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数控机床机械系统装调与维修一体化教程


数控机床机械系统装调与维修一体化教程 ppt 课件

书名:数控机床机械系统装调与维修一 体化教程 ISBN: 978-7-111-44603-3 作者:韩鸿鸾 出版社:机械工业出版社 本书配有电子课件

数控机床机械系统装调与维修一体化教程

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数控机床机械系统装调与维修一体化教程

主编:韩鸿鸾
数控机床机械系统装调与维修一体化教程

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模块二 数控机床的主传动系统装调与维修

任务一 认识数控机床的主传动系统

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数控机床的主传动系统组成:
数控机床的主传动系统主要包括主轴箱、主轴头、主轴 本体、轴承等,是机床的关键部件,其作用如表2-1所示。

传动系统应满足下述几个方面的要求:
1.调整范围大,低速大转矩功能,有较高的速度,能超高速切削; 2.低温升、小的热变形;

3.有高的旋转精度和运动精度;
4.高刚度和抗振性; 5.主轴组件必须有足够的耐磨性。

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1 2 3 4 5

任务引入
任务目标 任务实施 知识内容 任务拓展 任务巩固 数控机床机械系统装调与维修一体化教程

6

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请认识数控机床的主传动系统

主传动系统是数控机
床的重要组成部分,主轴 部件是机床的重要执行元

件之一,它的结构尺寸、
形状、精度及材料等,对 机床的使用性能、加工精

度都有很大的影响。
主传动系统

数控机床机械系统装调与维修一体化教程 床身

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任务目标
1
2 3 4 5
掌握主轴变速的方式 掌握主轴的支承 掌握主轴的密封 掌握主轴支承的调整与装配方法 掌握主轴的维护方法

6 掌握主轴支承故障的诊断与维修方法 数控机床机械系统装调与维修一体化教程

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任务实施
:对数控机床主传动系统的结构进行感性认识

主传动系统的组成

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一、主轴变速方式
l.无级变速 数控机床一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴无级变速。

无级变速

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2.分段无级变速 有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速等 变速机构,使之成为分段无级变速。 (1)带有变速齿轮的主传动(图2—4a)

三位液压拨叉工作原理图 1、5—液压缸2—活塞杆3—拨叉4—套筒 变速齿轮的主传动

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该机构除液压缸和活塞 杆外,还增加了套筒4。 当液压缸1通入压力油, 而液压缸5卸压时,活 塞杆2便带动拨叉3向左 移动到极限位置,此时 拨叉带动三联齿轮块移 动到左端。

当压力油同时进入液 压缸1和5时,由于活 塞杆2的两端直径不 同,使活塞杆处在中 间位置。应使套筒4 的圆环面上的向右推 力大于活塞杆2的向 左的推力。

当液压缸5通压力油, 而液压缸1卸压时, 活塞2和套筒4一起 向右移动,在套筒4 碰到油缸5的端部后, 活塞杆2继续右移到 极限位置,此时, 三联齿轮块被拨叉3 移动到右端。

三位液压拨叉工作原理图 1、5—液压缸2—活塞杆3—拨叉4—套筒

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(2)通过带传动的主传动

主要用在转速较高、变速范围不大的机床。适用于高速、低转矩特性的主
轴。常用的是同步齿形带。

带传动的主传动

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带传动是传统的传动方式,常见的有V形带,平带,多联V形

带,多楔带和齿形带。
1)多联V形带 多联V形带又称复合V形带,有双联和三联两种,每种都有3种

不同的截面,横断面呈楔形,楔角为40°。

多联V形带

多联V形带

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2)多楔带 多楔带综合了V形带和平皮带的优点。运转时振动小,发热少, 运转平稳,重量轻。在40m/s的线速度下来使用。也不会产生打滑 ,传动功率比V形带大20%~30%。
多楔带有H型、 J型、K型、L型、 M型等型号, 常用的多楔带 有J形齿距为 2.4mm,L形齿 距为4.8mm, M形齿距为 9.5mm三种规 格

多楔带的结构

多楔带型号选择图

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3)齿形带
齿形带又称为同步齿形带,根据齿形不同又分为梯形同步齿带 和圆弧齿同步带。

梯形齿

圆弧齿

结构图

实物图 同步齿形带型号选择图

同步齿形带

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应用齿形带的注意事项

1.带轮由密度小的材料制成。带轮所允许的最小直径,根据有效齿

数及平带包角,由齿形带厂确定。
2.在驱动轴上的带轮应直接安装在电动机轴上。 3.同步齿形带必须预加载。预加载的方法可以是电动机的径向位移

或是安装张力轮。
4.地较长的自由齿形带(大于带宽9倍),为衰减带振动常用张力轮。 张力轮可以是安装在齿形带内部的牙轮,但是更好的方式是在齿形

带外部采用圆筒形滚轮,

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(3)用两个电动机分别驱动主轴 高速时由一个电动机通过带传动,低速时,由另一个电动机通过 齿轮传动。两个电动机不能同时工作,也是一种浪费。

两个电动机分别驱动

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(4)内装电动机主轴 电动机转子固定在机床主轴上,结构紧凑。电主轴是电动机转子装 在主轴上主轴就是电动机轴,多用在小型加工中心机床上。这也是近来 高速加工中心主轴发展的一种趋势。

内装电动机主轴传动结构

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数控机床的高速电轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架等几个部分。

高速主轴

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轴壳是高速电主轴的主 要部件,轴壳的尺寸精 度和位置精度直接影响 主轴的综合精度。

转轴的制造 精度直接影 响电主轴的 最终精度

由具有高磁导 电主轴结构 率的优质硅钢 片叠压而成

转子由转子铁心、鼠 笼、转轴三部分组成

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二、主轴支承
1.滚动轴承支承 (1)数控机床常用滚动轴承

双列推力角接触球轴承

双列圆锥滚子轴承 常用滚动轴承实物图

圆柱滚子轴承

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(2)主轴滚动轴承的配置
能使主轴获得较 大的径向和轴向 刚度,满足机床 强力切削的要求, 应用于各类数控 机床的主轴。 提高了主轴 的转速,适 合主轴要求 在较高转速 下工作的数 控机床 适用于中等精度、 低速与重载的数 控机床主轴。

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2.滑动轴承支承

静压轴承 1—进油孔 2—油腔 3—轴向封油面4—周向封油面5—回油槽

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磁悬浮轴承

磁悬浮轴承 l—基准信号2—调节器3—功率放大器4—位移传感器5—定子6—转子

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磁悬浮轴承的高速主轴部件

磁悬浮轴承的高速主轴部件
l-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

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:根据实际情况,让学生在教师的指导下进行技能训练

一、主轴滚动轴承的预紧
轴承预紧,就是使轴承滚道预先承受一定的载荷,

不仅能消除间隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定的
变形,从而使接触面积增大,轴承受力时变形减少,抵 抗变形的能力增大。

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:根据实际情况,让学生在教师的指导下进行技能训练 1.轴承内圈移动

轴承内圈移动

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2.修磨座圈或隔套

修磨座圈

隔套

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3.自动预紧
用沿圆周均布的弹簧来对轴承预加一个基本不变的载荷,轴承磨
损后能自动补偿,且不受热膨胀的影响。缺点是只能单向受力。

自动预紧

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:您对所在学校的数控机床主轴支承预紧时遇到 了什么情况?您是怎样解决的?

二、主轴的密封

:在教师的带领下,到工厂中看一下主轴的密封。

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1.非接触式密封

靠主轴转动的离心 力把油甩到空腔内, 油液流回箱内

利用轴承盖与轴 的间隙密封用在 工作环境比较清 洁的油脂润滑处 非接触式密封 1—端盖2—螺母

迷宫式密封结构, 可获得可靠的密封 效果,用油脂或油 液润滑的密封。

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2.接触式密封 主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封。

接触式密封

l—甩油环 2—油毡圈 3—耐油橡胶密封圈

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对数控机床的非接触式密封进行拆装与调整
1—进油口 2—轴承 3—套筒 4、5—法兰盘 6—主轴 7—泄漏孔 8—回油斜孔 9—泄油孔

主轴前支承的密封结构

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:主轴拆卸下来以后应怎样放置与保存
三、主轴的维护

主轴维护

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四、主轴支承故障诊断与维修
1.开机后主轴不转动的故障排除

故障现象:开机后主轴不转动
故障分析: (1)检查电动机情况良好,传动键没有损坏;

(2)调整V带松紧程度,主轴仍无法转动;
(3)检查测量电磁制动器的接线和线圈均正常,拆下制动器发现 弹簧和摩擦盘也完好;

(4)拆下传动轴发现轴承因缺乏润滑而烧毁,将其拆下,手盘转
动主轴正常。 故障处理:换上轴承重新装上主轴转动正常,主轴制动迅速,故

障排除。

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2.孔加工时表面粗糙度值太大的故障维修 故障现象:零件孔加工时表面粗糙度值太大,无法使用。
故障分析:此故障的主要原因是主轴轴承的精度降低或间 隙增大。

故障处理:调整轴承的预紧量。经几次调试,主轴恢复了
精度,加工孔的表面粗糙度也达到了要求。 常见支承的故障(让学生上网查询、图书馆查资料,并 在教师的参与下讨论总结数控机床支承常见的故障)
主轴支承部件常见故障诊断及排除修方法

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任务拓展 电主轴的选用
电主轴选用的一般原则: 1.要熟悉和了解电主轴的结构特点、基本性能、主要参数 、润滑和冷却的要求等基本内容; 2.结合目前具备的条件,如机床的类型及特点、电源条件 、润滑气源条件、冷却条件、加工产品特点等诸多因素来考虑 如何正确选择适宜的电主轴。 3.选用电主轴最重要的是选定其最高转速、额定功率、转 矩和转矩与转速的关系。

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任务拓展 电主轴的选用
注意事项: 1.从实际需要出发,切忌“贪高(高转速)求大(大功率)”,以免造成

性能冗余、资金浪费、维护费事,以致后患无穷。
2.根据实际可行的切削规范,对多个典型工件的多个典型工序多做 计算。

3.不要单纯依靠样本来选用,而应多与供应商的销售服务专家深入
交谈,多听他们的有益建议。 4.注意正确选择轴承类型与润滑方式。在满足需求的条件下,应选

用陶瓷球混合轴承与永久性油润滑的组合,可省去润滑部件并方便维
护。

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任务巩固
一、填空题
1.滚动轴承间隙的调整或预紧,通常是使轴承内、外圈相对轴向移动 来实现的。常用的方法有轴承内圈移动、修磨座圈或隔套和自动预紧三

种。
2.主轴部件包括主轴箱、主轴头、主轴本体、轴承等,是机床的关键 部件。

3.液体静压轴承装置主要由供油系统、节流器和轴承三部份组成。
4.主轴的接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封。 5.滑动轴承在数控机床上最常使用的是静压滑动轴承。

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6.高速切削技术的发展,采用了“电主轴单元”和“直线电机单元”等。
7.分段无级变速的方式有带有变速齿轮的主传动、通过带传动的主传动、 用两个电动机分别驱动主轴、内装电动机主轴等形式 8.多联V形带又称复合V形带,有双联和三联两种,横断面呈楔形,楔角为 40°。 9.数控机床上常用的多楔带有J形齿距为2.4mm,L形齿距为4.8mm,M形齿距 为9.5mm三种规格。 10.齿形带又称为同步齿形带,根据齿形不同又分为梯形同步齿带和圆弧齿

同步带。

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11.加工中心上常用节距为5mm或8mm的圆弧齿形带,型号为5M或
8M。 12.数控机床的高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架等

几个部分。
13.主轴部件是机床的一个关键部件,它包括主轴的支承、安装 在主轴上的传动零件等。

15.圆弧齿同步带克服了梯形齿同步带的缺点,均化了应力,改
善了啮合。因此,在加工中心上,无论是主传动还是伺服进给传 动,当需要用带传动时,总是优先考虑采用。

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二、选择题
1.在带有齿轮传动的主传动系统中,齿轮的换挡主要都靠( B )拨叉 来完成 A.气压 B.液压 C.电动 2.为了实现带传动的准确定位,常用多楔带和( A )。 A.齿形带 B. V形带 C.平带 D.多联V形带 3.电主轴是精密部件,在高速运转情况下,任何( A )进入主轴轴承 ,都可能引起振动,甚至使主轴轴承咬死。 A.微尘 B.油气 C.杂质 4.多楔带运转时振动小,发热少,运转平稳,重量轻,因此在( A ) 的线速度下来使用。 A.40m/s B.50m/s C.60m/s 5.多楔带与带轮的接触好,负载分配均匀,即使瞬时超载,也不会产生 打滑,而传动功率比V形带大( B )。 A.15%~25% B.20%~30% C.25%~30%

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二、选择题
6.( C )具有带传动和链传动的优点,与一般的带传动相比,它不

会打滑,且不需要很大的张紧力,减少或消除了轴的静态径向力;传
动效率高达98%~99.5%;可用于60~80m/s的高速传动。 A.多楔带 B.V形带 C.同步齿形带

7.为了保证数控机床能满足不同的工艺要求,并能够获得最佳切削速
度,主传动系统的要求是( D )。 A.无级调速 C.分段无级变速 B.变速范围宽 D.变速范围宽且能无级变速

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二、选择题
8.主轴采用带传动变速时,一般常用( B )、同步齿形带。
A.三角带 B.多联V带 C.平型带 D .O 带

9.主轴采用( A )变速时,其滑移齿轮的位移常用液压拨叉和电磁 离合器两种方式。 A.齿轮分段 B.液压涡轮 C.变频器 D.齿轮齿条

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三、判断题(正确的划“√”,错误的划“×”)
1.(√)主轴轴承采用高性能油脂润滑,并严格控制注入量,能使主轴
温升很低。 2.(√)采用机床机构故障诊断系统和自适应控制系统、优化切削用量

等措施,有助于机床可靠地工作。
3.(√)交流主轴电动机没有电刷,不产生火花,使用寿命长。 4.(√)电主轴的转轴必须进行严格的动平衡。

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5.(√)主轴轴承的轴向定位采用前端支承定位。 6.(×)保证数控机床各运动部件间的良好润滑就能提高机床寿 命。 7.(√)高速电主轴的轴壳尺寸精度和位置精度直接影响主轴的综 合精度。 8.(×)多联V形带的横断面呈楔形,楔角为29°。

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