数控机床主轴结构与调整课件

1、机电设备机械结构故障诊断及维护主轴传动系统 进给传动系统 机床导轨 主讲：高锦南 一、数控车床主轴部件的结构与调整（1)主轴部件结构 CK7815型数控车床主轴部件结构如图所示，该主轴工作转速范围为15-5 000 r/min。主轴9前端采用三个角接触轴承12，通过前支承套14支套，由螺母11预紧。后端采用圆柱滚子轴承15支承径向间隙由螺母3和螺母7调整。螺母8和螺母10分别用来锁紧螺母7和螺母11，防止螺母7和11的回松。带轮2直接安装在主轴9上（不卸荷）。同步带轮1安装在主轴9后端支承与带轮之间，通过同步带和安装在主轴脉冲发生器4轴上的另一同步带轮相连，带动主轴脉冲发生器4和主轴同步运动。

2、在主轴前端，安装有液压卡盘或其他夹具。CK7815型数控车床主轴部件结构图2、加工中心主轴部件的结构与功能行程开关弹簧压缩空气管接头钢球端面键液压缸液压缸碟形弹簧拉杆主轴刀柄拉钉行程开关 加工中心主轴部件的结构如图所示，主轴前端有7：24的锥孔，用于装夹锥柄刀具。端面键13既作刀具定位用，又可通过它传递转矩。为了实现刀具的自动装卸，主轴内设有刀具自动夹紧装置。从图中可以看出，该机床是由拉紧机构拉紧锥柄刀夹尾端的轴颈来实现刀夹的定位及夹紧的。1、夹紧刀夹时，液压缸上腔接通回油，弹簧11推活塞6上移，处于图示位置，拉杆4在碟形弹簧5的作用下向上移动。2、装在拉杆前端径向孔中的4个钢球12进人主轴孔

3、中直径较小的d2处被迫径向收拢而卡进拉钉2的环形凹槽内，因而刀杆拉杆拉紧，依靠摩擦力紧固在主轴上。3、换刀前需将刀夹松开时，压力油进入液压缸上腔，活塞6推动拉杆4向下移动，碟形弹簧被压缩；4、当钢球12随拉杆一起下移至进人主轴孔中直径较大的d1，处时，它就不再能约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的台肩端面碰到拉钉，把刀夹顶松，此时行程开关10发出信号，换刀机械手随即将刀夹取下。5、压缩空气由管接头9经活塞和拉杆的中心通孔吹人主轴装刀孔内，把切屑或脏物清除干净，以保证刀具的装夹精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸7接通回油，碟形弹簧又拉紧刀夹。刀夹拉紧后，行程开关8发出信号。加工中心主轴刀柄刀柄

4、拉钉3、数控机床主轴维护特点（1）、主轴润滑 保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用的是循环润滑系统。有两种方式：1）油气润滑方式 定时定量的把油雾送进轴承空隙中2）喷注润滑方式 用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，达到润滑、冷却的目的。卧式加工中心主轴前支承处采用的双层小间隙密封装置。主轴前端车出两组锯齿形护油槽，在法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔，当喷人轴承2内的油液流出后被法盘4内壁挡住，并经其下部的泄油槽9和套筒3上的回油斜孔8流回箱，少量油液沿主轴6流出时，主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经回油斜孔8重新流回油箱，达到了防止润滑介质泄

5、漏的目的。2、电主轴的主要技术特点 高速轴承技术 高速电机技术 润滑 冷却装置 内置脉冲编码器 自动换刀装置 高速刀具的装夹方式 高频变频装置典型进给传动系统1.1 机床对进给系统的基本要求: 为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械传动装置时，提出如下要求： 1)提高传动部件的刚度 2)减小传动部件的惯量 3)减小传动部件的间隙 4)减小系统的摩擦阻力1、机床进给系统的概述1.2 机床进给系统的传动类型: a. 机械进给传动 b. 液压进给传动 c. 电气伺服进给传动1.3 电气伺服进给系统: 控制类型：开环系统、闭环系统、半闭环系统； 驱动部件：步进电动机、直流伺服电动机

6、、交流伺服电动机、 直线伺服电动机； 机械传动部件：齿轮（或同步齿轮带）、滚珠丝杠螺母传动副1、机床进给系统的概述2.1 滚珠丝杠螺母副的结构原理： 在丝杠和螺母上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动 。2、滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠副结构原理图 2、滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副螺纹滚道型面的截形a单圆弧型面；b双圆弧型面ab2.2 滚珠丝杠螺纹滚道型面的形状 国内投产的螺纹滚道型面的形状，仅有单圆弧型面和

7、双圆弧型面两种。如图所示，滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂直线间夹角称为接触角。2.4 滚珠丝杠螺母副的特点:2、滚珠丝杠螺母副机构 与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有以下优点：（1）传动效率高，摩擦损失小。（2）运动平稳无爬行。（3）传动精度高，反向时无空程。 （4）磨损小，精度保持性好，使用寿命长。（5）具有运动的可逆性。 滚珠丝杠副的缺点是： （1）制造成本高。 （2）由于不能自锁，因此必须增加制动装置。2.5 滚珠丝杠副的制动装置2、滚珠丝杠螺母机构电磁制动器示意图1旋转变压器 2测速发电机转子 3测速发电机定子 4电刷5永久磁铁 6伺服电动机转子 7电磁线圈 8外齿

8、轮 9内齿轮3.1 “使用条件”主要研讨内容:3、滚珠丝杠副的选型与计算1）工件与工作台的重量2）最大行程3）最大进给速度4）安装状态（水平、垂直）5）希望寿命6）安装支撑方法7）丝杠与电机的连接方式8）精度要求9）工作环境等3.1.1 滚珠丝杠的支撑方法:3、滚珠丝杠副的选型与计算滚珠丝杠的支撑方式(a)仅一端装推力轴承;(b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；(c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承3.1.3 滚珠丝杠的精度等级3、滚珠丝杠副的选型与计算 按JB/T 3162.21991的规定，滚珠丝杠副的精度等级分为1、2、3、4、5、7、10七个等级，1级精度最高，依次

9、递减，数控机床主要采用14级。 滚珠丝杠副的精度包括各元件的精度和装配后的综合精度，其中包括导程误差、丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动、丝杠和螺母表面粗糙度、有预加载荷时螺母安装端面对丝杠螺纹轴线的圆跳动、有预加载荷时螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动以及滚珠丝杠名义直径尺寸变动量等。3.2 滚珠丝杠计算部分主要考虑的内容3、滚珠丝杠副的选型与计算计算基本动态额定负载设定螺距容许轴向载荷、危险速度校核精度等级、刚度主要计算部分螺距、丝杠轴公称外径、螺母形式需要考虑内容轴向平均负载与平均转速、寿命预测、容许转速容许轴向载荷、轴端形状、丝杠长度、容许转速（危险速度）精度等级的校核、进给丝杠的刚度

10、、滚珠丝杠轴向间隙的调整3、滚珠丝杠副的选型与计算3.2.1 主要涉及的参数： a.螺距 b.丝杠长度 c.丝杠的公称直径 d.容许速度 e.轴向载荷3、滚珠丝杠副的选型与计算 d.容许速度3、滚珠丝杠副的选型与计算e.轴向载荷3、滚珠丝杠副的选型与计算3.2.2 滚珠丝杠轴向间隙的调整： 为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。双螺母预紧消隙主要有：a.双螺母垫片调隙式结构 b.双螺母螺纹调隙式结构 c.双螺母齿差调隙式结构 3、滚珠丝杠副的选型与计算a.双螺母垫片调隙式结构 调整垫片厚度使左、右两螺母产生轴向

11、相对位移，即可消除间隙和产生预紧力。 特点：这种调隙方式能精确地调整预紧量，结构简单，刚度高，工作可靠，但调整不方便，滚道磨损时不能随时进行调整。 双螺母垫片调隙式结构3、滚珠丝杠副的选型与计算b.双螺母螺纹调隙式结构 旋转圆螺母时，即可消除轴向间隙，并可达到产生预紧力的目的。调整好后再用另一个预紧螺母把它锁紧。 特点：这种调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，但预紧量不很准确。 双螺母螺纹调隙式结构1圆螺母；2锁紧螺母3、滚珠丝杠副的选型与计算c.双螺母齿差调隙式结构 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为z1和z2，并相差一个齿

12、。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量s=（1/z1-1/z2)Pn。 特点：这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动。 双螺母齿差调隙式结构3.3 滚珠丝杠的润滑与防尘3、滚珠丝杠副的选型与计算 3.3.1 滚珠丝杠的润滑 滚珠丝杠的润滑所使用的润滑剂可分润滑油和润滑脂两大类。 1）润滑油：为一般机油或90号180号透平油、140号或N15主轴油，通过壳体 上的油孔注入螺母的内部。 2）润滑脂：一般采用锂基润滑脂，通常加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。3.3.2 滚珠丝

13、杠的防尘 滚珠丝杠常用防尘密封圈和防护罩。1）密封圈 密封圈装在滚珠螺母的两端。 分接触式和非接触式。2）防护罩 防护罩能防止尘土及硬性杂质等进入滚珠丝杠。防护罩的形式有锥形套 管、伸缩套管、也有折迭式（手风琴式）的塑料或人造革防护罩。4、滚珠丝杠副的安装与使用4.1 滚珠丝杠螺母副的安装 正确的安装是有效维护的前提。因此，滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点： 1）丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与 螺母座必须三点成一线； 2）安装螺母时，尽量靠近支撑轴承； 3）安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位； 4）滚珠丝杠安装到机床时，不能直接把螺母从丝杠上卸下来。如须

14、卸 下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。 4、滚珠丝杠副的安装与使用4.2 滚珠丝杠螺母副的使用 滚珠丝杠螺母副在使用时应注意： 1）滚珠螺母应在有效行程内运行，必要时，在行程两端配置限位装置， 以避免螺母行程脱离丝杠轴而使滚珠脱落； 2）滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向时，必须防止传动停止或电动机失电后，因部件自重而产生的逆传动； 3）滚珠丝杠螺母副的正常工作环境温度范围为6060度。三、机床导轨二、直线导轨的选用一、机床导轨的概述 三、直线导轨的安装与使用 机床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等上的导轨进行运动的,导轨的作用概括地说是对运动部件起导向

15、和支承作用,导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重要作用。 1、机床导轨的概述机床对导轨的要求: （1）高的导向精度，导向精度能确保部件轨迹的准确性; （2）良好的耐磨性，耐磨性好可以使导轨的导向精度得以长久保持; （3）足够的刚度; （4）具有低速运动的平稳性，可以使运动部件避免发生爬行现象； （5）导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，也便于调整和维修导轨的分类： （1）按运动形式: 直线导轨,圆导轨； （2）按摩擦性质：滑动导轨,滚动导轨,静压导轨； （3）按导轨材料：铸铁导轨,钢导轨,塑料导轨； （4）按工作性质：主运动导轨,进给运动导轨,调整运动导轨； （5）按承载情况：可分开

16、式导轨,闭式导轨。1、机床导轨的概述2、直线导轨的选用 直线导轨的选用与计算 选用精度等级使用条件设定设定滑块尺寸及数目滑块载荷的计算选用合适的系列产品选型步骤直线导轨选型完成润滑、防护预加载荷确定按寿命要求选择型号校核刚度2、直线导轨的选用2.1 “使用条件”主要研讨内容:1）工件与工作台的重量2）最大导程3）希望寿命4）选择导轨的截面形状5）选择导轨的组合方式6）选择导轨的结构类型7）选择导轨材料等2、直线导轨的选用2.1.1 直线导轨的截面形状直线导轨常见的截面形状(a)矩形导轨；(b)三角形导轨；(c)燕尾槽导轨；(d)圆柱形导轨 2、直线导轨的选用 2.1.2 直线导轨的组合形式直线

17、导轨常见的组合形式2、直线导轨的选用与计算2.1.3 直线导轨的结构形式 1）滑动导轨 2）滚动导轨 3）静压导轨1.滑动导轨 滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。3、数控机床上常用导轨的简介(a)镶钢导轨(b)塑料导轨2.滚动导轨 与滑动导轨相比，具有如下优点：摩擦因数小，运动灵敏，不易爬行；磨损小，精度保持性好，寿命长；润滑系统简单。缺点有：抗振性差，结构复杂，成本较高。 现代控机床常采用的滚动导轨有滚动导轨块和直线滚动导轨两种。3、数控机床上常用导轨的简介滚动导轨块的结构直线滚动导轨的结构3.静压导轨 静

18、压导轨主要是液体静压导轨，在静压导轨两个相对运动的导轨面间通入压力油，可使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，以平衡外加负载，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。目前，静压导轨较多应用在大型、重型数控机床上。3、数控机床上常用导轨的简介静压滚动3、直线导轨的选用 直线导轨的选用与计算 选用精度等级使用条件设定设定滑块尺寸及数目滑块载荷的计算选用合适的系列产品选型步骤直线导轨选型完成润滑、防护预加载荷确定按寿命要求选择型号校核静刚度3、直线导轨的选用 直线导轨副的精度及选用 3.2 导轨的精度等级与应用机床类型坐标精度等级2345普通机床X、YZ数控机床车床

19、XZ铣床、加工中心X、YZ镗床X、YZ磨床X、YZ电加工机床X、YZ数控精密工作台X、Y3.3 导轨的润滑 1） 导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油； 2） 对运动速度较高的导轨大都采用润滑泵，以压力油强制润滑。3、直线导轨的选用 3.4 导轨的防护导轨常用防护罩 4、直线导轨的安装与使用4.1 导轨副的基本安装步骤：a. 检查安装面b. 设置导轨的基准侧面与 安装台阶的基准面相对c. 检查螺栓的位置， 确定螺孔位置正确d. 预紧固定螺钉，使导轨基准 面与安装台阶侧面紧密相接4、直线导轨的安装与使用4.1 导轨副的基本安装步骤：e. 最终拧紧安装螺栓f. 依次拧紧滑块的紧固螺钉 4

20、、直线导轨的安装与使用4.2 导轨间隙的调整： 导轨结合面配合的松紧对机床的工作性能有相当大的影响。配合过紧不仅操作费力，还会加快磨损；配合过松则影响运动精度，甚至会产生振动。因此除在安装过程中应仔细调整导轨的间隙外，在使用一段时间后因磨损还需重调，常用镶条和压板来调整导轨。平镶条1调节螺钉；2镶条；3紧固螺钉 1）镶条：应放在导轨受力小的一侧面，常用平镶条和楔形镶条两种。 a.平镶条: 平镶条靠调节螺钉1移动镶条2的位置而调整间隙的。4、直线导轨的安装与使用 b.楔形镶条: 楔形镶条两个面分别与动导轨和支撑导轨均匀接触，所以比平镶条的刚度高，但加工较困难。楔形镶条的斜度为1：1001：40，镶条越长斜度应越小，以免厚度相差太大。楔形镶条1调节螺钉；2、4、8镶条；3、5、6螺钉；7螺母；9拨动体4、直线