数控机床技术(第五章数控机床的主传动系统)
数控机床的典型机械结构
高传动件的制造精度与刚度。 • ３. 具有良好的抗振性和热稳定性 • 数控机床一般既要进行粗加工, 又要进行精加工。
上一页 下一页 返回
５. ２ 数控机床主轴系统
• 加工时由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过 程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰, 使主轴产生振 动, 影响加工精度和表面粗糙度, 严重时甚至会破坏刀具或工件, 使加 工无法进行。 主轴系统的发热可能导致所有零部件产生热变形, 降低 传动效率, 破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度而造成加工误 差。 因此, 要求主轴组件要有较高的固有频率、较好的动平衡、保持 合适的配合间隙并进行循环润滑等。
• 数控机床的机械结构仍然继承了普通机床的构成模式, 其零部件的设 计方法也同样类似于普通机床。
下一页 返回
５. １ 数控机床的机械结构概述
• 但近年来, 随着进给驱动、主轴驱动和ＣＮＣ 的发展, 为适应高生产 效率的需要, 现今的数控机床有着独特的机械结构, 除机床基础件外, 主要由以下各部分组成。
上一页 下一页 返回
第6章 数组
• 6.1 一维数组 • 6.2 二维数组 • 6.3 字符数组 • 6.4 数组程序举例
6.1 一维数组
• 6.1.1一维数组的定义方式 • 一维数组的定义方式为: • 类型说明符数组名[常量表达式]; • 其中: • 类型说明符可以是任何一种基本数据类型或构造数据类型。 • 数组名是用户定义的数组标识符。 • 方括号中的常量表达式须为整型，其值表小数组元素的个数，也称为
来表示。 • (5)允许在同一个类型说明中说明多个数组和多个变量。
数控机床的主传动系统
三、 典型数控机床的主轴部件
主轴部件是数控机床的关键部件，其 精度、刚度和热变形对加工质量有直接的 影响。本节主要介绍数控车床、数控铣床 和加工中心的主轴部件结构。
在自动换刀过程时，能自动松开 和夹紧刀具夹紧是主轴部件典型
结构。
要求恒功率调速范围尽可能大，以便在尽 可能低的速度下，利用其全功率。
变速范围负载波动时，速度应稳定。
AD-15B FANUC αP18/6000i电机功能曲线图
控制功能的多样化 • 同步控制功能：CNC车床车螺纹用； • 主轴准停功能：加工中心自动换刀、自动装卸 、 CNC车床车螺纹用；（主轴实现定向控制） • 恒线速切削功能：CNC车床和CNC磨床在进行 端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求 ，要求接触点处的线速度为恒值；(AD-15B以车 代磨，零件表面粗糙度能达到0.8，铝件0.4) • C轴控制功能：车削中心。
对加工中心除上述要求外，还应有：(在机械 结构方面) 刀具的自动夹紧装置 主轴的准停装置 主轴孔的清理装置等
1、主轴端部的结构
端部用于安装刀具或夹持工件的夹具， 因此，要保证刀具或夹具定位（轴向、定 心）准确，装夹可靠、牢固，而且装卸方 便。
目前，主轴的端部形状已标准化。
图2-9（a）所示为车床主轴端部，卡盘靠前端 的短圆锥面和凸缘端面定位，用端面键传递扭 矩，卡盘装有固定螺栓。卡盘装于主轴端部时， 螺栓从凸缘的孔中穿过，转动快卸卡盘将数个 螺栓同时拴住，再拧紧螺母将卡盘固定在主轴 端部。主轴为空心轴，前端为莫式锥孔，用于 安装顶尖或心轴。 图2-9（b）所示为铣镗床主轴端部（用拉杆从 主轴后端拉紧，铣刀上有螺纹孔） 图2-9（c）所示为外圆磨床砂轮主轴端部
20215302021530may3020213020215302021530202151212202151213主轴电动机202151214202151215主轴电动机202151216转速较高变速范围不大的小型数控机床常用它通过一级带传动实现变速不用齿轮变速受电动机调速范围的限制适用于高速低扭矩特性要求的主轴鑫盛ad15ad25202151217鑫盛ad15454500rmin454500rpm202151218202151219两个电动机分别驱动主轴图21c调速电动机直接驱动主轴图21de一种为
数控机床的主传动系统
上一页 下一页 返回
2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
左移动，在设计活塞杆2和套简4的截面面积时，应使油压作 用在套简4的圆环上向右的推力大于活塞杆2向左的推力，因 而套简4仍然压在液压缸,5的右端，使活塞杆2紧靠在套简4的 右端，此时，拨叉和三联齿轮被限制在中间位置，行程开关 发出信号。
第二章 数控机床的主传动系统
2.1 数控机床对主传动系统的要求 2.2 数控机床主轴的传动方式与主传动
系统类型 2.3 主轴部件 2.4 主轴准停与主轴的同步运行功能 2.5 主轴润滑与密封 2.6 电主轴
2.1 数控机床对主传动系统的要求
主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的 功率大，是数控机床的关键部件之一，对它的精度、刚度、 噪声、温升、热变形都有严格的要求。
数控机床与普通机床比较，其主传动系统应达到如下要求: (1)较高的主轴转速，较宽的调速范围，并实现无级调速由于
数控机床工艺范围宽、工艺能力强，为满足各种工况的切削， 获得最合理的切削用量，从而保证加工精度、加工表面质量 及高的生产效率，必须具有较高的转速和较大的调速范围。 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。它能使数控 机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工，
置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴实现定向 控制。此外，为实现主轴快速自动换刀功能，必须设i「有刀 具的自动夹紧机构。
上一页 返回
2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
2.2.1 数控机床主轴的传动方式
1.齿轮传动方式 如图2-1所示的齿轮传动方式，一般大、中型数控机床多采
数控机床的主传动系统
•
数控技术、伺服驱动技术的发展及在机 床上的应用，为数控机床的自动化、高 精度、高效率提供了可能性，但要将可 能性变成现实，则必须要求数控机床的 机械结构具有优良的特性才能保证。这 些特征包括结构的静刚度、抗振性、热 稳定性、低速运动的平稳性及运动时的 摩擦特性、几何精度、传动精度等。
• 1、提高机床结构的静刚度 • 机床结构的静刚度是指在切削力和其 他力的作用下，机床抵抗变形的能力。 • 有标准规定数控机床的刚度系数应比 类似的普通机床高50%。
4、数控机床交换工作台的布局
图2-4b 是回转式双交换工作台布局图，用于立柱移动 式加工中心。其工作过程是：首先在Ⅱ工位（装卸工位）工作 台上装上工件，交换开始后，Ⅰ工位（加工工位）的工作台夹 紧机构自动松开；交换回转台抬起，进行180 º 回转，将Ⅱ工位 上工作台转到Ⅰ工位的位置，并夹紧。在机床进行工件加工的 同时，操作者可以在Ⅰ工位装卸工件，准备第二次交换。 回转式双交换工作台的优点是交换速度快，定位精度高； 对冷却、切屑的防护容易；缺点是结构较复杂，占地面积大。
• 1）合理设计基础件的截面形状和尺寸 • 机床在外力的作用下，各基础件将承受弯 曲和扭转载荷，其弯曲和扭转变形的大小 则取决于基础件的截面抗弯和抗扭惯性矩， 抗弯、抗扭惯性矩大，变形则小，刚度就 高。 • 教材p56表3-1列出了在截面积相同 （即重量相同）时，不同截面形状和尺寸 的惯性矩。
• 由表中数据可知： • ①在形状和截面积相同时，减小壁厚， 加大截面轮廓尺寸，可大大增加刚度； • ②封闭截面的刚度远远高于不封闭截面 的刚度； • ③圆形截面的抗扭刚度高于方形截面， 抗弯刚度则低于方形截面； • ④矩形截面在尺寸大的方向具有很高的 抗弯刚度。
第二章
数控机床的结构
数控机床的主传动系统
高速加工、精密定位
主轴驱动系统的设计与选择
设计原则
高可靠性 良好的动态响应 经济性考虑
选择因素
机床类型 加工要求 成本预算
常见类型
交流伺服驱动系统 直流传动系统 混合驱动系统
● 03
第3章 数控机床的进给传动 系统
进给传动系统的组成与作 用
进给传动系统主要包括进给驱动装置、进给传动 机构和进给系统的控制与调节三个部分。进给驱 动装置负责提供动力，进给传动机构负责传递动 力并实现所需的运动轨迹，进给系统的控制与调 节负责对整个系统的运行进行精确控制。
主传动系统是数控机床的核心部件之一，它主要 由主轴装置、传动装置、主轴驱动系统等组成， 负责传递动力并确保机床加工的精度和速度。
主轴的类型与特性
电主轴
高速、高精度
复合主轴
结合电主轴与机 械主轴特点
机械主轴
结构简单、成本 低
主轴定向控制
01 控制意义
保证加工精度
02 控制方法
光电编码器、霍尔效应
部分控制信号依赖于反馈信号
电气控制系统的故障诊断与维 护
故障诊断方法包括观察法、信号分析法、模拟法 等；故障诊断的步骤包括故障现象的观察、故障 原因的分析、故障诊断的结果等；电气控制系统 的维护措施包括定期检查、及时维修、更换故障 部件等。
● 06
第6章 总结
数控机床主传动系统的重要性和 影响因素
夹具系统的性能评价
夹具的刚度 与稳定性
夹具的刚度与稳 定性直接影响到
加工精度
夹具的重复 定位精度
夹具的重复定位 精度直接影响到
加工效率
夹具的装夹 误差
夹具的装夹误差 会导致工件加工
误差
数控机床主传动系统-PPT课件
2.1 数控机床的主传动系统
数控机床主传动系统的特点
与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点： 转速高、功率大。3.7~250kw 变速范围宽，可实现无极调速。
控制功能的多样化
具有较高的精度和刚度，传动平稳。 良好的抗振性和热稳定性 电动机性能要求高机能要求高
2.1 数控机床的主传动系统
转速达（2～10）×104r/min的主轴可采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。
2.1 数控机床的主传动系统
采用滚动轴承时的几种配置形式
这种配置可提高主轴的综合刚度，满足强力 切削的要求，普遍应用于各类数控机床。
( a )
适用于高速、重载的主轴部件。
( b )
适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。
( c )
适用于中等精度、低速与重载荷的数控机床 主轴。
( d )
2.1 数控机床的主传动系统
(a)深沟球轴承
(b)角接触球轴承
双向推力角接触球轴承
双列圆柱滚子轴承
圆锥滚子轴承
2.1 数控机床的主传动系统
(2) 主轴轴承的支撑形式
2.1 数控机床的主传动系统
主轴的准停装置
2.1 数控机床的主传动系统
磁传感器准停装置
车床主轴端部结构
2.1 数控机床的主传动系统
2.1 数控机床的主传动系统
铣床主轴端部结构
2.1 数控机床的主传动系统
(4)主轴内部刀具自动夹紧机构 图2-7为ZHS-K63型加工中心主轴内部刀具夹紧机构
2.1 数控机床的主传动系统
主轴的支撑 中小型数控机床的主轴部件 重型数控机床 高精度数控机床 滚动轴承 液· 体静压轴承 气体静压轴承
数控机床主传动系统
5-主轴-数控机床电气控制
5.1 概述 5.2 直、交流主轴电动机及其驱动控制 5.3 主轴驱动装置的工作原理 5.4 主轴分段无级调速及控制 5.5.主轴准停控制
第5章
5.1概述
数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传 动系统和主轴组件，与普通机床的主传动系 统相比，结构比较简单，这是因为变速功能 全部或大部分由主轴电动机的无级变速来承 担，省去了繁杂的齿轮变速结构，有些只有 二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机的 无级调速的范围。
图5-5是数控铣镗床主轴箱中使用的无滑环摩擦片式电磁离合器。传动齿 轮1通过螺钉固定在联接件2的端面上，根据不同的传动结构，运动既可 从齿轮1输入，也可以从套筒3输入。连接件2的外周开有六条直槽，并 与外摩擦片段上的六个花键齿相配，这样就把齿轮1的转动直接传递给 外摩擦片段。套筒3的内孔和外圆都有花键，而且和挡环6用螺钉11连成 一体。内摩擦片5通过内孔花键套装在套筒3上，并一起转动。当线圈8 通电时，衔铁10被吸引右移，把内摩擦片刻和外摩擦片段压紧在挡环6 上，通过摩擦力矩把齿轮1与套筒3结合在一起。无滑环电磁离合器的线 圈8和铁心9是不转动的，在铁心9的右侧均匀分布着六条键槽，用斜键 将铁心固定在变速箱的壁上。当线圈8断电时，外摩擦片4的弹性爪使衔 铁10迅速恢复到原来位置，内、外摩擦片互相分离，运动被切断。这种 离合器的优点在于省去了电刷，避免了磨损和接触不良带来的故障，因 此比较适合于高速运转的主运动系统。由于采用摩擦牌来传递转矩，所 以允许不停车变速。但也带来了另外的缺点，这就是变速时将产生大量 的摩擦热，还由于线圈和铁心是静止不动的，这就必须在旋转的套筒上 装滚动轴承7，因而增加了离合器的径向尺寸。此外，这种摩擦离合器 的磁力线通过钢质的摩擦片，在线圈断电之后会有剩磁，所以增加了离 合器的分离时间。
数控机床原理与结构分析第5章数控机床的进给系统
contents
目录
• 引言 • 数控机床的进给系统原理 • 数控机床的进给系统结构 • 数控机床的进给系统性能分析 • 数控机床的进给系统维护与保养 • 结论
01 引言
数控机床的进给系统概述
数控机床的进给系统是实现切削加工的重要组成部分，它负 责将主轴的旋转运动传递到工作台或刀具上，以完成工件的 加工。
进给系统的热误差分析
热误差产生原因
热误差是由于进给系统在工作过程中受到热源影响，导致机械部件受热变形和温度升高， 从而影响进给系统的运动精度。热误差主要来源于传动元件、轴承、导轨等部件的受热
变形。
热误差补偿技术
为了减小热误差对进给系统性能的影响，可以采用热误差补偿技术。热误差补偿技术包括温 度检测、误差建模和补偿算法等环节，通过实时监测进给系统的温度变化，建立热误差模型
进给系统由电动机、传动装置、丝杠、工作台等组成，通过 控制电动机的旋转运动，经过一系列的传动装置，最终转化 为工作台或刀具的直线运动。
进给系统在数控机床中的重要性
进给系统是数控机床实现高精度、高效率加工的关键因素之一，其性能直接影响 着加工质量和生产效率。
随着现代制造业的发展，对数控机床的加工精度和效率要求越来越高，因此，对 进给系统的性能要求也越来越高。进给系统的性能优劣直接决定了数控机床的性 能和市场竞争力。
，并采用相应的补偿算法对热误差进行补偿，可以有效提高进给系统的运动精度。
05 数控机床的进给系统维护 与保养
进给系统的日常维护
每日检查
01
检查进给系统各部件是否正常，如导轨、丝杠、轴承等，确保
无异常声音和振动。
润滑保养
02
数控机床习题有答案
数控机床习题(第一章)1填空题（1）数控机床一般由控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置和各种辅助装置组成。
（2）数控机床采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
（3）突破传统机床结构的最新一代的数控机床是并联机床。
（4）自适应控制技术的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。
2选择题（1）一般数控钻、镗床属于（ C ）（A）直线控制数控机床（B）轮廓控制数控机床（C）点位控制数控机床（D）曲面控制数控机床（2）（ D ）是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节（A）控制介质（B）数控装置（C）输出装置（D）伺服系统（3）适合于加工形状特别复杂（曲面叶轮）、精度要求较高的零件的数控机床是（ A ）（A）加工中心（B）数控铣床（C）数控车床（D）数控线切割机床（4）闭环控制系统的位置检测装置装在（ D ）（A）传动丝杠上（B）伺服电动机轴上（C）数控装置上（D）机床移动部件上（5）根据控制运动方式的不同，数控机床可分为（B ）（A）开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床（B）点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床（C）经济型数控机床、普及型数控机床和高档型数控机床（D）NC机床和CNC机床3 判断题（1）通常一台数控机床的联动轴数一般会大于或等于可控轴数。
（×）（2）数控机床是通过程序来控制的。
（√）（3）数控机床只用于金属切削类加工。
（×）（4）数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。
（√）（5）机床本体是数控机床的机械结构实体，是用于完成各种切割加工的机械部分。
（√）4 简答题（1）简述数控机床的发展趋势。
P91、高速度与高精度化2、多功能化3、智能化4、高的可靠性（2）简述数控机床各基本组成部分的作用。
数控机床的主传动系统
数控机床的主传动系统一、主传动装置1．数控机床主传动系统的特点（1）转速高、功率大(2）调速范围宽（3）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（4）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和高的耐磨性能（5）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。
（6)为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现C轴功能（主轴回转角度的控制）2．数控机床主传动装置（1）带有二级齿轮的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。
（2)采用定比传动装置定比传动装置常用同步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。
（3）采用电主轴电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,主轴部件的刚性更好。
但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大,需对主轴进行强制冷却.二、主轴结构1．数控车床主轴部件结构1、5—螺钉；2—带轮连接盘；3、15、16—螺钉；4—端盖；6—圆柱滚珠轴承；7、9、11、12—挡圈；8—热调整套；10、13、17—角接触球轴承；14—卡盘过渡盘；18—主轴；19—主轴箱箱体数控车床主轴部件结构示意图1—驱动爪；2—卡爪；3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸；6、7—行程开关液压驱动动力的自定心夹盘2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构（1）刀具夹紧装置和切屑清除装置1－刀架；2－拉钉；3－主轴；4-拉杆；5－碟形弹簧；6－活塞；7－液压缸（或气缸）；8、10－行程开关；9－压缩空气管接头；11－弹簧；12－钢球；13－端面键数控立式加工中心主轴部件（2)主轴准停装置1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴主轴准停装置的工作原理3．内装电主轴的主轴部件结构1－刀具系统；2、9－捕捉轴承；3、8－传感器；4、7－径向轴承；5－轴向推力轴承；6－高频电动机；10－冷却水管路；11－气－液压力放大器用磁悬浮轴承的高速加工中心电主轴部件1—转子；2—定子；3—箱体；4—主轴数控车床电主轴部件电主轴主要融合了以下技术：（1）高速电机技术其关键技术是高速度下的动平衡。
数控机床的主传动系统
联轴器直接与主轴联接
其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全 受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
内装电机主轴
这种主传动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，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
数控机床的主传动系统
1.1 主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动 传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直 流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运 动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。
1）带有变速齿轮的主传动
排油泵强制排油到恒温邮箱，以达到润滑、冷却的目的。
2．主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于
（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑 主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种： （1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。 （2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
合机床的镗孔车端面头主轴组件。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证 定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸 方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用 的结构形式。
数控机床主传动系统
伺服驱动系统的性能决定了数控机床的动态特性和加工精度。
主轴与卡盘
主轴是数控机床主传动系统的输 出部件，它能够带动刀具或工件
旋转。
主轴通常采用高精度轴承和刀具 夹紧装置，以确保加工过程中的
稳定性和精度。
类型与分类
类型
数控机床主传动系统根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型，如机械主传动系统、液压主 传动系统、电气主传动系统等。
分类
数控机床主传动系统还可以根据其传动方式的不同进行分类，如带传动、链传动、齿轮传动等。不同 类型的数控机床主传动系统具有不同的特点和应用范围，需要根据具体的加工需求和加工条件进行选 择。
主轴定位精度与重复定位精度
主轴定位精度
主轴在特定位置的准确度，决定了加 工零件的尺寸精度。定位精度越高， 加工精度越好。
重复定位精度
主轴在相同位置的重复精度，反映了 主轴运动的稳定性。重复定位精度越 高，主轴运动越稳定。
热稳定性与动态特性
热稳定性
主轴在切削过程中抵抗温度变化的能力，热稳定性越高，加工过程中主轴的性能越稳定。
动态特性
主轴在动态切削过程中的表现，包括振动、噪声等。动态特性越好，切削过程越平稳，加工表面质量越高。
04
主传动系统的控制技术
数控编程与加工技术
数控编程
根据加工需求，使用数控编程语言（如G代码）对机床进行编程，以控制主轴的运动轨 迹和加工过程。
加工工艺
根据工件材料、加工要求和刀具特性，选择合适的加工工艺，如粗加工、半精加工和精 加工等，以确保加工质量和效率。
特点
数控机床主传动系统具有高精度、高 效率、高稳定性等特点，能够满足复 杂、高效、高ห้องสมุดไป่ตู้度的加工需求。
数控机床的主传动系统资料课件
机床型号
典型应用
该型号机床主要用于高效加工各种复杂零件，可进行铣削、钻孔 、攻丝等操作。
主轴特点
采用电主轴设计，具有高转速、高精度、高刚性的特点，确保零件 加工表面的质量和精度。
变速方式
采用交流变频调速，具有宽广的调速范围，满足不同零件加工需求 。
机床型号：Okuma CNC车削中心
典型应用
该型号机床主要用于高 效车削各种金属材料， 如钢、铸铁、有色金属 等。
定期更换润滑油
根据主传动系统的型号和使用条 件，定期更换合适的润滑油。
检查轴承和齿轮
定期检查轴承和齿轮的磨损情况， 如发现异常需及时更换。
清洗和更换滤清器
定期清洗空气滤清器和机油滤清器 ，如损坏需及时更换。
常见故障与排除方法
轴承发热
可能是润滑不良或轴承磨损， 需要检查润滑系统和轴承座。
齿轮磨损
长期使用导致齿轮磨损，需更 换磨损的齿轮。
电机的响应速度和精度。
误差补偿技术
通过误差补偿技术，对传动链的 误差进行实时监测和修正，提高
整个传动系统的精度。
采用新材料与技术革新
1 2
新材料应用
采用高强度、轻质的新型材料，如钛合金、复合 材料等，减轻传动部件的重量，提高其刚性和抗 疲劳性能。
技术革新
采用先进的制造和加工技术，如精密铸造、纳米 涂层等，提高传动部件的表面质量和性能。
数控机床的主传动系统资料课件
• 数控机床主传动系统概述 • 数控机床主传动系统的设计 • 数控机床主传动系统的控制
• 数控机床主传动系统的维护与保 养
• 数控机床主传动系统的优化与发 展趋势
• 数控机床主传动系统实例分析
01 数控机床主传动系统概述
数控车床主传动系统的特点
数控车床主传动系统的特点
数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，它的机械部分较普通机床有更高的要求，如高精度、高刚度、高速度、低摩擦等。
因此，无论是从机床布局、基础件结构设计，还是轴承的选择与配置，都十分注意提高它们的刚度；零部件的制造精度和精度保持性都比普通机床提高很多，基本上按精密或高精密机床考虑，如主轴轴承都采用C级或超C级轴承，传动丝杠采用高精度的滚珠丝杠螺母副。
主传动和进给传动都广泛采用高性能的交、直流伺服电动机驱动。
此外为提高数控机床的灵敏度，改善摩擦特性，数控机床普遍采用了滚珠丝杠螺母副、滚动导轨、贴塑导轨以降低摩擦损失，减少动、静摩擦系数之差，以避免爬行。
为了防止不灵敏区产生，在进给传动系统中普遍采用消除间隙和预紧的措施。
数控车床是基于数字控制的它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：
1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。
2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。
CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。
数控机床的传动原理
数控机床的传动原理数控机床的传动原理是指数控机床中各个传动装置及其工作原理。
数控机床是一种通过计算机程序控制的机床，通过电子设备来控制各个传动装置的运行，实现加工工件。
数控机床的传动原理主要包括主轴传动、进给传动和辅助传动。
首先，主轴传动是数控机床的核心传动部分，主要用于带动刀具在工件上进行切削。
主轴传动系统通常由电机、主轴和主轴的传动装置组成。
电机通过电力转换为机械能，通过传动装置将动力传递给主轴，进而带动刀具旋转。
主轴传动有直接传动和间接传动两种形式。
直接传动中，电机直接连接到主轴上，通过轴承来支撑和传递动力；间接传动中，电机通过皮带或齿轮等传动装置间接驱动主轴。
在传动过程中，要保证主轴的转速和刀具的进给速度与程序控制保持一致，从而实现精确的加工。
其次，进给传动是数控机床的另一个重要传动部分，用于实现工件在坐标轴方向上的移动。
进给传动系统通常由电机、轴承、螺杆和导轨等组成。
电机通过传动装置将动力传递给螺杆，螺杆通过导轨的导向作用，将运动转化为位置变化或长度变化。
在这个过程中，电机的转速和螺杆的螺距决定了进给速度，而导轨的刚度和精度则影响了加工的精度。
进给传动还可以根据需要实现不同的进给方式，如直线进给和圆弧进给等。
最后，辅助传动是数控机床的辅助传动部分，主要用于控制机床工作台或刀库等附属装置的运动。
辅助传动通常由电机、齿轮、链条、传动杆等组成。
电机通过传动装置将动力传递给附属装置，使其按设定的路径进行运动。
辅助传动的工作原理类似于主轴传动和进给传动，都需要精确的控制和配合，以确保机床的准确性和稳定性。
总结起来，数控机床的传动原理涉及到主轴传动、进给传动和辅助传动等多个方面，通过电机和传动装置将动力传递给机床的各个部件，实现加工过程的控制和操作。
这些传动装置的正确运行和配合是数控机床正常工作和保证加工质量的关键所在。
只有充分理解和应用这些传动原理，才能更好地操作和维护数控机床，提高加工效率和产出质量。
数控机床主传动系统设计
第一章前言1.1 数控机床的发展概况数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。
我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。
初步形成了数控产业基地。
在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。
兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。
这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。
建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。
虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。
虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。
1.2 数控机床的未来发展趋势1) 高速化。
随着汽车、航空航天工业的发展，铝合金及其他新材料的应用日益广泛，对高速加工的需求越来越强劲。
2) 高精度。
机床的加工精度，以及其可重复性和可信赖度高，性能长期稳定，能够在不同运行条件下“保证”零件的加工质量。
3) 工序集约化。
在一台机床上尽可能加工完毕一个零件的所有工序，同时又保持机床的通用性，能够迅速适应加工对象的改变。
4) 机床的智能化。
加工设备不仅提供“体力”，也有“头脑”，能够在线监测工况、独立自主地管理自己，并与企业的生产管理系统通信。
5) 机床的微型化。
随着各种产品的小型化以及微机电系统的迅速发展，对机床微型化提出了强烈的需求。
1.3 数控机床的主传动系统主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主轴准停装置分：
机械式
电气式
第五章 数控机床的主传动系统 5.3 高速主轴系统和电主轴
一、高速主轴系统 高速切削是20世纪70年代后期发展起来的一种 新工艺。这种工艺采用的切削速度比常规的要高几 倍至十多倍，如加工钢件为400-1600m/min；加工铸 铁为800-2000 m/min，进给速度也相应提高很多倍。 这种加工工艺不仅切削效率高，而且具有加工表面 质量好、切削温度低和刀具寿命长等优点。高速切 削技术的关键是具备高速主轴系统，高速主轴是高 速切削机床最重要的部件。
（2）高速电动机技术
电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转 子即为主轴的旋转部分，所以可以把电主轴看作一台高速电 动机。
第五章 数控机床的主传动系统
（3）冷却润滑技术 1）油气润滑方式
它是用压缩空气把小油滴送进轴 承空隙中，油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润 滑油可回收，不污染周围空气。电主轴的润滑一般采用定时 定量油气润滑、喷射润滑，也可以采用脂润滑。 2）喷注润滑方式 喷注润滑是一种新兴的润滑方式， 它是用较大流量的恒温油（每个轴承3-4L/min）喷注到主轴 轴承，以达到冷却润滑的目的。回油则不是自然回流，而是 用两台液压泵强制排油。 3）突入滚道式润滑方式 轴承高速旋转时，伴随流动 的空气流速可达50m/s。要使润滑油突破这层旋转气流很不容 易，采用突入滚道式润滑方式则可以可靠地将油送入轴承滚 道处。
第五章 数控机床的主传动系统
第五章 数控机床的主传动系统 5.2数控机床的主轴部件
主轴部件是主运动的执行件，它夹持刀具或工 件，并带动其旋转。数控机床主轴部件的精度、刚 度、抗振性和热变形对加工质量和生产效率等有着 直接的影响。 数控机床的主轴部件包括主轴、主轴支承、装 在主轴上的传动件和密封件等，对于加工中心的主 轴，为实现刀具的快速和自动装卸，主轴部件还包 括刀具的自动装卸、主轴定向停止（准停）和主轴 孔内的切屑清除等装置。
二、主轴轴承 主轴轴承是主轴部件的重要组成部分。它的类 型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却 都直接影响主轴的工作性能。在数控机床上，主轴 轴承常用的有滚动轴承和静压滑动轴承。 1．滚动轴承 图2-10所示为数控机床主轴常用的几种滚动轴 承。
第五章 数控机床的主传动系统
第五章 数控机床的主传动系统
数 控 技 术
河北理工大学机械工程学院 工程训练中心 张好强
第五章 数控机床的主传动系统
第五章
5.1 5.2 5.3
数控机床的主传动系统
对主传动系统的基本要求和变速方式 数控机床的主轴部件 高速主轴系统和电主轴
第五章 数控机床的主传动系统
由主轴电动机经一系列传动元件和主轴构成的 具有运动、传动联系的系统称为主传动系统。数控 机床的主传动系统包括主轴电动机、传动装置、主 轴、主轴轴承、主轴定向装置等。
第五章 数控机床的主传动系统
第五章 数控机床的主传动系统
三、主轴轴承的配置形式 图2-12所示为数控机床主轴轴承常见的三种配置 形式。
第五章 数控机床的主传动系统
四、主轴准停装置
在数控铣床、加工中心上，由于需要进行自动换刀，要 求主轴每次停在一个固定的准确的角位置上。所以，主轴上必 须设有准停装置。
第五章 数控机床的主传动系统
（4）内置脉冲编码器
为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲 编码器，以实现准确的相位控制以及与进给的配合。
（5）自动换刀装置
为了适用于加工中心，电主轴配备了能进行自动换刀的 装置，包括碟形弹簧、拉刀油缸。
（6）高速刀具的装夹方式
BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情 况下出现了HSK、 SKI等高速刀柄。
第五章 数控机床的主传动系统
（4）调速电动机直接驱动主轴（图d、图e）
这种主传动类型又分两种。一种如图d所示，主轴电动 机输出轴通过精密联轴器与主轴连接，其优点是结构紧凑， 传动效率高；但主轴转速的变化及转矩的输出完全与电动机 的输出特性一致，因而在使用上受到一定限制。 另一种为内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一 体（图e）。其优点是省去了中间的所有传动环节，主轴组件 结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高启动、停止的响应特性， 并利于控制振动和噪声；缺点是电动机运转产生的热量易使 主轴产生热变形。因此，温度控制和冷却是使用内装电动机 主轴的关键问题。下图2-4所示为内装电动机主轴的结构示意 图。
第五章 数控机床的主传动系统
1．电主轴 高速主轴系统的驱动多采用内装电动机式主轴， 简称电主轴。这是将电动机置于主轴内部、通过驱 动电源直接驱动主轴进行工作，实现了电动机、主 轴的一体化。这种主轴结构紧凑、重量轻、惯性小， 有利于提高主轴启动或停止时的响应特性。 电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附 件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装 置、内置编码器、换刀装置等。
第五章 数控机床的主传动系统
一、主轴端部结构 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具。在 设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、连接 牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。主轴端部 的结构形状都已标准化，图2-9所示为普通机床和数 控机床通用的几种结构形式。
第五章 数控机床的主传动系统
第五章 数控机床的主传动系统
第五章 数控机床的主传动系统
高速主轴的单元类型主要有电主轴、气动主轴、 水动主轴。需要主轴有较高的角减速度和角加速度。 如果通过带传动等中间环节不仅会在高速下打滑， 产生振动和噪声，而且会增加转动惯量给机床快速 准停造成很大困难，所以要求高速主轴动平衡性很 好，刚性好，回转精度高，并有良好的热稳定性， 能传递足够的力矩和功率，能承受高的离心力，带 有准确的恒温装置和高效的冷却装置，主轴转速一 般大于40000r/min，主轴功率大于15kW。
5.1 对主传动系统的基本要求和变速方式
一、对主传动系统的基本要求 1．主轴转速高，变速范围宽，并可实现无级变速。 2．主轴传动平稳，噪声低，精度高 3．具有良好的抗振性和热稳定性 4．能实现刀具的快速和自动装卸
第五章 数控机床的主传动系统
二、主传动的变速方式 数控机床主传动方式主要有无级变速、分段无级 变速两种。 主传动采用无级变速传动方式，不仅能在一定的 变速范围内选择合理的切削速度，而且能在运动中自 动变速，此种变速传动方式采用直流主轴伺服电机或 交流主轴伺服电机作驱动。交流主轴电动机及交流变 频驱动装置（鼠笼型感应交流电动机配置矢量变换变 频调速系统）由于没有电刷，不产生火花，所以使用 寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在 噪声方面还有所降低，因此目前应用较为广泛。
（7）高频变频装置
要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用高 频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出 频率甚至需要达到几千赫兹。
第五章 数控机床的主传动系统
3．电主轴的最新技术与发展趋势
高速主轴单元技术在一些工业发达国家已经发展到较高 水平，广泛应用于高速机床上。电主轴最早是用在磨床上，后 来才发展到加工中心。早在20年前高速切削就在瑞士流行，电 主轴的功率和品质都不断得到提高。从总体上讲，我国的高速、 超高速加工技术水平还不高，同世界先进水平还有相当的差距。 而高速电主轴单元技术是制约我国超高速加工技术的瓶颈。为 了赶上高速加工技术发展的潮流，我国正在不断加大对超高速 加工关键功能部件——电主轴单元的研究力度。
第五章 数控机床的主传动系统
目前，通常采用主轴电动机一体化的电主轴部 件，实现无中间环节的直接传动，电动机大多采用 感应式集成主轴电动机。而随着科技的发展，出现 了一种用稀有材料铌作永磁材料的永磁电动机，该 电动机能更高效、大功率地传递扭矩，所传扭矩很 大，易于对使用中产生的温升进行在线控制，且冷 却简单，不用安装昂贵的冷却器，加之电动机体积 小，结构紧凑，所以有良好的发展前景。源自第五章 数控机床的主传动系统
1．主轴的传动类型
第五章 数控机床的主传动系统
1．主轴的传动类型 （1）齿轮传动主轴（图a） 这是大中型数控机床较常采用的传动类型，它使 用无级变速交、直流电动机，再通过几对齿轮传动后， 实现分段无级变速，这种变速方式使得变速范围扩大。 其优点是在低速时能满足主轴输出扭矩特性的要求。 但齿轮变速机构通常采用液压拨叉或电磁离合器变速 方式，造成主轴箱结构复杂，成本增高，另外这种传 动机构容易引起振动和噪声。
第五章 数控机床的主传动系统
2．高速电主轴所融合的技术 （l）高速轴承技术
高速时选用陶瓷轴承的方案已在加工中心机床上采用， 其轴承的滚动体是用陶瓷材料制成的，而内、外圈仍用轴承 钢制造。陶瓷材料重量轻，热膨胀率低，弹性模量大。采用 陶瓷滚动体，可大大减小离心力和惯性滑移，有利于提高主 轴转速。电主轴通常采用复合陶瓷轴承，有时也采用电磁悬 浮轴承，或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限长。
第五章 数控机床的主传动系统
二、电主轴的结构
目前，多数机床采用内装式主轴电动机一体化的电主 轴。它采用无外壳电动机，将带有冷却套的电动机定子装 配在主轴单元的壳体上，转子和机床主轴的旋转部件做成 一体，主轴的变速范围完全由变频交流电动机控制，使变 频电动机和机床主轴合二为一。 电主轴的结构特点：电主轴具有结构紧凑、重量轻、 惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，可以减少齿轮 传动，简化机床外形设计，易于实现主轴定位，是高速主 轴单元中一种理想结构，现代的高速电主轴是一种智能型 功能部件，它的种类多，应用范围日益广泛。