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1数控机床与编程第二章数控机床的主传动系统第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统主运动主运动是实现机床切削的的基本运动。在切削过程中，它为切除工件毛坯上多余的金属提供所需的切削速度和动力。特点：速度最高、功率消耗最多什么是主运动？什么是主运动？3由主轴电机经一系列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。数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动装置、主轴、主轴轴承、主轴定向装置等。什么是主传动系统？什么是主传动系统？4主轴脉冲编码器同步齿形带主轴电机主轴主传动系统 5第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.1 对主传动系统的基本要求 和变速方式2.2 数控机床的主轴部件2.3 典型数控机床的主轴部件2.4 高速主轴系统和电主轴6第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.1 2.1 对主传动系统的基本要求和变速方式对主传动系统的基本要求和变速方式2.1.1 2.1.1 对主传动系统的基本要求对主传动系统的基本要求 主轴转速高，具有更大的调速范围，并能实现无级调速主轴转速高，具有更大的调速范围，并能实现无级调速 有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低 良好的抗振性和热稳定性良好的抗振性和热稳定性 能实现刀具的快速和自动装卸能实现刀具的快速和自动装卸7第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.1.2 2.1.2 主传动的变速方式主传动的变速方式主要有两种变速传动方式：p无级变速p分段无级变速8第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统电动机x电动机齿轮传动主轴齿轮传动主轴带传动主轴带传动主轴4 4种主传动类型种主传动类型变速齿轮传动变速齿轮传动同步齿形带传动同步齿形带传动梯形齿梯形齿弧形齿弧形齿11第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统电动机电动机两个电机分别驱动主轴两个电机分别驱动主轴 两个电机分别驱动主轴12第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统电动机电动机通过联轴器连接主轴内装电动机主轴内装电动机主轴 调速电机直接驱动主轴主轴电机直接驱动主轴电机直接驱动14第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.主传动的齿轮变速装置常用的有两种装置：p液压拨叉变速装置p电磁离合器变速装置15三位液压拨叉工作原理图液压拨叉变速装置161.电磁离合器变速装置17第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.2 数控机床的主轴部件主轴部件主轴部件是主运动的执行件，它夹持刀具或工件并带动起旋转18l数控机床主轴部件包括：主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等l加工中心的主轴部件还包括：刀具自动装卸装置、主轴定向停止（准停）装置和主轴孔内的切屑清除装置等。数控车床主轴结构数控车床主轴结构202.2.1 主轴端部结构主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具。车床主轴端部铣床、镗床主轴端部外圆磨床主轴端部内圆磨床主轴端部21第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.2.2 主轴轴承主轴轴承主轴轴承是主轴部件的重要组成部分。它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴的工作性能。数控机床上常用的有滚动轴承滚动轴承和滑动静滑动静压轴承压轴承。22滚动轴承双双列列短短圆圆柱柱滚滚子子轴轴承承角角接接触触球球轴轴承承23角接触双向推力轴承角接触双向推力轴承双列圆锥滚子轴承双列圆锥滚子轴承滚动轴承24法国Game轴承滚动轴承25滚动轴承性能比较轴承种类允许转速刚度阻尼温升圆柱滚子轴承较高高中中、高向心球轴承高较高低低圆锥滚子轴承中中、高较大中、高26静压滑动轴承工作原理静压滑动轴承27第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.2.3 主轴轴承的配置形式目前主轴轴承的配置形式主要有三种 双列短圆柱滚子轴承和60角接触球轴承组合28前轴承采用高精度双列角接触球轴承第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统29双列和单列圆锥滚子轴承组合 第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统302.2.4 主轴准停装置定义：定义：主轴停车时要求停在一个固定位置的功能称为准停功能。主轴为什么要有准停功能：主轴为什么要有准停功能：a.自动换刀b.减少被加工孔的尺寸的分散度c.镗孔时退刀第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统31机机械械准准停停电电气气准准停停1无触点开关；2感应块；3凸轮定位盘；4定位液压缸；5定向滚轮；6定向活塞；7主轴；8主轴电机；9永久磁铁；10磁传感器；11同步轮第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统322.3 典型数控机床的主轴部件2.3.1 数控车床的主轴部件（TND型数控车床）.主传动脉冲发生器直流电动机测速发电机直流电动机额定转速2000r/min，最高4000r/min，最低35r/min主轴高速段8003150r/min，主轴低速段7760r/min。液压缸推动滑移齿轮变速。为了加工螺纹，车床主轴转速与加工螺纹的刀具进给量之间应保持一定的传动比。由脉冲编码器与主轴同步旋转，并产生脉冲并输入装置后，根据程序段指令的导程大小和相关参数对输入脉冲进行分频，作为到距今给的脉冲源。33第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统.主轴及支承主轴内孔用于通过长棒料或通过气动、液压夹紧装置的拉杆。主轴前端面和短圆锥面用于安装卡盘或拨盘。主轴前支承：三个推力角接触球轴承组成，主要承受轴向载荷。主轴后支承：一对背靠背推力角接触球轴承组成。只承受径向载荷。34第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统.动力卡盘动力卡盘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。为了减少装夹时间，广泛采用液压或气动动力自定心卡盘。下图为数控车床上采用的一种液压卡盘液压回转缸；拉杆；连接套；滑套；接套；活塞；、螺钉；箱体；卡盘体；卡爪座；卡爪35第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统4.主轴编码器主轴编码器的作用及安装方式：作用：作用：主轴编码器用于测量主轴的旋转速度。前面在介绍半闭环数控系统时指出，检测元件安装在主轴上，而这种检测元件通常就是光电脉冲发生器。安装：安装：有两种安装方式。一种是与主轴通过弹性联轴器同轴安装；另一种方法是通过中间轴上的齿轮1：1的同步传动。总之，主轴编码器反映主轴的旋转速度。36第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统主轴编码器的组成：光源、聚光镜、漏光盘、光栏板、光敏管等。37数控铣床的主轴部件（NT-J320A型数控铣床)38第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.3.2 2.3.2 数控铣床的主轴部件（数控铣床的主轴部件（NT-J320ANT-J320A型数控铣床型数控铣床)NT-J320A型数控铣床主轴可作轴向运动,主轴的轴向运动坐标轴为该机床的Z轴。轴向运动是由：直流伺服电机同步带轮和同步带丝杠丝杠螺母和螺母支承主轴套筒主轴做轴向运动脉冲编码器产 生脉冲信号。主轴为实心轴，通过花键套与变速箱连接带动主轴旋转。前支承：两个特轻系列角接触球轴承两个特轻系列角接触球轴承背靠背安装，以轴承内、外圈隔套和主轴台阶与主轴定位，并用圆螺母预紧，以消除轴承轴向及径向间隙。后支承：深沟球轴承。其与前端组成一个相对于套筒的的双双支点单固式支承。支点单固式支承。主轴前端锥孔为：锥度，用于刀柄定位。主轴前端的端面键用于传递扭矩。快换夹头用于快速松、夹刀具39第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.3.3 加工中心的主轴部件（JS-018A型加工中心）1端面键；2主轴；3拉钉；4钢球；、轴承；螺母；拉杆；碟形弹簧；弹簧；活塞；液压缸40第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统刀具夹紧情况刀具夹紧情况41第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统主轴转矩的传递主轴转矩的传递 主轴的准停功能主轴的准停功能 主轴准停示意图刀具；刀柄；刀柄键槽；主轴端面键；主轴德国的切削物理学家Carl Salomon博士于1929年进行了超高速模拟试验，1931年4月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削假设。高速切削高速切削Salomon认为：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。当切削速度增大到超过一个速度范围，切削温度反而随切削速度的提高而降低，同时切削力也会大幅下降。高速切削状态下切削温度的死谷理论（高速切削状态下切削温度的死谷理论（Dead Volley）44第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统高速主轴系统的特点：a)主轴有较高的角减速度和角加速度；b)主轴平衡性好，刚性好，回转精度高；c)有良好的热稳定性，能传递足够的扭矩和功率，能承受较高的离心力；d）带有主轴恒温装置和高效的冷却装置。45第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统1.电主轴定义：内装电动机式主轴称之为电主轴。这是将电动机置于主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，实现了电动机、主轴一体化。特点：结构紧凑，重量轻，惯性小。电主轴电主轴47第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统电主轴组成：电主轴，高频变频装置，油雾润滑器，冷却装置，内置编码器，换刀装置等。48第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.高速电主轴所融合的高新技术：高速轴承技术高速电动机技术冷却润滑技术内置脉冲编码器自动换刀装置高速刀具的装夹方式高频变频装置主轴的润滑、冷却方式主轴的润滑、冷却方式50第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统2.4.2 电主轴的结构电主轴的特点：结构紧凑、重量小、振动小、噪声低、响应快。电主轴的主要部件：轴壳；主轴；轴承；定子和转子。51电主轴的支承配置（CKH1450数控车铣中心电主轴）1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6冷却水出口 7主轴 8反馈装置 9主轴前支承10主轴后支承52第二章第二章数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统小结数控机床主传动系统对主传动系统的基本要求数控机床的主传动变速传动方式主轴部件结构实例高速主轴系统