在主轴上的传动件和轴、主轴的支承、安装在主轴上的传动件和密封件等密封件等。 （1）主轴端部的结构形状）主轴端部的结构形状o要求：要求：主轴端部用于安装夹持工件的夹具。在设主轴端部用于安装夹

29、持工件的夹具。在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、连接计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。o主轴端部已经标准化，如图主轴端部已经标准化，如图1.18所示为数控车所示为数控车床上通用的结构形式。床上通用的结构形式。o结构：结构：卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位，卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位，用拨销传递转矩，卡盘装于主轴端部时，螺栓从用拨销传递转矩，卡盘装于主轴端部时，螺栓从凸缘上的孔中穿过，转动快卸卡板将数个螺栓同凸缘上的孔中穿过，转动快卸卡板将数个螺栓同时卡住，再拧紧螺母将卡盘固牢在主轴端部。主时卡住，

30、再拧紧螺母将卡盘固牢在主轴端部。主轴为空心，前端有莫氏锥度孔，用以安装顶尖或轴为空心，前端有莫氏锥度孔，用以安装顶尖或心轴。心轴。图图1.18 主轴部件的通用结构形式主轴部件的通用结构形式 （2）主轴部件的支承）主轴部件的支承o 目前数控车床的主轴轴承配置有目前数控车床的主轴轴承配置有3种形式，种形式，如图如图1.19所示。所示。oa如图如图1.19（a）所示，前支承采用双列）所示，前支承采用双列圆柱滚子轴承和圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力角接触双列向心推力球轴承，后支承采用成对向心推力球轴承。球轴承，后支承采用成对向心推力球轴承。此种结构普遍应用于各种数控车床，其综合此种结构普遍应用于

31、各种数控车床，其综合刚度高，可以满足强力切削的要求刚度高，可以满足强力切削的要求。ob如图如图1.19（b）所示，前支承采用双列）所示，前支承采用双列（或三列）高精度角接触球轴承，后支承采用（或三列）高精度角接触球轴承，后支承采用单列（或双列）角接触球轴承。这种配置具有单列（或双列）角接触球轴承。这种配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用于高速轻载和精密的车床主轴部件。于高速轻载和精密的车床主轴部件。oc如图如图1.19（c）所示，前支承为双列圆锥滚）所示，前支承为双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承，其径向子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴

32、承，其径向和轴向刚度高，能承受重载荷，安装与调整性和轴向刚度高，能承受重载荷，安装与调整性能好。但限制了主轴的转速和精度的提高，适能好。但限制了主轴的转速和精度的提高，适用于中等精度，低速与重载荷的数控车床主轴。用于中等精度，低速与重载荷的数控车床主轴。图图1.19 主轴支承方式主轴支承方式 前支承采用双列（或三列）高精度角接触球轴承，后支承采用单列（或双列）角接触球轴承 o 装配主轴轴承装配主轴轴承。采用选配定向法进行装配可。采用选配定向法进行装配可提高主轴部件的精度，并且尽可能使主轴支承孔提高主轴部件的精度，并且尽可能使主轴支承孔与主轴轴颈的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量与主轴轴颈的偏心量

33、和轴承内圈与滚道的偏心量接近，并使其方向相反。在维修机床拆装主轴轴接近，并使其方向相反。在维修机床拆装主轴轴承时，因原生产厂家已调整好轴承的偏心位置，承时，因原生产厂家已调整好轴承的偏心位置，所以要在拆卸前做好轴向位置记号。所以要在拆卸前做好轴向位置记号。o 主轴滚动轴承的预紧主轴滚动轴承的预紧。所谓轴承的预紧，是。所谓轴承的预紧，是使轴承滚道预先承受一定的载荷，消除间隙并使使轴承滚道预先承受一定的载荷，消除间隙并使得滚动体与滚道之间发生一定的变形，增大接触得滚动体与滚道之间发生一定的变形，增大接触面积，轴承受力时变形减小，抵抗变形的能力增面积，轴承受力时变形减小，抵抗变形的能力增大。大。o将

34、滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接触处产生预变形，使受载后承载的滚动体数量增多，受触处产生预变形，使受载后承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高承载能力及刚度和抗振性，有利力趋向均匀，从而提高承载能力及刚度和抗振性，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高主轴部件的回转精度。于减少主轴回转轴线的漂移，提高主轴部件的回转精度。若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能力将显著下降，若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能力将显著下降，主轴组件必须具备轴承间隙的调整结构。主轴组件必须具备轴承间隙的调整结构。o机床主轴部件在装配时对轴承进行预紧，使用一段

35、时间机床主轴部件在装配时对轴承进行预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，还得重新调整，所以要求以后，间隙或过盈有了变化，还得重新调整，所以要求预紧结构应便于调整。滚动轴承间隙的调整或预紧，通预紧结构应便于调整。滚动轴承间隙的调整或预紧，通常是使轴承内、外圈相对轴向移动来实现，常用的方法常是使轴承内、外圈相对轴向移动来实现，常用的方法有以下几种。有以下几种。oa轴承内圈移动。如图轴承内圈移动。如图1.20所示，这种方法适用于所示，这种方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上做轴向移动，使内圈变形涨大，在滚道上锥形轴颈上

36、做轴向移动，使内圈变形涨大，在滚道上产生过盈，从而达到预紧的目的。如图产生过盈，从而达到预紧的目的。如图1.14（a）所）所示，结构简单，但预紧量不易控制，常用于轻载机床示，结构简单，但预紧量不易控制，常用于轻载机床主轴部件。如图主轴部件。如图1.20（b）所示，用右端螺母限制内）所示，用右端螺母限制内圈的移动量，易于控制预紧量。如图圈的移动量，易于控制预紧量。如图1.20（c）所示，）所示，在主轴凸缘上均匀分布数个螺钉以调整内圈的移动量，在主轴凸缘上均匀分布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便，但是用几个螺钉调整，易使垫圈歪斜。调整方便，但是用几个螺钉调整，易使垫圈歪斜。图图1.20 滚动轴

37、承的预紧滚动轴承的预紧o如图如图1.20（d）所示，将紧靠轴承右端的垫圈）所示，将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以径向取出，修磨其厚度可做成两个半环，可以径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高。调整螺母控制预紧量的大小，调整精度较高。调整螺母一般采用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调一般采用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调好后要能锁紧防松。好后要能锁紧防松。ob修磨座圈或隔套。如图修磨座圈或隔套。如图1.21（a）所示为）所示为轴承外围宽边相对（背对背）安装，这时修磨轴承外围宽边相对（背对背）安装，这时修磨轴承内圈的内侧；图轴承内圈的内侧；图1.21（b）所示为外围窄）所示为外

38、围窄边相对（面对面）安装，这时修磨轴承外圈的边相对（面对面）安装，这时修磨轴承外圈的窄边。在安装时按图示的相对关系装配，并用窄边。在安装时按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢，螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢，图图1.21 修磨轴承座圈修磨轴承座圈o使两个修磨过的端面贴紧，这样使两个轴承的滚道之使两个修磨过的端面贴紧，这样使两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压在两轴承内、外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧，如图紧，使滚道之间产生预紧，如图

39、1.22（a）、（）、（b）所示。所示。o（3 3）主轴部件结构。）主轴部件结构。机床主轴部件的结构根据不同的机床主轴部件的结构根据不同的机床有较大的差别，图机床有较大的差别，图1.23和图和图1.24所示为两种卧所示为两种卧式车床的主轴部件结构示意图。在图式车床的主轴部件结构示意图。在图1.23中，主轴和中，主轴和电动机间采用的是皮带联结的定传动比传动方式；图电动机间采用的是皮带联结的定传动比传动方式；图1.24所示为采用了电主轴。所示为采用了电主轴。图图1.22 隔套的应用隔套的应用图图1.23 车床主轴部件图车床主轴部件图o图图1.23所示的主轴部件的最大特点是：传动件、所示的主轴部件的

40、最大特点是：传动件、轴承、挡圈等均采用先进的热套工艺进行安装轴承、挡圈等均采用先进的热套工艺进行安装和调整，因而主轴上无键槽和螺纹，既增强了和调整，因而主轴上无键槽和螺纹，既增强了主轴的刚度，又最大限度地降低了主轴的不平主轴的刚度，又最大限度地降低了主轴的不平衡量。主轴采用双支承方式，前支承采用了成衡量。主轴采用双支承方式，前支承采用了成组角接触球轴承，后支承为双列圆柱滚子轴承。组角接触球轴承，后支承为双列圆柱滚子轴承。前端的前端的3个角接触轴承中，前两个轴承的大端个角接触轴承中，前两个轴承的大端向主轴前端，另一个轴承的大端向主轴后端，向主轴前端，另一个轴承的大端向主轴后端，前支承可以同时承受

41、径向和轴向力。向左的轴前支承可以同时承受径向和轴向力。向左的轴向力由主轴前端，通过轴承向力由主轴前端，通过轴承17、轴承、轴承13、挡、挡圈圈11、轴承、轴承10的外圈传到箱体上。的外圈传到箱体上。o向右的轴向力由热调整套向右的轴向力由热调整套8、挡圈、挡圈9、轴承、轴承10的内圈、球、外圈、挡圈的内圈、球、外圈、挡圈1l、轴承、轴承13和轴承和轴承17的外圈、联接盘的外圈、联接盘14、螺钉、螺钉15传到箱体上。传到箱体上。o当轴承间隙过大时，需卸下主轴部件，通过修当轴承间隙过大时，需卸下主轴部件，通过修磨磨2个挡圈个挡圈11和和12，调整热调整套的轴向位置，调整热调整套的轴向位置进行。热调整

42、套的内孔与主轴外圆以一很小锥进行。热调整套的内孔与主轴外圆以一很小锥度配合，以便调整。后支承为双列圆柱滚子轴度配合，以便调整。后支承为双列圆柱滚子轴承，其调整可通过热套工艺，调整带轮联接盘承，其调整可通过热套工艺，调整带轮联接盘2的轴向位置和修磨挡圈的轴向位置和修磨挡圈7来实现。来实现。o图图1.24所示为内装电主轴的主轴部件结构。所示为内装电主轴的主轴部件结构。电主轴主要由空心转子电主轴主要由空心转子1、带绕组的定子、带绕组的定子2和和位置检测器（图中未示出）三部分组成。由于位置检测器（图中未示出）三部分组成。由于主轴主轴4与电动机合为一体，电动机的转子轴就与电动机合为一体，电动机的转子轴就

43、是主轴本身，电动机定子与主轴箱体连接，所是主轴本身，电动机定子与主轴箱体连接，所以，主轴传动不仅结构简单，而且降低了噪声以，主轴传动不仅结构简单，而且降低了噪声和共振。主轴部件经过严格的动平衡，故可以和共振。主轴部件经过严格的动平衡，故可以在高速下运行。在高速下运行。o为了防止主轴高速运转时的发热，主轴轴承、为了防止主轴高速运转时的发热，主轴轴承、电主轴均通入冷却水进行强制冷却。主轴前端电主轴均通入冷却水进行强制冷却。主轴前端结构与图结构与图1.23相同。相同。图图1.24 内装电主轴的主轴部件结内装电主轴的主轴部件结构构（4）主轴的同步运行功能）主轴的同步运行功能o 脉冲编码器与同步运转的功

44、能。数控车。数控车床的进给系统是直接用伺服电动机通过滚珠床的进给系统是直接用伺服电动机通过滚珠丝杠来驱动溜板和刀架实现进给运动。数控丝杠来驱动溜板和刀架实现进给运动。数控车床上能加工各种螺纹，这是因为安装了与车床上能加工各种螺纹，这是因为安装了与主轴同步运转的脉冲编码器，以便发出检测主轴同步运转的脉冲编码器，以便发出检测脉冲信号，使主轴电动机的旋转与切削进给脉冲信号，使主轴电动机的旋转与切削进给同步，从而实现螺纹的切削。同步，从而实现螺纹的切削。 主轴脉冲编码器的安装方式与作用主轴脉冲编码器的安装方式与作用oa主轴脉冲编码器的安装方式。一种是主主轴脉冲编码器的安装方式。一种是主轴脉冲编码器可通

45、过一对齿轮或同步齿形带轴脉冲编码器可通过一对齿轮或同步齿形带与主轴联系起来，由于主轴要求与编码器同与主轴联系起来，由于主轴要求与编码器同步旋转，所以此连接必须做到无间隙。图步旋转，所以此连接必须做到无间隙。图1.25所示所示MJ-50型数控车床主轴箱结构简型数控车床主轴箱结构简图中，与主轴同轴的同步带图中，与主轴同轴的同步带16，通过同步，通过同步带带2和同步带轮和同步带轮3把主轴的旋转与脉冲编码把主轴的旋转与脉冲编码器器4联系起来。另一种方法是通过中间轴上联系起来。另一种方法是通过中间轴上的齿轮的齿轮1 1地同步传动。地同步传动。ob主轴脉冲编码器的作用。在主轴与进给轴主轴脉冲编码器的作用。

46、在主轴与进给轴关联控制中都要使用脉冲编码器，它是精密数关联控制中都要使用脉冲编码器，它是精密数字控制与伺服控制设备中常用的角位移数字化字控制与伺服控制设备中常用的角位移数字化检测器件，具有精度高、结构简单、工作可靠检测器件，具有精度高、结构简单、工作可靠等优点。等优点。o增量式编码器一般可输出两个相位相差增量式编码器一般可输出两个相位相差90的的A、B信号和一个零位信号和一个零位C信号，如图信号，如图1.26所所示。其中示。其中A，B信号既可以用来计算角位移的信号既可以用来计算角位移的大小，同时利用它们相位超前大小，同时利用它们相位超前o或滞后的相对关系还可以辨别旋转方向，例如或滞后的相对关系

47、还可以辨别旋转方向，例如A信号超前信号超前B信号表示正转的话，那么，信号表示正转的话，那么，B信号信号超前超前A信号就表示反转。信号就表示反转。o脉冲编码器中的透光盘内圈的一条刻线与光挡脉冲编码器中的透光盘内圈的一条刻线与光挡上条纹上条纹C重合时输出的脉冲数为同步（起步，重合时输出的脉冲数为同步（起步，又称零位）脉冲，又称零位）脉冲，C信号是每转一周发出一个信号是每转一周发出一个脉冲，可以当作一周的零位信号，为脉冲，可以当作一周的零位信号，为A信号或信号或B信号提供了计数的基准。例如，加工螺纹时信号提供了计数的基准。例如，加工螺纹时可利用这个零位脉冲作为同步信号。可利用这个零位脉冲作为同步信号

48、。图图1.25 MJ-50型数控车床主轴箱结构简图型数控车床主轴箱结构简图o图图1.26 增量式编码器输出的增量式编码器输出的A、B信号和零位信号和零位C信号信号o 主轴转动与进给运动联系的同步运行。数控机主轴转动与进给运动联系的同步运行。数控机床主轴的转动与进给运动之间，没有机械方面的床主轴的转动与进给运动之间，没有机械方面的直接联系。在数控车床上加工圆柱螺纹时，要求直接联系。在数控车床上加工圆柱螺纹时，要求主轴的转速与刀具的轴向进给保持一定的协调关主轴的转速与刀具的轴向进给保持一定的协调关系，无论该螺纹是等距螺纹还是变距螺纹都是如系，无论该螺纹是等距螺纹还是变距螺纹都是如此。为此，通常在主

49、轴上安装脉冲编码器来检测此。为此，通常在主轴上安装脉冲编码器来检测主轴的转角、相位、零位等信号。主轴的转角、相位、零位等信号。o在主轴旋转过程中，与其相连的脉冲编码器不在主轴旋转过程中，与其相连的脉冲编码器不断发出脉冲（由断发出脉冲（由A、B相检测到的脉冲）送给数相检测到的脉冲）送给数控装置，控制插补速度。根据插补计算结果，控装置，控制插补速度。根据插补计算结果，控制进给坐标轴伺服系统，使进给量与主轴转控制进给坐标轴伺服系统，使进给量与主轴转速保持所需的比例关系，实现主轴转动与进给速保持所需的比例关系，实现主轴转动与进给运动相联系的同步运行，从而车出所需的螺纹。运动相联系的同步运行，从而车出所

50、需的螺纹。o 通过改变主轴的旋转方向可以加工出左螺纹通过改变主轴的旋转方向可以加工出左螺纹或右螺纹，而主轴方向是通过脉冲编码器发出或右螺纹，而主轴方向是通过脉冲编码器发出正交的正交的A相和相和B相脉冲信号相位的先后顺序判别相脉冲信号相位的先后顺序判别出来的。出来的。图图1.26 增量式编码器输出的增量式编码器输出的A、B信号和零位信号和零位C信号信号（二）数控车床的进给系统（二）数控车床的进给系统o 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作，伺服进给系统的作用是根据数控系来工作，伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进给放大以后控制执行统传来

51、的指令信息，进给放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制。动的速度两个方面同时实现自动控制。o一个典型的数控机床闭环控制的进给系统，一个典型的数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较、放大元件、驱动单元、通常由位置比较、放大元件、驱动单元、o机械传动装置和检测反馈元件等部分组成，而机械

52、传动装置和检测反馈元件等部分组成，而其中的机械传动装置是控制环中的一个重要环其中的机械传动装置是控制环中的一个重要环节。节。o机械传动装置，是指将驱动源（即电动机）的机械传动装置，是指将驱动源（即电动机）的旋转运动变为工作台或刀架直线运动的整个机旋转运动变为工作台或刀架直线运动的整个机械传动链，包括齿轮传动副、滚珠丝杠螺母副、械传动链，包括齿轮传动副、滚珠丝杠螺母副、减速装置和蜗杆蜗轮等中间传动机构，如图减速装置和蜗杆蜗轮等中间传动机构，如图1.27所示。由于滚珠丝杠、伺服电机及其控制所示。由于滚珠丝杠、伺服电机及其控制单元性能的提高，很多数控机床的进给系统中单元性能的提高，很多数控机床的进给

53、系统中已去掉减速机构而直接用伺服电机与滚珠丝杠已去掉减速机构而直接用伺服电机与滚珠丝杠联结，因而整个系统结构简单，减少了产生误联结，因而整个系统结构简单，减少了产生误差的环节。差的环节。图图1.27 数控机床进给系统机械部分的基本组成数控机床进给系统机械部分的基本组成1 1对数控车床进给传动系统的要求对数控车床进给传动系统的要求o数控机床进给传动系统承担了数控机床各直线坐数控机床进给传动系统承担了数控机床各直线坐标轴、回转坐标轴的定位和切削进给，进给系统标轴、回转坐标轴的定位和切削进给，进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性直接影响被加工件的传动精度、灵敏度和稳定性直接影响被加工件的最后轮廓精度和

54、加工精度。为了保证数控机床的最后轮廓精度和加工精度。为了保证数控机床进给传动系统的定位精度和动态性能，对数控机进给传动系统的定位精度和动态性能，对数控机床进给传动系统的要求主要有如下几个方面。床进给传动系统的要求主要有如下几个方面。o（1）低惯量。）低惯量。o（2）低摩擦阻力。）低摩擦阻力。o（3）高刚度。）高刚度。o（4）高谐振。）高谐振。o（5）无传动间隙。）无传动间隙。2 2熟悉数控车床进给传动系统的基本型熟悉数控车床进给传动系统的基本型式式o数控车床进给驱动机构，目前有下述几种常见连接形数控车床进给驱动机构，目前有下述几种常见连接形式：电动机与滚珠丝杠直连，目前广泛用于各类数控式：电动

55、机与滚珠丝杠直连，目前广泛用于各类数控机床，如图机床，如图1.28所示；电动机与同步带轮相连接，所示；电动机与同步带轮相连接，同步带轮连接滚珠丝杠，应用在早期数控机床上，如同步带轮连接滚珠丝杠，应用在早期数控机床上，如图图1.29所示。所示。 图图1.28 电动机与滚珠丝杠直连电动机与滚珠丝杠直连 图图1.29 电动机与同步带轮相连电动机与同步带轮相连 接，同步带轮连接滚珠丝杠接，同步带轮连接滚珠丝杠3 3数控车床进给传动系统的组成构件数控车床进给传动系统的组成构件o（1）联轴器）联轴器 所谓联轴器就是用来连接不同机构中的两根轴所谓联轴器就是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和被动轴），使之共

56、同旋转以传递扭矩的（主动轴和被动轴），使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。机械零件。 联轴器又可分为刚性的和弹性的。刚性的联轴联轴器又可分为刚性的和弹性的。刚性的联轴器又可分为固定式（套筒联轴器、凸缘联轴器等）器又可分为固定式（套筒联轴器、凸缘联轴器等）和可移式（齿轮联轴器、十字滑块联轴器、万向联和可移式（齿轮联轴器、十字滑块联轴器、万向联轴器等）。轴器等）。o 刚性联轴器的特点：刚性联轴器不具有补刚性联轴器的特点：刚性联轴器不具有补偿被联两轴线相对偏移的能力，也不具有缓偿被联两轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减振性能；但结构简单，价格便宜。只有冲减振性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，

57、转速稳定，能保证被联轴线相在载荷平稳，转速稳定，能保证被联轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。o 弹性联轴器的特点：有很好的缓冲性、减弹性联轴器的特点：有很好的缓冲性、减振性，承载力适中，更重要的是弹性联轴器振性，承载力适中，更重要的是弹性联轴器能够允许主动轴和被动轴之间存在一定的安能够允许主动轴和被动轴之间存在一定的安装误差。装误差。o弹性联轴器根据结构不同分为以下几种。弹性联轴器根据结构不同分为以下几种。o 波纹管式联轴器。如图波纹管式联轴器。如图1.30（a）所示，）所示，其特点：具有超强纠偏性，顺、逆时针回转特其特点：具有超强纠偏性，顺

58、、逆时针回转特性完全相同，可耐高温、免维护，适用于小扭性完全相同，可耐高温、免维护，适用于小扭矩传动时，零回转间隙。矩传动时，零回转间隙。o 梅花连轴器。如图梅花连轴器。如图1.30（b）所示，其特）所示，其特点：工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲性点：工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲性能，具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，能，具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长。适用于中等扭矩传动时的连接使用寿命长。适用于中等扭矩传动时的连接o 膜片连轴器。如图膜片连轴器。如图1.30（c）所示，其特）所示，其

59、特点：承载能力大，适用范围广，传递扭矩范点：承载能力大，适用范围广，传递扭矩范围可达围可达308 100 000Nm，使用寿命长，使用寿命长，工作温度范围大（最高可达工作温度范围大（最高可达+280），可），可在腐蚀介质中工作，结构简单，易于加工制在腐蚀介质中工作，结构简单，易于加工制造，没有磨损件，不需润滑，易于维修，振造，没有磨损件，不需润滑，易于维修，振动小、无噪声。靠膜片的弹性变形来补偿所动小、无噪声。靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移。其适用于中等以上扭矩联两轴的相对位移。其适用于中等以上扭矩传动时，传动精度高，可靠性高，可高温下传动时，传动精度高，可靠性高，可高温下运转。运转

60、。o 齿形联轴器。如图齿形联轴器。如图1.30（d）所示，内齿）所示，内齿和外齿啮合，其适用于大扭矩传动时。和外齿啮合，其适用于大扭矩传动时。（a）波纹管式联轴器）波纹管式联轴器 （b）梅花连轴器）梅花连轴器 （c）膜片连轴器）膜片连轴器 （d）齿形联轴器）齿形联轴器图图1.30 弹性联轴器结构形式弹性联轴器结构形式 o（2 2）滚珠丝杠螺母副）滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠作为数控机床。滚珠丝杠作为数控机床进给传动链中的重要组成部分，在整个传动链中进给传动链中的重要组成部分，在整个传动链中起着将旋转运动转化为直线运动的重要作用。数起着将旋转运动转化为直线运动的重要作用。数控机床常用滚珠丝杠螺母副如