第八讲 数控车床的传动与结构特点

数控车床采用伺服电机驱动，通过滚珠丝杆 螺母副带动刀架移动。刀架的快速位移与 进给运动为同一传运动路线。
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进给传动系统
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滚珠丝杠螺母副+滑动导轨
数控车床的进给传动方式
中小型数控车床的进给普遍采用滚珠丝杠副传 动。
伺服电机与滚珠丝杠的传动连接方式有两种： a. 滚珠丝杠与伺服电机轴端通过联轴器直接
液压卡盘
中实液压卡盘
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中空液压卡盘
卡盘
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弹簧夹头卡盘
液压卡盘结构图
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1 回转液压缸 2拉杆 3连接套 4滑套 5接套 6活塞 7 、10螺钉 8回转液压缸箱体 9卡盘体 11卡爪套 12卡爪
卡盘与主轴的同步回转工作原理
如图所示，液压卡盘固定安装在主 轴前端，回转液压缸1与接套5用螺 钉连接，接套通过螺钉与主轴后端 面连接，使回转液压缸随主轴一起 转动。
3.2 数控车床的传动与结构特点
本讲内容： ➢ 主传动系统及主轴箱 ➢ 进给传动系统
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主传动系统
主传动链两端部件是主电动机与主轴。 功用：把动力源的运动及动力传递给主轴，使主
轴带动工件旋转实现主运动，满足主轴变速 和换向的要求。
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主传动系统
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数控主传动系统
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滚珠丝杠通过同步齿形带及带轮与伺服电机连接
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1、 4轴承座 2、 5 轴承 3滚珠丝杠 6螺母 7 轴承盖 8 、10 同步带轮 9同步带 11电动机座 12伺服电机 13外锥环 14内锥环 15法兰 16螺钉 17床身
滚珠丝杠通过同步齿形带及带轮与伺服电机连接 特点：通过带轮降速，提高驱动扭矩，且 安装精度要求不同。为消除同步齿形带 对传动精度的影响，可采用直接检测滚 珠丝杠的旋转状态。此结构允许伺服电 机的轴端朝外安装。
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主轴转速和功率特性
当电动机在45~6000r/min时，为恒功率输出。
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主轴转速和转矩特性
当电动机转速在70~1500r/min时，为恒转矩输出。
图3.11 主轴转速和转矩特性
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主轴箱结构
主轴箱作用：支承主轴和支承主轴运动的传动系统。
图3.12 HTC2050型数控车床主轴箱
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连接 b. 滚珠丝杠通过同步齿形带及带轮与伺服电
机连接。
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滚珠丝杠与伺服电机轴端通过联轴器直接连接
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1、4轴承座 2、5轴承 3滑板 6轴承盖 7联轴器 8伺服电机 9螺母 10、13缓冲块 11床鞍 12滚珠丝杠
滚珠丝杠与伺服电机轴端通过联轴器直接连接 特点：整个系统结构简单，减少产生误差的 环节。且是采用锥环连接，可消除进给传 动系统的传动间隙。依靠内外锥环面压紧 后产生的摩擦力传递动力。 应用场合：方泛用于进给传动链的各个环节。
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1、2 带轮 3 同步齿形带 4 压块 5 圆螺母 6 、10轴承 7 主轴 8、9圆螺母 11 主脉冲编码
器
12联轴器
HTC2050型数控车床主轴箱
如图所示，电动机通过带轮3和多楔带直接驱 动主轴。通过改变电机的旋转方向实现机床 主轴的正反转。主轴制动由电机制动实现。 ➢ 主轴前支承采且三个角接触球轴承，形成背 靠背组合形式。轴承由压块锁紧圆螺母9预紧， 为防止螺母回松，用圆螺母8锁紧。 ➢ 后支承采用两个角接触球轴承，形成背靠背 组合形式，轴承由压块锁紧圆螺母5预紧。 ➢ 主轴脉冲编码器11由主轴通过带轮1、2和齿 形带及联轴器12带动，和主轴同步运动转。
虎钳
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回转坐标轴
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铣削用三爪卡盘
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铣削用四爪卡盘
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工件装卸机器人
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工件装卸机械手
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工件装卸机械手
塔轮
step pulley 具有多种直径的带轮，改变转速用的传动件。通常两个塔轮配套使用。动力和 运动由主动轴输入，通过带和塔轮装置由从动轴输出。当带所处的主动轮和从 动轮直径相等时，实现等速传动。改变带的位置，当带处于主动轮直径小于从 动轮直径位置时，实现减速传动；处于主动轮直径大于从动轮直径位置时，实 现增速传动。塔轮传动可用于需要有级变速而功率较小的地方。由于塔轮传动 装置尺寸较大，虽然结构简单，在机械传动中已很少采用。
主轴后支承采用双列向心短圆柱滚子轴承， 加强主轴刚性。
主轴脉冲编码器4通过一对带轮和齿形带带动 的，与主轴同步运转。齿形带的松紧由螺 钉5来调节。
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卡盘结构
卡盘是数控车床的主要夹具，随着高轴转速的提 高，普通卡盘巳不再适用，必须采用高速卡 盘才能保证安全可靠地加工。
目前数控车床的最高转速可达每分钟数千转，甚 至每分钟数万转。
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液压动力自定心卡盘
为减少装夹工件的辅助时间，广泛采用液压或气动 动力自定心卡盘，卡盘的松夹是靠用拉杆连接 的液压卡盘和液压夹紧油缸的协调动作来实现 的。
应对主轴高速，卡盘结构的改进： 由卡爪、滑座和紧固螺钉组成的卡爪组件难以满 足主轴高速运转产生的离心力。因此，常采用 液压卡盘。
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主传动系统
主轴
主轴电机
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主轴脉冲编码器 同步齿形带
数控车床主传动方式
a. 主传动系统一般采用交流主轴电动机， 通过带传动或2~4级齿轮变速传动主轴。
b. 也有采用交流调速电动机通过两级塔轮 直接驱动主轴，由电气系统无级调速。 该传动噪声小。
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主传动方式
如图所示HTC2050型数控车床，其主传动系统由功率为 1KW的变频电机驱动，经一级5：8带传动带动主轴放转， 使主轴在45~4000r/min的转速范围内实现无级调速。
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作业题 p79T3.2
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模刀块架三 数控车床与操作
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电动四方刀架
回转刀架
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电动（或液压）回转刀架
模块回转三刀数架控车床与操作
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电动（或液压）回转刀架
刀架
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排式刀架
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虎钳
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利用主轴编码器检测主轴的运动信号。
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主轴编码器的作用
利用主轴编码器检测主轴的运动信号的作用： a. 可实现主轴调速的数字反馈 b. 用于实现主轴的转动与进给运动之间的控
制联系，如车螺纹时，控制主轴与刀架之 间的准备运动关系。
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进给传动系统的特点
数控车床的进给传动系统是控制X、Z坐标轴 的伺服系统的主要组成部分，它将伺服电 机的旋转运动转化为刀架的直线运动，且 对移动精度要求很高。
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CK7815型数控车床主轴箱结构
1、2塔级带轮 3 4主脉冲发生器 5螺钉 6带轮、齿形带 7、8、11 螺母 9 主轴 10 圆螺母
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CK7815型数控车床主轴箱结构
如图所示，电动机经过二级塔形带轮1、2和 三联V带带动主轴。
主轴前支承采用三个角接触球，形成背靠背 组合形式。轴承由圆螺母11预紧。
夹紧：液压缸内的压力油推动活塞6和拉杆2 向主轴后端移动时，通过楔形机构，使卡
06/09盘/10 夹紧工件。
液压卡盘的回转油缸
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液压卡盘的回转油缸
主轴பைடு நூலகம்码器
数控车床主轴编码器采用与主轴同步的光电 脉冲发生器。
此装置通过中间轴上的齿轮或同步带轮1:1与 主轴同步转动，或通过弹性联轴器与主轴 同轴安装。
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卡盘的夹紧与松开的工作原理
卡盘的夹紧与松开由回转液压缸通过一根空 心拉杆2来驱动，拉杆2后端与液压缸内的 活塞6用螺纹连接，连接套3的两端螺纹分 别与拉杆2和滑套4连接。
松开：当液压缸内的压力油推动活塞6和拉 杆2向卡盘方向移动时，滑套4向右移动， 由滑套楔形槽的作用，使卡爪座11带动卡 爪12沿径向向外移动。