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1、模块二模块二 数控机床机械结构数控机床机械结构本章讲述的内容本章讲述的内容 数控机床机械结构概述数控机床机械结构概述 主传动系统及主轴部件主传动系统及主轴部件 进给系统传动部件进给系统传动部件 回转工作台和工作台面自动交换装置回转工作台和工作台面自动交换装置 自动换刀装置自动换刀装置 其它辅助装置其它辅助装置 1 1课题一课题一 数控机床机械结构概述数控机床机械结构概述一、熟悉数控车床的机械结构一、熟悉数控车床的机械结构一、熟悉数控车床的机械结构一、熟悉数控车床的机械结构 2 2二、熟悉加工中心的机械结构二、熟悉加工中心的机械结构二、熟悉加工中心的机械结构二、熟悉加工中心的机械结构 第一节第一
2、节 数控机床机械结构概述数控机床机械结构概述3 3T T I IA A N N J JI IN N中德培训中心刀库主轴X轴轴Y轴轴Z轴轴操作显示单元机械手4 4主轴的作用主轴的作用 支撑安装其上的旋支撑安装其上的旋转零部件及传递扭矩转零部件及传递扭矩 5 5进给部件：进给部件：其作用是在伺服电机的驱动下完成直线其作用是在伺服电机的驱动下完成直线运动的定位、进给。运动的定位、进给。6 6下图是滚珠丝杠、联轴节的实物照片。下图是滚珠丝杠、联轴节的实物照片。自动换刀装置：自动换刀装置：7 7 数控车床的转塔刀架、数控车床的转塔刀架、加工中心的刀库及换刀机加工中心的刀库及换刀机构，能够使构，能够使工件
3、一次装夹工件一次装夹后不用再拆卸工件后不用再拆卸工件就可完就可完成多工序的加工。成多工序的加工。位置检测装置：位置检测装置：完成位置信号的完成位置信号的反馈反馈，反馈精度决定了反馈精度决定了机床的加机床的加工精度工精度。以下是：。以下是：光电编码器、直线光栅光电编码器、直线光栅尺、圆光栅、位置传感器尺、圆光栅、位置传感器等位置检测元件等位置检测元件。8 8 三、数控机床机械结构的主要特点三、数控机床机械结构的主要特点三、数控机床机械结构的主要特点三、数控机床机械结构的主要特点 （1 1 1 1）高刚度高刚度高刚度高刚度：适应高速和重切削工况：适应高速和重切削工况：适应高速和重切削工况：适应高速
4、和重切削工况 （2 2 2 2）高灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度：适应自动状态下的高精度要求：适应自动状态下的高精度要求：适应自动状态下的高精度要求：适应自动状态下的高精度要求 （3 3 3 3）高抗振性高抗振性高抗振性高抗振性：保证工件的高精度和低表面粗糙度：保证工件的高精度和低表面粗糙度：保证工件的高精度和低表面粗糙度：保证工件的高精度和低表面粗糙度 （4 4 4 4）热变形小热变形小热变形小热变形小：保证部件的运动精度：保证部件的运动精度：保证部件的运动精度：保证部件的运动精度 （5 5 5 5）高精度保持性高精度保持性高精度保持性高精度保持性：保证高速重载工况下的加工精度：保证高速重载
5、工况下的加工精度：保证高速重载工况下的加工精度：保证高速重载工况下的加工精度 （6 6 6 6）高可靠性高可靠性高可靠性高可靠性：保证自动或半自动条件下无故障工作：保证自动或半自动条件下无故障工作：保证自动或半自动条件下无故障工作：保证自动或半自动条件下无故障工作 （7 7 7 7）刀具先进刀具先进刀具先进刀具先进：刀具耐用度高：刀具耐用度高：刀具耐用度高：刀具耐用度高 结构合理结构合理结构合理结构合理9 9四、提高数控机床性能的四、提高数控机床性能的措施措施1.1.合理选择数控机床的总体布局合理选择数控机床的总体布局合理选择数控机床的总体布局合理选择数控机床的总体布局 机床的总体布局直接影响
6、到机床的结构和性能。合理选机床的总体布局直接影响到机床的结构和性能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更择机床布局，不但可以使机械结构更简单、合理、经济简单、合理、经济，而，而且能提高且能提高机床刚度、改善机床受力机床刚度、改善机床受力情况，提高热稳定性和操情况，提高热稳定性和操作性能，使机床满足数控化的要求。作性能，使机床满足数控化的要求。如：在数控机床上采用如：在数控机床上采用斜床身布局斜床身布局，可以改善受力情况，可以改善受力情况，提高床身的刚度，提高操作性能。在高速加工机床上，则通提高床身的刚度，提高操作性能。在高速加工机床上，则通过采用过采用固定门式立柱（立式机床）固定门式立柱（立
7、式机床）、“箱中箱箱中箱”（卧式机床）（卧式机床）等特殊的布局型式，以最大限度地降低运动部件的等特殊的布局型式，以最大限度地降低运动部件的质量质量，提，提高机床部件的高机床部件的快进速度和加速度快进速度和加速度，以满足高速加工的需要。，以满足高速加工的需要。1010（1）不同布局适应不同的）不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量工件形状、尺寸及重量 数控铣床数控铣床四种布局方四种布局方案适应的工件重量、案适应的工件重量、尺寸不同。尺寸不同。a）适应较轻工；）适应较轻工；b）适应较大尺寸工件；）适应较大尺寸工件；c）适应较重工件；）适应较重工件；d）适应更重更大工件。）适应更重更大工件。（2）不
8、同布局有不同的）不同布局有不同的运动分配及工艺范围运动分配及工艺范围 数控镗铣床的三种布局方数控镗铣床的三种布局方案：案：a）主轴立式布置主轴立式布置，上下运动，上下运动，对工件顶面进行加工；对工件顶面进行加工；b）主轴卧式布置主轴卧式布置，加工工作台，加工工作台上上分度工作台分度工作台的配合，可加的配合，可加工工件多个侧面；工工件多个侧面；c）在（）在（b）基础上再增加一个）基础上再增加一个数控转台，可完成工件上更数控转台，可完成工件上更多内容的加工。多内容的加工。（3）不同布局有不同的）不同布局有不同的机床结构性能机床结构性能数控卧式镗铣床中：数控卧式镗铣床中：（a）、（）、（b）为为T形
9、床身布局形床身布局，工作台支承于床身，工作台支承于床身，刚刚度好，度好，工作台承工作台承载载能力能力强强；(c)、(d)工作台工作台为为十字形布局十字形布局，（c）主）主轴轴箱箱悬悬挂于挂于单单立柱一立柱一侧侧，使立柱受偏，使立柱受偏载载；(d)主主轴轴箱装在框式立柱中箱装在框式立柱中间间，对对称布局，受力后称布局，受力后变变形小，有形小，有利于提高加工精度利于提高加工精度。（4）不同布局影响不同布局影响机床操作方便程度机床操作方便程度 数控车床的四种不同布局方案，数控车床的四种不同布局方案，（a）为）为水平床身水平床身-水平滑板水平滑板，床身工艺性好，便于导轨面的，床身工艺性好，便于导轨面的
10、加工，下部空间小，故排屑困难，刀架水平放置加大了机加工，下部空间小，故排屑困难，刀架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸；床宽度方向的结构尺寸；4）不同布局影响机床操作方便程度不同布局影响机床操作方便程度（b）倾斜床身倾斜床身-倾斜滑板倾斜滑板，排屑亦较方便，中小规格的数控车，排屑亦较方便，中小规格的数控车床其床身的倾斜度以床其床身的倾斜度以60为宜；为宜；（c）水平床身水平床身-倾斜滑板倾斜滑板，具有水平床身工艺性好，宽度方向，具有水平床身工艺性好，宽度方向的尺寸小，且排屑方便，是卧式数控车床的最佳布局形式。的尺寸小，且排屑方便，是卧式数控车床的最佳布局形式。2.提高提高结构件结构件的刚度的
11、刚度 结构的刚度直接影响结构的刚度直接影响机床的精度和动态性能机床的精度和动态性能。机床的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、机床的刚度主要决定于组成机械系统的部件质量、刚度、阻尼、固有频率以及负载激振频率等。刚度、阻尼、固有频率以及负载激振频率等。提高机床结构刚度主要措施有：改善机械部分提高机床结构刚度主要措施有：改善机械部分构件；利用平衡机构补偿部件变形；改善构件间的构件；利用平衡机构补偿部件变形；改善构件间的连接形式；连接形式；缩短传动链缩短传动链，适当加大传动轴，对轴承，适当加大传动轴，对轴承和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。和滚珠丝杠等传动部件进行预紧等等。四、提高数控机床性能的措
12、施四、提高数控机床性能的措施1616四、提高数控机床性能的措施四、提高数控机床性能的措施3.3.提高机床提高机床提高机床提高机床抗振性抗振性抗振性抗振性 高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的振动，高速转动零部件的动态不平衡力与切削产生的振动，是引起机床振动的主要原因。是引起机床振动的主要原因。提高数控机床抗振性的主要措施有：提高数控机床抗振性的主要措施有：（1）对机床高速转旋转部件，特别是主轴部件进行）对机床高速转旋转部件，特别是主轴部件进行动平衡动平衡，对传动部件进行消隙处理，减少机床激振力；，对传动部件进行消隙处理，减少机床激振力；（2）提高机械部件的静态刚度和固有频率，避免共）提高机
13、械部件的静态刚度和固有频率，避免共振；振；（3）在机床结构大件中充填）在机床结构大件中充填阻尼材料阻尼材料，在大件表面，在大件表面喷涂阻尼涂层抑制振动等。喷涂阻尼涂层抑制振动等。1717四、提高数控机床性能的措施四、提高数控机床性能的措施4.4.改善机床的改善机床的改善机床的改善机床的热变形热变形热变形热变形 引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热，引起机床热变形的主要原因是机床内部热源发热，摩擦以及切削产生的发热。摩擦以及切削产生的发热。减少机床热变形的措施主要有：减少机床热变形的措施主要有：（1）采用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等采用伺服电动机和主轴电动机、变量泵等低能低能耗耗执行元
14、件，减少热量的产生；执行元件，减少热量的产生；（2）简化传动系统简化传动系统的结构的结构，减少传动齿轮、传动轴，采用，减少传动齿轮、传动轴，采用低摩擦系数低摩擦系数的的导轨和轴承，减少摩擦发热；导轨和轴承，减少摩擦发热；（3）采用采用对称结构设对称结构设计计，使部件均匀受热；，使部件均匀受热；（4）改善改善散热条件散热条件、增加隔、增加隔热措施、对发热部件（如：电柜、丝杆、油箱等）进热措施、对发热部件（如：电柜、丝杆、油箱等）进行行强制冷却，吸收热量，避免温升强制冷却，吸收热量，避免温升；（5）对切削部对切削部分采用分采用高压、大流量高压、大流量冷却系统冷却等等。冷却系统冷却等等。1818四、
15、提高数控机床性能的措施四、提高数控机床性能的措施 5.5.保证运动的保证运动的保证运动的保证运动的精度和稳定性精度和稳定性精度和稳定性精度和稳定性 机床的运动精度和稳定性，不仅和数控系统的分机床的运动精度和稳定性，不仅和数控系统的分辨率、伺服系统的精度的稳定性有关，而且还在很大辨率、伺服系统的精度的稳定性有关，而且还在很大程度上取决于程度上取决于机械传动的精度机械传动的精度。传动系统的刚度、间。传动系统的刚度、间隙、摩擦死区、非线性环节都对机床的精度和稳定性隙、摩擦死区、非线性环节都对机床的精度和稳定性产生很大的影响。产生很大的影响。减小运动部件的减小运动部件的质量质量，采用，采用低摩擦系数低
16、摩擦系数的导轨和的导轨和轴承以及滚珠丝杆副、静压导轨、直线滚动导轨、塑轴承以及滚珠丝杆副、静压导轨、直线滚动导轨、塑料滑动导轨等料滑动导轨等高效执行部件高效执行部件，可以减少系统的摩擦阻，可以减少系统的摩擦阻力，提高运动精度，避免力，提高运动精度，避免低速爬行低速爬行。缩短传动链缩短传动链，对，对传动部件进行消隙，对轴承和滚珠丝杠进行预紧，可传动部件进行消隙，对轴承和滚珠丝杠进行预紧，可以减消机械系统的间隙和非线性影响，提高机床的运以减消机械系统的间隙和非线性影响，提高机床的运动精度和稳定性。动精度和稳定性。1919课题二课题二 数控机床主传动系统及主轴部件数控机床主传动系统及主轴部件 一一
17、数控机床主传动系统的要求：数控机床主传动系统的要求：数控机床主传动系统是指数控机床主传动系统是指数控机床的主轴运动传动数控机床的主轴运动传动系统系统，是机床的成形运动之一，其精度决定了零件的，是机床的成形运动之一，其精度决定了零件的加工精度。加工精度。1.1.具有较大的调速范围并实现无级调速：具有较大的调速范围并实现无级调速：数控机床数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，以保证加工时的主传动系统要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用能选用合理的切削用量合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。工精度和表面质量。2.2.具有较高的精度和刚度，传动平
18、稳，噪音低。具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低。3.3.具有良好的抗振性和热稳定性。具有良好的抗振性和热稳定性。2020 二、主轴传动的配置方式二、主轴传动的配置方式 数控机床主传动主要有以下三种配置方式数控机床主传动主要有以下三种配置方式数控机床主传动主要有以下三种配置方式数控机床主传动主要有以下三种配置方式 1.1.带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动 2.2.通过带传动的主传动通过带传动的主传动通过带传动的主传动通过带传动的主传动 3.3.调速电机直接驱动的主传动调速电机直接驱动的主传动调速电机直接驱动的主传动调速电机直接驱动的主传动 a
19、b c21211.带有变速齿轮的主传动带有变速齿轮的主传动 通过几对齿轮降速，成为分段无级变速，通过几对齿轮降速，成为分段无级变速，确保低速时有足够的扭矩，以满足主轴输出确保低速时有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。扭矩特性的要求。滑移齿轮的位移常采用液压拨叉或直接滑移齿轮的位移常采用液压拨叉或直接有液压缸带动齿轮来实现。这种配置方式在有液压缸带动齿轮来实现。这种配置方式在大中型数控机床中应用较多大中型数控机床中应用较多，也有一部分小，也有一部分小型数控机床采用这种传动方式，获得型数控机床采用这种传动方式，获得强力切强力切削需要的扭矩削需要的扭矩。如图。如图a所示所示 22222.通过
20、带传动的主传动通过带传动的主传动2323带的结构形式带的结构形式 (a)多楔带多楔带;(b)同步齿形带同步齿形带 主要用在转速较高、变速范围不大的主要用在转速较高、变速范围不大的小型数小型数控机床控机床上。可以避免由齿轮传动所引起的振动和上。可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。适用于噪声。适用于高速低转矩高速低转矩特性的主轴，常用有特性的主轴，常用有多多楔带楔带和和同步齿形带同步齿形带。2424同步齿形带的结构和传动同步齿形带的结构和传动 同同步步齿齿形形带带传传动动是是一一种种综综合合了了带带传传动动和和链链传传动动优点的新型传动方式，带型有梯形齿和圆弧齿。优点的新型传动方式，带型有梯形齿
21、和圆弧齿。3.调速电机直接驱动的主传动调速电机直接驱动的主传动 这种传动方式大大简化了这种传动方式大大简化了这种传动方式大大简化了这种传动方式大大简化了主轴箱与主轴主轴箱与主轴主轴箱与主轴主轴箱与主轴的结的结的结的结构，提高了构，提高了构，提高了构，提高了主轴部件的刚度主轴部件的刚度主轴部件的刚度主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，。但主轴输出扭矩小，。但主轴输出扭矩小，。但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响较大。如图电动机发热对主轴影响较大。如图电动机发热对主轴影响较大。如图电动机发热对主轴影响较大。如图c c所示。所示。所示。所示。2525直接驱动式直接驱动式 三、主轴的变速方法三、主轴的
22、变速方法 数控机床和普通机床一样，主传动系数控机床和普通机床一样，主传动系统也统也必须通过变速必须通过变速，才能使主轴获得不同，才能使主轴获得不同的转速，以适应不同的加工要求。并且在的转速，以适应不同的加工要求。并且在变速的同时，还要求变速的同时，还要求传递一定的功率和足传递一定的功率和足够的转矩够的转矩，满足切削的需要。主轴在齿轮，满足切削的需要。主轴在齿轮变速中常用变速方法为：变速中常用变速方法为：1.液压拨叉液压拨叉 如图如图如图如图2-22-2所示所示所示所示 2.电磁离合器电磁离合器 如图如图如图如图2-32-3和和和和2-42-4所示所示所示所示 2626n n1、液压拨叉、液压拨
23、叉2727滑移齿轮滑移齿轮 液压拨叉带动液压拨叉带动滑移齿轮实现变滑移齿轮实现变速。速。n n2、电磁离合器、电磁离合器2828 电磁离合器是靠电磁离合器是靠磁力吸引，增加片间磁力吸引，增加片间摩擦力，或者使其镶摩擦力，或者使其镶入齿内，来传递扭力。入齿内，来传递扭力。图图2-3为无集电环为无集电环摩擦片式电磁离合器。摩擦片式电磁离合器。连接件连接件2和套筒和套筒3是是输入输出端输入输出端，即通电后，即通电后2与与3连在一起运动，断连在一起运动，断电后，电后，2、3各自独立转各自独立转动。动。2929主轴轴承常见的支撑形式主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；形式一；(b)形式二；形式二；(c
24、)形式三形式三 1 1）前前支支撑撑采采用用双双列列短短圆圆柱柱滚滚子子轴轴承承和和6060角角接接触触双双列列向向心心推推力力球球轴轴承承组组合合，后后支支撑撑采采用用成成对对向向心心推推力力球球轴轴承承。可可提提高高主主轴轴的的综综合合刚刚度度，满满足足强强力力切切削削的的要要求求。普普遍遍用用于于各各类类数数控机床主轴控机床主轴。4 4 主轴轴承的主要配置形式主轴轴承的主要配置形式前支承前支承后支承后支承 2）前前支支撑撑采采用用高高精精度双列向心推力球轴承度双列向心推力球轴承。能能承承受受径径向向、双双向向轴轴向向负负载载，组组配配使使用用能能满满足足刚刚度度要要求求，并并能能方方便便
25、的的消消除除轴轴向向和径向间隙和径向间隙对其预紧。对其预紧。这这种种轴轴承承允允许许主主轴轴的的最最高高转转速速较较高高，可可达达4000rmin，但但承承载载能能力力小小，适适于于高高速速、轻轻载载、高高精精密密的的数数控控机机床床主主轴轴。在在立立式式、卧卧式式加加工中心上得到广泛应用，工中心上得到广泛应用，主轴轴承常见的支撑形式主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；形式一；(b)形式二；形式二；(c)形式三形式三 前支承前支承后支承后支承3131主轴轴承常见的支撑形式主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；形式一；(b)形式二；形式二；(c)形式三形式三 前支承前支承后支承后支承 3 3）
26、前后支撑分别采）前后支撑分别采用用双列和单列圆锥滚双列和单列圆锥滚子轴承子轴承。径向和轴向刚度高径向和轴向刚度高，能承受重载荷（尤其较能承受重载荷（尤其较强的动载荷），容易消强的动载荷），容易消除除间隙和预紧间隙和预紧，其安装、，其安装、调整性能好，但限制了调整性能好，但限制了主轴转速和精度，因此主轴转速和精度，因此可用于可用于中等精度、低速、中等精度、低速、重载重载的数控机床的主轴。的数控机床的主轴。轴承的性能比较轴承的性能比较3232机机床床采采用用的的是是724724号号锥锥柄柄刀刀具具，锥锥柄柄的的尾尾端端安安装装有有拉拉钉钉，拉拉杆杆通通过过4 4个个钢钢球球拉拉住住拉拉钉钉的的凹凹
27、槽槽，使使刀刀具具在在主主轴轴锥锥孔孔内内定定位位及夹紧。及夹紧。3333五、主轴内刀具的自动夹紧和切屑的清除装置五、主轴内刀具的自动夹紧和切屑的清除装置 机床执行换刀指令，机机床执行换刀指令，机械手从主轴拔刀时，主轴需械手从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时，液压缸上松开刀具。这时，液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉被松开，内，刀柄尾部的拉钉被松开，机械手拔刀。机械手拔刀。加工中心主轴前端有加工中心主轴前端有加工中心主轴前端有加工中心主轴前端有7 7 24
28、24号锥孔，内部和后端号锥孔，内部和后端号锥孔，内部和后端号锥孔，内部和后端安装的是刀具自动夹紧机安装的是刀具自动夹紧机安装的是刀具自动夹紧机安装的是刀具自动夹紧机构。构。构。构。34341刀架；刀架；2拉钉；拉钉；3主轴；主轴；4拉杆；拉杆；5碟形弹簧；碟形弹簧；6活塞；活塞；7液压缸；液压缸；8、10行程开关；行程开关；9压缩空气管接头；压缩空气管接头；11弹簧；弹簧；12钢球；钢球；13端面键端面键 压缩空气进入压缩空气进入压缩空气进入压缩空气进入活塞活塞活塞活塞和和和和拉杆拉杆拉杆拉杆的中孔，吹净主轴锥的中孔，吹净主轴锥的中孔，吹净主轴锥的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准孔，为装
29、入新刀具做好准孔，为装入新刀具做好准孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将备。当机械手将备。当机械手将备。当机械手将下一把刀下一把刀下一把刀下一把刀具具具具插入主轴后，液压缸上插入主轴后，液压缸上插入主轴后，液压缸上插入主轴后，液压缸上腔无油压，腔无油压，腔无油压，腔无油压，在碟形弹簧和在碟形弹簧和在碟形弹簧和在碟形弹簧和弹簧的恢复力弹簧的恢复力弹簧的恢复力弹簧的恢复力作用下，拉作用下，拉作用下，拉作用下，拉杆、钢球和活塞退回到图杆、钢球和活塞退回到图杆、钢球和活塞退回到图杆、钢球和活塞退回到图示的位置，示的位置，示的位置，示的位置，使刀具被夹紧使刀具被夹紧使刀具被夹紧使刀具被夹紧。刀杆夹紧机构
30、用弹簧夹紧，刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压放松，以保证在工作液压放松，以保证在工作液压放松，以保证在工作液压放松，以保证在工作中突然停电时，刀杆不会中突然停电时，刀杆不会中突然停电时，刀杆不会中突然停电时，刀杆不会自行松脱。自行松脱。自行松脱。自行松脱。35351刀架；刀架；2拉钉；拉钉；3主轴；主轴；4拉杆；拉杆；5碟形弹簧；碟形弹簧；6活塞；活塞；7液压缸；液压缸；8、10行程开关；行程开关；9压缩空气管接头；压缩空气管接头；11弹簧；弹簧；12钢球；钢球；13端面键端面键自动换刀卧式镗铣床主轴的夹紧机构自动换刀卧式镗铣床主轴的夹紧机构3636
31、1刀杆；刀杆；2主轴；主轴；3钢球；钢球；4喷气头；喷气头；5套筒；套筒；6、8碟形弹簧；碟形弹簧；7拉杆；拉杆；9定向凸轮；定向凸轮；10定向定向开关挡块；开关挡块；11活塞活塞 六、主轴的准停装置六、主轴的准停装置主轴准停换刀示意图主轴准停换刀示意图 又又称称为为主主轴轴定定位位功功能能，这这是是自自动动换换刀刀所所必必需需的的功功能能。在在自自动动换换刀刀的的镗镗铣铣加加工工中中心心上上，切切削削的的转转矩矩通通常常是是通通过过刀刀杆杆的的端端面面键键来来传传递递的的，这这就就要要求求主主轴轴具具有有准准确确定定位位于于圆圆周周上上特特定定角角度度的的功能功能。3737主轴准停阶梯孔或精
32、镗孔示意图主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图 当加工阶梯孔当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，精加工的孔表面，必须必须先让刀，再退先让刀，再退刀，刀，因此，刀具就因此，刀具就必须具有必须具有定位功能定位功能。六、主轴的准停装置六、主轴的准停装置38381 1）机械准停控制）机械准停控制 采采用用机机械械凸凸轮轮机机构构或或光光电电盘盘方方式式进进行行粗粗定定位位，然然后后有有一一个个液液动动或或气气动动的的定定位位销销插插入入主主轴轴上上的的销销孔孔或或销销槽槽实实现现精精确确定定位位，完完成成换换刀刀后后定
33、定位位销销退退出出，主主轴才开始旋转。轴才开始旋转。结结构构复复杂杂，在在早早期期数数控机床上使用较多。控机床上使用较多。典型的典型的V形槽轮定位盘机械形槽轮定位盘机械准停原理示意图准停原理示意图 六、主轴的准停装置六、主轴的准停装置39391）当执行准停指令时，首先）当执行准停指令时，首先发出发出降速信号降速信号，主轴箱自动，主轴箱自动改变传动路线，使主轴以设改变传动路线，使主轴以设定的低速运转。定的低速运转。2）延时数秒后，）延时数秒后，接通无触点接通无触点开关开关，当定位盘上的感应片，当定位盘上的感应片（接近体）对准无触点开关（接近体）对准无触点开关时，发出时，发出准停信号准停信号，立即
34、使，立即使主轴电动机停转并断开主轴主轴电动机停转并断开主轴传动链，此时主轴电动机与传动链，此时主轴电动机与主传动件依惯性继续空转；主传动件依惯性继续空转；3）在经过短暂延时，）在经过短暂延时，接通接通压力油压力油，定位液压缸动，定位液压缸动作，活塞带动定位滚子作，活塞带动定位滚子压紧定位盘压紧定位盘的外表面，的外表面，当主轴带动定位盘慢速当主轴带动定位盘慢速旋转至旋转至V形槽对准定位滚形槽对准定位滚子时，滚子进入槽内，子时，滚子进入槽内，使主轴准确停止，同时使主轴准确停止，同时限位开关限位开关LS2信号有效，信号有效，表明表明主轴准停动作主轴准停动作完成。完成。4）这里）这里LS1为为准停释放
35、准停释放信号信号。采用这种准停方。采用这种准停方式，必须要有一定的逻式，必须要有一定的逻辑互锁，即当辑互锁，即当LS2信号信号有效时，才能进行有效时，才能进行换刀换刀动作动作；只有在；只有在LS1信号信号有效后，才能启动主轴有效后，才能启动主轴电动机电动机正常运转正常运转。准停。准停控制通常由数控系统所控制通常由数控系统所配的可编程控制器完成。配的可编程控制器完成。2 2）电气准停控制）电气准停控制永久磁铁与磁传感器在永久磁铁与磁传感器在主轴上的位置主轴上的位置 n n磁磁磁磁传传传传感器主感器主感器主感器主轴轴轴轴准停控制准停控制准停控制准停控制 在主在主在主在主轴轴轴轴上安装一个永久磁上安
36、装一个永久磁上安装一个永久磁上安装一个永久磁铁铁铁铁与主与主与主与主轴轴轴轴一起旋一起旋一起旋一起旋转转转转，在距离永，在距离永，在距离永，在距离永磁体旋磁体旋磁体旋磁体旋转转转转外外外外轨轨轨轨迹迹迹迹12mm12mm处处处处固定一个磁固定一个磁固定一个磁固定一个磁传传传传感器，它感器，它感器，它感器，它经过经过经过经过放大器并与主放大器并与主放大器并与主放大器并与主轴轴轴轴控制控制控制控制单单单单元相元相元相元相连连连连接，当主接，当主接，当主接，当主轴轴轴轴需要定向需要定向需要定向需要定向时时时时，便可停止在便可停止在便可停止在便可停止在调调调调整好的位置上。整好的位置上。整好的位置上。
37、整好的位置上。六、主轴的准停装置六、主轴的准停装置4343编码器主轴准停控制原理图编码器主轴准停控制原理图 n编码器主轴准停控制编码器主轴准停控制 通过主轴电动机通过主轴电动机通过主轴电动机通过主轴电动机内置安装的位置编码内置安装的位置编码内置安装的位置编码内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上器或在机床主轴箱上器或在机床主轴箱上器或在机床主轴箱上安装一个与安装一个与安装一个与安装一个与主轴主轴主轴主轴1:11:1同同同同步旋转的位置编码器步旋转的位置编码器步旋转的位置编码器步旋转的位置编码器来实现准停控制，准来实现准停控制，准来实现准停控制，准来实现准停控制，准停角度可任意设定。停角度可任意设
38、定。停角度可任意设定。停角度可任意设定。六、主轴的准停装置六、主轴的准停装置4444七、主轴组件的润滑与密封七、主轴组件的润滑与密封 1.1.1.1.主轴轴承的润滑方式主轴轴承的润滑方式主轴轴承的润滑方式主轴轴承的润滑方式1 1 1 1）油油油油脂脂脂脂润润润润滑滑滑滑：最最最最常常常常用用用用，特特特特别别别别是是是是前前前前支支支支承承承承上上上上更更更更常常常常用用用用；必必必必须须须须采采采采用用用用有有有有效效效效地地地地密密密密封封封封措措措措施施施施，防防防防止止止止切切切切削削削削液液液液或或或或润润润润滑滑滑滑液液液液进入轴承。进入轴承。进入轴承。进入轴承。2 2 2 2）油
39、液循环润滑油液循环润滑油液循环润滑油液循环润滑：后支承上常用；：后支承上常用；：后支承上常用；：后支承上常用；3 3 3 3）油油油油雾雾雾雾润润润润滑滑滑滑：油油油油液液液液经经经经高高高高压压压压气气气气体体体体雾雾雾雾化化化化后后后后，从从从从喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴喷喷喷喷到到到到需需需需润润润润滑滑滑滑部部部部位位位位的的的的润润润润滑滑滑滑方方方方式式式式，常常常常用用用用于于于于高高高高速速速速主主主主轴轴轴轴轴轴轴轴承承承承，油雾易吹出，污染环境。油雾易吹出，污染环境。油雾易吹出，污染环境。油雾易吹出，污染环境。4 4 4 4）油气润滑油气润滑油气润滑油气润滑：针对高速主轴开发的新型润
40、滑方式，：针对高速主轴开发的新型润滑方式，：针对高速主轴开发的新型润滑方式，：针对高速主轴开发的新型润滑方式，4545七、主轴组件的润滑与密封七、主轴组件的润滑与密封 2.2.2.2.主轴的密封：接触式和非接触式两种。主轴的密封：接触式和非接触式两种。主轴的密封：接触式和非接触式两种。主轴的密封：接触式和非接触式两种。前者主要有油毡圈和耐油橡胶密封两种。前者主要有油毡圈和耐油橡胶密封两种。前者主要有油毡圈和耐油橡胶密封两种。前者主要有油毡圈和耐油橡胶密封两种。4646接触式密封接触式密封 (a)油毡圈密封；油毡圈密封；(b)耐油橡胶密封圈密封耐油橡胶密封圈密封 2.2.2.2.非接触式非接触式
41、非接触式非接触式密封密封密封密封 （a a a a）利用轴承盖与轴的间隙密封）利用轴承盖与轴的间隙密封）利用轴承盖与轴的间隙密封）利用轴承盖与轴的间隙密封;（b b b b）在螺母的外圆上开锯齿形环槽；）在螺母的外圆上开锯齿形环槽；）在螺母的外圆上开锯齿形环槽；）在螺母的外圆上开锯齿形环槽；（c c c c）迷宫式密封结构。）迷宫式密封结构。）迷宫式密封结构。）迷宫式密封结构。4747非接触式密封非接触式密封(a)形式一；形式一；(b)形式二；形式二；(c)形式三形式三 八、故障排除八、故障排除n1、故障现象：、故障现象：加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生加工中心主轴定位不良，引发换刀过程
42、发生中断。中断。n分析及处理过程：分析及处理过程：（1）开始时，出现的次数不多，重新开机后又能工作，但故）开始时，出现的次数不多，重新开机后又能工作，但故障反复出现。障反复出现。（2）经在故障出现后，对机床进行仔细观察后，发现故障的）经在故障出现后，对机床进行仔细观察后，发现故障的真正原因是真正原因是主轴在定向后发生位置偏移，主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位且主轴在定位后如用手碰一下，主轴会产生相反方向的漂移。后如用手碰一下，主轴会产生相反方向的漂移。（3）检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码）检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器，从故障的现象和可能发生的部位来
43、看，电气部分的可能器，从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小；机械部分又很简单，性比较小；机械部分又很简单，最主要的是连接最主要的是连接，所以决定，所以决定检查连接部分。检查连接部分。（4）在检查到）在检查到编码器的连接时，编码器的连接时，发现编码器上连接套的发现编码器上连接套的紧定紧定螺钉螺钉松动，使连接套松动，使连接套后退后退造成与主轴的连接部分造成与主轴的连接部分间隙过大间隙过大，使旋转不同步使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。2、变挡滑移齿轮变挡滑移齿轮引起主轴停转的故障维修引起主轴停转的故障维修n故障现象：机床在工作过程
44、中，主轴箱内机械变挡滑移齿轮故障现象：机床在工作过程中，主轴箱内机械变挡滑移齿轮自动脱离啮合自动脱离啮合，主轴停转。，主轴停转。n分析及处理过程：分析及处理过程：n(1)带有变速齿轮的主传动，采用液压缸推动带有变速齿轮的主传动，采用液压缸推动滑移齿轮滑移齿轮进行进行变速，液压缸也同时变速，液压缸也同时锁住滑移齿轮锁住滑移齿轮。n(2)变挡滑移齿轮自动脱离啮合，原因主要是变挡滑移齿轮自动脱离啮合，原因主要是液压缸内压力液压缸内压力变化引起的。变化引起的。n(3)控制液压缸的控制液压缸的O型三位四通换向阀型三位四通换向阀在中间位置时，不能在中间位置时，不能闭死，液压缸前后两腔油路想渗漏，这样造成液
45、压缸上腔推闭死，液压缸前后两腔油路想渗漏，这样造成液压缸上腔推力大于下腔，是力大于下腔，是活塞杆渐渐向下移动，活塞杆渐渐向下移动，逐渐使滑移齿轮脱离逐渐使滑移齿轮脱离啮合，造成主轴停转。啮合，造成主轴停转。n(4)措施：更换新的三位四通换向阀后，即可解决问题；或措施：更换新的三位四通换向阀后，即可解决问题；或改变控制方式，采用两位四通，使液压缸一腔始终保持压力改变控制方式，采用两位四通，使液压缸一腔始终保持压力油。油。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH