第3章 数控机床典型结构及部件

b）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承。向心推力轴承 有良好的高速性，主轴最高转速可达4000r／min，但承载能力 小，适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴。
c）前后支撑分别采用双列 和单列圆锥滚子轴承。径向和 轴向刚度高，能承受重载荷， 其安装、调整性能好，但限制 了主轴转速和精度，因此可用 于中等精度、低速、重载的数 控机床的主轴。
（4）调速电机直接驱动主轴传动
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，但主轴输出的扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
直接驱动式
（5）电主轴
电主轴是高频主轴的简称。实现了机床的“零传动”， 如瑞士的FISCHER，德国的GMN，美国的PERCISE，意大 利的GAMFIOR及日本的NSK等公司。
电主轴的结构见图3.4(b) 电主轴的轴承：决定主轴寿命和承载能力的关键部件，当前
主要有：陶瓷球轴承、液体静压轴承和磁悬浮轴承。
电主轴的冷却：强制循环油冷却的方式。
电主轴的驱动பைடு நூலகம்交流异步感应电动机
电主轴的基本参数：套筒直径（主要参数）、最高转速、输 出功率、转矩和刀具接口。
2、主轴部件
包括主轴的支撑和安装在主轴上的传动零件
1、主轴传动方式
（1）带有变速齿轮的主传动
大中型数控机床较常采用的配置方式，确保低速时 有较大的扭矩，滑移齿轮的移位大多采用液压拨叉或直接 由液压缸驱动齿轮来实现。
(a)齿轮变速；(b)带传动；(c)两个电机分别驱动；(d)调速电机直接驱动
（2）通过带传动的主传动
主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上 。可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。适用于高速 低转矩特性的主轴，常用有多楔带和同步齿形带。
回转交换式APC 移动交换式APC
二、主传动系统
主要包括：主轴电机、主传动系统和主轴组件 决定了零件的加工精度 要求： ※更大的调速范围并实现无级变速。一般要求主轴具备1∶
（100～1000）的恒转矩调速范围和1∶10的恒功率调 速范围。 ※较高的精度和刚度 ※良好的抗振性和热稳定性 ※在车削中心上，要求有C轴控制功能（螺纹车削） ※在加工中心上，高精度的准停功能 ※恒线速度切削控制功能
典型的V形槽轮定位盘机械 准停原理示意图
2）电气准停控制
（a）磁传感器主轴准停控制 在主轴上安装一个永久磁铁与主
轴一起旋转，在距离发磁体旋转 外轨迹1~2mm处固定一个磁传 感器，它经过放大器并与主轴控 制单元相连接，当主轴需要定向 时，便可停止在调整好的位置上 。
永久磁铁与磁传感器在 主轴上的位置
第三章 数控机床典型结构 及部件
技能目标
1、了解数控机床的结构特点及要求 2、熟悉数控机床主传动系统的主轴变速方式、典型主轴部
件结构及原理 3、熟悉并掌握进给传动系统中典型部件结构及原理 4、熟悉并掌握一般转塔回转刀架及自动换刀机构的组成及
工作原理 5、熟悉并掌握数控机床典型位置检测装置结构及工作原理 6、了解数控机床排屑装置的作用与种类
一、数控机床的结构特点及要求
数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不 同： ※采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统 ※刚度和抗振性较好 ※优良的传动元件 ※多主轴、多刀架及刀具与工件的自动夹角紧装置，ATC， 自动排屑装置、自动润滑冷却装置 ※采取减小机床热变形的措施
数控车床的机械结构
数控加工中心机械结构
带的结构形式 (a)多楔带;(b)同步齿形带
同步齿形带传动是一种综合了带传动和链传动优点的新 型传动方式，带型有梯形齿和圆弧齿。
同步齿形带的结构和传动
（3）用两个电机分别驱动主轴传动
高速时，由一个电机通过带传动；低速时，由另一个 电机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用 ，使恒功率区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩 不够且电机功率不能充分利用的问题。
压缩空气进入活塞和拉杆的中孔， 吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准 备。当机械手将下一把刀具插入主轴 后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧 和弹簧的恢复力作用下，拉杆、钢球 和活塞退回到图示的位置，使刀具被 夹紧。刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液 压放松，以保证在工作中突然停电时， 刀杆不会自行松脱。
（3）刀具自动装卸切屑清除装 置 机 床 采 用 的 是 7∶24 号 锥
(3)刀具自动装卸切屑清除装置 加工中心主轴前端有7∶24
号锥孔，内部和后端安装的是 刀具自动夹紧机构。
机床执行换刀指令，机械手 从主轴拔刀时，主轴需松开刀 具。这时，液压缸上腔通压力 油，活塞推动拉杆向下移动， 使碟形弹簧压缩，钢球进入主 轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部 的拉钉被松开，机械手拔刀。
(3)刀具自动装卸切屑清除装置
柄刀具，锥柄的尾端安装有拉 钉，拉杆通过4个钢球拉住拉 钉的凹槽，使刀具在主轴锥孔 内定位及夹紧。
（3）刀具自动装卸切屑清除装 置
排屑装置是将机械加工过程 中产生的切屑收集、输送到集 屑箱中的机械机床功能部件。
螺旋式排屑机
链板式排屑机
磁性排屑机
刮板式排屑机
（4）主轴的进给功能
在车削中心的主传动系统中，增加了主轴的进给功能 ——C轴坐标功能。进给功能即是实现主轴定向停车和圆 周进给，并在数控装置控制下实现C轴、Z轴插补和C轴、 X轴插补。
（5）主轴的准停功能
当加工阶梯孔或精 镗孔后退刀时，为防止 刀具与小阶梯孔碰撞或 拉毛已精加工的孔表面， 必须先让刀，再退刀， 因此，刀具就必须具有 定位功能。
主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图
1）机械准停控制 采用机械凸轮机构或 光电盘方式进行粗定位， 然后有一个液动或气动的 定位销插入主轴上的销孔 或销槽实现精确定位，完 成换刀后定位销退出，主 轴才开始旋转。 结构复杂，在早期数 控机床上使用较多。
（1）主轴端部的结构形状（标准化）：用于安装刀具或夹 持工件的夹具
（2）主轴部件的支撑
a）前支撑采用双列短圆柱 滚 子 轴 承 和 60° 角 接 触 双 列向心推力球轴承组合， 后支撑采用成对向心推力 球轴承。可提高主轴的综 合刚度，满足强力切削的 要求。普遍用于各类数控 机床主轴。
主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三