數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)

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1、CNC 主 軸 變 速 方 式主 軸 支 承 配 置 及 軸 承 預(yù) 緊高 速 電 主 軸 CNC 技 能 目 標 1. 了 解 數(shù) 控 機 床 的 結(jié) 構(gòu) 特 點 及 要 求 ； 2. 理 解 數(shù) 控 機 床 主 軸 變 速 方 式 、 典 型 主 軸部 件 結(jié) 構(gòu) 及 原 理 ； 預(yù) 習(xí) 1. 直 流 或 交 流 電 動 機 的 無 級 調(diào) 速 CNC 2.1 數(shù) 控 機 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 組 成及 特 點 功 用 ： 主 傳 動 系 統(tǒng) 是 用 來 實 現(xiàn) 機 床 主 運動 的 傳 動 系 統(tǒng) ， 它 應(yīng) 具 有 一 定 的 轉(zhuǎn) 速 （ 速度 ） 和 一 定 的 變 速 范 圍

2、 ， 并 能 方 便 地 實 現(xiàn)運 動 的 開 停 、 變 速 、 換 向 和 制 動 等 。 組 成 ： 主 要 包 括 電 動 機 、 傳 動 系 統(tǒng) 和 主軸 部 件 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 特 點 ： 轉(zhuǎn) 速 高 、 功 率 大 變 速 范 圍 寬 主 軸 變 速 迅 速 可 靠 主 軸 組 件 的 耐 磨 性 高 CNC 2.2 主 傳 動 系 統(tǒng) 設(shè) 計 要 求 及 配置 2.2.1 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 要 求 1. 主 軸 具 有 一 定 的 轉(zhuǎn) 速 和 足 夠 的 轉(zhuǎn) 速 范 圍 ， 以 滿 足 機 床 的 運 動 要 求 ； 2. 主 電 動 機 具 有 足 夠

3、的 功 率 ， 全 部 機 構(gòu) 具有 足 夠 的 強 度 和 剛 度 ， 以 滿 足 機 床 的 動 力要 求 ； 3. 主 傳 動 的 有 關(guān) 結(jié) 構(gòu) ， 特 別 是 主 軸 組 件 要有 足 夠 高 的 精 度 、 抗 振 性 ， 熱 變 形 和 噪 聲要 小 ， 傳 動 效 率 要 高 ， 以 滿 足 機 床 的 工 作性 能 要 求 ； 4. 操 縱 靈 活 可 靠 ， 調(diào) 整 維 修 方 便 ， 潤 滑 密封 良 好 ， 以 滿 足 機 床 的 使 用 要 求 ； 5. 結(jié) 構(gòu) 簡 單 緊 湊 ， 工 藝 性 好 ， 成 本 低 ， 以滿 足 經(jīng) 濟 性 要 求 。 CNC2.2.2

4、 數(shù) 控 機 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 配 置 方式 （ ） 帶 有 變 速 齒 輪 的 主 傳 動 實 現(xiàn) 分 段 無 級 變 速 ， 擴 大 輸 出 扭 矩 ，常 用 大 、 中 型 數(shù) 控 機 床 。 如 圖 2-1(a)所 示； （ ） 通 過 帶 傳 動 的 主 傳 動 電 動 機 本 身 的 調(diào) 速 能 夠 滿 足 要 求 ， 可以 避 免 齒 輪 傳 動 引 起 的 振 動 與 噪 聲 。 主 要應(yīng) 用 在 轉(zhuǎn) 速 較 高 、 變 速 范 圍 不 大 的 機 床 。如 圖 2-1(b)所 示 ； CNC （ ） 用 兩 個 電 動 機 分 別 驅(qū) 動 主 軸 上 述 兩 種 方 式

5、 的 混 合 傳 動 ， 具 有 上 述兩 種 性 能 。 如 圖 2-1(c)所 示 ； （ ） 內(nèi) 裝 電 動 機 主 軸 傳 動 結(jié) 構(gòu) 這 種 主 傳 動 方 式 大 大 簡 化 了 主 軸 箱 體與 主 軸 的 結(jié) 構(gòu) ， 有 效 地 提 高 了 主 軸 部 件 的剛 度 ， 如 圖 2-1(d)。 CNC 圖 2-1 數(shù) 控 機 床 主 傳 動 的 四 種 配 置 方 式(a)變 速 齒 輪 (b)帶 傳 動 (c)兩 個 電 機 分 別 驅(qū) 動 (d)內(nèi) 裝 電 動 機 主軸 傳 動 結(jié) 構(gòu) CNC 2.3 主 軸 部 件 2.3.1 主 軸 的 構(gòu) 造 主 軸 的 構(gòu) 造 和

6、形 狀 主 要 決 定 于 主 軸 上所 安 裝 的 刀 具 、 夾 具 、 傳 動 件 、 軸 承 等 零 件的 類 型 、 數(shù) 量 、 位 置 和 安 裝 定 位 方 法 等 。 主 軸 一 般 為 空 心 階 梯 軸 ， 前 端 徑 向 尺寸 大 ， 中 間 徑 向 尺 寸 逐 漸 減 小 ， 尾 部 徑 向 尺寸 最 小 。 也 有 實 心 階 梯 軸 。 主 軸 的 前 端 型 式 取 決 于 機 床 類 型 和 安裝 夾 具 或 刀 具 的 型 式 。 主 軸 端 部 用 于 安 裝 刀具 或 夾 持 工 件 的 夾 具 ， 主 軸 端 部 的 結(jié) 構(gòu) 形 狀已 標 準 化 。 圖

7、 2-2所 示 為 幾 種 機 床 上 通 用 的結(jié) 構(gòu) 形 式 。 CNC 圖 2-2 主 軸 端 部 的 結(jié) 構(gòu) 形式 CNC 2.3.2 主 軸 滾 動 支 承 主 軸 支 承 是 指 主 軸 軸 承 ， 支 承 座 及 其 相關(guān) 零 件 的 組 合 體 ， 其 中 核 心 元 件 是 軸 承 。 采 用 滾 動 軸 承 的 支 承 稱 為 主 軸 滾 動 支 承 （ 1） 滾 動 軸 承 的 主 要 優(yōu) 點 適 應(yīng) 轉(zhuǎn) 速 和 載 荷 變 動 的 范 圍 大 ； 能 在 零 間 隙 或 負 間 隙 （ 一 定 的 過 盈 量 ） 條 件下 穩(wěn) 定 運 轉(zhuǎn) ， 具 有 較 高 的 旋 轉(zhuǎn)

8、 精 度 和 剛 度 ； 軸 承 潤 滑 容 易 ， 維 修 、 供 應(yīng) 方 便 ， 摩 擦 系 數(shù)小 。 （ 2） 滾 動 軸 承 的 缺 點 滾 動 軸 承 的 滾 動 體 數(shù) 目 有 限 ， 剛 度 是 變 化 的， 阻 尼 也 較 小 ， 容 易 引 起 振 動 和 噪 聲 ； 徑 向 尺 寸 比 滑 動 軸 承 大 。 CNC （ 3） 主 軸 支 承 的 選 用 數(shù) 控 機 床 主 軸 支 承 根 據(jù) 主 軸 組 件 的 轉(zhuǎn)速 、 承 載 能 力 及 回 轉(zhuǎn) 精 度 等 要 求 的 不 同 而采 用 不 同 種 類 的 軸 承 。 一 般 中 小 型 數(shù) 控 機 床 （ 車 床 、

9、 銑 床 、 加 工中 心 、 磨 床 ） 的 主 軸 組 件 多 采 用 滾 動 軸 承； 重 型 數(shù) 控 機 床 采 用 液 體 靜 壓 軸 承 ； 高 精 度 數(shù) 控 機 床 （ 如 坐 標 磨 床 ） 采 用 氣 體靜 壓 軸 承 ； 轉(zhuǎn) 速 達 （ 2-10） 10 4r/min的 主 軸 可 采 用磁 力 軸 承 或 陶 瓷 滾 珠 軸 承 。 CNC（ 4） 主 軸 常 用 滾 動 軸 承 的 類 型 圓 錐 孔 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 圓 錐 滾 子 軸 承 雙 向 推 力 角 接 觸 球 軸 承 角 接 觸 球 軸 承 (向 心 推 力 球 軸 承 ） 陶 瓷 滾 動

10、 軸 承 滾 動 體 用 陶 瓷 材 料 制 成 ， 而 內(nèi) 、 外 圈 仍 用 軸 承 鋼 制 造 ； 滾 動 體 和 內(nèi) 圈 用 陶 瓷 材 料 制 成 ， 外 圈 用 軸 承 鋼 制 造 ； 全 陶 瓷 軸 承 ， 即 滾 動 體 、 內(nèi) 外 圈 全 都 用 陶 瓷 材 料 制 成 。 磁 浮 軸 承 CNC 圖 2-4 幾 種 典 型 的 主 軸 滾 動 軸 承 (a)、 (b) 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 (c) 雙 列 圓 錐 軸 承 (d) 雙 向 推 力 角 接 觸球 軸 承 (e) 雙 列 空 心 圓 錐 滾 子 軸 承 (f) 特 殊 雙 列 球 軸 承 (g) 角 接

11、 觸 球 軸 承 (h) 單 列 圓 錐 滾 子 軸 承 CNC (5) 主 軸 滾 動 軸 承 的 選 擇 軸 承 類 型 及 型 號 選 用 主 要 根 據(jù) 主 軸 組 件 的 剛度 、 承 載 能 力 、 轉(zhuǎn) 速 、 抗 振 性 及 結(jié) 構(gòu) 等 要 求 合理 進 行 選 定 。 承 載 能 力 和 剛 度 徑 向 ： 圓 柱 、 圓 錐 滾 子 軸 承 球 軸 承 軸 向 ： 推 力 軸 承 圓 錐 滾 子 軸 承 向 心 推 力 球軸 承 轉(zhuǎn) 速 徑 向 ： 向 心 球 軸 承 向 心 推 力 球 軸 承 圓 錐 滾 子 軸 承 軸 向 ： 向 心 推 力 球 軸 承 圓 錐 滾 子

12、軸 承 推 力 軸 承 結(jié) 構(gòu) 要 求 選 輕 型 或 特 輕 型 軸 承 一 個 支 承 中 裝 兩 個 軸 承 采 用 滾 針 軸 承 CNC 滾 動 軸 承 選 用 原 則 (1) 中 高 速 重 載 雙 列 向 心 短 圓 柱 滾 子 軸承 配 雙 向 推 力 角 接 觸 球 軸 承 。 (2) 高 速 輕 載 向 心 推 力 球 軸 承 ， 根 據(jù) 載荷 大 小 ， 每 個 支 承 可 用 一 個 、 二 個 甚 至 三個 。 (3) 軸 向 載 荷 為 主 精 度 不 高 時 ， 選 用 推力 軸 承 配 單 列 向 心 球 軸 承 ； 精 度 較 高 ， 選用 向 心 推 力 軸

13、 承 。 CNC （ 6） 主 軸 軸 承 的 配 置 型 式 主 軸 軸 承 的 配 置 型 式 應(yīng) 根 據(jù) 剛 度 、 轉(zhuǎn)速 、 承 載 能 力 、 抗 振 性 和 噪 聲 等 要 求 來 選擇 。 常 見 有 如 下 幾 種 典 型 的 配 置 型 式 ： 速度 型 、 剛 度 型 、 剛 度 速 度 型 。 如 圖 2-7所 示。 速 度 型 (如 圖 2-7(a)） 、 （ 圖 2-8） 主 軸 前 后 軸 承 都 采 用 角 接 觸 球 軸 承 （ 兩聯(lián) 或 三 聯(lián) ） 。 剛 度 型 (如 圖 2-7(b) 、 （ 圖 2-9） 前 支 承 采 用 雙 列 短 圓 柱 滾 子 軸

14、 承 承 受 徑向 載 荷 和 60 角 接 觸 雙 列 向 心 推 力 球 軸 承承 受 軸 向 載 荷 ， 后 支 承 采 用 雙 列 短 圓 柱 滾 子 軸 承 。 剛 度 速 度 型 (如 圖 2-7(c) 、 （ 圖 2-10） CNC 圖 2-7 主 軸 單 元 (a) 速 度 型 CNC 圖 2-8 高 速 CNC車 床 主 軸 組 件 CNC 圖 2-7 主 軸 單 元 (b) 剛 度 型 CNC 圖 2-9 CNC型 車 床 主 軸 CNC 圖 2-7 主 軸 單 元 (c) 剛 度 速 度 型 CNC 圖 2-10 臥 式 銑 床 主 軸 CNC 三 支 承 主 軸 由 于

15、 結(jié) 構(gòu) 上 的 原 因 ， 主 軸 箱 長 度較 大 ， 主 軸 支 承 跨 距 超 過 兩 支 承 合 理 跨距 很 多 ， 則 增 加 中 間 支 承 有 利 于 提 高 剛度 和 抗 振 性 。 通 常 只 有 兩 個 支 承 起 主 要作 用 ， 而 另 一 個 支 承 起 輔 助 作 用 ， 即 處于 所 謂 “ 浮 動 ” 狀 態(tài) 。 如 圖 2-11所 示 為 前 、 中 支 承 為 主要 支 承 的 三 支 承 主 軸 組 件 的 典 型 結(jié) 構(gòu) ，前 、 中 支 承 采 用 一 對 高 精 度 的 雙 列 短 圓柱 滾 子 軸 承 。 CNC 圖 2-11 三 支 承 數(shù)

16、控 車 床 主 軸 組 件 CNC（ 7） 滾 動 軸 承 精 度 等 級 的 選 擇 主 軸 軸 承 中 ， 前 、 后 軸 承 的 精 度 對 主軸 旋 轉(zhuǎn) 精 度 的 影 響 是 不 同 的 。 前 軸 承 內(nèi) 環(huán) 偏 心 如 圖 2-12(a)所 示 ， 前 軸 承 軸 心 有 偏移 a， 后 軸 承 偏 移 量 為 零 ， 由 偏 移 量 a引 起的 主 軸 端 軸 心 偏 移 為 : a1: a =(L+a):L aa L aL 1 CNC 后 軸 承 內(nèi) 環(huán) 偏 心 圖 2-12(b)表 示 后 軸 承 有 偏 移 b ， 前 軸承 偏 移 為 零 時 ， 引 起 主 軸 端 部

17、 的 偏 移 為 : b1: b =a:L 圖 2-12 主 軸 軸 承 對 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 精 度 的 影 響 (b) 后 軸 承 偏 移 量 的 影 響 bb La 1 CNC 討 論 當 軸 承 a =b時 ， a1 b1 。 說 明 前 軸 承 內(nèi)環(huán) 的 偏 心 量 對 主 軸 端 部 精 度 影 響 大 ， 所 以 ，前 軸 承 精 度 應(yīng) 選 高 些 ， 通 常 比 后 軸 承 高 一 級。 在 安 裝 主 軸 軸 承 時 ， 如 將 前 、 后 軸 承 的 偏 移方 向 放 在 同 一 側(cè) ， 如 圖 2-12(c)所 示 ， 可 以 有效 地 減 少 主 軸 端 部 的 偏 移

18、 。 如 后 軸 承 的 偏 移量 適 當 地 比 前 軸 承 的 大 ， 可 使 主 軸 端 部 的 偏移 量 為 零 。 圖 2-12 主 軸 軸 承 對 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 精 度 的 影 響 (c) 前 、 后 軸 承 的 綜 合 影 響 CNC 主 軸 軸 承 精 度 機 床 主 軸 軸 承 的 精 度 通 常 采 用 P2、 P4、 P5、 P6（ 相 當 于 舊 標 準 的 B、 C、 D、 E） 4級 ， 此 外 又 規(guī) 定 了 2種 輔 助 精 度 級 SP（ 特 殊精 密 級 ） 和 UP（ 超 精 密 級 ） 。 主 軸 軸 承 精度 選 擇 可 參 考 表 2-3 表 4-

19、3 主 軸 軸 承 精 度 CNC （ 8） 主 軸 滾 動 軸 承 的 預(yù) 緊 軸 承 預(yù) 緊 是 使 軸 承 滾 道 預(yù) 先 承 受 一 定 的 載荷 ， 消 除 間 隙 ， 并 使 得 滾 動 體 與 滾 道 之 間發(fā) 生 一 定 的 變 形 ， 增 大 接 觸 面 積 ， 軸 承 受力 時 變 形 減 小 ， 抵 抗 變 形 的 能 力 增 大 。 對 主 軸 滾 動 軸 承 進 行 預(yù) 緊 和 合 理 選 擇 預(yù) 緊量 ， 可 以 提 高 主 軸 部 件 的 回 轉(zhuǎn) 精 度 、 剛 度和 抗 振 性 。 一 般 主 軸 部 件 應(yīng) 在 結(jié) 構(gòu) 上 保 證 能 調(diào) 整 主 軸的 間 隙

20、 。 軸 承 預(yù) 緊 可 分 為 徑 向 預(yù) 緊 和 軸 向 預(yù) 緊 兩 種方 式 。 CNC 徑 向 預(yù) 緊 方 式 徑 向 預(yù) 緊 是 利 用 軸 承 內(nèi) 圈 膨 脹 ， 以消 除 徑 向 間 隙 的 方 法 。 如 圖 2-13所 示 軸 向 預(yù) 緊 方 式 通 過 軸 承 內(nèi) 、 外 圈 之 間 的 相 對 軸 向位 移 進 行 預(yù) 緊 。 圖 2-14所 示 為 角 接 觸 球軸 承 的 幾 種 預(yù) 緊 控 制 方 式 。 (1) 修 磨 軸 承 圈 (2) 內(nèi) 外 隔 套 (3) 無 控 制 裝 置 (4) 彈 簧 預(yù) 緊 CNC 圖 2-13 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 的

21、間 隙 調(diào) 整 CNC 圖 2-14 角 接 觸 球 軸 承 的 預(yù) 緊 控 制 CNC 2.3.3 液 體 靜 壓 軸 承 液 體 靜 壓 軸 承 系 統(tǒng) 由 一 套 專 用 供 油 系 統(tǒng)、 節(jié) 流 器 和 軸 承 三 部 分 組 成 。 液 體 靜 壓 軸 承 油 膜 壓 強 與 主 軸 轉(zhuǎn) 速 無 關(guān)， 承 載 能 力 不 隨 轉(zhuǎn) 速 而 變 化 。 優(yōu) 點 ： 承 載 能 力 高 ； 旋 轉(zhuǎn) 精 度 高 ,油 膜 有 均 化誤 差 的 作 用 ， 可 提 高 加 工 精 度 ； 抗 振 性 好 ,運轉(zhuǎn) 平 穩(wěn) ； 既 能 在 極 低 轉(zhuǎn) 速 下 工 作 ， 也 能 在 極高 轉(zhuǎn) 速

22、下 工 作 ； 摩 擦 小 ， 軸 承 壽 命 長 。 缺 點 :需 要 一 套 專 用 供 油 設(shè) 備 ， 軸 承 制 造 工 藝復(fù) 雜 、 成 本 較 高 。 CNC （ 1） 組 成 供 油 系 統(tǒng) 節(jié) 流 器 軸 承 （ 2） 正 常 工 作 條 件 軸 頸 需 始 終 浮 在 壓 力 油 中 ， 保 持 液 體 摩 擦 ； 有 外 載 時 ， 油 膜 應(yīng) 具 有 足 夠 的 剛 度 ， 以 使 主軸 軸 心 線 偏 移 小 ， 軸 承 精 度 高 。 （ 3） 結(jié) 構(gòu) 定 壓 式 靜 壓 軸 承 的 工 作 原 理 如 圖 2-17所 示。 油 腔 ： 在 軸 承 上 開 4個 ，

23、開 在 軸 承 內(nèi) 圓 柱 面上 間 隔 相 等 對 稱 分 布 的 壓 力 區(qū) 。 封 油 面 ： 油 腔 與 回 油 槽 之 間 的 凸 起 面 ， 又 稱節(jié) 流 邊 。 CNC 圖 2-17 定 壓 式 靜 壓 軸 承 節(jié) 流 作 用 ： 壓 力 降 ： P= Ps- P0 ， (Ps = P0 + P ) ， P0-油 腔壓 力 P= Q Rhc Q-流 量 ； Rhc-節(jié) 流 器 阻 力 CNC （ 4） 工 作 原 理 壓 力 油 從 油 泵 打 出 來 后 ， 壓 力 為 Ps，經(jīng) 4個 節(jié) 流 器 進 入 4個 獨 立 的 油 腔 中 ， 將 軸 頸浮 起 推 向 中 央 ，

24、然 后 壓 力 油 經(jīng) 過 封 油 面 與 軸頸 之 間 間 隙 h0流 回 油 箱 。 無 外 載 作 用 ： 4個 油 腔 的 封 油 間 隙 相 等 ； 4個 油 腔 的 排 油量 相 等 ； 4個 節(jié) 流 器 的 節(jié) 流 作 用 完 全 一 致 ； 4個 節(jié) 流器 的 壓 力 降 P相 等 。 軸 在 4個 互 相 垂 直 的 指 向 軸 心 的 相 等 力 的作 用 下 浮 了 起 來 。 CNC 有 外 加 載 荷 （ 包 括 軸 自 重 ） ： 下 油 腔 3： 節(jié) 流 器 的 壓 力 降 P3減 小 Ps = P3 + P3 Ps =恒 量 P3 上 油 腔 1： 節(jié) 流 器

25、的 壓 力 降 P1增 大 Ps = P1 + P1 Ps =恒 量 P1 使 軸 受 到 一 個 向 上 的 推 力 F =A（ P3 - P1）以 平 衡 外 載 荷 F。 CNC 2.4 車 削 中 心 C軸 功 能 車 削 中 心 的 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 上 帶 有 能 使刀 具 旋 轉(zhuǎn) 的 動 力 刀 座 ， 主 軸 具 有 按 輪廓 成 型 要 求 連 續(xù) 回 轉(zhuǎn) （ 不 等 速 回 轉(zhuǎn) ）運 動 和 進 行 連 續(xù) 精 確 分 度 的 C軸 功 能 ，并 能 與 X軸 或 Z軸 聯(lián) 動 。 CNC CNC CNC 車 削 中 心 的 傳 動 系 統(tǒng) CNC 2.5 高 速 電 主 軸

26、 的 結(jié) 構(gòu) 高 速 主 軸 在 結(jié) 構(gòu) 上 幾 乎 全 部 是 交 流 伺 服 電 機 直接 驅(qū) 動 的 集 成 化 結(jié) 構(gòu) ， 取 消 齒 輪 變 速 機 構(gòu) ， 并配 備 有 強 力 的 冷 卻 和 潤 滑 設(shè) 計 。 集 成 電 機 主 軸 的 特 點 是 振 動 小 、 噪 聲 低 、 體 積緊 湊 。 集 成 主 軸 有 兩 種 構(gòu) 成 方 式 ： 一 種 是 通 過 聯(lián) 軸 器 把 電 機 與 主 軸 直 接 連 接； 另 一 種 則 是 把 電 機 轉(zhuǎn) 子 與 主 軸 做 成 一 體 ，即 將 無 殼 電 機 的 空 心 轉(zhuǎn) 子 用 壓 配 合 的 形 式 直 接裝 在 機 床

27、 主 軸 上 ， 帶 有 冷 卻 套 的 定 子 則 安 裝 在主 軸 單 元 的 殼 體 中 ， 形 成 內(nèi) 裝 式 電 機 主 軸 。 這 種 電 機 與 機 床 主 軸 “ 合 二 為 一 ” 的 傳 動 結(jié) 構(gòu)形 式 ， 把 機 床 主 傳 動 鏈 的 長 度 縮 短 為 零 ， 實 現(xiàn)了 機 床 的 “ 零 傳 動 ” 。 CNC 電 主 軸 外 形 雖 然 各 不 相 同 ， 但 實 質(zhì) 都是 一 個 轉(zhuǎn) 子 中 空 的 電 動 機 。 外 殼 有 強 制 冷卻 的 水 槽 （ 通 恒 溫 油 或 水 ） 或 采 取 強 制 通氣 冷 卻 ， 中 空 套 筒 用 于 直 接 安 裝

28、 各 種 機 床主 軸 。 從 而 取 消 了 從 主 電 動 機 到 主 軸 之 間一 切 中 間 的 機 械 傳 動 環(huán) 節(jié) ， 實 現(xiàn) 了 主 電 動機 與 機 床 主 軸 的 一 體 化 ， 圖 2-19所 示 為 用 于 立 式 加 工 中 心 的 高速 電 主 軸 的 組 成 。 由 于 高 速 電 主 軸 對 軸 上零 件 的 動 平 衡 要 求 很 高 ， 因 此 ， 軸 承 的 定位 元 件 與 主 軸 不 宜 采 用 螺 紋 連 接 ， 電 機 轉(zhuǎn)子 與 主 軸 也 不 宜 采 用 鍵 連 接 ， 而 普 遍 采 用可 拆 的 階 梯 過 盈 連 接 。 CNC 圖 2-1

29、9 高 速 電 主 軸 的 組 成 1-后 軸 承 ； 2-電 機 定 子 ； 3-電 機 轉(zhuǎn) 子 ； 4-前 軸 承 ； 5-主軸 CNC （ 1） 電 主 軸 的 主 要 特 點 ： 機 械 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 轉(zhuǎn) 動 慣 量 小 ， 因 而 快 速 響應(yīng) 好 ， 能 實 現(xiàn) 極 高 的 速 度 、 加 減 速 度 和 定角 度 的 快 速 準 停 。 采 用 交 流 變 頻 調(diào) 速 的 交 流 主 軸 驅(qū) 動 裝 置 ，輸 出 功 率 大 ， 調(diào) 速 范 圍 寬 ， 有 比 較 理 想 的轉(zhuǎn) 矩 功 率 特 性 。 可 以 實 現(xiàn) 主 軸 部 件 的 單 元 化 。 電 主 軸 可 獨立

30、 做 成 標 準 功 能 部 件 ， 由 專 業(yè) 廠 進 行 系 列化 生 產(chǎn) ； 根 據(jù) 用 戶 的 不 同 要 求 進 行 選 用 ，可 很 方 便 的 組 成 各 種 性 能 的 高 速 機 床 ， 符合 現(xiàn) 代 機 床 設(shè) 計 模 塊 化 的 發(fā) 展 方 向 。 CNC （ ） 電 主 軸 的 安 裝 形 式 主 電 機 置 于 主 軸 前 、 后 軸 承 之 間 （ 如 圖 2-19所 示 ） 。 主 軸 軸 向 尺 寸 較 短 ， 主 軸 剛 度高 ， 適 用 于 中 、 大 型 高 速 加 工 中 心 。 目 前大 多 數(shù) 加 工 中 心 采 用 這 種 形 式 。 主 電 機

31、置 于 主 軸 后 軸 承 之 后 ， 即 主 軸 箱 和主 電 機 作 軸 向 的 同 軸 布 置 。 有 利 于 減 小 電主 軸 的 徑 向 尺 寸 ， 散 熱 較 好 。 但 主 軸 單 元軸 向 尺 寸 較 大 ， 用 于 小 型 高 速 數(shù) 控 機 床 ，尤 其 適 用 于 模 具 型 腔 的 高 速 精 密 加 工 。 CNC 2.6 提 高 主 軸 組 件 性 能 的 措 施 2.6.1 提 高 旋 轉(zhuǎn) 精 度 提 高 主 軸 組 件 的 旋 轉(zhuǎn) 精 度 ， 首 先 是 要 保證 主 軸 和 軸 承 具 有 一 定 的 精 度 （ 1） 采 用 旋 轉(zhuǎn) 精 度 較 高 的 軸

32、承 軸 承 的 精 度 等 級 要 與 機 床 的 精 度 等 級相 適 應(yīng) （ 2） 適 當 提 高 有 關(guān) 零 件 的 精 度 與 軸 承 配 合 的 有 關(guān) 零 件 的 尺 寸 誤 差 、形 狀 誤 差 、 相 對 位 置 誤 差 不 能 大 于 軸 承 有關(guān) 表 面 的 規(guī) 定 誤 差 CNC （ 3） 采 用 軸 承 選 配 對 于 同 樣 精 度 等 級 的 軸 承 ， 如 能 合 理 的選 配 安 裝 ， 就 可 提 高 主 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 精 度 。 單 個 軸 承 安 裝 （ 如 圖 2-20所 示 ） 實 測 軸 頸 、 軸 承 內(nèi) 環(huán) 徑 跳 ； 數(shù) 值 相 接 近 分

33、為 一 組 ； 跳 動 量 最 大 處 按 相 反 方 向 裝 配 。 o-主 軸 端 部 錐 孔 中 心 ； o 1-主 軸 軸 頸 中 心 ； o2-軸 承 內(nèi) 圈 滾 道 中 心 ； 1-主 軸 端 部 錐 孔 中 心 o相 對 于 主 軸 軸 頸 中心 o1的 偏 心 量 ； 2-軸 承 內(nèi) 環(huán) 內(nèi) 孔 中 心 o1相 對 于 內(nèi) 環(huán) 滾 道中 心 o2的 偏 心 量 。 CNC 顯 然 ， 若 兩 個 偏 心 的 偏 移 方 向 相 同 （ 圖 2-20 (a)） ， 則 主 軸 錐 孔 中 心 的 偏 心 量 為 ； = 1 + 2 若 方 向 相 反 (圖 2-20(b)， 則

34、偏 差 為 = |1 - 2 | 表 明 后 者 的 主 軸 組 件 旋 轉(zhuǎn) 精 度 較 高 。 若 1 = 2 時 ， = 0 精 度 提 高 一 般 情 況 ： = 1 + 2 CNC 圖 2-20 徑 向 跳 動 量 的 合 成 o-主 軸 端 部 錐 孔 中 心 ； o1-主 軸 軸 頸 中 心 ； o2-軸 承 內(nèi) 圈 滾 道 中 心1-主 軸 端 部 錐 孔 中 心 o相 對 于 主 軸 軸 頸 中 心 o1的 偏 心 量 ；2-軸 承 內(nèi) 環(huán) 內(nèi) 孔 中 心 o1相 對 于 內(nèi) 環(huán) 滾 道 中 心 o2的 偏 心 量 。 CNC 正 確 選 配 前 后 軸 承 前 、 后 軸 承

35、 選 配 合 理 時 ， 可 以 減 小 主 軸 端部 徑 向 跳 動 量 。 如 圖 2-21所 示 ， 設(shè) 前 、 后 軸承 的 徑 向 跳 動 量 為 1 、 2， 主 軸 端 部 的 徑 向 跳動 量 為 ， 利 用 相 似 三 角 形 關(guān) 系 ， 可 得 為 使 =0， 必 須 =- 由 于 L、 a均 為 正 數(shù) ， 要 上 式 成 立 ， 則 1 、2符 號 必 須 相 反 ， 且 |2 | |1 | 即 軸 承 裝 配 時 ， 使 前 后 軸 承 最 大 徑 向 跳 動點 在 同 一 軸 向 平 面 內(nèi) ， 且 在 軸 線 的 同 一 方 。aLL 221 LaLa 21 1

36、LaLa 21 1 LaLa 21 1 CNC 圖 2-21 軸 承 徑 向 跳 動 對 主 軸 端 部 的影 響 CNC 2.6.2 改 善 動 態(tài) 特 性 通 常 ， 主 軸 組 件 的 固 有 頻 率 是 很 高 的， 遠 遠 高 于 主 軸 的 最 高 轉(zhuǎn) 速 ， 故 不 必 考 慮共 振 問 題 。 但 是 對 于 高 速 主 軸 ， 特 別 是 帶內(nèi) 裝 式 電 機 的 高 速 主 軸 ， 則 要 考 慮 共 振 問題 。 改 善 動 態(tài) 特 性 的 主 要 措 施 有 以 下 一 些： (1) 使 主 軸 組 件 的 固 有 頻 率 避 開 激 振 力 的頻 率 ； (2) 主

37、軸 軸 承 的 阻 尼 對 主 軸 組 件 的 抗 振 性影 響 很 大 ， 特 別 是 前 軸 承 ； (3) 采 用 三 支 承 結(jié) 構(gòu) 時 ， 其 中 輔 助 支 承 的作 用 在 很 大 程 度 上 是 為 提 高 抗 振 性 ； (4) 采 用 消 振 裝 置 。 CNC 2.6.3 控 制 主 軸 組 件 溫 升 主 軸 運 轉(zhuǎn) 時 滾 動 軸 承 的 滾 動 體 在 滾 道中 摩 擦 、 攪 油 ， 滑 動 軸 承 承 載 油 膜 受 到 剪切 內(nèi) 摩 擦 ， 均 會 產(chǎn) 生 熱 量 ， 使 軸 承 溫 度 上升 。 軸 承 直 徑 越 大 ， 轉(zhuǎn) 速 越 高 ， 發(fā) 熱 量 就

38、越 大 。 故 軸 承 是 主 軸 組 件 的 主 要 熱 源 。 前 后軸 承 溫 度 的 升 高 不 一 致 ， 使 主 軸 組 件 產(chǎn) 生熱 變 形 ， 從 而 影 響 軸 承 的 正 常 工 作 ， 導(dǎo) 致機 床 加 工 精 度 降 低 。 (1) 減 少 支 承 發(fā) 熱 量 ； (2) 采 用 散 熱 裝 置 。 CNC 習(xí) 題 2一 .圖 形 解 釋 （ 1） 說 明 圖 1、 圖 2、 圖 3、 圖 4所 示 數(shù) 控 機床 的 類 型 ； （ 2） 說 明 圖 1所 示 數(shù) 控 機 床 的 用 途 及 床 身和 導(dǎo) 軌 的 布 局 形 式 ； （ 3） 說 明 圖 3所 示 數(shù)

39、控 機 床 的 結(jié) 構(gòu) 組 成 ； （ 4） 說 明 圖 4所 示 機 床 的 特 點 。 CNC 圖 1 圖 2 CNC 圖 3 圖 4 CNC CNC 二 、 填 空 題 1. 主 軸 組 件 由 主 軸 、 和 安 裝在 主 軸 上 的 、 組 成。 2. 主 軸 的 功 用 是 ， 承 受 等 載 荷 ， 完 成 表面 成 形 運 動 。 3. 主 軸 支 承 是 指 、 及 其相 關(guān) 零 件 的 組 合 體 ， 其 中 核 心 元 件 是 。 4. 為 提 高 主 軸 組 件 的 剛 度 ， 通 常 采 用 系 列 軸 承 ， 因 為 當 軸 承 外 徑 一 定 時 其 較 大 。

40、5. 線 接 觸 的 滾 子 軸 承 比 點 接 觸 球 軸 承 的 要 高 ， 但 要 低 。 CNC 6. 前 支 承 的 精 度 比 后 支 承 對 主 軸 部 件 的旋 轉(zhuǎn) 精 度 影 響 ， 因 此 ， 前 軸 承 的精 度 一 般 比 后 軸 承 精 度 。 7. 對 主 軸 滾 動 軸 承 進 行 預(yù) 緊 和 合 理 選 擇預(yù) 緊 量 ， 可 以 提 高 主 軸 部 件 的 、 和 抗 振 性 。 8. 徑 向 預(yù) 緊 是 利 用 軸 承 ，以 消 除 徑 向 間 隙 的 方 法 。 9.軸 向 預(yù) 緊 是 通 過 軸 承 進 行 預(yù) 緊 。 10. 主 軸 的 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù)

41、是 。 CNC 三 、 名 詞 解 釋 旋 轉(zhuǎn) 精 度 剛 度 主 軸 與 一 般 傳 動 軸 的 異 同 點 零 傳 動 CNC CNC 直 流 或 交 流 電 動 機 無 級 調(diào) 速 1.調(diào) 速 電 動 機 的 功 率 和 轉(zhuǎn) 矩 特 性 機 床 上 常 用 的 無 級 變 速 機 構(gòu) 為 直 流 或 交流 調(diào) 速 電 動 機 。 直 流 電 動 機 從 額 定 轉(zhuǎn) 速 向 上 至 最 高 轉(zhuǎn) 速， 用 調(diào) 節(jié) 電 流 調(diào) 速 ， 屬 于 恒 功 率 ； 從 額 定 轉(zhuǎn)速 向 下 至 最 低 轉(zhuǎn) 速 ， 用 調(diào) 節(jié) 電 壓 調(diào) 速 ， 屬 恒轉(zhuǎn) 矩 。 交 流 調(diào) 速 電 動 機 靠 調(diào) 節(jié) 供 電 頻 率 的 辦 法調(diào) 速 。 因 此 常 稱 為 調(diào) 頻 主 軸 電 動 機 。 通 常 ， 直 流 或 交 流 調(diào) 速 電 動 機 ， 恒 功 率調(diào) 速 范 圍 很 小 ， 恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速 范 圍 則 很 大 。 直 流 或 交 流 調(diào) 速 電 動 機 ， 可 直 接 利 用 恒轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速 范 圍 拖 動 直 線 運 動 執(zhí) 行 機 構(gòu) ； 如 用于 拖 動 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 通 常 要 串 聯(lián) 分 級 變 速 箱 來擴 大 恒 功 率 調(diào) 速 范 圍 。 CNC 圖 直 流 和 交 流 電 動 機 的 功 率 轉(zhuǎn) 矩 特 性 -恒 功 率 區(qū) -恒 轉(zhuǎn) 矩 區(qū)