数控技术第7章数控机床的机械结构

（d）带凸肩的双列圆锥 滚子轴承。结构和图 （c）相似，特点是滚 子被做成空心，故能进 行有效润滑和冷却；此 外，还能在承受冲击载 荷时产生微小变形，增 加接触面积，起到有效 吸振和缓冲作用。
（e）高速电主轴轴承：
随着速度的提高，轴承的温度升高，离心力增加, 振动和噪声增大，寿命降低。
可采用磁浮轴承、液体动静压轴承、陶瓷球轴承 三种形式。磁浮轴承的高速性能好、精度高，容 易实现诊断和在线监控，但电磁测控系统过于复 杂。液体动静压轴承综合了液体静压轴承和液体 动压轴承的优点，但这种轴承必须根据具体机床 专门进行设计，单独生产，标准化程度低，维护 保养也困难。
（4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提 高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换 刀装置及自动排屑装置等辅助装置。
§7.3 数控机床的主Baidu Nhomakorabea动系统
一、数控机床对主传动系统的基本要求 1、机床主传动系统功能
主传动系统是实现机床主运动的传动系统，通过变速，使 主轴获得不 同的转速，以适应不同的加工要求。在变速 的同时，还要求传递一定的功率和足 够的扭矩，满足切 削的需要。
大扭矩和扩大恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩 的要求。 通常采用2-3级齿轮变速。
额定扭矩140N.m，额定转速1500rpm，22KW的交流无级 变速电动机，经过机械变速后的扭矩、功率曲线
2、无级调速电动机+带传动+主轴 一般采用同步齿形带，多见于数控车床。减少了
噪声和振动。
TND360型数控机床的主传动系统
传统机床主传动系统：从动力源（电动机）到执行件（主 轴、工作台），中间需要经过一系列的传动机构：皮带轮、 齿轮。存在问题：转动惯量大、振动和噪声、摩擦磨损、 传动误差等。不能达到高转速。
2、数控机床主传动系统 的基本要求：
①转速高，功率大，能使数控机床进行大功率切削 和高速切削，实现高效率加工。
②主轴转速的变换迅速可靠，调速范围广，无级变 速，使切削工作始终在最佳状态下进行。
③为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设 有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切 屑清除装置。
④为实现对C轴位置（主轴回转角度）的控制，主 轴还需要安装位置检测装置。
3、主传动的无级变速方法：
①采用交流电动机驱动系统实现无级变速传动，在 早期的数控机床或大型数控机床上，也有采用直 流主轴驱动系统的情况。
转子由转子铁心、鼠笼、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，用由过盈力传 递扭矩。
电主轴制造商： 国外：德国GMN公司；瑞士FISCHER公司、IBAG公司； 国内：洛阳轴承研究所
发热问题的解决 热源：内置电动机的发热和主轴轴承的发热。 可用循环切削液冷却。
电主轴内置电动机的发热与散热
（b）双列推力向心球 轴承，接触角为60°。 球径小、数量多，允 许转速高，轴向刚度 较高，能承受双向轴 向载荷。该种轴承一 般与双列圆柱滚子轴 承配套用作主轴的前 支承。
（c）双列圆锥滚子轴承。 这种轴承的特点是内、 外列滚子数量相差一个， 能使振动频率不一致， 因此，可以改善轴承的 动态性能。轴承可以同 时承受径向载荷和轴向 载荷，通常用作主轴的 前支承。
②轴承配置：
（a）后端定位：推力轴承布置在后支承两侧，并承受双向 轴向载荷。优点：简化主轴端部结构，缺点：主轴热膨胀， 向前端伸长或横向弯曲，影响精度。
转轴：成品转轴的形位公差和尺寸精度要求都很高。且 必须对转轴进行严格的动平衡。
轴承：高速精密轴承。具有高速性能好、动载荷承载 能力高、润滑性能好、发热量小等优点。
定子与转子：定子由具有高磁导率的优质矽钢片叠压而成， 叠压成型的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。
3、电主轴（Electrospindle, Motor Spindle)
主轴电动机与机床主轴合而为一，传动链为零，又称 “零传动”。
优点：结构轻、惯性小、高转速、高精度、高功率，高刚 度，结构紧凑。
应用：高速数控机床
电主轴结构
结构
轴壳：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。大型或特种电主轴，为 方便制造、节省材料，可将轴壳两端均设计成开放型。
②在经济型、普及型数控机床上，为了降低成本， 可以采用变频器带变频电动机或普通交流电动机 实现无级变速的方式。
③在高速加工机床上，广泛使用主轴和电动机一体 化的新颖功能部件———电主轴。电主轴的电动 机转子和主轴一体，无需任何传动件，可以使主 轴达到数万转、甚至十几万转的高速。
二、主传动变速方式
1、电动机+变速齿轮+主轴 应用于大、中型数控机床上，目的是使主轴在低速时获得
高速主轴单元的油-水冷却系统
三、主轴组件
主轴组件包括主轴、主轴轴承、传动零件等。
1、主轴轴承
一般采用滚动轴承
①轴承类型
（a） 锥孔双列圆柱滚子轴承：内 圈为1：12的锥孔，当内圈沿锥 形轴轴向移动时，内圈胀大，可 以调整滚道间隙。滚子与内外圈 线性接触，承载能力大，刚性好。 允许极限转速较高。对箱体孔、 主轴颈的加工精度要求高，且只 能承受径向载荷。
第七章 数控机床机械结构
与普通机床相比，数控机床的机械结构有以下特点：
（1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统， 数控机床的机械传动结构大为简化，传动链也大大缩短；
（2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机 床机械结构具有较高的静、动态刚度，以及较高的耐磨性， 而且热变形小；
（3）为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度， 更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、 消隙齿轮传动副等；
应用最多是混合陶瓷球轴承，即滚动体使用热压 或热等静压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈。
滚动体采用氮化硅陶瓷球的原因：①质量轻，相当于钢球 的40%，因而离心力下降；②弹性模量高，为钢球的1.5 倍，因而主轴和轴承的刚度、临界转速提高。③线膨胀系 数低，约为钢球的25%；④硬度高，1600-1700HV.为 钢球的2.5倍；⑤陶瓷与金属不产生咬合。