數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與故障檢修StructureandmaintenanceofNC第3章數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)ThemaindrivesystemofNC

數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與故障檢修Structureandmaint1目錄CONTENTS主軸及其部件結(jié)構(gòu)典型機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)一二三目錄CONTENTS主軸及其部件結(jié)構(gòu)典型機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

如圖所示VMC-15加工中心，工作臺(tái)行程X/Y/Z向20in/16in/20in（1inc=25.4mm），快進(jìn)速度400in/min，主軸轉(zhuǎn)速150—7500r/min，定位精度±0.0002in，主電機(jī)功率11.2KW。

課程導(dǎo)引圖3-1VMC-15型加工中心的外形圖1—對(duì)刀儀2—工作臺(tái)(X，Y軸進(jìn)給)3—第四軸旋轉(zhuǎn)頭4—刀庫(kù)5—防護(hù)裝置6—主軸箱(Z軸進(jìn)給)7—操作面板數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示VMC-15加工中心，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課件（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3-2所示為VMC-15加工中心的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其主傳動(dòng)路線為：交流主電動(dòng)機(jī)(150～7500r／min無(wú)級(jí)調(diào)速)→1∶1多楔帶傳動(dòng)→主軸。

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

課程導(dǎo)引圖3-2VMC-15加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)

1—主軸2—主軸箱3、6—帶輪

4—多楔帶5—主電動(dòng)機(jī)7—切削液噴嘴（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課程導(dǎo)引圖3-2VMC（2）刀具的自動(dòng)夾緊與放松VMC-15刀具在主軸上夾緊與放松的基本原理與大多數(shù)加工中心類(lèi)似，以碟形彈簧的彈性力拉緊，氣缸的氣壓力松開(kāi)。

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

課程導(dǎo)引圖3-3VMC-15加工中心主軸上刀柄夾緊與放松示意圖

1—鋼球2—拉桿3—套筒

4—主軸5—碟形彈簧（2）刀具的自動(dòng)夾緊與放松VMC-15刀具在主軸上夾緊與放（3）主軸軸承主軸定位于高精度的角接觸球軸承上，這種軸承成對(duì)組配，按給定級(jí)別預(yù)緊，其裝配在凈化室內(nèi)進(jìn)行。（4）準(zhǔn)停裝置在自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床上，切削力矩通常是通過(guò)刀桿的端面鍵來(lái)傳遞的，因此在每次自動(dòng)裝卸刀桿時(shí)，都必須使刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸上的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確周向定位的功能，即主軸準(zhǔn)停功能。（5）自動(dòng)吹屑在換刀過(guò)程中，難免會(huì)有灰塵、切屑等粘在刀柄的定位面及主軸的定位孔上，破壞了刀具的正確定位，影響加工零件的精度。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

課程導(dǎo)引（3）主軸軸承主軸定位于高精度的角接觸球軸承上，這種軸承成數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組件，與普通機(jī)床相比結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，因其變速功能全部或部分由主電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，齒輪變速機(jī)構(gòu)少或沒(méi)有，有的也僅是為進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組3.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

（1）調(diào)速范圍寬、并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，通用型范圍大，專(zhuān)用機(jī)床小。

（2）熱變形小電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都是熱源。

（3）主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度高主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下測(cè)量主軸前端和距離前端300mm處的徑向圓跳動(dòng)和端面跳動(dòng)值。

（4）主軸的靜剛度和抗振性較高由于數(shù)控機(jī)床加工精度較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高，因此對(duì)主軸的靜剛度和抗振性要求較高。

（5）主軸組件的耐磨性好、噪聲低主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長(zhǎng)期保持良好的精度。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)3.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

（1）調(diào)速范圍寬、并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)3.1.2主傳動(dòng)變速的方式數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍很寬，其主軸的傳動(dòng)變速方式主要有以下幾種：數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-4數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式

a)齒輪變速b)帶傳動(dòng)c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)d)電主軸1.帶有變速齒輪的主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）3.1.2主傳動(dòng)變速的方式數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.12.通過(guò)帶傳動(dòng)的主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，但傳遞轉(zhuǎn)矩小，變速范圍受電機(jī)限制。常用的有多楔帶和同步齒形帶。多楔帶結(jié)合了V帶及平帶的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)小、發(fā)熱少、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，線速度可達(dá)40m/s，且多楔帶與帶輪接觸好，負(fù)載分布均勻，瞬時(shí)超載不易打滑，能滿足主傳動(dòng)高速、傳遞轉(zhuǎn)矩大、不易打滑的要求，但在安裝時(shí)要求有較大的張緊力，增加了主軸和電機(jī)的徑向負(fù)載。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-5a)多楔帶2.通過(guò)帶傳動(dòng)的主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

同步齒形帶綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)（或齒輪傳動(dòng)）優(yōu)點(diǎn)，其帶形有梯形齒和圓弧齒兩種，如圖3-5b）所示。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-5b)同步齒形帶如圖3-6所示，帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過(guò)同步帶上輪齒與帶輪輪齒相嵌合，且由于同步帶上輪齒節(jié)距為定值實(shí)現(xiàn)兩者間無(wú)滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。圖3-6同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)同步齒形帶綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)（或齒輪傳動(dòng)）

同步齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：1）傳動(dòng)效率高，可達(dá)98％以上。2）無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確。3）傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。4）使用范圍較廣，速度可達(dá)50m／s，速比可達(dá)10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦。5）維修保養(yǎng)方便，不需要潤(rùn)滑。6）安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)同步齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）高速時(shí)通過(guò)帶傳動(dòng)、低速時(shí)通過(guò)齒輪傳動(dòng)，降速齒輪可使輸出轉(zhuǎn)矩提高，升速齒輪可使恒功率區(qū)擴(kuò)大，變速范圍增加，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不足和電機(jī)功率不能充分利用的問(wèn)題，但只有一個(gè)電機(jī)處于工作狀態(tài)，浪費(fèi)。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)3.用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳4.調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，剛度提高，但主軸輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩與主電機(jī)的輸出特性一致，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度有影響，使用上受到一定限制。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-7直接驅(qū)動(dòng)式4.調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)5.電主軸（無(wú)級(jí)變速）機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而使主軸部件從機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中獨(dú)立出來(lái)。成為“主軸單元”，又稱(chēng)為“電主軸”。其不存在復(fù)雜的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有調(diào)整范圍廣、振動(dòng)噪聲小、易控制、能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停、準(zhǔn)速、準(zhǔn)位，加工效率和加工精度高。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-8電主軸5.電主軸（無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控

主軸部件是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，包括主軸、主軸的支承、安裝在主軸上傳動(dòng)件、密封件、自動(dòng)夾緊裝置及吹屑裝置、準(zhǔn)停裝置等等。主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響機(jī)床加工精度和加工質(zhì)量，它的輸出功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率，自動(dòng)變速、準(zhǔn)停和換刀等功能影響機(jī)床的自動(dòng)化程度。因此，主軸部件應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：高回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、耐磨性和熱穩(wěn)定性等，而且在主軸上安裝有刀具或工件的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等，以求很好地解決刀具或工件的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調(diào)整和潤(rùn)滑密封等問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)主軸部件是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，包括主軸的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及熱處理對(duì)主軸組件的工作性能有很大影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有各種形式。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-13加工中心主軸主軸的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及1.主軸端部結(jié)構(gòu)形式主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的基準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形式都已標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控車(chē)床的主軸端部結(jié)構(gòu)一般采用短圓錐法蘭盤(pán)式，定心精度高、剛性好，其它類(lèi)型機(jī)床的主軸端部結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)1.主軸端部結(jié)構(gòu)形式數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-14幾種機(jī)床上通用的結(jié)構(gòu)形式

a)各種鉆床b)銑、鏜床c)外圓磨床、平面磨床、無(wú)心磨床等砂輪主軸d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課件2.主軸的主要尺寸參數(shù)（1）主軸直徑

主軸直徑越大，其剛度越高，但增加直徑使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承直徑越大，同精度等級(jí)的軸承公差值也越大，同時(shí)軸承極限轉(zhuǎn)速下降，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。（2）主軸內(nèi)孔直徑

主軸的內(nèi)徑用來(lái)通過(guò)棒料、通過(guò)刀具夾緊裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤(pán)等?？讖皆酱?，可通過(guò)的棒料直徑也越大，機(jī)床使用范圍就越廣，同時(shí)主軸重量減小。其孔徑大小取決于主軸剛度，≤0.3時(shí)空心實(shí)心相當(dāng)，＝0.5時(shí)空心約為實(shí)心90%，＞0.7時(shí)急劇下降，一般取0.5。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)2.主軸的主要尺寸參數(shù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸3.主軸的材料和熱處理主軸材料選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性要求的熱處理變形大小等因素確定，常用材料：45、40Cr、38CrMoAl等。一般要求的機(jī)床主軸選用45，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（預(yù)）獲得較好綜合機(jī)械性能（22-28HRC），再根據(jù)使用要求對(duì)一些表面進(jìn)行表面淬火（40-48HRC）；當(dāng)載荷較大或存在沖擊或精密機(jī)床高軸為減少熱處理后的變形或軸向移動(dòng)的主軸為提高耐磨性，可選用合金鋼如40Cr，調(diào)質(zhì)處理+表面淬火（42-50HRC），或是選用20Cr進(jìn)行滲碳淬火（56-62HRC）；高精密機(jī)床的主軸材料則選用38CrMoAl氮化處理，硬度850-1000HVC。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)3.主軸的材料和熱處理數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸硬度是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗(yàn)鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦，由其表面所呈現(xiàn)的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱(chēng)為銼試法，這種方法不太科學(xué)。用硬度試驗(yàn)器來(lái)試驗(yàn)極為準(zhǔn)確，是現(xiàn)代試驗(yàn)硬度常用的方法。最常用的試驗(yàn)法有洛氏硬度試驗(yàn)。洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)利用金剛石沖入金屬的深度來(lái)測(cè)定金屬的硬度，沖入深度愈大，硬度愈小。洛氏硬度（Rockwellhardness），這是由洛克威爾（S.P.Rockwell）在1921年提出來(lái)的，是使用洛氏硬度計(jì)所測(cè)定的金屬材料的硬度值。該值沒(méi)有單位，只用代號(hào)“HR”表示。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)。稱(chēng)為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。HRA是采用60Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：硬質(zhì)合金。HRB是采用100Kg載荷和直徑1.59mm淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、鑄鐵等。HRC是采用150Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料。例如：淬火鋼等其測(cè)量方法是，在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入待試材料的表面，產(chǎn)生凹痕，根據(jù)載荷解除后的凹痕深度，利用洛氏硬度計(jì)算公式HR=（K-H）/C便可以計(jì)算出洛氏硬度。洛氏硬度值顯示在硬度計(jì)的表盤(pán)上，可以直接讀取。上述公式中，K為常數(shù)，金剛石壓頭時(shí)K=0.2MM，淬火鋼球壓頭時(shí)K=0.26MM；H為主載荷解除后試件的壓痕深度；C也為常數(shù)，一般情況下C=0.002MM。由此可以看出，壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。對(duì)于硬度較高的制刀材料，制刀界通用HRC來(lái)表示刀鋒硬度，比如60HRC，即代表在試驗(yàn)載荷為1471.1N、使用頂角為120°的金剛石圓錐壓頭時(shí)，被試材料的壓痕深度為0.08MM。簡(jiǎn)而言之，硬度越高，抗磨損能力越高，但脆性也越大。硬度最高不超過(guò)60HRC。通常一把好刀的刀刃硬度應(yīng)在洛氏硬度50HRC以上，60HRC以下。硬度是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗(yàn)鋼鐵硬度的最普通方法4.主軸支承的主要精度指標(biāo)1）前支承軸承軸頸的同軸度公差約為5μm左右。2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配磨，且須保證配合過(guò)盈為1～5μm。3）定位錐孔與軸承軸頸的同軸度要求為3～5μm，與刀柄或車(chē)夾具定位圓錐面的接觸面積不小于80％，且大端接觸較好。4）裝NN3000K(舊編號(hào)為3182100)型調(diào)心圓柱滾子軸承的1∶12錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85％。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)4.主軸支承的主要精度指標(biāo)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.25.主軸部件的支承機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度，機(jī)床主軸多采用滾動(dòng)軸承作支承，對(duì)于精度要求高、承受較大切削載荷的主軸可采用動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承作支承。（1）主軸軸承的類(lèi)型1）滾動(dòng)軸承數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-15主軸常用的滾動(dòng)軸承5.主軸部件的支承數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其2）主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-17數(shù)控機(jī)床主軸支承的配置形式圖3-17a）所示配置：主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足強(qiáng)力切削要求，普遍應(yīng)用于各類(lèi)數(shù)控機(jī)床主軸支承，后支承可用圓柱滾子軸承進(jìn)一步提高后支承徑向剛度。圖3-17b）所示配置：主軸剛度不及a）所示，但其可以滿足主軸高轉(zhuǎn)速要求，普遍應(yīng)用于轉(zhuǎn)速范圍大、最高轉(zhuǎn)速高的數(shù)控機(jī)床，前支承采用四個(gè)或更多個(gè)角接觸軸承，后支承用兩個(gè)深溝球軸承以提高主軸剛度。圖3-17c）所示配置：主軸能承受較重載荷，徑向和軸向剛度高，但其主軸最高轉(zhuǎn)速低，適用于中等精度要求、低速、重載的數(shù)控機(jī)床主軸。2）主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸為提高主軸支承剛度，對(duì)于前后軸承組跨距較大的數(shù)控機(jī)床主軸，增加輔助支承形成所謂的“三支承”以有效地減少主軸彎曲變形，可設(shè)在中間支承也可設(shè)在后支承。輔助支承在徑向要保留必要游隙以避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，輔助支承一般選用深溝球軸承。液體靜壓軸承和動(dòng)壓軸承應(yīng)用在高轉(zhuǎn)速、高回轉(zhuǎn)精度的場(chǎng)合，如要求更高最高轉(zhuǎn)速，可使用空氣靜壓軸承。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)為提高主軸支承剛度，對(duì)于前后軸承組跨距（2）滾動(dòng)軸承間隙與預(yù)緊滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生微量預(yù)變形，受載后滾動(dòng)體數(shù)目增加受力趨于均勻，可提高承載能力及剛度，減少主軸軸向漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。若預(yù)緊過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致軸承磨損加劇、精度很快喪失。滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整或預(yù)緊是通過(guò)軸承內(nèi)、外圈相對(duì)軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)（2）滾動(dòng)軸承間隙與預(yù)緊數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主1）軸承內(nèi)圈移動(dòng)適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-18滾動(dòng)軸承的預(yù)緊1）軸承內(nèi)圈移動(dòng)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部2）修磨座圈（軸承內(nèi)外圈）或隔套數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-19修磨軸承座圈圖3-19a）為軸承外圈寬邊相對(duì)（背對(duì)背），可修磨內(nèi)圈。圖3-19b）為軸承外圈窄邊相對(duì)（面對(duì)面），可修磨外圈。2）修磨座圈（軸承內(nèi)外圈）或隔套數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3將兩個(gè)軸向長(zhǎng)度不同的隔套放在兩個(gè)軸承內(nèi)外圈之間，同時(shí)將內(nèi)圈、外圈壓緊，使?jié)L道產(chǎn)生預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-20隔套的應(yīng)用將兩個(gè)軸向長(zhǎng)度不同的隔套放在兩個(gè)軸承內(nèi)6、主軸內(nèi)切屑清除裝置為防止主軸錐孔中落入切屑、灰塵或其它污物，導(dǎo)致在拉緊刀桿時(shí)，錐孔表面和刀具錐柄會(huì)被劃傷，甚至使刀桿偏斜破壞正確定位，影響加工精度，常采用壓縮空氣在松開(kāi)刀具刀柄時(shí)由噴口經(jīng)過(guò)主軸中間通孔吹出，將錐孔清理干凈。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)6、主軸內(nèi)切屑清除裝置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸7、主軸部件的潤(rùn)滑與密封主軸部件的潤(rùn)滑與密封是機(jī)床使用和維護(hù)過(guò)程中值得重視的兩個(gè)問(wèn)題，良好的潤(rùn)滑可以降低軸承的工作溫度、延長(zhǎng)壽命，密封不僅要防止灰塵、切屑和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥托孤?。?shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)7、主軸部件的潤(rùn)滑與密封數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主1）油脂潤(rùn)滑方式是目前在數(shù)控機(jī)床的主軸軸承上最常用的潤(rùn)滑方式，特別是在前支承軸承上更是常用。2）在數(shù)控機(jī)床主軸上，有采用油液循環(huán)潤(rùn)滑方式的。3)油霧潤(rùn)滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴到需潤(rùn)滑的部位的潤(rùn)滑方式。4)油氣潤(rùn)滑方式是針對(duì)高速主軸而開(kāi)發(fā)的新型潤(rùn)滑方式。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-23恒溫油液循環(huán)潤(rùn)滑冷卻方式圖3-24油氣潤(rùn)滑1）油脂潤(rùn)滑方式是目前在數(shù)控機(jī)床的主軸軸承上最常用的潤(rùn)滑方式在用油液潤(rùn)滑角接觸軸承時(shí)要注意其泵油效應(yīng)，必須使油液從軸承小口進(jìn)入，如圖3-25所示。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-25角接觸軸承油液潤(rùn)滑在用油液潤(rùn)滑角接觸軸承時(shí)要注意其泵油效應(yīng)，必須3.3.1數(shù)控車(chē)床的主軸部件主軸部件的精度、剛度及熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接影響。數(shù)控車(chē)床的主軸支承方式有三種：1）前支承采用雙列圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列球軸承組合，后支承采用成對(duì)安裝角接觸球軸承。綜合剛度好，應(yīng)用普遍。2）前支承采用高精度雙列（或）角接觸球軸承，后支承采用單列（或雙列）角接觸球軸承。高速、輕載、精密主軸。3）前、后支承采用雙列和單列圓錐滾子軸承。中等精度、低速、重載主軸。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)3.3.1數(shù)控車(chē)床的主軸部件數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1.卡盤(pán)通用夾具（三爪自定心、四爪單動(dòng)卡盤(pán)或彈簧夾頭）。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-28液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力自定心夾盤(pán)

1—驅(qū)動(dòng)爪2—卡爪3—卡盤(pán)4—活塞桿5—液壓缸6、7—行程開(kāi)關(guān)1.卡盤(pán)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課件2.主軸編碼器為與主軸同步的光電脈沖發(fā)生器，可通過(guò)中間軸齒輪1：1傳動(dòng)也可同軸安裝。利用主軸編碼器檢測(cè)主軸運(yùn)動(dòng)信號(hào)一方面可實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速的數(shù)字反饋，另一方面可用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，如車(chē)削螺紋要求輸入進(jìn)給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)與主軸轉(zhuǎn)速間有對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-29編碼器2.主軸編碼器數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-31光電脈沖發(fā)生器原理圖

1—燈泡2—聚光鏡3—漏光盤(pán)4—光敏管5—光欄板數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-3【實(shí)例3-4】TND360型數(shù)控車(chē)床主軸部件數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-32TND360型數(shù)控車(chē)床的主軸部件【實(shí)例3-4】TND360型數(shù)控車(chē)床主軸部件數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)3.C軸功能數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-33車(chē)削加工中心C軸3.C軸功能數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸3.3.2自動(dòng)換刀數(shù)控銑床的主軸部件1.主軸的準(zhǔn)停功能（周向定位）當(dāng)主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制其周向停于固定位置。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-38主軸準(zhǔn)停換刀示意圖圖3-39主軸準(zhǔn)停階梯孔或精鏜孔示意圖3.3.2自動(dòng)換刀數(shù)控銑床的主軸部件數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)1）機(jī)械準(zhǔn)停控制

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-40典型的V形槽輪定

位盤(pán)機(jī)械準(zhǔn)停原理示意圖1）機(jī)械準(zhǔn)?？刂?/p>

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床2）電氣準(zhǔn)停控制（1）直接利用主軸編碼器控制（2）磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂茢?shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)圖3-41主軸電氣準(zhǔn)停2）電氣準(zhǔn)?？刂茢?shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主2.刀具自動(dòng)裝卸及吹屑裝置1）7：24錐孔2）工作原理3）吹屑數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3典型機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)2.刀具自動(dòng)裝卸及吹屑裝置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.3謝謝大家！謝謝大家！48數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與故障檢修StructureandmaintenanceofNC第3章數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)ThemaindrivesystemofNC

數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與故障檢修Structureandmaint49目錄CONTENTS主軸及其部件結(jié)構(gòu)典型機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)一二三目錄CONTENTS主軸及其部件結(jié)構(gòu)典型機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

如圖所示VMC-15加工中心，工作臺(tái)行程X/Y/Z向20in/16in/20in（1inc=25.4mm），快進(jìn)速度400in/min，主軸轉(zhuǎn)速150—7500r/min，定位精度±0.0002in，主電機(jī)功率11.2KW。

課程導(dǎo)引圖3-1VMC-15型加工中心的外形圖1—對(duì)刀儀2—工作臺(tái)(X，Y軸進(jìn)給)3—第四軸旋轉(zhuǎn)頭4—刀庫(kù)5—防護(hù)裝置6—主軸箱(Z軸進(jìn)給)7—操作面板數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示VMC-15加工中心，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課件（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3-2所示為VMC-15加工中心的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其主傳動(dòng)路線為：交流主電動(dòng)機(jī)(150～7500r／min無(wú)級(jí)調(diào)速)→1∶1多楔帶傳動(dòng)→主軸。

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

課程導(dǎo)引圖3-2VMC-15加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)

1—主軸2—主軸箱3、6—帶輪

4—多楔帶5—主電動(dòng)機(jī)7—切削液噴嘴（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課程導(dǎo)引圖3-2VMC（2）刀具的自動(dòng)夾緊與放松VMC-15刀具在主軸上夾緊與放松的基本原理與大多數(shù)加工中心類(lèi)似，以碟形彈簧的彈性力拉緊，氣缸的氣壓力松開(kāi)。

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

課程導(dǎo)引圖3-3VMC-15加工中心主軸上刀柄夾緊與放松示意圖

1—鋼球2—拉桿3—套筒

4—主軸5—碟形彈簧（2）刀具的自動(dòng)夾緊與放松VMC-15刀具在主軸上夾緊與放（3）主軸軸承主軸定位于高精度的角接觸球軸承上，這種軸承成對(duì)組配，按給定級(jí)別預(yù)緊，其裝配在凈化室內(nèi)進(jìn)行。（4）準(zhǔn)停裝置在自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床上，切削力矩通常是通過(guò)刀桿的端面鍵來(lái)傳遞的，因此在每次自動(dòng)裝卸刀桿時(shí)，都必須使刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸上的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確周向定位的功能，即主軸準(zhǔn)停功能。（5）自動(dòng)吹屑在換刀過(guò)程中，難免會(huì)有灰塵、切屑等粘在刀柄的定位面及主軸的定位孔上，破壞了刀具的正確定位，影響加工零件的精度。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

課程導(dǎo)引（3）主軸軸承主軸定位于高精度的角接觸球軸承上，這種軸承成數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組件，與普通機(jī)床相比結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，因其變速功能全部或部分由主電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，齒輪變速機(jī)構(gòu)少或沒(méi)有，有的也僅是為進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組3.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

（1）調(diào)速范圍寬、并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，通用型范圍大，專(zhuān)用機(jī)床小。

（2）熱變形小電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都是熱源。

（3）主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度高主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下測(cè)量主軸前端和距離前端300mm處的徑向圓跳動(dòng)和端面跳動(dòng)值。

（4）主軸的靜剛度和抗振性較高由于數(shù)控機(jī)床加工精度較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高，因此對(duì)主軸的靜剛度和抗振性要求較高。

（5）主軸組件的耐磨性好、噪聲低主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長(zhǎng)期保持良好的精度。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)3.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

（1）調(diào)速范圍寬、并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)3.1.2主傳動(dòng)變速的方式數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍很寬，其主軸的傳動(dòng)變速方式主要有以下幾種：數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-4數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式

a)齒輪變速b)帶傳動(dòng)c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)d)電主軸1.帶有變速齒輪的主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）3.1.2主傳動(dòng)變速的方式數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.12.通過(guò)帶傳動(dòng)的主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，但傳遞轉(zhuǎn)矩小，變速范圍受電機(jī)限制。常用的有多楔帶和同步齒形帶。多楔帶結(jié)合了V帶及平帶的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)小、發(fā)熱少、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，線速度可達(dá)40m/s，且多楔帶與帶輪接觸好，負(fù)載分布均勻，瞬時(shí)超載不易打滑，能滿足主傳動(dòng)高速、傳遞轉(zhuǎn)矩大、不易打滑的要求，但在安裝時(shí)要求有較大的張緊力，增加了主軸和電機(jī)的徑向負(fù)載。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-5a)多楔帶2.通過(guò)帶傳動(dòng)的主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)

同步齒形帶綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)（或齒輪傳動(dòng)）優(yōu)點(diǎn)，其帶形有梯形齒和圓弧齒兩種，如圖3-5b）所示。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-5b)同步齒形帶如圖3-6所示，帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過(guò)同步帶上輪齒與帶輪輪齒相嵌合，且由于同步帶上輪齒節(jié)距為定值實(shí)現(xiàn)兩者間無(wú)滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。圖3-6同步齒形帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)同步齒形帶綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)（或齒輪傳動(dòng)）

同步齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：1）傳動(dòng)效率高，可達(dá)98％以上。2）無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確。3）傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。4）使用范圍較廣，速度可達(dá)50m／s，速比可達(dá)10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦。5）維修保養(yǎng)方便，不需要潤(rùn)滑。6）安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)同步齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）高速時(shí)通過(guò)帶傳動(dòng)、低速時(shí)通過(guò)齒輪傳動(dòng)，降速齒輪可使輸出轉(zhuǎn)矩提高，升速齒輪可使恒功率區(qū)擴(kuò)大，變速范圍增加，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不足和電機(jī)功率不能充分利用的問(wèn)題，但只有一個(gè)電機(jī)處于工作狀態(tài)，浪費(fèi)。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)3.用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（分段無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳4.調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，剛度提高，但主軸輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩與主電機(jī)的輸出特性一致，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度有影響，使用上受到一定限制。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-7直接驅(qū)動(dòng)式4.調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)（無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)5.電主軸（無(wú)級(jí)變速）機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而使主軸部件從機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中獨(dú)立出來(lái)。成為“主軸單元”，又稱(chēng)為“電主軸”。其不存在復(fù)雜的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有調(diào)整范圍廣、振動(dòng)噪聲小、易控制、能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停、準(zhǔn)速、準(zhǔn)位，加工效率和加工精度高。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)圖3-8電主軸5.電主軸（無(wú)級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1數(shù)控

主軸部件是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，包括主軸、主軸的支承、安裝在主軸上傳動(dòng)件、密封件、自動(dòng)夾緊裝置及吹屑裝置、準(zhǔn)停裝置等等。主軸部件質(zhì)量的好壞直接影響機(jī)床加工精度和加工質(zhì)量，它的輸出功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率，自動(dòng)變速、準(zhǔn)停和換刀等功能影響機(jī)床的自動(dòng)化程度。因此，主軸部件應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：高回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、耐磨性和熱穩(wěn)定性等，而且在主軸上安裝有刀具或工件的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的清理裝置等，以求很好地解決刀具或工件的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調(diào)整和潤(rùn)滑密封等問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)主軸部件是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，包括主軸的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及熱處理對(duì)主軸組件的工作性能有很大影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有各種形式。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-13加工中心主軸主軸的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及1.主軸端部結(jié)構(gòu)形式主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的基準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形式都已標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控車(chē)床的主軸端部結(jié)構(gòu)一般采用短圓錐法蘭盤(pán)式，定心精度高、剛性好，其它類(lèi)型機(jī)床的主軸端部結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)1.主軸端部結(jié)構(gòu)形式數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-14幾種機(jī)床上通用的結(jié)構(gòu)形式

a)各種鉆床b)銑、鏜床c)外圓磨床、平面磨床、無(wú)心磨床等砂輪主軸d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課件2.主軸的主要尺寸參數(shù)（1）主軸直徑

主軸直徑越大，其剛度越高，但增加直徑使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承直徑越大，同精度等級(jí)的軸承公差值也越大，同時(shí)軸承極限轉(zhuǎn)速下降，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。（2）主軸內(nèi)孔直徑

主軸的內(nèi)徑用來(lái)通過(guò)棒料、通過(guò)刀具夾緊裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤(pán)等。孔徑越大，可通過(guò)的棒料直徑也越大，機(jī)床使用范圍就越廣，同時(shí)主軸重量減小。其孔徑大小取決于主軸剛度，≤0.3時(shí)空心實(shí)心相當(dāng)，＝0.5時(shí)空心約為實(shí)心90%，＞0.7時(shí)急劇下降，一般取0.5。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)2.主軸的主要尺寸參數(shù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸3.主軸的材料和熱處理主軸材料選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性要求的熱處理變形大小等因素確定，常用材料：45、40Cr、38CrMoAl等。一般要求的機(jī)床主軸選用45，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（預(yù)）獲得較好綜合機(jī)械性能（22-28HRC），再根據(jù)使用要求對(duì)一些表面進(jìn)行表面淬火（40-48HRC）；當(dāng)載荷較大或存在沖擊或精密機(jī)床高軸為減少熱處理后的變形或軸向移動(dòng)的主軸為提高耐磨性，可選用合金鋼如40Cr，調(diào)質(zhì)處理+表面淬火（42-50HRC），或是選用20Cr進(jìn)行滲碳淬火（56-62HRC）；高精密機(jī)床的主軸材料則選用38CrMoAl氮化處理，硬度850-1000HVC。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)3.主軸的材料和熱處理數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸硬度是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗(yàn)鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦，由其表面所呈現(xiàn)的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱(chēng)為銼試法，這種方法不太科學(xué)。用硬度試驗(yàn)器來(lái)試驗(yàn)極為準(zhǔn)確，是現(xiàn)代試驗(yàn)硬度常用的方法。最常用的試驗(yàn)法有洛氏硬度試驗(yàn)。洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)利用金剛石沖入金屬的深度來(lái)測(cè)定金屬的硬度，沖入深度愈大，硬度愈小。洛氏硬度（Rockwellhardness），這是由洛克威爾（S.P.Rockwell）在1921年提出來(lái)的，是使用洛氏硬度計(jì)所測(cè)定的金屬材料的硬度值。該值沒(méi)有單位，只用代號(hào)“HR”表示。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)。稱(chēng)為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。HRA是采用60Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：硬質(zhì)合金。HRB是采用100Kg載荷和直徑1.59mm淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、鑄鐵等。HRC是采用150Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料。例如：淬火鋼等其測(cè)量方法是，在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入待試材料的表面，產(chǎn)生凹痕，根據(jù)載荷解除后的凹痕深度，利用洛氏硬度計(jì)算公式HR=（K-H）/C便可以計(jì)算出洛氏硬度。洛氏硬度值顯示在硬度計(jì)的表盤(pán)上，可以直接讀取。上述公式中，K為常數(shù)，金剛石壓頭時(shí)K=0.2MM，淬火鋼球壓頭時(shí)K=0.26MM；H為主載荷解除后試件的壓痕深度；C也為常數(shù)，一般情況下C=0.002MM。由此可以看出，壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。對(duì)于硬度較高的制刀材料，制刀界通用HRC來(lái)表示刀鋒硬度，比如60HRC，即代表在試驗(yàn)載荷為1471.1N、使用頂角為120°的金剛石圓錐壓頭時(shí)，被試材料的壓痕深度為0.08MM。簡(jiǎn)而言之，硬度越高，抗磨損能力越高，但脆性也越大。硬度最高不超過(guò)60HRC。通常一把好刀的刀刃硬度應(yīng)在洛氏硬度50HRC以上，60HRC以下。硬度是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗(yàn)鋼鐵硬度的最普通方法4.主軸支承的主要精度指標(biāo)1）前支承軸承軸頸的同軸度公差約為5μm左右。2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配磨，且須保證配合過(guò)盈為1～5μm。3）定位錐孔與軸承軸頸的同軸度要求為3～5μm，與刀柄或車(chē)夾具定位圓錐面的接觸面積不小于80％，且大端接觸較好。4）裝NN3000K(舊編號(hào)為3182100)型調(diào)心圓柱滾子軸承的1∶12錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85％。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)4.主軸支承的主要精度指標(biāo)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.25.主軸部件的支承機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度，機(jī)床主軸多采用滾動(dòng)軸承作支承，對(duì)于精度要求高、承受較大切削載荷的主軸可采用動(dòng)壓或靜壓滑動(dòng)軸承作支承。（1）主軸軸承的類(lèi)型1）滾動(dòng)軸承數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-15主軸常用的滾動(dòng)軸承5.主軸部件的支承數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其2）主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-17數(shù)控機(jī)床主軸支承的配置形式圖3-17a）所示配置：主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足強(qiáng)力切削要求，普遍應(yīng)用于各類(lèi)數(shù)控機(jī)床主軸支承，后支承可用圓柱滾子軸承進(jìn)一步提高后支承徑向剛度。圖3-17b）所示配置：主軸剛度不及a）所示，但其可以滿足主軸高轉(zhuǎn)速要求，普遍應(yīng)用于轉(zhuǎn)速范圍大、最高轉(zhuǎn)速高的數(shù)控機(jī)床，前支承采用四個(gè)或更多個(gè)角接觸軸承，后支承用兩個(gè)深溝球軸承以提高主軸剛度。圖3-17c）所示配置：主軸能承受較重載荷，徑向和軸向剛度高，但其主軸最高轉(zhuǎn)速低，適用于中等精度要求、低速、重載的數(shù)控機(jī)床主軸。2）主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸為提高主軸支承剛度，對(duì)于前后軸承組跨距較大的數(shù)控機(jī)床主軸，增加輔助支承形成所謂的“三支承”以有效地減少主軸彎曲變形，可設(shè)在中間支承也可設(shè)在后支承。輔助支承在徑向要保留必要游隙以避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，輔助支承一般選用深溝球軸承。液體靜壓軸承和動(dòng)壓軸承應(yīng)用在高轉(zhuǎn)速、高回轉(zhuǎn)精度的場(chǎng)合，如要求更高最高轉(zhuǎn)速，可使用空氣靜壓軸承。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)為提高主軸支承剛度，對(duì)于前后軸承組跨距（2）滾動(dòng)軸承間隙與預(yù)緊滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體上，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生微量預(yù)變形，受載后滾動(dòng)體數(shù)目增加受力趨于均勻，可提高承載能力及剛度，減少主軸軸向漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。若預(yù)緊過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致軸承磨損加劇、精度很快喪失。滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整或預(yù)緊是通過(guò)軸承內(nèi)、外圈相對(duì)軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)（2）滾動(dòng)軸承間隙與預(yù)緊數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主1）軸承內(nèi)圈移動(dòng)適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-18滾動(dòng)軸承的預(yù)緊1）軸承內(nèi)圈移動(dòng)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部2）修磨座圈（軸承內(nèi)外圈）或隔套數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-19修磨軸承座圈圖3-19a）為軸承外圈寬邊相對(duì)（背對(duì)背），可修磨內(nèi)圈。圖3-19b）為軸承外圈窄邊相對(duì)（面對(duì)面），可修磨外圈。2）修磨座圈（軸承內(nèi)外圈）或隔套數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3將兩個(gè)軸向長(zhǎng)度不同的隔套放在兩個(gè)軸承內(nèi)外圈之間，同時(shí)將內(nèi)圈、外圈壓緊，使?jié)L道產(chǎn)生預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)圖3-20隔套的應(yīng)用將兩個(gè)軸向長(zhǎng)度不同的隔套放在兩個(gè)軸承內(nèi)6、主軸內(nèi)切屑清除裝置為防止主軸錐孔中落入切屑、灰塵或其它污物，導(dǎo)致在拉緊刀桿時(shí)，錐孔表面和刀具錐柄會(huì)被劃傷，甚至使刀桿偏斜破壞正確定位，影響加工精度，常采用壓縮空氣在松開(kāi)刀具刀柄時(shí)由噴口經(jīng)過(guò)主軸中間通孔吹出，將錐孔清理干凈。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸及其部件結(jié)構(gòu)6、主軸內(nèi)切屑清除裝置數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)3.2主軸7、主軸部件的潤(rùn)滑與密封主軸部件的潤(rùn)滑與密封是機(jī)床使用和維護(hù)過(guò)程中值得重視的兩個(gè)問(wèn)題，良好的潤(rùn)滑可以降低軸承的工作溫度、延長(zhǎng)壽命，密封不僅要防止灰塵、切屑和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥托孤?。?shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑