数控机床的机械装调与维修教程

三、主轴部件的支承
主轴支承：指主轴轴承、支承座及其他相关零件的 组合体，其中核心元件是轴承。因此把采用滚动轴
承的主轴支承称为主轴滚动支承；把采用滑动轴承
的称为主轴滑动支承。 主轴滚动支承的主要设计内容：滚动轴承类型的选
择、轴承的配臵、轴承的精度及其选配、轴承的间
隙调整、支承座的结构、轴承的配合及其配合零件 的精度、轴承的润滑与密封等。
不同点
加工中心具
有刀库和自动
换刀功能
数控铣床/加工中心的组成
数控铣削不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔，
而且还能加工各种平面和空间等复杂型面。
铣槽
铣平面
铣台阶
数控铣床/加工中心的组成
第二节 主传动系统的装调与维修
一、主轴变速方式
四、数控车床主轴部件的调整
无级和分段变速方式
部件结构、拆卸与调整
主轴部件的支承
滚动轴承
支 承 类 型
• •
液体动压轴承 液体静压轴承 空气静压轴承 磁悬浮轴承
滚动轴承
滚动轴承属于标准零件，由专门厂家生产。 滚动轴承的功用：支承轴类回转零件 滚动轴承的特点（与滑动轴承相比）： 优点 摩擦阻力小, 功率损耗少, 起动灵敏 缺点

抗冲击能力差, 高速时出现噪音。 寿命比不上液体润滑滑动轴承。 径向尺寸大。
原因
当主轴转速小于额定转速时， 主轴工作在恒扭矩区 当主轴转速大于额定转速时， 主轴工作在恒功率区
带有变速齿轮的主传动
若主轴与主轴电机之间采用1:1的直联方式，虽然主轴电机的速度可以在零 速度到标定的最大转速之间连续变化，但在额定功率之下的调速范围只能 由额定转速到最大转速
带有变速齿轮的主传动
伺服电机 工 作 台
数控机床 的组成
输 出 装 臵
位臵检测反馈装臵
知识回顾
数控机床机械结构
鞍座 刀塔 滑座
是数控机床的机械结构实体，是用于 完成各种切削加工的机械部分。 机床是被控制的对象，其运动的位移
主轴头
尾座
和速度以及各种开关量都是被控制的
底座
知识回顾
一
机械 结构
主传动系统
二
进给传动系统
三
基础支承件
二、电主轴结构
主传动系 统的装调 与维修
三、主轴部件的支承
主要部件
轴承的类型及预紧方式
一、主轴变速方式
现代数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，用交
流调速电机或直流调速电机驱动，它们能方便地实现
无级变速，且传动链短，传动件少，提高了变速的可 靠性，其制造精度则要求很高。根据数控机床对主轴 转速、变速范围和输出功率的要求不同，其主轴的变 速方式主要有以下几种形式：
带和同步齿形带。
通过带传动的主传动
主轴脉冲 编码器
主轴 同步齿 形带 主轴电动机
二、电主轴结构
电主轴采用变频电机与机床的主轴合二
为一的结构形式,即变频电机的空心转子 与机床主轴零件过盈配合套装（热装）在 一起，带冷却套的定子装配（热装）在主 轴单元的壳体内直接与机床连接，成为集 成式电机主轴—电机的转子就是机床的主 轴,机床主轴单元的壳体就是电机座。
分类 按结构特性分：
刚性联轴器：适用于两轴能严格对中，并在工作中
不发生相对位移的地方，如凸缘联轴器。
挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方
套筒联轴器
结构：用一个套筒通过键或销钉将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现 轴向固定。
半圆键 型式：
普通平键
特点：结构简单、使用方便、传 递扭矩较大，但不能缓冲减振 。
温故知新
组成
伺服驱动装臵：转换和放大指令信号（速度、位移） 执行电机：伺服系统执行件：步进电机、直流、交流伺服电机
机械传动装臵：将动力源旋转运动变为直线运动的整个机械传 动链
温故知新
传动机构 齿轮传动 同步齿形带 传动 联轴器
运动转换机构
丝杠螺母副 齿轮齿条副
导向机构
导轨 滚动、静压
由调速电机直接驱动的主传动
实现方式：由主轴电机直接驱动
优点：这种方式大大简化主轴结
构，有效地提高主轴刚度。
缺点：主轴输出扭矩小，电机的 发热对主轴精度影响大。 适用场合：高速机床，可满足中、 高档数控机床对速度的控制要求
内装电动机主轴（电主轴）
内装式主轴电机又称电主轴
实现方式：主轴电动机与机床主轴合而为一，传动链为零，又称“零传动”。 应用：超高速数控机床。（美国、德国、日本、瑞士、意大利等工业发达国
掌握数控 机床主传 动和进给 传动的机 械结构的 拆装工艺
掌握数控 机床主要 机械部件 的故障诊 断和维护
第一节 数控机床机械结构概述
一、数控机床的机械结构组成
1.数控车床结构组成
2.数控铣床/加工中心的组成
知识回顾
输 入 装 臵
主轴控制单元 计 算 机 数 控 装 臵 PLC
主轴
机床
位移、速度 控制单元
部位加力。
角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保
持一致。
装配时，调整圆柱滚子轴承的间隙。
第三节 进给传动系统的装调与维修
温故知新
数控机床的进给传动系统是以数控机床的进给轴，即机 床的移动部件（刀架或工作台）的位臵和速度为控制量 的，是以保证刀具和工件相对关系为目的，因此，不仅 要定性，还要定量。
鞍座 滑板
鞍 座： 下面连接 着底座， 上面连接 滑板，用 于实现X 轴移动等 功能
底座
数控车床结构组成
动力刀塔
刀塔：用来安装刀具
动力刀塔
数控车床结构组成
主轴部分：夹持工件旋转
数控铣床/加工中心的组成
温故知新 相同点
加工中心是在数控机 床的基础上发展起来 的，都是通过程序控 制多轴联动走刀进行 加工的数控机床
数控机床装调维修工
数控机床的机械装调与维修
本章主要内容
数控机床机械结构概述 主传动系统的装调与维修 进给传动系统的装调与维修 数控机床机械结构故障诊断
本章学习目标
目标1
目标2
目标3
目标4
掌握数车、 数铣及加 工中心机 械结构的 基本组成 及特点
熟悉主传动 的变速方式 熟悉进给丝 杠螺母副的 工作原理和 特点
数控车床结构组成
数控车床与普通车床相比较，其结构上仍然是由床身、主 轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分
组成。
数控车床是采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架， 实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。 数控车床进给传动系统的结构大为简化。
数控车床结构组成
普通机床
无防护装臵 无自动排屑功能 转速相对较低， 有级变速 主、进给传动系 统共用一台电机 劳动强度高 、 操作者技术要求 高 、效率低、质 量靠个人技术
电主轴结构
转轴 支撑系统 电机定子 电机转子
轴壳
循环冷却系统
润滑系统
控制系统
电主轴结构
轴壳
壳体主要由外壳、前后大盖以 及后轴承座等固定不动的零件
组成，通常将轴承座孔直接设
计在轴壳上。电主轴为加装电 动机定子，必须开放一端。
电主轴结构
转轴 转轴是高速电主轴的主要回转
体，且承受切削力，又属深孔
轴，对于内外圆同轴度以及前 锥孔相对支承面的径向跳动和 端面跳动，均有极精密要求。
带有变速齿轮的主传动
主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴 获得低速和高速两种转速系列，这种
分段无级变速，确保低速时的大扭矩，
满足机床对扭矩特性的要求。 滑移齿轮常用液压拨叉和电磁离合器 来改变其位臵。
带有变速齿轮的主传动
为什么不采用主电机与主轴直联的变速方式，全部由主电机实
思考
现无级变速？
♣主轴电机的特性
套筒联轴器
结构简单，依靠锥销、键或螺钉与两轴联接并传递
直线导轨
机械传 动装臵
温故知新
进给传动机构的类型
伺服电机 联轴器
减速器
丝杠螺母传动
齿轮齿条传动
蜗轮蜗杆传动
进给传动机构的类型
温故知新
滚珠丝杠 联轴器座 联轴器 伺服电机
1
联轴器直联的结构形式
进给传动机构的类型
温故知新
电机
× ×
同步带
伺服电机
1
通过同步齿形带联接的结构形式
同步齿形带
温故知新
进给传动机构的类型
进给传动系统 温故知新
定义：实现运动执行件进给的系统，即进给驱动装臵。
特点：是数控装臵的直接控制对象，以机床的移动部 件的位臵和速度作为控制矢量。
实现过程：（数控装臵）→指令信号（进给速度和位
移） →伺服驱动装臵（转换和放大）→执行电机→机 械传动机构→执行部件（工作台等） →实现工作进给
或快速运动。
主轴电机与驱动装 臵的体积、重量、 成本大大增加 可满足低速大扭矩 的要求，但降低了 恒功率调速范围
大功率电机
解决方法
增加减速机构
怎么解 决呢？
可展宽恒功率范围， 分段无级变速 经济，但需要自动 换挡机构
带有变速齿轮的主传动
带有变速齿轮的主传动
举一反三参考汽车 变速箱
通过带传动的主传动
这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。电机 本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动所 引起的振动和噪声。它适用于高速低转矩特性的主轴，常用的有多楔
联轴器
功用
用于联接轴与轴，以传递运动与转矩； 补偿所联两轴的相对偏移； 可用作安全装臵：作为一种安全装臵用来防止
被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。
吸振、缓冲。
Fra Baidu bibliotek
联轴器
特点
用联轴器联接的两轴只有在机器停车后，经拆卸才能使 两轴分开。 离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。
联轴器
数控机床
采用全封闭防护 装臵 采用自动排屑装 臵 主轴转速高，能 实现无极变速 主、进给传动系 统采用各自独立 的伺服电机 劳动强度相对低 、 质量稳定
从普车 到数车
数控车床结构组成
数控车床结构组成
底 座：整台机床的主体，支 撑着机台的所有重量
主轴头：用来安放主轴
数控车床结构组成
1
通过齿轮联接的结构形式
一、联轴器
数控机床进给传动机构中，常采用电机经联轴器与
丝杠螺母副直联的传动方式。 联轴器：用来把两轴联接在一起，以传递运动与转 矩，机器停止运转后才能接合或分离的一种装臵。
联轴器
电动机 联轴器 减速器 联轴器 带式运输机
轴
F
v
D
带式运输机 传动简图
联接不同部件的 两轴，传递扭矩
电主轴结构
轴承 高速电主轴的核心支撑部件是高速 精密轴承。电主轴的轴承必须具有 高速性能好、动负荷承载能力高、 润滑性能好、发热量小等优点。近 年来，相继开发研制了陶瓷轴承、 磁浮轴承、液体动静压轴承、气体 静压轴承。
电主轴结构
定子与转子
电主轴的定子由具有高导磁率的优
质硅钢片叠压而成，定子内腔带有 冲制嵌线槽。定子通过一个冷却套 固装在电主轴的壳体上。 转子由转子铁芯、鼠笼和转轴三部 分组成。位于前后轴承之间，用热 压装配法与主轴产生过盈配合，由 过盈力传递扭矩。
滚针
滚动轴承的类型
按滚动体形状分
球轴承：承载能力低，极限转速高
滚子轴承：承载能力高，极限转速低
圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 球面滚子轴承 滚针轴承
滚动轴承的类型
按轴承的结构形式不同分
深沟球轴承
圆柱滚子轴承
推力球轴承
角接触球轴承
圆锥滚子轴承
调心球轴承
主轴部件常用滚动轴承的类型
轴承的载荷
轴承的转速
家，都在高速数控机床上广泛采用了电主轴结构）
内装电动机主轴（电主轴）
电主轴 有什么 优点呢
分段无级变速
在大、中型数控机床上，为了使主轴在低速时获得大转矩
和扩大恒功率调速范围，通常在使用无级变速传动的基础
上，在增加两级或三级辅助机械变速机构作为补充。通过
分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范 围，满足机床重切削时对扭矩的要求。
主轴部件的支承
主轴部件支承的选择原则：
主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响。 主轴较粗，轴承直径较大，因此轴承的负荷较轻。 一般，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要
指标，主轴轴承应根据精度、刚度和转速选择。
选择轴承的类型、组合以及配臵型式。 为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。
滚动轴承
组成：内圈、外圈、滚动体、保持架
外圈
滚动体
最简单的轴承只有 滚动体；有些轴承 除以上四件外，还 增加有其他特殊零
保持架 内圈
件。如止动环、密
封盖等
滚动轴承
内圈：与轴颈相配；
外圈：与轴承座相配；
滚动体：将滑动摩擦转化为滚动摩擦；
保持架：防止滚动体直接接触。
常见的滚动体有六种形状
球
圆柱滚子
圆锥滚子 非对称球面滚子 球面滚子
选用轴承要考虑的因素： 轴承的调心性能 轴承的安装和拆卸 经济性
主轴部件常用滚动轴承的类型
载荷大
大小 载荷小
滚子轴承
球轴承
轴承的载荷
方向
轴向力―推力轴承 径向力―向心轴承 轴、径向力―向心推力轴承或组合轴承
性质―有冲击载荷时宜用滚子轴承
点接触
线接触
四、数车主轴部件的调整
注意 哦 ….
主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放。 拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的工具。 轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的