数控第二章数控机床的主传动系统.ppt
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数控车床的主传动系统设计PPT
详细描述
在进行动态特性分析时，需要考虑主轴的转速、转矩和刚度等参数，以及传动系统的固有频率和阻尼比等特性。 通过分析这些参数，可以评估主传动系统在加工过程中的稳定性，预测可能出现的振动和噪声问题，并采取相应 的措施进行优化设计。
强度与刚度分析
总结词
强度与刚度分析是评估主传动系统在承受外力和变形时的性能表现，以确保系统的可靠性和稳定性。
总结词：传统设计
详细描述：该实例介绍了一种传统的数控车床主传动系统设计，主要采用齿轮传 动和链传动组合的方式，具有结构简单、可靠性高的优点，但效率较低，适用于 一般加工需求。
实例二：主传动系统的改进设计
总结词：优化设计
详细描述：该实例针对传统主传动系统的不足，进行了优化改进。采用新型轴承和材料，提高了传动效率和稳定性，减少了 维护成本，适用于高精度、高效率的加工需求。
设计目的和意义
设计目的
设计出高效、稳定、可靠的数控车床主传动系统，满足加工精度和效率的要求， 提高生产效率和产品质量。
意义
主传动系统设计的优劣直接影响到数控车床的性能和加工精度，进而影响到整个 机械制造行业的生产水平和产品质量。因此，对数控车床主传动系统进行合理设 计，对于提高机械制造行业的整体水平具有重要意义。
要点二
详细描述
在进行热特性分析时，需要考虑主轴的转速、切削力和材 料导热系数等参数。通过建立热传导模型，可以预测主传 动系统在不同工况下的温度变化和热变形情况。根据分析 结果，可以采取相应的散热措施和热补偿技术，提高系统 的热稳定性和加工精度。
06 主传动系统实例分析
实例一：某型号数控车床主传动系统设计
高耐磨材料
选用高耐磨材料，如陶瓷和硬质 合金，以提高主传动系统的使用 寿命和可靠性，减少维护成本。
在进行动态特性分析时，需要考虑主轴的转速、转矩和刚度等参数，以及传动系统的固有频率和阻尼比等特性。 通过分析这些参数，可以评估主传动系统在加工过程中的稳定性，预测可能出现的振动和噪声问题，并采取相应 的措施进行优化设计。
强度与刚度分析
总结词
强度与刚度分析是评估主传动系统在承受外力和变形时的性能表现，以确保系统的可靠性和稳定性。
总结词：传统设计
详细描述：该实例介绍了一种传统的数控车床主传动系统设计，主要采用齿轮传 动和链传动组合的方式，具有结构简单、可靠性高的优点，但效率较低，适用于 一般加工需求。
实例二：主传动系统的改进设计
总结词：优化设计
详细描述：该实例针对传统主传动系统的不足，进行了优化改进。采用新型轴承和材料，提高了传动效率和稳定性，减少了 维护成本，适用于高精度、高效率的加工需求。
设计目的和意义
设计目的
设计出高效、稳定、可靠的数控车床主传动系统，满足加工精度和效率的要求， 提高生产效率和产品质量。
意义
主传动系统设计的优劣直接影响到数控车床的性能和加工精度，进而影响到整个 机械制造行业的生产水平和产品质量。因此，对数控车床主传动系统进行合理设 计，对于提高机械制造行业的整体水平具有重要意义。
要点二
详细描述
在进行热特性分析时，需要考虑主轴的转速、切削力和材 料导热系数等参数。通过建立热传导模型，可以预测主传 动系统在不同工况下的温度变化和热变形情况。根据分析 结果，可以采取相应的散热措施和热补偿技术，提高系统 的热稳定性和加工精度。
06 主传动系统实例分析
实例一：某型号数控车床主传动系统设计
高耐磨材料
选用高耐磨材料，如陶瓷和硬质 合金，以提高主传动系统的使用 寿命和可靠性，减少维护成本。
第二节数控机床主传动系统
电磁离合器—— 应用电磁效应接通或切断运动的元件，便于实现 自动操作，已成为自动装置中常用的执行元件。
电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变 速机构，通过若干安装在各传动轴上的离合器的吸合 和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴 的变速。
例子： 1、数控镗床主轴箱中使用的无滑片式电磁离合器。 2、啮合式电磁离合器（亦称为牙嵌入电磁离合器）。
第二节 数控机床主传动系统
一、数控机床的主传动变速 二、数控机床的主轴部件 三、数控机床的主轴材料和热处理 四、主轴内刀具自动夹紧、切屑清除装置 五、主轴准停装置
一、数控机床的主传动变速
一）数控机床变速方式 二） 数控机床主传动系统的三种配置方式
1、带变速齿轮的主传动 液压拨叉变速 电磁离合器
2、通过皮带传动的主传动 3、由调速电机直接驱动的主传动 三）数控机床主传动装置的特点 四）主传动变速设计
结构特点：是在摩擦面上做成一 定的齿形，以提高所能传递的力 矩。当线圈1通电后，带有端面齿 的衔铁2被引吸和磁轭8的端面齿 互相啮合。衔铁2又通过渐开线齿 形花键与定位环5联接，再通过螺 钉7传递给齿轮（图中未示出）。 其中，隔离环6是为了防止磁力线 从传动轴通过构成回路，而削弱 电磁吸力。衔铁2和定位环5采用 渐开线花键联结，保证了衔铁与 传动轴的同轴度，使端面齿能更 可靠地啮合。采用螺钉3和压力弹 簧4的结构能使离合器的安装方式 不受限制，不管衔铁使水平还是 垂直、向上还是向下，安装都能 保证合理的齿面间隙。
无滑片式电磁离合器：
优点：省去了电刷，避免了磨损和接触不良所带来的故障， 因比较适用于高速运转的主运动系统。由于采用摩 擦片来传递扭矩，所以允许不停车变速。
缺点： 变速时产生大量的摩擦热；且由于线圈和铁芯是静止 不动的，因此必须在旋转的套筒上安装滚动轴承7， 这样加大了离合器的的径向尺寸。此外，这种摩擦离 合器的磁力线（图中的虚拟）通过钢质的摩擦片，在 线圈断电之后会有剩磁，增加了离合器的分离时间。
数控机床的主传动系统
03 控制应用
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
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
数控机床的主传动系统资料
电机散热
电机振动
定期检查电机散热风扇是否正常运转， 如发现风扇故障应及时维修或更换。
检查电机运转时的振动情况，如发现 异常振动应及缘电阻，确保电机 绝缘良好，防止电机短路或接地故障。
主轴箱的维护与保养
主轴箱清洁
定期清理主轴箱内的灰尘和杂物， 保持主轴箱内部清洁。
传动装置清洁
清理传动装置内部的灰尘和杂物，保持传动装置 内部清洁。
05
数控机床主传动系统的故障诊断与排
除
主轴故障诊断与排除
主轴转动异常
检查主轴电机、传动带、轴承等部件是否正常，以及润滑系统是否工作正常。
主轴定位不准
检查主轴编码器、定位检测元件、数控系统参数等是否正确设置和连接。
主轴电机故障诊断与排除
04
主轴箱的散热性能和密封性能对机床的运 行稳定性和精度有重要影响。
传动装置
传动装置是连接主轴电机和主 轴的中间环节。
传动装置需要具备高精度、高 刚度和低噪音等特点，以确保
主轴的旋转精度和稳定性。
常见的传动装置包括皮带、齿 轮和传动链等。
传动装置的维护和调整对机床 的运行稳定性和精度有重要影 响。
电机无法启动
检查电源是否正常、电机控制电路是否正常、主轴电机是否 过载等。
电机过热
检查电机冷却系统是否正常、电机负载是否过大、电机轴承 是否损坏等。
主轴箱故障诊断与排除
主轴箱振动
检查主轴箱安装基础是否稳固、主轴 箱内部齿轮和轴承是否损坏等。
主轴箱噪音
检查主轴箱内部齿轮和轴承是否润滑 良好、主轴箱内部是否有异物等。
箱体紧固
检查主轴箱各部位螺丝是否紧固， 防止因螺丝松动导致主轴箱振动或 移位。
油标检查
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
伺服驱动系统通常由伺服电机、控制器和驱动器组成，通过调整电机的输入电压或 电流实现主轴的精确位置和速度控制。
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。
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
01
高精度传动
数控机床主传动系统采用高精度轴承、齿轮等传动元件，确保主轴的高
精度旋转。高精度传动有助于提高加工精度和降低表面粗糙度。
02 03
动态稳定性
主传动系统具备良好的动态稳定性，能够抵抗各种外部干扰和切削力变 化。动态稳定性确保了机床在高速、重负荷切削条件下的稳定运行，提 高加工效率和成品率。
自动化加工
数控机床能够按照预先编程的加工程序，自动完成工件 的切削、钻孔、铣削等各种加工操作。
主传动系统的重要性
机床核心部件
主传动系统是数控机床的核心部件之一，它负责 将电机的动力传递给主轴，从而驱动刀具进行切 削加工。
加工精度和效率
主传动系统的性能直接影响到数控机床的加工精 度和加工效率，因此，对主传动系统进行深入研 究具有重要意义。
传动装置
功能Байду номын сангаас述
传动装置负责将主电机产生的动 力传递到变速机构或主轴，以实
现机床的切削加工。
常见类型
传动装置可采用带传动、链传动 、齿轮传动或同步带传动等方式
。
设计要点
在传动装置的设计过程中，需要 考虑传动效率、传动精度、噪音 、振动、抗冲击能力等因素，确 保传动装置能够满足机床的加工
精度和稳定性要求。
结构特点
主轴通常采用高精度轴承支撑，确保高速旋转时的稳定性 和精度。同时，主轴上还可能配备有冷却系统、润滑系统 、主轴电机等辅助装置。
性能要求
主轴应具有足够的刚度、抗震性和热稳定性，以确保在各 种切削条件下均能保持较高的加工精度和表面质量。
03
主传动系统的工作原理
电动机驱动
电动机选择
数控机床主传动系统通常采用交 流伺服电动机或直流伺服电动机 作为动力源，以满足高精度、高 速度和高刚度的要求。
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
数控机床的进给传动系统
目前国内、外生产的滚珠丝杠副，可分为内循环及外 循环两类：
1.外循环
外循环方式则在循环过程中滚珠与丝杠 脱离接触，制造相对容易些，刚性差， 噪音大，易磨损
2.内循环
内循环方式指在循环过程中滚珠始终保 持和丝杠接触。这种方式结构紧凑， 但要求制造精度较高。
第二节 进给传动机构
外循环式
a) 螺旋槽式
垫片式消隙 1-螺钉 2-调整垫片
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙的调整方法
2.螺纹调隙式 通过转动螺母改变两个螺母间位移来消除传动副
的轴向间隙。 优点：调整方便，在出现磨损后还可以随时进行补充调整。 缺点：轴向尺寸较长，会增加丝杠螺纹部分的长度。
螺纹式消隙 1-圆螺母 2-销紧螺母
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙的调整方法
• ②双圆弧型面。图b，当偏心决定后，只在滚珠直径滚道内相 切的两点接触，接触角不变。
螺旋滚道形状
第二节 进给传动机构
滚珠丝杠螺母副的特点:
1）传动效率高 2）给予适当预紧 3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高 4）有可逆性 5)磨损小，使用寿命长 缺点 制造工艺复杂 不能自锁
二、滚珠丝杆螺母副的循环方式
通常用图文格式进行标注 。
滚珠丝杠标注方法
第二节 进给传动机构
滚珠丝杆的支承与制动 1)支承方式 ①一端装推力轴承 ②一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承 ③两端装推力轴承 ④二端装推力轴承及深沟球轴承
滚珠丝杠的支撑方式
(a)仅一端装推力轴承;(b) (c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承
么?何为内循环和外循环方式? • 7.12 丝杠支承有哪几种?特点是什么?各适用
于什么情况下? • 7.13 滚珠丝杠副精度选择的原则是什么? • 7.14 试述滚珠丝杠螺母副消除问隙及预加载
1.外循环
外循环方式则在循环过程中滚珠与丝杠 脱离接触，制造相对容易些，刚性差， 噪音大，易磨损
2.内循环
内循环方式指在循环过程中滚珠始终保 持和丝杠接触。这种方式结构紧凑， 但要求制造精度较高。
第二节 进给传动机构
外循环式
a) 螺旋槽式
垫片式消隙 1-螺钉 2-调整垫片
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙的调整方法
2.螺纹调隙式 通过转动螺母改变两个螺母间位移来消除传动副
的轴向间隙。 优点：调整方便，在出现磨损后还可以随时进行补充调整。 缺点：轴向尺寸较长，会增加丝杠螺纹部分的长度。
螺纹式消隙 1-圆螺母 2-销紧螺母
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙的调整方法
• ②双圆弧型面。图b，当偏心决定后，只在滚珠直径滚道内相 切的两点接触，接触角不变。
螺旋滚道形状
第二节 进给传动机构
滚珠丝杠螺母副的特点:
1）传动效率高 2）给予适当预紧 3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高 4）有可逆性 5)磨损小，使用寿命长 缺点 制造工艺复杂 不能自锁
二、滚珠丝杆螺母副的循环方式
通常用图文格式进行标注 。
滚珠丝杠标注方法
第二节 进给传动机构
滚珠丝杆的支承与制动 1)支承方式 ①一端装推力轴承 ②一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承 ③两端装推力轴承 ④二端装推力轴承及深沟球轴承
滚珠丝杠的支撑方式
(a)仅一端装推力轴承;(b) (c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承
么?何为内循环和外循环方式? • 7.12 丝杠支承有哪几种?特点是什么?各适用
于什么情况下? • 7.13 滚珠丝杠副精度选择的原则是什么? • 7.14 试述滚珠丝杠螺母副消除问隙及预加载
机械结构PPT课件
数控机床对主运动系统的要求
❖ 动力功率高 由于对高效率的要求日益增长，加之刀具材料和技术的进步，大多
数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。一般NC机床的 主轴驱动功率在～250kW之间 ❖ 调速范围宽
除了功率方面的要求外，还应使主轴转速具有足够大的调整范围。
调速范围是指最高转速与最低转速之比，即Rn=nmax/nmin
❖ 优点是能够满足各种切 削运动的转矩输出，且 具有大范围的速度变化 能力；
❖ 具有结构简单、安装调 试方便，且在传动上能 满足转速与转矩的输出 要求；
❖ 调速范围及动力特性相 对于交、直流主轴电机 系统而言要差一些；
❖ 主要用于经济型或中低
档数控机床上。
交、直流主轴电机 — 主轴部件配置方式
特点：
进给传动系统装置
❖ 齿轮传动及齿轮消隙
齿轮传动在伺服进给系统中的作用是：改变运动方向、降速、增大扭 矩、适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的配比等。当在伺服电机和丝杠 之间安装齿轮（直齿、斜齿、锥齿等）时，必然产生齿侧间隙，造成反 向运动的死区，必须设法消除。目前消除齿侧间隙普遍采用双片齿轮结 构，如下图（a），将一对齿轮中的大齿轮分成1、2两部分，并分别与 螺钉3、8固定，再将弹簧4与3、8联接起来，这样齿轮的1、2两部分的 齿轮自然错开，达到自动消除齿侧间隙的目的。图（b）为斜齿轮传动 消隙结构。它是将一个斜齿轮分成两个薄片3、4，且在其中加一垫片2， 改变垫片2的厚度，薄片3、4的螺旋线就会错位，分别与宽齿轮1的齿槽 左、右侧面贴紧，消除了间隙。
调速范围宽
❖ 主运动为旋转运动的机床，主轴转速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件 或刀具的直径d(mm)来确定
❖ 对于数控机床，为了适应切削速度和工件（或刀具）直径的变化，主轴 的最低和最高转速可根据下式确定
数控机床的主传动系统
目前，主轴准停装置很多，主要分为机械式和电气式两种。传统的做 法是采用机械挡块等来定向。图5-26为V形槽轮定位盘准停装置原理图 ，在主轴上固定一个V形槽定位盘，使V形槽与主轴上的端面键保持所 需要的相对位置关系。当主轴需要停车换刀时，发出降速信号，主轴转 换到最低速运转，时间继电器开始动作，并延时4～6s后，无触点开关1 接通电源，当主轴转到图示位置即V形槽轮定位盘3上的感应块2与无触 点开关1相接触后发出信号，使主轴电动机停转。另一延时继电器延时 0.2～0.4s后，压力油进入定位液压缸下腔，使定向活塞向左移动，当定 向活塞上的定向滚轮5顶入定位盘的V形槽内时，行程开关LS2发出信号 ，主轴准停完成。若延时继电器延时1s后行程开关LS2仍不发信号，说 明准停没完成，需使定向活塞 6后退，重新准停。当活塞杆向右移到位 时，行程开关LS1发出定向滚轮5退出凸轮定位盘凹槽的信号，此时主轴 可启动工作。
图5-29 电主轴部件 1-转子 2-定子 3-箱体 4-主轴
电主轴的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”，它具有结 构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动 和噪声，在超高速切削机床上得到了广泛的应用。
图示为刀具的夹紧状态，碟形弹簧13通过拉杆7，双瓣卡爪5，在内 套21的作用下，将刀柄的尾端拉紧。当换刀时，要求松开刀柄，此时， 在主轴上端油缸的上腔A通入压力油，活塞14的端部即推动拉杆7向下移 动，同时压缩碟形弹簧13，当拉杆7下移到使卡爪5的下端移出套筒时， 在弹簧6的作用下，卡爪张开，喷气头20将刀柄顶松，刀具即可由机械 手拔出。待机械手将新刀装入后，油缸12的下腔通入压力油，活塞14向 上移，碟形弹簧伸长将拉杆7和卡爪5拉着向上，卡爪5重新进入套筒21 ，将刀柄拉紧。活塞14移动的两个极限位置都有相应的行程开关作用， 作为刀具松开和夹紧的回答信号。
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18 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
主传动的齿轮变速装置 1、液压拨叉变速 2、电磁离合器变速
19 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
１通油、５卸荷，滑 移齿轮在最左侧
5通油、1卸荷，滑移 齿轮在最右侧 1、5同时通油，滑移 齿轮在中间 1，5 缸体 2活塞杆 3 拨叉 4套筒
第二章 数控机床的主传动系统
同步齿形带
12 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
同步齿形带轮挡边设计
13 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
同步带优点： 1、无滑动，传动比准确 2、传动效率高 3、传动平稳，噪声小 4、使用范围广，速度可达50m/s，传动比可达10倍左右，传递功率
4 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的 主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一 般只有0.001mm，甚至更小；最低进给速度，一般只 有1mm/min，甚至更低。这就要求进给系统具有较高 的运动精度，良好的跟踪性能和低速稳定性，才能对 数控系统的位置指令做出准确的响应，从而得到要求 的定位精度。
21 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
第二节 数控机床的主轴部件
主轴端部结构 数控机床主轴端部的结构对工件或刀具的定位、安装、
拆卸以及夹紧的准确、牢固、方便和可靠有很大影响。常 见主轴端部结构如图。这些结构目前都已标准化。
22 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
A车床主轴端部 B铣、镗端部 C外圆磨床端部
第二章 数控机床的主传动系统
数控机床主轴变速方式
1、带有变速齿轮的主传动
4、内装电动机主轴
2、通过带传动的主传动
3、调速电机直接驱动的主传动
9 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
带传动主轴
10 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
几种传送带的类型
多联V带
11 北京工业大学耿丹学院
3 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之 一。由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过 普通机床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、 丝杠、轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削 产生的切屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普 通机床要严重得多。虽然在先进的数控系统具有热变 性补偿功能，但是它并不能完全消除热变性对于加工 精度的影响，在数控机床上还应采取必要的措施，尽 可能减小机床的热变性。
7 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
• 在带有齿轮变速的分段无级变速系统中，主轴的正、 反向启动与停止、制动是由电动机实现的，主轴变速 则由电动机无级变速与齿轮有级变速相配合来实现。
• 这种配置适合于大中型机床，确保主轴低速时输出大 扭矩、高速时输出恒功率特性的要求。
8 北京工业大学耿丹学院
2 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力，。 机床变形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方 法予以彻底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、 高可靠性以及自动化的要求，与普通机床相比，数控 机床应具有更高的精刚度。此外，为了充分发挥机床 的效率，加大切削用量，还必须提高机床的抗震性， 避免切削时产生的共振和颤振。而提高机构的动刚度 是提高机床抗震性的基本途径。
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。
6 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的主传动系统
本章授课进程与主要内容： 1、对主传动系统的基本要求和变速方式 2、数控机床的主轴部件 3、典型数控机床的主轴部件 4、高速主轴系统和电主轴
1 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
第一节对主传动系统的基本要求和变速方式
一、对主转动系统的基本要求 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 5.具有较高的运动精度和良好的低速稳定性
传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽 然在数控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施 减小这一影响，但不能完全消除。特别是对于非均匀 间隙，必须机械消除间隙措施，才能得到较好的解决。
5 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
二、主传动的变速方式 无级变速、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
从几瓦到数千瓦 5、维修保养方便，不需要润滑 6、安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺复杂，成本高。
14 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
15 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
16 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
17 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
23 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
➢ 主轴部件常用轴承的类型和精度等级
• 类型：
•
滚动轴承、滑动轴承（动压、静压）、
•
空气静压轴承、陶瓷轴承、磁悬浮轴承
• 精度等级
•
E(高级)、D(精密级)、C(特精级)、B(超精级)
•
普通精度的机床，前支承用D，后支承用D、E级，
前支承比后支承高一个精度等级。
20 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
z=74
z=87 M6
z=25
z=57
M5
M4
z=30 z=25
z=20
M3
M2
M1
φ220
z=18
z=80
z=48
z=75 z=80
z=85
φ100
n=1440/2880r/min P=5.5/7.5kW
图7-3 THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统
•
精度较高的机床，前后支承均用B级精度
24 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的主传动系统
主传动的齿轮变速装置 1、液压拨叉变速 2、电磁离合器变速
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第二章 数控机床的主传动系统
１通油、５卸荷，滑 移齿轮在最左侧
5通油、1卸荷，滑移 齿轮在最右侧 1、5同时通油，滑移 齿轮在中间 1，5 缸体 2活塞杆 3 拨叉 4套筒
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同步齿形带
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同步齿形带轮挡边设计
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同步带优点： 1、无滑动，传动比准确 2、传动效率高 3、传动平稳，噪声小 4、使用范围广，速度可达50m/s，传动比可达10倍左右，传递功率
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第二章 数控机床的主传动系统
利用伺服系统代替普通机床的进给系统是数控机床的 主要特点。伺服系统最小的移动量（脉冲当量），一 般只有0.001mm，甚至更小；最低进给速度，一般只 有1mm/min，甚至更低。这就要求进给系统具有较高 的运动精度，良好的跟踪性能和低速稳定性，才能对 数控系统的位置指令做出准确的响应，从而得到要求 的定位精度。
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第二节 数控机床的主轴部件
主轴端部结构 数控机床主轴端部的结构对工件或刀具的定位、安装、
拆卸以及夹紧的准确、牢固、方便和可靠有很大影响。常 见主轴端部结构如图。这些结构目前都已标准化。
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A车床主轴端部 B铣、镗端部 C外圆磨床端部
第二章 数控机床的主传动系统
数控机床主轴变速方式
1、带有变速齿轮的主传动
4、内装电动机主轴
2、通过带传动的主传动
3、调速电机直接驱动的主传动
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带传动主轴
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几种传送带的类型
多联V带
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第二章 数控机床的主传动系统
机床的热变性是影响机床加工精度的主要因素之 一。由于数控机床的主轴转速、快速进给都远远超过 普通机床，机床又长时间处于连续工作状态，电动机、 丝杠、轴承、导轨的发热都比较严重，加上高速切削 产生的切屑的影响，使得数控机床的热变性影响比普 通机床要严重得多。虽然在先进的数控系统具有热变 性补偿功能，但是它并不能完全消除热变性对于加工 精度的影响，在数控机床上还应采取必要的措施，尽 可能减小机床的热变性。
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第二章 数控机床的主传动系统
• 在带有齿轮变速的分段无级变速系统中，主轴的正、 反向启动与停止、制动是由电动机实现的，主轴变速 则由电动机无级变速与齿轮有级变速相配合来实现。
• 这种配置适合于大中型机床，确保主轴低速时输出大 扭矩、高速时输出恒功率特性的要求。
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第二章 数控机床的主传动系统
机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力，。 机床变形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方 法予以彻底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、 高可靠性以及自动化的要求，与普通机床相比，数控 机床应具有更高的精刚度。此外，为了充分发挥机床 的效率，加大切削用量，还必须提高机床的抗震性， 避免切削时产生的共振和颤振。而提高机构的动刚度 是提高机床抗震性的基本途径。
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。
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本章授课进程与主要内容： 1、对主传动系统的基本要求和变速方式 2、数控机床的主轴部件 3、典型数控机床的主轴部件 4、高速主轴系统和电主轴
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第二章 数控机床的主传动系统
第一节对主传动系统的基本要求和变速方式
一、对主转动系统的基本要求 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 5.具有较高的运动精度和良好的低速稳定性
传动装置的间隙直接影响着机床的定位精度，虽 然在数控系统中可以通过间隙补偿、单向定位等措施 减小这一影响，但不能完全消除。特别是对于非均匀 间隙，必须机械消除间隙措施，才能得到较好的解决。
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二、主传动的变速方式 无级变速、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
从几瓦到数千瓦 5、维修保养方便，不需要润滑 6、安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺复杂，成本高。
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第二章 数控机床的主传动系统
➢ 主轴部件常用轴承的类型和精度等级
• 类型：
•
滚动轴承、滑动轴承（动压、静压）、
•
空气静压轴承、陶瓷轴承、磁悬浮轴承
• 精度等级
•
E(高级)、D(精密级)、C(特精级)、B(超精级)
•
普通精度的机床，前支承用D，后支承用D、E级，
前支承比后支承高一个精度等级。
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第二章 数控机床的主传动系统
z=74
z=87 M6
z=25
z=57
M5
M4
z=30 z=25
z=20
M3
M2
M1
φ220
z=18
z=80
z=48
z=75 z=80
z=85
φ100
n=1440/2880r/min P=5.5/7.5kW
图7-3 THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统
•
精度较高的机床，前后支承均用B级精度
24 北京工业大学耿丹学院
第二章 数控机床的主传动系统