数控机床的主运动系统
数控机床的主运动系统
依据数控机床的要求和目前大多数数控机床的配置现状，主运动系统的配置大致有以下四类：
1.一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式：
图1 一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满意各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较简单，所以现在仅有少数经济型数控机床采纳该配置，其他已很少采纳。
2.变频器—沟通电机—1～2机械变速—主轴部件配置方式
这种配置如图5-3所示，变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。其优点是能够满意各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化力量，相对上述配置方案具有结构简洁、安装调试便利，且在传动上能满意转速与转矩的输出要求，但其调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。主要用于经济型或中低档数控机床上。
3.交、直主轴电机— 主轴部件配置方式
这种配置形式如图5-4(a)所示，电机经同步齿形带传动主轴，电机是性能更好的交、直流主轴电机(图5-4(b))，其优点是变速范围宽，
最高转速可达8000 r/min，在传动上能基本能满意目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的掌握功能、其结构简洁、安装调试便利，可满意现在中高档数控机床的掌握要求。但对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满意。
4.电主轴
传统的主轴部件都是由主轴电机经传动机构带动主轴转动。如若能将主轴与电机制成一体那么就可省去传动机构，使主轴驱动机构简化。因而一种称为电主轴（或内装式主轴电机）应运而生，其结构示意图如图5-5(a)所示。由图可知这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相像。这种电机构成了较简洁的主运动部件。它不仅可以使转速提高，若在其内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）而且可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高
启动、停止的响应特性，利于掌握振动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。它的消失大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”，因而使传动精度大大提高，由于它具有上述特点，在高速数控机床大量采纳。但在目前也存在着一些缺点，主要是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度掌握和冷却是内装式主轴电机的关键问题。图5-5(b)为数控车床和数控铣床用电主轴外观图
图5-5(a) 电主轴结构示意图
图5-5(b) 电主轴外观图
数控车床的主传动系统设计
第一章概论 一、数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 二、国内数控机床状况分析 （一）国内数控机床现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。（二）国内数控机床的特点 1、新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 2、数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3、数控机床发展的关键配套产品有了突破。 三、数控系统的发展趋势 1.继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 2.向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 3.向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。（1）应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。（2）引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 （3）引入故障诊断专家系统（4）智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参 数，使驱动系统获得最佳的运行。 四、机床数控化改造的必要性（一）微观看改造的必要性从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
数控机床的主运动系统的特点
数控机床的主运动系统的特点 数控机床是目前制造业中应用最广泛的高端智能化加工设备之一，它 的主要优势在于可实现高精度、高效率的大批量加工。而数控机床的 主运动系统是整个设备的关键部分，它的特点决定了机床的加工能力 和稳定性。 一、直线传动系统 数控机床的主轴和工作台系统在运动过程中需要通过直线传动实现位 置的准确控制，这种传动系统的特点是运动平稳、速度可调、精度高，因此在高精度加工场合中应用非常广泛。直线传动系统一般采用伺服 电机驱动，能够通过编码器进行位置反馈和误差校正，从而大幅提高 加工精度和稳定性。 二、旋转传动系统 数控机床的旋转传动主要是指主轴电机驱动刀具的旋转工作。这种传 动系统的特点是转速高、扭矩大、运动精度高，能够完成各种难度的 机械加工工作。在现代数控机床中，一般都采用交流电机和换向器组 合作为主轴传动系统，能够实现精度高、稳定性好的运动状态。 三、动态响应能力 数控机床的主运动系统在加工过程中需要具备快速、准确的动态响应 能力，以实现对工件的精确加工处理。这种响应能力受到许多因素的 影响，例如传动链路、伺服系统的响应时间、控制算法等。因此，在 设计数控机床主运动系统时需要充分考虑这些因素，以实现更快、更
精确的加工效果。 四、刚性稳定性 数控机床的主运动系统具备高强度、高硬度、高刚性的特点，能够承 受各种机械加工过程中的大力和冲击，并保持稳定的加工状态。在机 械传动系统中，包括滚珠丝杠、轴承、冷却系统等部分都需要考虑刚 性和稳定性问题，以确保整个系统的加工精度和效率。 综上所述，数控机床的主运动系统具有多种特点，包括直线传动系统、旋转传动系统、动态响应能力和刚性稳定性等。这些特点对于数控机 床的整体性能起到关键作用，决定了机床在机械加工领域的核心竞争力。随着科技的不断发展，数控机床的主运动系统也在不断优化，未 来可更好地应对各种机械加工需求。
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
数控机床主传动系统设计-毕业论文
数控机床主传动系统设计 目录 摘要 第一章绪言 (3) 第二章设计方案论证与拟定 (4) 2.1 总体方案的论证 (4) 2.2 总体方案的拟定 (4) 2.3 主传动系统总体方案图及传动原理 (4) 第三章设计计算说明 (7) 3.1 主运动设计 (7) 3.1.1 参数的确定 (7) 3.1.2 传动设计 (8) 3.1.3 转速图的拟定 (11) 3.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定 (14) 3.1.5 传动件的设计 (23) 3.2 纵向进给运动设计 (43) 3.2.1 滚珠丝杆副的选择 (43) 3.2.2 驱动电机的选用 (48) 结论 (53) 参考文献 (55) 致谢 (56)
第一章绪言 当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床——数字控制(Numerical control)机床的产生也就是必然的了。 此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。
第二章总体方案论证与拟定 2.1 总体方案的论证 数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点： 1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。 2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。 3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。 2.2 总体方案的拟定 1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有 ψ=。 级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min， 1.26 2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。 3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。 4．采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。 2.3主传动系统总体方案图及传动原理 1.数控车床主传动系统图
数控机床的主运动系统
数控机床的主运动系统 依据数控机床的要求和目前大多数数控机床的配置现状，主运动系统的配置大致有以下四类： 1.一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式： 图1 一般电机—机械变速系统—主轴部件配置方式该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满意各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较简单，所以现在仅有少数经济型数控机床采纳该配置，其他已很少采纳。 2.变频器—沟通电机—1～2机械变速—主轴部件配置方式 这种配置如图5-3所示，变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。其优点是能够满意各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化力量，相对上述配置方案具有结构简洁、安装调试便利，且在传动上能满意转速与转矩的输出要求，但其调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。主要用于经济型或中低档数控机床上。 3.交、直主轴电机— 主轴部件配置方式 这种配置形式如图5-4(a)所示，电机经同步齿形带传动主轴，电机是性能更好的交、直流主轴电机(图5-4(b))，其优点是变速范围宽，
最高转速可达8000 r/min，在传动上能基本能满意目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的掌握功能、其结构简洁、安装调试便利，可满意现在中高档数控机床的掌握要求。但对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满意。 4.电主轴 传统的主轴部件都是由主轴电机经传动机构带动主轴转动。如若能将主轴与电机制成一体那么就可省去传动机构，使主轴驱动机构简化。因而一种称为电主轴（或内装式主轴电机）应运而生，其结构示意图如图5-5(a)所示。由图可知这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相像。这种电机构成了较简洁的主运动部件。它不仅可以使转速提高，若在其内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）而且可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高
数控机床主传动系统概述
数控机床主传动系统概述 主运动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上单轴功率消耗最大的运动轴。其主要功用有：① 传递动力，传递切削加工所需要的动力；② 传递运动，传递切削加工所需要的运动；③ 运动掌握，掌握主运动运行速度的大小、方向和起停。与进给伺服系统相比，它具有转速高、传递的功率大等特点，是数控机床的关键部件之一，对它的运动精度、刚度、噪声、温升、热变形都有较高的要求。 1.对主运动系统的要求 动力功率高 由于对高效率的要求日益增长，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满意高速强力切削。一般NC 机床的主轴驱动功率在3.7kW～250kW之间。 调速范围宽 除了功率方面的要求外，还应使主轴转速具有足够大的调整范围。调速范围是指最高转速与最低转速之比，即： Rn=nmax/nmin 在主运动系统中调速范围有恒扭矩、恒功率调速范围之分，如图5-1所示，在基本转速(额定转速nc )以下是恒转速调速范围，通
过调整电枢电压来实现，在nc以上是恒功率调速，通过调磁调速。而且现在恒功率调速范围尽可能大，以便在尽可能低的速度下，利用其全功率(在低速时往往由于电流的限制，只能进行恒扭矩调速。由于加工一些难加工材料所需求的转速范围相差很大，例如，钛需要低速加工，而铝合金材料却需要高速加工，而采纳齿轮变速箱扩大变速范围的方法已不能满意要求。 掌握功能的多样化 由于NC机床的种类繁多，不同的机床对主轴功能有不同的要求。如：NC车床车螺纹时要求有同步掌握功能；加工中心为了能进行自动换刀需要主轴准停功能；NC车床和NC磨床在进行端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求接触点处的线速度为恒值，需要恒线速切削功能；还有些NC机床有C轴掌握功能。 性能要求高 对主轴电机的性能要求如下：①电机抗过载力量强，要求有较长时间(1～30min)和较大倍数的抗过载力量；②在断续负载下，电机转速波动要小；③速度响应要快，升降速时间要短；④电机温升低，振动和噪音小；⑤牢靠性高，寿命长，维护简单；⑥体积小，重量轻，与机床联接简单。 2.主传动功率 机床主传动的功率N可依据切削功率Nc与主运动传动链的总效率η由下式来确定N=Nc/η数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可以依据有代表性的加工状况，由其主切削力Pz按下式来确
数控机床主传动系统的特点
数控机床主传动系统的特点 数控机床是一种高精度、高效率的机床设备，其主传动系统是机床中最重要的部分之一。主传动系统的特点决定了数控机床的加工精度、运行稳定性和工作效率，下面将详细介绍数控机床主传动系统的特点。 首先，数控机床主传动系统具有高精度。主传动系统由电机、传动装置和负载构成，其中传动装置往往采用精密的齿轮副或高精度的滚动轴承。这些零部件的加工精度和装配精度直接影响整个传动系统的精度。同时，数控机床主传动系统还经过优化设计，采用精密配合和紧固措施，以减小系统误差和传动间隙，进一步提高精度。 其次，数控机床主传动系统具有较高的动态响应速度。在数控加工中，机床需要快速响应不同的运动指令，并准确执行相应的加工动作。主传动系统必须具备较高的刚性和响应速度，以满足快速运动和频繁变向的需求。为此，数控机床主传动系统采用高速电机和快速传动装置，通过控制器对电机进行精确控制，实现高速、高效的加工过程。 此外，数控机床主传动系统具有良好的运行稳定性。稳定性是数控机床正常运行的基础，也是实现高精度加工的关键因素之一。主传动系统通过采用高质量的传动装置和材料，增加传动装置和轴承的刚性，减少振动和噪音的产生。同时，数控机床主传动系统还配备了完善的润滑系统和冷却系统，保证机床在长时间运行过程中的稳定性和可靠性。 最后，数控机床主传动系统具有较高的工作效率。主传动系统通过合理的传动比和功率匹配，提供足够的动力和扭矩，满足加工的要求。同时，数控机床主传动系统采用数字化控制技术，通过精确控制电机的转速和转矩，实现高效能、高精度的加工操作。这种高效率的工作模式，能够最大限度地提高生产效率和经济效益。 总结起来，数控机床主传动系统具有高精度、高动态响应速度、良好的运行稳定性和高工作效率等特点。这些特点使得数控机床能够实现高精度加工，满足不同加工要求，减少人为因素的干扰，提高加工质量和生产效率。
数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统
数控铣床及加工中心的主运动及进给运动 系统 1．主运动系统 数控铣床的主运动系统应比一般铣床有更宽的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削速度，能充分发挥机床性能。对于加工中心，为适应各种不同类型刀具和各种材料的切削要求，对主轴的调速范围要求更高，一般在每分钟十几转到几千转，甚至到几万转。 为保证数控机床能在最有利的切削速度下进行加工，数控机床的主轴转速在其调速范围内通常都是无级可调的。在数控机床中，由于机床主轴的变速功能主要是通过主轴电机的无级调速来实现的，故其主运动系统的结构相对比较简洁。 数控机床和加工中心的主传动系统有以下三种不同形式： （1）电动机直接带动主轴旋转 （2）电动机经三角带或同步齿形带传动主轴 （3）电动机经1—4对变速齿轮传动主轴 在带有变速齿轮主传动的主轴箱中，齿轮变速大多采纳液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。液压拨叉是一种用一个或几个液压缸带动齿轮移动的变速机构。 2．刀具自动夹紧装置和主轴周向定向装置 加工中心为了实现刀具在主轴上的自动装卸，要求配置刀具自动夹紧装置，其作用是自动地将刀具夹紧或松开，以便机械手能在主轴上
安放或取走刀具。 由于在刀具切削时，切削转矩不能完全靠主轴与刀杆锥面协作产生的摩擦力来传递，通常在主轴前端设置两个端面键来传递转矩，换刀时，刀柄上的键槽必需对准端面键，主轴在停止转动时，要求主轴必需精确地停在某一指定的周向位置上，主轴定向装置就是为保证换刀时主轴能精确停止在换刀位置而设置的。 3．进给运动系统 由于现代数控机床的进给伺服电机及其掌握系统的调速范围很宽（从每分钟不到一转至几千转），转矩可达数10 ，甚至100 以上，可将伺服电动机直接与进给丝杠相联，使进给系统的机械传动机构变得非常简洁。 为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和低速运动的稳定性，必需设法减小有关传动副的摩擦系数，并减小静、动摩擦系数的差值。数控机床进给系统普遍采纳滚珠丝杠副传递运动，其优点是摩擦系数小，传动精度高，传动效率高达85%~98%，是一般滑动丝杠副的2—4倍。
数控机床主运动系统机床
数控机床主运动系统 - 机床 主传动系统作用：产生主运动和主切削力。 对主传动系统的要求： （1）调速要求。 （2）功率要求。 （3）精度要求。 （4）动态响应性能。 1、主传动方式 接受沟通伺服电机或直流伺服电机作为驱动元件。 数控机床的主传动方式： （1）带有二级齿轮变速 （2）定比传动（齿形带） （3）主轴电机直接驱动 （4）电主轴 2、主轴部件的结构 主轴部件是数控机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。
主轴部件要求具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性和精度的保持性。 对于具有自动换刀装置的数控机床，必需有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置等。 目前，主轴端部的结构外形都已标准化。 （a）数控车床主轴端部（b）铣、镗类机床主轴端部（c）外圆磨床砂轮主轴端部 （d）内圆磨床砂轮主轴端部（e）钻床与一般镗床锤杆端部（f）数控镗床主轴端部 3、主轴部件的支承 数控机床主轴部件的支承是用来支承主轴部件的不同种类的轴承组合及配置。 机床主轴需要传递切削扭矩，承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。 依据主轴部件的转速、承载力量及回转精度等要求的不同而接受不同种类的轴承。 在各种类型的轴承中，滚动轴承的使用最为普遍。 （a）双列圆柱滚子轴承（b）双列推力向心球轴承（c）双列圆锥滚子轴承 （d）带凸缘双列圆柱滚子轴承（e）带弹簧的单列圆锥滚子轴承 1）主轴滚动轴承的配置 （1）面对面安装角接触球轴承，双列推力向心球轴承，双列短圆
柱滚子轴承。 （2）双列短圆柱滚子轴承，面对面安装角接触球轴承。 （3）面对面安装角接触球轴承。 （4）角接触球轴承，双列圆锥滚子轴承 2）主轴滚动轴承的预紧 主轴滚动轴承的预紧通常是通过轴承内、外圈的相对轴向移动实现。（1）轴承内圈移动 滚动轴承的预警方法（2）修磨座圈 （a）修磨轴承内圈的内侧（b）修磨轴承外圈的内侧 修磨轴承座圈
数控机床及编程：第三章 数控机床的机械传动系
第三章数控机床的机械传动系统 第一节数控机床的主传动系统 一、数控机床主传动系统的特点 数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，它的机械部分较普通机床有更高的要求，如高精度、高刚度、高速度、低摩擦等。因此，无论是从机床布局、基础件结构设计，还是轴承的选择与配置，都十分注意提高它们的刚度；零部件的制造精度和精度保持性都比普通机床提高很多，基本上按精密或高精密机床考虑，如主轴轴承都采用C级或超C级轴承，传动丝杠采用高精度的滚珠丝杠螺母副。主传动和进给传动都广泛采用高性能的交、直流伺服电动机驱动。此外为提高数控机床的灵敏度，改善摩擦特性，数控机床普遍采用了滚珠丝杠螺母副、滚动导轨、贴塑导轨以降低摩擦损失，减少动、静摩擦系数之差，以避免爬行。为了防止不灵敏区产生，在进给传动系统中普遍采用消除间隙和预紧的措施。 数控机床与普通机床比较，具有下列特点： （1）转速高，功率大，数控机床能进行大功率切削和高速切削，从而实现高速加工。 （2）主轴转速的变换迅速可靠，并能自动无级变速，使切削工作始终在最佳状态下运行。 （3）为实现刀具的快速及自动装卸，其主轴还设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。 主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一，对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。 二、数控机床主轴变速方式
目前，主传动系统大致可分为以下大类。 1.带有变速齿轮的主传动 如图3-1a）所示，通过少数几对齿轮降速，以满足主轴低速时对扭矩特性的要求。数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸和拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。 2.通过带传动的主传动 如图3-1b）所示，这种传动主要应用在小型数控机床上，由交流电机通过V带直接带动主轴。这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。 3.调速电机直接驱动的主传动 如图3-1c）所示，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，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大。 (a) (b) (c ) 图3-1 主传动型式 三、主轴组件 数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度，影响工件的加工精度；它的功率大小与回转速度，影响加工效率；它的自动变速、准停、换刀等，影响机床的自动化程度。因此，要求主轴部件具有与本
数控车床的主传动系统设计及控制论文
数控车床的主传动系统设计及控制 第一章：绪论 1.1数控车床简介 数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。 主机，他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控设置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 “CNC”是英文Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。 这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。
数控机床主轴驱动系统常见故障及处理
数控机床主轴驱动系统常见故障及处理 数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量，因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要。 1 主轴驱动系统概述 主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。 1.1 数控机床对主轴驱动系统的要求 机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求： （1）调速范围宽并实现无极调速 为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中
间传动环节，简化主轴箱。 目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1∶100，恒功率调速范围也可达1∶30，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。 主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。 （2）恒功率范围要宽 主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。 （3）具有4象限驱动能力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。（4）具有位置控制能力 即进给功能（C轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。（5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。 数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性。最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传
数控机床的基本运动形式
数控机床的基本运动形式 一、引言 数控机床是指由数控装置控制的自动化机床，它具有高精度、高效率、高灵活性和高自动化程度等特点。在数控机床中，基本运动形式是指机床进行加工操作时的基本运动方式。本文将全面、详细、完整地探讨数控机床的基本运动形式，以帮助读者更好地理解数控机床的工作原理和应用。 二、数控机床的基本运动形式 数控机床的基本运动形式包括直线运动、旋转运动和曲线运动。下面将对这三种基本运动形式进行详细介绍。 2.1 直线运动 直线运动是数控机床中最基本的运动形式之一，它是指工件或工具在直线方向上的运动。直线运动有两种控制方式：轴向控制和直线插补。轴向控制是指单个轴的直线运动，它可以实现工件或工具在X、Y、Z三个方向上的直线移动。直线插补是指多个轴同时进行直线运动，以实现复杂的加工操作。直线运动具有高精度、高速度和高稳定性等优点，在数控机床中得到广泛应用。 2.2 旋转运动 旋转运动是数控机床中另一种常见的基本运动形式，它是指工件或工具围绕轴线进行旋转的运动。旋转运动有两种控制方式：主轴控制和螺母控制。主轴控制是指机床主轴的旋转运动，它可以实现工具的切削加工。螺母控制是指通过螺杆和螺母的配合运动来实现工作台或滑块的移动。旋转运动在数控车床、数控铣床和数控磨床等机床中得到广泛应用。 2.3 曲线运动 曲线运动是数控机床中较为复杂的一种基本运动形式，它是指工件或工具按照一定的曲线路径进行运动。曲线运动主要通过圆弧插补和螺旋线插补实现。圆弧插补是指工件或工具按照圆弧路径进行运动，它可以实现工件的弯曲加工和倒角加工等操作。螺旋线插补是指工件或工具按照螺旋线路径进行运动，它可以实现螺旋槽的加
数控机床进给运动系统
数控机床进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制，与普通机床相比，要求其进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等几部分组成。这里所说的机械传动装置是指将驱动源的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等等。为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作的稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙，减少摩擦，减少运动惯量，提高传动精度和刚度。另外，进给系统的负载变化较大，响应特性要求很高，故对刚度、惯量匹配都有很高的要求。 为了满足上述要求，数控机床一般采用低摩擦的传动副，如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等；保证传动元件的加工精度，采用合理的预紧、合理的支承形式以提高传动系统的刚度；选用最佳降速比，以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少反向死区误差，提高位移精度等。 一.电机与丝杠之间的联接 数控机床进给驱动对位置精度、快速响应特性、调速范围等有较高的要求。实现进给驱动的电机主要有三种：步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。目前，步进电机只适应用于经济型数控机床，直流伺服电机在我国正广泛使用，交流伺服电机作为比较理想的驱动元件已成为发展趋势。数控机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。电机与丝杠间的联接主要有三种形式： 1．带有齿轮传动的进给运动 数控机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图所示。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对闭环系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用消除措施来尽量减小齿轮侧隙。但这种联接形式的机械结构比较复杂。 此主题相关图片如下，点击图片看大图： 2．经同步带轮传动的进给运动
数控机床控制系统控制对象
数控机床控制系统控制对象 从数控机床最终要完成的目的上看，主要应对三方面进行控制，主运动控制、进给运动控制和输入/输出（I/O）控制。 一、主运动控制 跟一般的普通车床一样，主运动是形成切削速度并从工件上切除多余材料起主要作用的工作运动，以完成切削任务。机床功率主要消耗于主运动，其动力约占整台机床动力的70%-80%。数控车床的主运动是工件的回转运动，也就是主轴旋转运动，基本控制要实现主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；数控钻床、数控铣床和数控磨床的主运动是刀具或砂轮的回转运动；在数控刨削时，刀具或工作台的往复直线运动是主运动；对加工中心和一些数控车床还必须具有准停控制和C轴控制两个功能。 二、进给运动控制 进给运动是传给刀具或工件的运动，主要配合主运动依次地或连续不断地切除工件上的多余材料，同时形成具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可以是间歇的，也可以是连续进行的。数控机床的进给运动是通过进给伺服系统来实现的，这是数控机床区别于通用机床的重要方面之一。伺服控制的最终目的就是实现对机床工作台或刀具的位置控制，伺服系统中所采取的一切措施，都是以保证进给运动的位置精度为目的的。 三、输入/输出（I/O）控制 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号，除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变频控制，主轴的正、反转及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具自动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等。 数控机床可以有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴声速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削。数控机床正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，极大地提高了生产率。另外，与加工中心的刀库配合使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，减少了半成品的工序间周转时间，从而提高生产率。