数控机床的机械传动结构
数控机床的机械结构概述ppt(52张)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
数控机床结构与装调工艺
具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
数控机床结构与装调工艺
广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品
数控机床进行的是高速、高精度加工，再简化机械结构 的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求。高 效、无间隙传动装置和元件在数控机床上去得了广泛的应用。 如：滚珠丝杠副、塑料滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨 等高效执行部件，不仅可以减少进给系统的摩擦阻力，提高 传动效率；而且还可以使运动平稳和获得较高的定位精度。
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
数控机床结构与装调工艺
对机械结构、零部件的要求高
高速、高效、高精度的加工要求，无人化管理以及工艺复 合化、功能集成化，一方面可以大大的提高生产率，同时，也 必然会使机床的开机时间，工作负载随之增加，机床必须在高 负荷下，长时间可靠工作。因此，对组成机床的各种零部件和 控制系统的可靠性要求很高。
数控机床的机械结构概述(ppt52页)
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数控机床结构与装调工艺
三、数控机床对机械结构的基本要求
具有较高的静、动刚度和良好抗震性
机床的刚度反映了机床机构抵抗变形的能力。机床 变形产生的误差，通常很难通过调整和补偿的方法予以 彻底的解决。为了满足数控机床高效、高精度、高可靠 性以及自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应具 有更高的静刚度。此外，为了充分发挥机床的效率，加 大切削用量，还必须提高机床的抗震性，避免切削时产 生的共振和颤振。而提高机构的动刚度是提高机床抗震 性的基本途径。
数控铣床的传动特点、结构组成（可编辑）
数控铣床的传动特点、结构组成数控铣床的传动特点、结构组成数控铣床的结构及总体布局 * 数控铣床适合于各种箱体类和板类零件的加工。
数控铣床对工件进行钻、扩、铰、锪、镗以及攻螺纹等，但它主要还是用来进行型面的铣削加工。
其主要加工对象： (1)平面类零件其特点是：各加工单元面是平面或可以展开为平面。
数控铣床加工的绝大多数零件属于平面类零件。
(2)曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，又称立体类零件。
其特点是：加工面不能展开为平面；加工面始终与铣刀点接触。
(3)变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件，其特点是：加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线铣床通常的分类方法是按主轴的轴线方向来分，若垂直于水平面则称之为数控立式铣床；若平行于水平面则称之为数控卧式铣床；还有立卧两用的数控铣床，但较为少见。
数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最为广泛。
1、立式数控铣床 2、卧式数控铣床 3、立、卧两用数控铣床数控铣床的结构特点：（1）高刚度和高抗振性（1）提高静刚度的措施 1）基础大件采用封闭整体箱形结构 2）合理布置加强筋 3）提高部件之间的接触刚度。
封闭整体箱形结构（2）提高动刚度的措施1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）2）床身表面喷涂阻尼涂层3）充分利用结合面的摩擦阻尼4）采用新材料，提高抗震性人造大理石床身（混凝土聚合物天然大理石床身（2）减少铣床热变形的影响1）改进铣床布局和结构①采用热对称结构热对称结构立柱②采用倾斜床身和斜滑板结构。
③采用热平衡措施。
2）控制温度对铣床发热部位(如主轴箱等)，采用散热、风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量。
主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却主轴对机床热源进行强制冷却冷却风管 3）对切削部位采取强冷措施 4)热位移补偿。
预测热变形规律，建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。
数控机床常用的主传动的机械结构
数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等。
对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的切屑消除装置。
1．主轴轴承的配置形式数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用向心推力球轴承，如图2-30（a）所示。
（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图2-30（b）所示。
（3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图2-30（c）所示。
在主轴的结构上必须处理好卡盘或刀具的安装、主轴的卸荷、主轴轴承的定位、间隙调整、主轴部件的润滑和密封等问题。
对于某些立式数控加工中心，还必须处理好主轴部件的平衡问题。
2．主轴的自动装夹和切屑消除装置在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有自动夹紧机构。
例如自动换刀数控立式镗铣床（JCS-018）的主轴部件如图2-31所示。
3．主轴准停装置加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽，同时使每次装刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，从而可提高孔加工时孔径的一致性。
另外，一些特殊工艺要求，如在通过前壁小孔镗内壁的同轴大孔，或进行反倒角等加工时，也要求主轴实现准停，使刀尖停在一个固定的方位上，以便主轴偏移一定尺寸后，使大刀刃能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。
目前，主轴准停装置很多，主要分为机械式和电气式两种。
JCS-018加工中心采用电气准停装置，其原理见图2-32。
在带动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体的对应于主轴准停的位置上，装有磁传感器2。
当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，在主轴以最低转速慢转几圈、永久磁铁3对准磁传感器2时，磁传感器发出准停信号，该信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机停在规定的周向位置上。
数控机床的组成及基本工作原理
数控机床的组成及基本工作原理数控机床是一种利用数字编程控制工作的机床。
它由三个基本部分组成：机械系统、传动系统和控制系统。
下面将详细介绍数控机床的组成和基本工作原理。
一、机械系统机械系统是数控机床的基础，它由床身、主轴箱、伺服系统等组成。
1.床身：床身是数控机床的基础，主要承载着机床其他部件。
床身通常由铸铁或钢板焊接而成，具有较高的强度和刚性，以保证机床的稳定性。
2.主轴箱：主轴箱包含了主轴系统和进给系统，主轴通过驱动系统将切削工具与工件连接，实现切削加工。
进给系统控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，使切削工具能沿指定路线精确地切削工件。
3.伺服系统：伺服系统负责控制切削工具和工件的相对运动。
它由伺服电机、伺服控制系统、逆变器和编码器等组成。
伺服电机通过接受数控系统发送的控制信号，精确控制机床的位置和速度，从而实现精确的切削加工。
二、传动系统传动系统负责传递电能和运动，将数控机床的控制信号传递给各个运动部件。
主要由电源、变频器、伺服电机、传感器等组成。
1.电源：电源为数控机床提供所需的电能。
通常使用三相交流电源。
2.变频器：变频器将交流电源转换为直流电源，以满足数控机床的要求。
3.伺服电机：伺服电机是数控机床的关键部件，它负责实现机床的精准运动。
伺服电机通常由电动机、编码器和速度控制器组成。
4.传感器：传感器用于检测机床各个部件的状态，将检测到的信号转换为电信号，反馈给数控系统。
三、控制系统控制系统是数控机床的大脑，它由数控装置、软件系统、输入输出设备等组成。
1.数控装置：数控装置是数控机床的核心，主要负责数控程序的编写和生成。
它接收操作员输入的加工参数和控制命令，经过处理之后发送给伺服系统。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与数控装置进行交互。
常用的输入设备有键盘、鼠标和触摸屏；输出设备有显示器、打印机和数控机床本身。
基本工作原理：1.数控编程：操作员使用数控装置进行编程，编写出所需的加工程序。
数控机床的机械结构与传动
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的选用
滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。
根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。
主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.2 主轴部件的结构
主轴部件的支撑与润滑
机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。
常用卡盘结构
数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。
第四节 数控机床的进给传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
4.2 数控机床进给传动系统的基本形式
实现直线进给运动主要有三种形式： 1）通过丝杠螺母副，将伺服电动机的旋 转运动变成直线运动。 2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的 旋转运动变成直线运动。 3）直接采用直线电动机进行驱动。
减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹
紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.1 主传动的基本要求和变速方式
第6章 数控机床的机械结构
1．滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四 部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分 内循环方式和外循环方式两大类。 内循环方式指在循环过程中滚珠始终保持和丝杠 接触，如图6.16所示。
图6.16 滚珠丝杠内循环方式 1-丝杠；2-反向器；3-滚珠；4-螺母
2）减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有 影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。 3）减少运动件的摩擦阻力 机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副 和导轨。 4）响应速度快 快速响应是伺服系统的动态性能，反映了系统的 跟踪精度。它是工件在加工过程中，工作台在规定的 速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，且不出现丢步现 象。
1-主轴 2-同步齿形带 3-主轴电机 4-永久磁铁 5-磁传感器 图6.11 加工中心主轴准停装置
4．主轴部件的结构
（1）数控车床主轴部件的结构 数控车床的主传动系
统一般采用交流无级调速电动机，通过皮带传动，带 动主轴旋转。 图 6.12为数控车床主轴外观图。图 6.13 为数控车床主轴部件的典型结构图。主轴电动机通过 带轮15把运动传给主轴7。
1. 齿轮变速的主传动方式
如图6.6（a）所示，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，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2. 带传动主传动方式
如图6.6（b）所示，主轴电机经带传动传递给主轴， 带传动主要采用 V型带或齿形带传动，可以避免齿轮 传动时引起的振动与噪声，且其结构简单、安装调试 方便，应用广泛。
1．主轴部件的支承与润滑 根据主轴部件的工作精度、刚度、温升和结构的
数控机床的机械传动结构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
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第五章 机械传动结构
内外圈相对移动-错位-消除径向和轴向间隙
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第五章 机械传动结构
防松
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第五章 机械传动结构
数控机床的典型主轴部件
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第五章 机械传动结构
第 一 节
第五章 机械传动结构
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
第五章 机械传动结构
三、主轴部件
第 一 节
数 控 机 床 的 主 运 动 结 构
1。概述
功用：夹持工件或刀具实现切削运动；
传递运动及切削加工所需要的动力。
组成：主轴、支承、传动零件、装夹刀具 或工件的附件及辅助零部件。
第五章 机械传动结构
这种配置形式同上面一样，但电机是性能更好交直流 主轴电机，其变速范围宽，最高转速可达8000 r/min， 且控制功能丰富，可满足中高档数控机床的控制要求
7 机床数控技术-第7章 进给系统的机械传动结构-JIN
7.2 齿轮传动副
1.圆柱齿轮传动消除间隙
图示为另一种双片齿轮周 向弹簧错齿消隙结构，两 片薄齿轮1和2套装一起， 每片齿轮各开有两条周向 通槽，在齿轮的端面上装 有短柱3，用来安装弹簧4。 装配时使弹簧4具有足够的 拉力，使两个薄齿轮的左 右面分别与宽齿轮的左右 面贴紧，以消除齿侧间隙。 适合读数装置，不适合驱 动装置。
6.滚珠丝杆副的支承方式 2）一端装止推轴承，另一端装向心深沟球轴承（双推－支承 式）
图7-16（ b）一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
此种方式可用于丝杠较长的情况。为了减少丝杠热变形的影 响，热源应远离推力轴承一端。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
6.滚珠丝杆副的支承方式 3）两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）
结构简单，工艺性好，承载 能力较高，但径向尺寸较大。应 用最为广泛，也可用于重载传动 系统。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
7.3.1
2）内循环反向器式
靠螺母上安装的反 向器接通相邻滚道， 使滚珠成单圈循环， 反向器２的数目与滚 珠圈数相等。
丝杠螺母尺寸较小、 结构紧凑，刚度好，滚 珠流通性好，摩擦损失 小，但制造较困难。适 用于高灵敏、高精度的 进给系统，不宜用于重 载传动中。
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 1）双螺母垫片式消隙
调整垫片1的厚度，可使 两螺母2产生相对位移，以 达到消除间隙、产生预紧拉 力之目的。其特点是结构简 单刚度高、预紧可靠，但使 用中调整不方便。
（b）端部加垫片 （a）中间加垫片
7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承
4.滚珠丝杆副间隙的调整 2）双螺母螺纹式消隙
7.1 概述 7.2 齿轮传动副 7.3 滚珠丝杠螺母传动装置及支承 7.4 数控机床导轨
数控机械传动知识点总结
数控机械传动知识点总结一、数控机床的传动方式1. 机械传动机械传动是数控机床上常用的传动方式，主要包括齿轮传动、链传动、带传动等。
在数控机床中，齿轮传动多用于主轴传动，链传动多用于变速传动，而带传动则多用于传动副的传动。
2. 电气传动电气传动是借助电机实现传动，采用变频器和伺服系统实现步进传动或闭环控制，因此能够实现高速、高精度的传动效果。
3. 液压传动液压传动主要通过液压缸来实现工件夹紧、换刀、换位、旋转等功能。
液压传动具有功率密度大、传动平稳、操作方便等特点，因此在数控机床上应用广泛。
二、机械传动的知识点1. 齿轮传动(1) 齿轮传动的分类按传动方式分为平行轴齿轮传动和直角轴齿轮传动；按齿轮传动比分为等速齿轮传动和非等速齿轮传动。
(2) 齿轮的参数和计算齿轮的参数主要包括模数、齿数、分度圆直径、齿顶高等，计算齿轮的参数需要考虑传动比、中心距、齿轮厚度等。
(3) 齿轮的制造和精度齿轮的制造主要包括铸造、锻造、车削和磨削等工艺，在制造过程中需要控制齿轮的模数、齿数、齿顶隙、齿根圆等参数，以保证齿轮的精度。
2. 链传动(1) 链传动的工作原理链传动依靠链条的柔性来传递动力，链条包括链轮、链板和滚子，在传动过程中需要保证链条的张紧和润滑。
(2) 链条的计算和设计链条的计算主要包括链条的尺寸、链轮的选择、链条的轴距、链条的张紧方式等，需要根据实际传动功率和工作条件来确定。
3. 带传动(1) 带传动的分类带传动分为平动带传动和皮带传动，其中平动带传动主要用于长距离传递功率，而皮带传动主要用于变速传动和工作环境要求较严格的场合。
(2) 带传动的设计和计算带传动的设计需要考虑带速比、中心距、带轮尺寸、带条数、张紧装置等参数，同时还需要考虑带传动的强度和工作效率。
三、电气传动的知识点1. 电机的分类与特点电机根据使用场合可以分为交流电机和直流电机，根据工作原理可以分为异步电机和同步电机，根据结构形式可以分为开放式电机和封闭式电机。
数控机床的主传动系统
数控机床的主传动系统一、主传动装置1．数控机床主传动系统的特点（1）转速高、功率大(2）调速范围宽（3）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（4）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和高的耐磨性能（5）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。
（6)为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现C轴功能（主轴回转角度的控制）2．数控机床主传动装置（1）带有二级齿轮的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。
（2)采用定比传动装置定比传动装置常用同步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。
（3）采用电主轴电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,主轴部件的刚性更好。
但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大,需对主轴进行强制冷却.二、主轴结构1．数控车床主轴部件结构1、5—螺钉；2—带轮连接盘；3、15、16—螺钉；4—端盖；6—圆柱滚珠轴承；7、9、11、12—挡圈；8—热调整套；10、13、17—角接触球轴承；14—卡盘过渡盘；18—主轴；19—主轴箱箱体数控车床主轴部件结构示意图1—驱动爪；2—卡爪；3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸；6、7—行程开关液压驱动动力的自定心夹盘2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构（1）刀具夹紧装置和切屑清除装置1－刀架；2－拉钉；3－主轴；4-拉杆；5－碟形弹簧；6－活塞；7－液压缸（或气缸）；8、10－行程开关；9－压缩空气管接头；11－弹簧；12－钢球；13－端面键数控立式加工中心主轴部件（2)主轴准停装置1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴主轴准停装置的工作原理3．内装电主轴的主轴部件结构1－刀具系统；2、9－捕捉轴承；3、8－传感器；4、7－径向轴承；5－轴向推力轴承；6－高频电动机；10－冷却水管路；11－气－液压力放大器用磁悬浮轴承的高速加工中心电主轴部件1—转子；2—定子；3—箱体；4—主轴数控车床电主轴部件电主轴主要融合了以下技术：（1）高速电机技术其关键技术是高速度下的动平衡。
数控机床的主传动系统
联轴器直接与主轴联接
其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全 受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
内装电机主轴
这种主传动方式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，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
数控机床的主传动系统
1.1 主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动 传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直 流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运 动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。
1）带有变速齿轮的主传动
排油泵强制排油到恒温邮箱，以达到润滑、冷却的目的。
2．主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于
（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑 主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种： （1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。 （2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
合机床的镗孔车端面头主轴组件。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证 定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸 方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用 的结构形式。
数控机床主传动系统
伺服驱动系统的性能决定了数控机床的动态特性和加工精度。
主轴与卡盘
主轴是数控机床主传动系统的输 出部件，它能够带动刀具或工件
旋转。
主轴通常采用高精度轴承和刀具 夹紧装置，以确保加工过程中的
稳定性和精度。
类型与分类
类型
数控机床主传动系统根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型，如机械主传动系统、液压主 传动系统、电气主传动系统等。
分类
数控机床主传动系统还可以根据其传动方式的不同进行分类，如带传动、链传动、齿轮传动等。不同 类型的数控机床主传动系统具有不同的特点和应用范围，需要根据具体的加工需求和加工条件进行选 择。
主轴定位精度与重复定位精度
主轴定位精度
主轴在特定位置的准确度，决定了加 工零件的尺寸精度。定位精度越高， 加工精度越好。
重复定位精度
主轴在相同位置的重复精度，反映了 主轴运动的稳定性。重复定位精度越 高，主轴运动越稳定。
热稳定性与动态特性
热稳定性
主轴在切削过程中抵抗温度变化的能力，热稳定性越高，加工过程中主轴的性能越稳定。
动态特性
主轴在动态切削过程中的表现，包括振动、噪声等。动态特性越好，切削过程越平稳，加工表面质量越高。
04
主传动系统的控制技术
数控编程与加工技术
数控编程
根据加工需求，使用数控编程语言（如G代码）对机床进行编程，以控制主轴的运动轨 迹和加工过程。
加工工艺
根据工件材料、加工要求和刀具特性，选择合适的加工工艺，如粗加工、半精加工和精 加工等，以确保加工质量和效率。
特点
数控机床主传动系统具有高精度、高 效率、高稳定性等特点，能够满足复 杂、高效、高ห้องสมุดไป่ตู้度的加工需求。
数控铣床的主传动系统及结构
构2023-11-07CATALOGUE目录•数控铣床简介•数控铣床的主传动系统•数控铣床的结构•数控铣床的传动系统设计•数控铣床的结构优化及改进建议•数控铣床的应用与发展趋势01数控铣床简介数控铣床是一种高精度、高效率的数控机床，具有自动化程度高、加工精度稳定、操作简便等特点。
数控铣床通常由主传动系统、进给系统、冷却系统等组成，主传动系统是数控铣床的核心部分，它直接影响着数控铣床的加工精度和效率。
根据主轴位置不同，数控铣床可分为卧式数控铣床和立式数控铣床。
卧式数控铣床的主轴位于水平位置，适用于加工平面、沟槽等，立式数控铣床的主轴位于垂直位置，适用于加工圆柱体、球体等。
数控铣床采用数字控制系统，可以精确控制加工过程中的速度、位置、角度等参数，从而保证加工精度。
高精度数控铣床可以同时控制多个坐标轴的移动，实现自动化加工，大大提高了加工效率。
高效率数控铣床可以加工各种形状的零件，适用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
广泛适用数控铣床通常配备有人机交互界面，用户可以通过界面进行编程、监控、调整等操作，非常便捷。
人机交互便捷02数控铣床的主传动系统数控铣床主传动系统中的电机通常采用交流伺服电机或直流电机，根据机床的功率需求选择合适的电机类型和功率。
电机数控铣床的变速箱一般采用机械变速箱或液压变速箱，通过变速箱将电机的转速和扭矩传递到主轴。
变速箱主轴是数控铣床的主运动轴，通过连接刀具实现切削运动。
主轴数控铣床的主传动系统要求具有高精度，以确保切削过程的精确性和稳定性。
高精度快速响应可靠性高数控铣床在加工过程中需要快速响应，主传动系统应具有快速启停和变速的能力。
数控铣床的主传动系统对可靠性有很高的要求，需要确保长时间稳定运行。
030201机械主传动系统机械主传动系统采用机械变速箱和主轴组合实现主运动，具有结构简单、维护方便等优点，但调速范围有限。
电主传动系统电主传动系统采用电机直接驱动主轴实现主运动，具有调速范围广、响应速度快等优点，但需要配置相应的控制系统。
数控机床的机械结构
数控机床的机械结构在数控机床进展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架与工作台自动转位与手柄操作等方面作些改变。
随着数控技术的进展，考虑到它的操纵方式与使用特点，才对机床的生产率、加工精度与寿命提出了更高的要求。
数控机床的主体机构有下列特点：1）由于使用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为习惯连续的自动化加工与提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度与阻尼精度，与较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙与获得更高的加工精度，更多地使用了高效传动部件，如滚珠丝杠副与滚动导轨、消隙齿轮传动副等；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，使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。
根据数控机床的适用场合与机构特点，对数控机床结构因提出下列要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或者手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。
由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架与主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，务必把各处机械结构部件产生的弹性变形操纵在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。
为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常使用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承与角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向与轴向变形。
为了提高机床大件的刚度，使用封闭界面的床身，并使用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。
为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，使用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。
这些措施都能有效地提高接触刚度。
为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还务必提高动态刚度。
数控机床主传动系统
数控机床主传动系统
• 课程导引 • （1）主传动系统
如图3-2所示为VMC-15加工中心的主传动结构，其主 传动路线为：交流主电动机(150～7500r／min无级调 速)→1∶1多楔带传动→主轴。
a)各种钻床
b)铣、镗床
c)外圆磨床、平面磨统
• 3.2 主轴及其部件结构
• 2.主轴的主要尺寸参数 • （1）主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但增加直径使得轴承和 轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承直径越大，同精度等 级的轴承公差值也越大，同时轴承极限转速下降，要保证 主轴的旋转精度就越困难。
• 3.1 数控机床的主轴系统
数控机床主传动系统
• 3.1.2 主传动变速的方式
•
数控机床主运动调速范围很宽，其主轴的传动变速方
式主要有以下几种：
图3-4 数控机床主传动的四种配置方式 a)齿轮变速 b)带传动 c)两个电动机分别驱动 d)电主轴
• 1.带有变速齿轮的主轴传动（分段无级变速）
数控机床主传动系统
数控机床结构与故障检修
Structure and maintenance of NC
第3章 数控机床主传动系统
The main drive system of NC
CONTENTS 目 录
一 数控机床的主轴系统 二 主轴及其部件结构 三 典型机床主轴结构
• 课程导引
数控机床主传动系统
如图所示VMC-15加工中 心，工作台行程X/Y/Z向 20in/16in/20in（ 1inc=25.4mm），快进速 度400in/min，主轴转速 150—7500r/min，定位精 度±0.0002in，主电机功 率11.2KW。
数控机床的传动原理
数控机床的传动原理数控机床的传动原理是指数控机床中各个传动装置及其工作原理。
数控机床是一种通过计算机程序控制的机床，通过电子设备来控制各个传动装置的运行，实现加工工件。
数控机床的传动原理主要包括主轴传动、进给传动和辅助传动。
首先，主轴传动是数控机床的核心传动部分，主要用于带动刀具在工件上进行切削。
主轴传动系统通常由电机、主轴和主轴的传动装置组成。
电机通过电力转换为机械能，通过传动装置将动力传递给主轴，进而带动刀具旋转。
主轴传动有直接传动和间接传动两种形式。
直接传动中，电机直接连接到主轴上，通过轴承来支撑和传递动力；间接传动中，电机通过皮带或齿轮等传动装置间接驱动主轴。
在传动过程中，要保证主轴的转速和刀具的进给速度与程序控制保持一致，从而实现精确的加工。
其次，进给传动是数控机床的另一个重要传动部分，用于实现工件在坐标轴方向上的移动。
进给传动系统通常由电机、轴承、螺杆和导轨等组成。
电机通过传动装置将动力传递给螺杆，螺杆通过导轨的导向作用，将运动转化为位置变化或长度变化。
在这个过程中，电机的转速和螺杆的螺距决定了进给速度，而导轨的刚度和精度则影响了加工的精度。
进给传动还可以根据需要实现不同的进给方式，如直线进给和圆弧进给等。
最后，辅助传动是数控机床的辅助传动部分，主要用于控制机床工作台或刀库等附属装置的运动。
辅助传动通常由电机、齿轮、链条、传动杆等组成。
电机通过传动装置将动力传递给附属装置，使其按设定的路径进行运动。
辅助传动的工作原理类似于主轴传动和进给传动，都需要精确的控制和配合，以确保机床的准确性和稳定性。
总结起来，数控机床的传动原理涉及到主轴传动、进给传动和辅助传动等多个方面，通过电机和传动装置将动力传递给机床的各个部件，实现加工过程的控制和操作。
这些传动装置的正确运行和配合是数控机床正常工作和保证加工质量的关键所在。
只有充分理解和应用这些传动原理，才能更好地操作和维护数控机床，提高加工效率和产出质量。
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5. 2数控机床的主传动系统
(二)主轴组件 1.主轴组件的类型
(1)只作旋转运动的主轴组件。此类主轴结构较为简单，如车床、铣 床和磨床等的主轴组件。
(2)既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件。如钻床和锁床等的 主轴组件。其主轴组件与轴承装在套筒内，主轴在套筒内作旋转 主运动，套筒在主轴箱的导向孔内作直线进给运动。
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5. 2数控机床的主传动系统
2.通过带传动的主传动 如图5 -8所示为通过带传动的主传动，这种方式主要应用在小
型数控机床上，可克服齿轮传动时引起振动和噪声的缺点，但它 只能适用于低扭矩特性要求。
数控机床上采用的带传动通常是同步齿形带传动，如图5一9 所示。它是综合了带、链传动优点的新型传动方式，主要特点有: 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50 m/s，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
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5. 2数控机床的主传动系统
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5. 2数控机床的主传动系统
5. 2. 3主轴部件
(一)数控机床的主轴与主轴箱 1.数控机床的主轴 主轴是主轴组件的重要组成部分。它的结构尺寸和形状、制 造精度、材料及热处理等，对主轴组件的工作性能有很大的影响。 主轴结构随主轴系统设计要求的不同而有多种形式。 主轴的主要尺寸参数包括:主轴直径、内孔直径、悬伸长度和 支承跨度。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、 结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。 主轴的轴端用于安装夹具和刀具，要求夹具和刀具在轴端定 位精度高，定位刚度好，装卸方便，同时使主轴的悬伸长度短。 主轴端部的结构形状都已标准化了，如图5一11所示为几种机床上 通用的结构形式。
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5. 2数控机床的主传动系统
3.由调速电机直接驱动的主传动 如图5一10所示为由调速电机直接驱动的主传动，电动机直接
带动主轴运动，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。其优点是主轴部件结构紧凑、惯性小、重量轻， 可提高启动和停止的响应特性，有利于控制振动和噪声;缺点是电 动机运转产生的热量使主轴产生热变形，并且主轴输出扭矩较小， 电动机发热对主轴的精度影响较大。
主轴准停功能又称主轴定位功能(Spindle Specified Position Stop ) ,即当主轴停止时能控制其停于固定位置，它是自动换刀所 必需的功能。在自动换刀的锁铣加工中心上，切削的转矩通常是 通过刀杆的端面键传递的。这就要求主轴具有准确定位于圆周上 特定角度的功能，如图5一13所示 。
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5. 2数控机床的主传动系统
5. 2. 1数控机床主传动系统的要求与特点
1.数控机床对主传动系统的要求 (1)宽调速、无级变速 (2)高刚度、低噪声 (3)高抗震性、高热稳定性 2.数控机床主传动系统的特点
(1)较高的主轴转速和较宽的调速范围。 (2)较大的刚度和较高的精度。 (3)良好的抗震性和热稳定性。 (4)良好的适用性。
第5章数控机床的机械传动结构
5. 1数控机床机械结构的主要特点 5. 2数控机床的主传动系统 5. 3数控机床的进给机床机械结构的主要特点
1.高刚度和高抗震性 2.高灵敏度 3.热变形小 4.高精度保持性 5.高可靠性 6.结构简单、操作方便、自动化程度高
(3)既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件。如滚齿机、部分立 式铣床等的主轴组件。主轴在套筒内作旋转主运动，并可根据需 要随主轴套筒一起作轴向调整移动。
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5. 2数控机床的主传动系统
(4)既有旋转运动又有径向进给运动的主轴组件。如卧式锁床的平旋 盘主轴部件、组合机床的锁孔车端面头主轴组件。主轴作旋转运 动时，装在主轴前端平旋盘上的径向块可带动刀具作径向进给运 动。
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5. 2数控机床的主传动系统
5. 2. 2主传动的变速方式
1.具有变速齿轮的主传动 如图5一7所示具有变速齿轮的主传动，一般大、中型数控机
床多采用这种方式。它通过几对齿轮降速，扩大了输出扭矩，确 保低速时的输出扭矩特性的要求。有一部分小型数控机床也采用 这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。滑移齿轮的移 位大都采用液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。
(5)主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件 2.主轴内刀具的自动夹紧和切屑清除装置
在带有刀库的自动换刀数控机床中，为实现刀具在主轴上的自 动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。自动换刀立式 铣锁床主轴的刀具夹紧机构如图5一12所示。
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5. 2数控机床的主传动系统
自动清除主轴孔中切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视 的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其他污物，在拉紧刀杆 时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆发生偏 斜，破坏了刀具的正确定位，影响加工零件的精度，甚至使零件 报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图5一13的 活塞6的中心钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经 拉杆4吹出，将主轴锥孔清理干净。喷气头中的喷气小孔要有合理 的喷射角度，并均匀分布，以提高其吹屑效果 3.主轴准停装置
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5. 2数控机床的主传动系统
2.数控机床的主轴箱 对于一般数控机床和加工中心来说，由于采用了电动机无级
变速，减少了机械变速装置，因此，主轴箱的结构较普通机床简 化，但主轴箱材料要求较高，一般用HT250或HT300，制造与装 配精度也较普通机床要高。
对于数控落地铣锁床来说，主轴箱结构比较复杂，主轴箱可沿 立柱上的垂直导轨作上下移动，主轴可在主轴箱内作轴向进给运 动，除此以外，大型落地铣锁床的主轴箱结构还有携带主轴的部 件作前后进给运动的功能，它的进给方向与主轴的轴向进给方向 相同。此类机床的主轴箱结构通常有两种方案，即滑枕式和主轴 箱移动式