第八章 数控机床的典型部件

如图8-11所示为卧式镗铣床主轴部件的支承，这种支承方 式可以承受双向轴向载荷和径向载荷，承载能力大，刚性好， 结构简单。
4．
滚动轴承存在较大间隙时，载荷将集中作用于受力方向 上的少数滚动体上，使得轴承刚度下降，承载能力下降，旋 转精度变差。将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈 滚道在接触处产生一定量的预变形，就可使受载后承载的滚 动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高轴承承载能力和刚 度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高旋转精度。但过 盈量不宜太大，否则会使轴承的摩擦磨损加剧，承载能力显 著下降。公差等级、轴承类型和工作条件不同的主轴组件， 其轴承所需的预紧量各有所不同。因此，主轴组件必须具备 轴承间隙的调整机构。
（2）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承(见图8－8 （b）)。向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达 4000r／min，但它的承载能力小，适于高速、轻载、高精密 的数控机床主轴。
（3）前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承(见 图)。这种轴承的径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其 是可承受较强的动载荷。其安装、调整性能好，但这种支撑 方式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。
由调速电机直接驱动主轴传动如图9－1（d）所示。这 种主轴传动方式是由电机直接带动主轴旋转，即直接驱动 式，如图8－4所示。它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
8.1.3 主轴部件
• 主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的 支撑和安装在主轴上的传动零件等。主轴部件质 量的好坏直接影响到加工质量。
能短，同时，由于数控机床特别是加工中心通常配备有 多把刀具，要求能够实现主轴上刀具的快速及自动更换
Hale Waihona Puke Baidu
8.1.2数控机床主轴的传动方式 1．带有变速齿轮的主传动 2．通过带传动的主传动 常用的有多楔带和同步齿形带(见后图）。 同步齿形带传动具有如下优点： (1)传动效率高，可达98﹪以上； (2)无滑动，传动比准确； (3)传动平稳，噪声小； (4)使用范围较广，速度可达50m／s，速比可达10左右， 传递功率由几瓦至数千瓦； (5)维修保养方便，不需要润滑； (6)安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂， 成本高。
2．
1）
滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在 一定的转速范围和载荷变动范围内稳定地工作。滚动轴承由 专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用。 但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限， 刚度是变化的，抗振性略差并且对转速有很大的限制。数控 机床主轴组件在有可能的条件下，应尽量使用滚动轴承，特 别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够作轴向移动的主 轴，这时滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。图8－7为 主轴常用的滚动轴承类型。
(a)锥孔双列圆柱滚子轴承；(b)双列推力向心球轴承； (c)双列圆锥滚子轴承； (d)带凸肩的双列空心圆柱滚子轴承；
(e)带预紧弹簧的单列圆锥滚子轴承；(f)角接触滚子轴承
2）
滑动轴承在数控机床上最常使用的是静压滑动轴承。静 压滑动轴承的油膜压强是由液压缸从外界供给的，它和主轴 转与不转、转速的高低无关（忽略旋转时的动压效应）。它 的承载能力不随转速而变化，而且无磨损，启动和运转时摩 擦阻力力矩相同，因此静压轴承的刚度大，回转精度高，但 静压轴承需要一套液压装置，成本较高。
第八章 数控机床的典型部件
• 学习目的与要求 • 了解对数控机床主轴系统的要求； • 理解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； • 理解并掌握进给传动系统中典型部件结构及原理； • 了解床身与立柱； • 熟悉数控机床导轨种类及结构特点； • 理解自动换刀装置、刀库、机械手和位置检测装置等的
3．
主轴轴承的支撑形式主要取决于主轴转速特性的速度因 素和对主轴刚度的要求。主轴轴承常见的支撑形式有以下三 种，如图所示。
主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三
（1）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(见图 8－8（a）)。此配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削 的要求。它普遍用于各类数控机床主轴。
主轴支承的典型结构：
如图8-9所示为数控车床主轴支承结构，前支承采用双列短 圆柱滚子轴承承受径向载荷和60°角接触双列向心推力球轴 承承受轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，适用于 中等转速，主轴刚性高，能承受较大的切削负载。
图8-9数控车床主轴支承结构
如图8-10所示为卧式铣床主轴支承结构，轴的径 向刚度好，并有较高的转速。
(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
带的结构形式 (a)多楔带;(b)同步齿形带
同步齿形带的结构和传动
3．用两个电机分别驱动主轴
用两个电机分别驱动主轴传动如图8－1（c）所示，它是上 述两种方式的混合传动，具有上述两种方式的性能。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，这样就 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。但两个电机不能同时 工作，也是一种浪费。 4
结构及工作原理； • 了解自动排屑装置的作用与种类。
8.1数控机床的主轴系统
• 8.1.1 对数控机床主轴系统的要求 • ⑴ 具有更大的调速范围并实现无级调速 • ⑵ 具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低 • ⑶ 良好的抗振性和热稳定性 • ⑷ 车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能 • ⑸ 加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能 • (6) 具有恒线速度切削控制功能 • 此外，为了获得更高运动精度，要求主运动传动链尽可
•1
•
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、
联结牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主
轴端部的结构形状都已标准化，图8－6所示为普
通机床和数控机床所通用的几种主轴端部的结构
形式。
(a)车床主轴端部；(b)铣、镗类机床主轴端部；(c) (d)内圆磨床砂轮主轴端部；(e)普通镗杆装在钻床主轴上的端部；(f)组合机床主轴端部