数控机床主传动系统
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• 滚动体用陶瓷材料制成，而内、外圈仍用轴承钢制造； • 滚动体和内圈用陶瓷材料制成，外圈用轴承钢制造； • 全陶瓷轴承，即滚动体、内外圈全都用陶瓷材料制成。
• ⑥磁浮轴承
CNC
• 图2-4 几种典型的主轴滚动轴承 • (a)、(b) 双列圆柱滚子轴承 (c) 双列圆锥轴承 (d) 双向推力角接触
下稳定运转，具有较高的旋转精度和刚度； • 轴承润滑容易，维修、供应方便，摩擦系数
小。 • （2）滚动轴承的缺点
CNC
（3）主轴支承的选用
• 数控机床主轴支承根据主轴组件的转 速、承载能力及回转精度等要求的不同而 采用不同种类的轴承。
• 一般中小型数控机床（车床、铣床、加工 中心、磨床）的主轴组件多采用滚动轴承 ；
CNC
项目二 数控机床主传动系统
2.1 主轴变速方式 2.2 主轴支承配置及轴承预紧 2.3 高速电主轴
CNC
技能目标
• 1. 了解数控机床的结构特点及要求； • 2. 理解数控机床主轴变速方式、典型主轴
部件结构及原理； • 预习 • 1. 直流或交流电动机的无级调速
CNC
2.1 数控机床主传动系统的组成 • 功用：主传动系及统特是点用来实现机床主运
CNC （6）主轴轴承的配置型式
• 主轴轴承的配置型式应根据刚度、转 速、承载能力、抗振性和噪声等要求来选 择。常见有如下几种典型的配置型式：速 度型、刚度型、刚度速度型。如图2-7所示 。
• ① 速度型 (如图2-7(a)）、（图2-8） • 主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两
联或三联）。
• ② 刚度型 (如图2-7(b)) 、（图2-9） • 前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径
• 重型数控机床采用液体静压轴承；
• 高精度数控机床（如坐标磨床）采用气体 静压轴承；
• 转速达（2-10）×104r/min的主轴可采用
C N C （4）主轴常用滚动轴承的类型
• ①圆锥孔双列圆柱滚子轴承 • ②圆锥滚子轴承 • ③双向推力角接触球轴承 • ④角接触球轴承(向心推力球轴承） • ⑤陶瓷滚动轴承
具或夹持工件的夹具，主轴端部的结构形状
已标准化。图2-2所示为几种ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ床上通用的
CNC
•
图2-2 主轴端部的结构形
式
CNC
2.3.2 主轴滚动支承
• 主轴支承是指主轴轴承，支承座及其相 关零件的组合体，其中核心元件是轴承。
• 采用滚动轴承的支承称为主轴滚动支承 • （1）滚动轴承的主要优点 • 适应转速和载荷变动的范围大； • 能在零间隙或负间隙（一定的过盈量）条件
球轴承 (e) 双列空心圆锥滚子轴承 (f) 特殊双列球轴承 (g) 角接触球轴承
CNC (5) 主轴滚动轴承的选择
• 轴承类型及型号选用主要根据主轴组件的刚 度、承载能力、转速、抗振性及结构等要求合 理进行选定。
• ① 承载能力和刚度 • 径向：圆柱、圆锥滚子轴承→球轴承
• 轴向：推力轴承→圆锥滚子轴承→向心推力球 轴承
轴传动结构
CNC
2.3 主轴部件
• 2.3.1 主轴的构造
•
主轴的构造和形状主要决定于主轴上
所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件
的类型、数量、位置和安装定位方法等。
•
主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺
寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺
寸最小。也有实心阶梯轴。
•
主轴的前端型式取决于机床类型和安
装夹具或刀具的型式。主轴端部用于安装刀
柱滚子轴承。
CNC
•
图2-11 三支承数控车床主轴组件
动的传动系统，它应具有一定的转速（速 度）和一定的变速范围，并能方便地实现 运动的开停、变速、换向和制动等。
• 组成：主要包括电动机、传动系统和主 轴部件
• 主传动系统的特点：
• ① 转速高、功率大
• ② 变速范围宽
• ③ 主轴变速迅速可靠
CNC 2.2 主传动系统设计要求及配 • 2.2.1 主传动系统的置设计要求
• 1. 主轴具有一定的转速和足够的转速范围 ，以满足机床的运动要求；
• 2. 主电动机具有足够的功率，全部机构具 有足够的强度和刚度，以满足机床的动力 要求；
• 3. 主传动的有关结构，特别是主轴组件要 有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声 要小，传动效率要高，以满足机床的工作 性能要求；
CNC
• ② 转速 • 径向：向心球轴承→向心推力球轴承→圆锥滚子轴承
CNC
•滚动轴承选用原则
• (1) 中高速重载 双列向心短圆柱滚子轴 承配双向推力角接触球轴承。
• (2) 高速轻载 向心推力球轴承，根据载 荷大小，每个支承可用一个 、二个甚至三 个。
• (3) 轴向载荷为主 精度不高时，选用推 力轴承配单列向心球轴承；精度较高，选 用向心推力轴承。
CNC
④ 三支承主轴
•
由于结构上的原因，主轴箱长度
较大，主轴支承跨距超过两支承合理跨
距很多，则增加中间支承有利于提高刚
度和抗振性。通常只有两个支承起主要
作用，而另一个支承起辅助作用，即处
于所谓“浮动”状态。
•
如图2-11所示为前、中支承为主
要支承的三支承主轴组件的典型结构，
前、中支承采用一对高精度的双列短圆
2.2.2 数控机床主传动系统配置方 • （１）带有变速齿式轮的主传动
• 实现分段无级变速，扩大输出扭矩， 常用大、中型数控机床。如图2-1(a)所示 ；
• （２）通过带传动的主传动
• 电动机本身的调速能够满足要求，可 以避免齿轮传动引起的振动与噪声。主要 应用在转速较高、变速范围不大的机床。 如图2-1(b)所示；
向载荷和60°角接触双列向心推力球轴承
CNC
•
图 2-7 主轴单元 (a) 速度型
CNC
• 图2-8 高速CNC车床主轴组件
CNC
• 图 2-7 主轴单元 (b) 刚度型
CNC
• 图2-9 CNC型车床主轴
CNC
• 图 2-7 主轴单元 (c) 刚度速度型
CNC
• 图2-10 卧式铣床主轴
CNC
• （３）用两个电动机分别驱动主轴 • 上述两种方式的混合传动，具有上述
两种性能。 如图2-1(c)所示； • （４）内装电动机主轴传动结构 • 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，如图2-1(d)。
CNC
•
图2-1 数控机床主传动的四种配置方式
(a)变速齿轮 (b)带传动 (c)两个电机分别驱动 (d)内装电动机主
• ⑥磁浮轴承
CNC
• 图2-4 几种典型的主轴滚动轴承 • (a)、(b) 双列圆柱滚子轴承 (c) 双列圆锥轴承 (d) 双向推力角接触
下稳定运转，具有较高的旋转精度和刚度； • 轴承润滑容易，维修、供应方便，摩擦系数
小。 • （2）滚动轴承的缺点
CNC
（3）主轴支承的选用
• 数控机床主轴支承根据主轴组件的转 速、承载能力及回转精度等要求的不同而 采用不同种类的轴承。
• 一般中小型数控机床（车床、铣床、加工 中心、磨床）的主轴组件多采用滚动轴承 ；
CNC
项目二 数控机床主传动系统
2.1 主轴变速方式 2.2 主轴支承配置及轴承预紧 2.3 高速电主轴
CNC
技能目标
• 1. 了解数控机床的结构特点及要求； • 2. 理解数控机床主轴变速方式、典型主轴
部件结构及原理； • 预习 • 1. 直流或交流电动机的无级调速
CNC
2.1 数控机床主传动系统的组成 • 功用：主传动系及统特是点用来实现机床主运
CNC （6）主轴轴承的配置型式
• 主轴轴承的配置型式应根据刚度、转 速、承载能力、抗振性和噪声等要求来选 择。常见有如下几种典型的配置型式：速 度型、刚度型、刚度速度型。如图2-7所示 。
• ① 速度型 (如图2-7(a)）、（图2-8） • 主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两
联或三联）。
• ② 刚度型 (如图2-7(b)) 、（图2-9） • 前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径
• 重型数控机床采用液体静压轴承；
• 高精度数控机床（如坐标磨床）采用气体 静压轴承；
• 转速达（2-10）×104r/min的主轴可采用
C N C （4）主轴常用滚动轴承的类型
• ①圆锥孔双列圆柱滚子轴承 • ②圆锥滚子轴承 • ③双向推力角接触球轴承 • ④角接触球轴承(向心推力球轴承） • ⑤陶瓷滚动轴承
具或夹持工件的夹具，主轴端部的结构形状
已标准化。图2-2所示为几种ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ床上通用的
CNC
•
图2-2 主轴端部的结构形
式
CNC
2.3.2 主轴滚动支承
• 主轴支承是指主轴轴承，支承座及其相 关零件的组合体，其中核心元件是轴承。
• 采用滚动轴承的支承称为主轴滚动支承 • （1）滚动轴承的主要优点 • 适应转速和载荷变动的范围大； • 能在零间隙或负间隙（一定的过盈量）条件
球轴承 (e) 双列空心圆锥滚子轴承 (f) 特殊双列球轴承 (g) 角接触球轴承
CNC (5) 主轴滚动轴承的选择
• 轴承类型及型号选用主要根据主轴组件的刚 度、承载能力、转速、抗振性及结构等要求合 理进行选定。
• ① 承载能力和刚度 • 径向：圆柱、圆锥滚子轴承→球轴承
• 轴向：推力轴承→圆锥滚子轴承→向心推力球 轴承
轴传动结构
CNC
2.3 主轴部件
• 2.3.1 主轴的构造
•
主轴的构造和形状主要决定于主轴上
所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件
的类型、数量、位置和安装定位方法等。
•
主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺
寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺
寸最小。也有实心阶梯轴。
•
主轴的前端型式取决于机床类型和安
装夹具或刀具的型式。主轴端部用于安装刀
柱滚子轴承。
CNC
•
图2-11 三支承数控车床主轴组件
动的传动系统，它应具有一定的转速（速 度）和一定的变速范围，并能方便地实现 运动的开停、变速、换向和制动等。
• 组成：主要包括电动机、传动系统和主 轴部件
• 主传动系统的特点：
• ① 转速高、功率大
• ② 变速范围宽
• ③ 主轴变速迅速可靠
CNC 2.2 主传动系统设计要求及配 • 2.2.1 主传动系统的置设计要求
• 1. 主轴具有一定的转速和足够的转速范围 ，以满足机床的运动要求；
• 2. 主电动机具有足够的功率，全部机构具 有足够的强度和刚度，以满足机床的动力 要求；
• 3. 主传动的有关结构，特别是主轴组件要 有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声 要小，传动效率要高，以满足机床的工作 性能要求；
CNC
• ② 转速 • 径向：向心球轴承→向心推力球轴承→圆锥滚子轴承
CNC
•滚动轴承选用原则
• (1) 中高速重载 双列向心短圆柱滚子轴 承配双向推力角接触球轴承。
• (2) 高速轻载 向心推力球轴承，根据载 荷大小，每个支承可用一个 、二个甚至三 个。
• (3) 轴向载荷为主 精度不高时，选用推 力轴承配单列向心球轴承；精度较高，选 用向心推力轴承。
CNC
④ 三支承主轴
•
由于结构上的原因，主轴箱长度
较大，主轴支承跨距超过两支承合理跨
距很多，则增加中间支承有利于提高刚
度和抗振性。通常只有两个支承起主要
作用，而另一个支承起辅助作用，即处
于所谓“浮动”状态。
•
如图2-11所示为前、中支承为主
要支承的三支承主轴组件的典型结构，
前、中支承采用一对高精度的双列短圆
2.2.2 数控机床主传动系统配置方 • （１）带有变速齿式轮的主传动
• 实现分段无级变速，扩大输出扭矩， 常用大、中型数控机床。如图2-1(a)所示 ；
• （２）通过带传动的主传动
• 电动机本身的调速能够满足要求，可 以避免齿轮传动引起的振动与噪声。主要 应用在转速较高、变速范围不大的机床。 如图2-1(b)所示；
向载荷和60°角接触双列向心推力球轴承
CNC
•
图 2-7 主轴单元 (a) 速度型
CNC
• 图2-8 高速CNC车床主轴组件
CNC
• 图 2-7 主轴单元 (b) 刚度型
CNC
• 图2-9 CNC型车床主轴
CNC
• 图 2-7 主轴单元 (c) 刚度速度型
CNC
• 图2-10 卧式铣床主轴
CNC
• （３）用两个电动机分别驱动主轴 • 上述两种方式的混合传动，具有上述
两种性能。 如图2-1(c)所示； • （４）内装电动机主轴传动结构 • 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，如图2-1(d)。
CNC
•
图2-1 数控机床主传动的四种配置方式
(a)变速齿轮 (b)带传动 (c)两个电机分别驱动 (d)内装电动机主