数控机床的典型部件课件

第三章数控机床的典型部件数控机床主轴部件数控机床进给装置数控机床的导轨数控机床的位置检测装置数控机床辅助装置数控机床刀具第三章数控机床的典型部件数控机床主轴部件学习导论通过本章内容的学习，能够使读者掌握数控机床主轴驱动方式及支承方式；常见机械传动副消除间隙措施；滚珠丝杠螺母副的支承方式；数控回转、分度工作台结构及工作原理；了解数控机床导轨结构；位置检测装置类型、结构及工作原理；包括自动排屑装置、液压装置、气动装置在内的数控机床辅助装置结构；数控机床用刀具性能等。高速加工技术是近年来迅速崛起的一项先进制造技术，本章特别增加了高速加工的内容，以开阔读者眼界。学习导论通过本章内容的学习，能够使读者掌握数控机床主轴驱动方数控机床主轴部件数控机床主轴部件一、对主轴驱动的要求（1）

调速范围足够大

数控机床主轴驱动要求有较大的调速范围，以满足各种工况的切削，获得最合理的切削速度，从而保证加工精度、加工表面质量及高的生产效率。特别是对于具有自动换刀装置的加工中心，为适应各种刀具、各种材料的加工，对主轴的调速范围要求更高。实现无级变速

数控机床主轴的速度是由数控加工程序中的Ｓ指令控制的，要求能在较大的转速范围内进行无级连续调速，减少中间传动环节，简化主轴的机械结构，一般要求主轴具备1∶（100～1000）的恒转矩调速范围和1∶10的恒功率调速范围。一、对主轴驱动的要求（1）调速范围足够大一、对主轴驱动的要求（2）数控机床主传动要求有四象限的驱动能力

数控机床要求主轴在正、反转动时均可进行加减速控制，即要求主轴有四象限驱动能力，并尽可能缩短加减速时间。车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能

在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴与进给驱动实行同步控制，即主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功能。一、对主轴驱动的要求（2）数控机床主传动要求有四象限的驱动能一、对主轴驱动的要求（3）加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能

在加工中心上自动换刀时，主轴须停止在一个固定不变的方位上，以保证换刀位置的准确以及某些加工工艺的需要，即要求主轴具有高精度的准停功能。具有恒线速度切削控制功能

利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求刀具切削的线速度为恒定值。一、对主轴驱动的要求（3）加工中心上，要求主轴具有高精度的准二、主轴驱动装置和主轴部件功率特性的匹配数控机床主轴驱动电动机和主轴部件功率特性的匹配

数控机床主轴运动的传动，电动机和主轴的功率特性必须相匹配。由于主轴要求的恒功率变速范围Rnp远大于电动机的恒功率变速范围Rdp，所以在电动机和主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。

二、主轴驱动装置和主轴部件功率特性的匹配数控机床主轴驱动电动三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（1）分段无级变速

数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。—般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，即解决电动机驱动和主轴传动功率的匹配问题，使之成为分段无级变速。三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（1）分段无级变速数控机床主运动传动方式图例数控机床主运动传动方式图例三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（2）数控机床主轴带传动变速

主轴带传动变速主要是将电动机的旋转运动通过带传动传递给主轴。这种传动方式多见于数控车床和中、小型加工中心，它可避免齿轮传动时引起的振动与噪声，三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（2）数控机床主轴带三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（3）调速电动机直接驱动主轴传动

数控机床—般采用直流或交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现主轴无级变速，三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（3）调速电动机直接三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（4）主轴传递的功率或转矩与转速之间的关系

如图所示，当机床处在连续运转状态时，主轴的转速在437～3500r／min范围内，主轴传递电动机的全部功率为llkW，为主轴的恒功率区域Ⅱ(图中实线部分)。在这个区域内，主轴的最大输出扭矩(245N·m)随着主轴转速的增高而变小。主轴转速在35～437r／min范围内，主轴的输出转矩不变，称为主轴的恒转矩区域Ⅰ(图中实线部分)。在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴转速的降低而减小。三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（4）主轴传递的功率主轴功率转矩特性图例主轴功率转矩特性图例三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（5）主轴直接驱动还有一种方式是内置电动机主轴变速。将调速电动机与主轴合成一体（电动机转子轴即为机床主轴），这是近年来新出现的一种结构。这种变速方式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，但主轴的输出转矩较小，电动机发热对主轴精度影响较大。三、数控机床主轴传动方式、特点及应用范围（5）主轴直接驱动还四、主轴的支承方式(1)数控机床主轴部件常用轴承类型(1)锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为l∶12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大，刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄，因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造精度，以免轴颈

与箱体孔的形状误差使轴承滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴承只能承受径向载荷。锥孔双列圆柱滚子轴承径向间隙调整几种常见的结构如图所示。四、主轴的支承方式(1)数控机床主轴部件常用轴承类型(1)主轴常用滚动轴承图例主轴常用滚动轴承图例四、主轴的支承方式(2)数控机床主轴部件常用轴承类型(2)双列推力向心球轴承，接触角60°，球径小，数目多，能承受双向轴向载荷。磨薄中间隔套，可以凋整间隙或预紧，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作主轴的前支承，并将其外圈外径作成负公差，保证只承受轴向载荷。四、主轴的支承方式(2)数控机床主轴部件常用轴承类型(2)四、主轴的支承方式(3)数控机床主轴部件常用轴承类型(3)双列圆锥滚子轴承，它有—个公用外圈和两个内圈，由外圈的凸肩在箱体上进行轴向定位，箱体孔可以镗成通孔。磨薄中间隔套可以调整间隙或预紧，两列滚子的数目相差—个，能使振动频率不—致，明显改善了轴承的动态特性。这种轴承能同时承受径向和轴向载荷，通常用作主轴的前支承。四、主轴的支承方式(3)数控机床主轴部件常用轴承类型(3)四、主轴的支承方式(4)数控机床主轴部件常用轴承类型(4)带凸肩的双列空心圆柱滚子轴承，结构上与图c相似，可用作主轴前支承。滚子作成空心的，保持架为整体结构，充满滚子之间的间隙，润滑油由空心滚子端面流向挡边摩擦处，可有效地进行润滑和冷却。空心滚子承受冲击载荷时可产生微小变形，能增