数控机床主轴部件结构
数控机床主轴部件结构
三、主轴零、部件
5、主轴其它结构——主轴 编码器
主轴编码电器主轴
三、主轴零、部件
5、主轴其它结构——液压卡 盘
液压驱动动力自定心夹盘
1—驱动爪 2—卡爪 3—卡盘 4—活塞杆
6、7—行程开关 电数主控轴车床液压卡 盘
5—液压缸
三、主轴零、部件
5、主轴其它结构——液压卡 盘
1.职业能力目标 （1）能读懂数控机床的主轴装配图纸； （2）能理解并分析主轴各零件功能作用； 2.专业知识目标 （1）能建立数控机床的主轴及主传动基本概念； （2）能知道数控机床的主轴的基本结构及组成、工 作原理
（3）掌握数控机床主轴技术要求
阅读分析数控机床主轴箱装配图
阅读分析数控机床主轴箱装配图
一、对数控机床主传动系统的要求
①具有更大的调速范围并实现无级调速。 ②具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低。 ③良好的抗振性和热稳定性 ④在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能。 ⑤在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。 ⑥具有恒线速度切削控制功能。
二、数控机床主传动系统的参数
（1）.主传动功率 P=Pc/η Pc=Fz V/6000=M*n/65500
主轴电动 机
① 主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴） ④、电主轴
三、主轴零、部件
1、主轴零件 要求：尺寸参数、端 部结构、
材料、轴颈精 度
电主轴
三、主轴零、部件
主轴端部结构
钻、镗床主轴 磨床主轴 电主轴
铣床主轴 内磨床主轴
三、主轴零、部件
2、主轴轴承
电双主列轴圆柱滚子轴承
三、主轴轴其它结构——主轴 准
电加主工轴中心准停
三、主轴零、部件
数控机床的结构组成及原理
数控机床的结构组成及原理数控机床是一种通过计算机控制的机床，可以实现多种复杂的加工操作。
它的结构组成及原理可以大致分为机床主体部分、控制系统部分和辅助装置部分。
一、机床主体部分1.床身：床身是整个数控机床的基础部分，承载整个机床的各个部件和装置，同时具有足够的刚性和稳定性。
床身通常由大型整体铸件制成，常见的有平面床、斜床和立式床等。
床身上设有导轨、滑块和滚珠丝杠等装置，用于支撑和导向主轴箱、工作台等。
2.主轴箱：主轴箱是数控机床的重要部件之一，通常由主轴、主轴动力装置、主轴箱座、电动机及其驱动装置等组成。
主轴箱用来传递动力，使主轴旋转，是实现机床加工功能的关键部分。
3.工作台：工作台是数控机床上用于夹持工件的装置，它可以沿各个方向进行移动和转动。
工作台通常由工作台体、刀架座、刀具变位装置等组成。
工作台的移动和转动由驱动装置控制，实现对工件的定位和加工。
二、控制系统部分1.数控装置：数控装置是整个机床的控制中心，由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括主机、输入输出设备、接口电路等，软件部分是指数控机床的控制程序。
数控装置能够根据加工要求，自动生成加工程序，并控制机床的各个动作。
2.伺服系统：伺服系统是数控机床的动力系统，主要由伺服电机、传动机构和测量装置等组成。
伺服电机通过控制系统接收指令，根据要求实现各个轴向的运动。
传动机构将电机运动传递到工作台或刀架等部位，测量装置用于检测轴向运动的位置和速度。
三、辅助装置部分1.刀具变位装置：刀具变位装置是数控机床上用来实现刀具的换刀和夹紧的装置。
它能够实现快速的刀具换向和自动夹紧，提高机床的加工效率。
2.冷却液供给装置：冷却液供给装置是用于给切削过程提供冷却润滑的装置，它能够保持刀具的正常工作温度，延长刀具的使用寿命，并提高加工质量。
3.操作平台：操作平台是供操作人员进行操作和监控的地方，它通常设有显示屏、键盘、手柄等操作设备，用于输入指令、调整参数以及监控加工过程。
第6章 数控机床的机械结构
1．滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四 部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分 内循环方式和外循环方式两大类。 内循环方式指在循环过程中滚珠始终保持和丝杠 接触，如图6.16所示。
图6.16 滚珠丝杠内循环方式 1-丝杠；2-反向器；3-滚珠；4-螺母
2）减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有 影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。 3）减少运动件的摩擦阻力 机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副 和导轨。 4）响应速度快 快速响应是伺服系统的动态性能，反映了系统的 跟踪精度。它是工件在加工过程中，工作台在规定的 速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，且不出现丢步现 象。
1-主轴 2-同步齿形带 3-主轴电机 4-永久磁铁 5-磁传感器 图6.11 加工中心主轴准停装置
4．主轴部件的结构
（1）数控车床主轴部件的结构 数控车床的主传动系
统一般采用交流无级调速电动机，通过皮带传动，带 动主轴旋转。 图 6.12为数控车床主轴外观图。图 6.13 为数控车床主轴部件的典型结构图。主轴电动机通过 带轮15把运动传给主轴7。
1. 齿轮变速的主传动方式
如图6.6（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速， 使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级 变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的 要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2. 带传动主传动方式
如图6.6（b）所示，主轴电机经带传动传递给主轴， 带传动主要采用 V型带或齿形带传动，可以避免齿轮 传动时引起的振动与噪声，且其结构简单、安装调试 方便，应用广泛。
1．主轴部件的支承与润滑 根据主轴部件的工作精度、刚度、温升和结构的
数控机床结构-数控机床的主轴部件
数控机床结构-数控机床的主轴部件主轴部件主轴部件是数控机床的最关键部件，它对零件加工质量有着直接的影响。
主轴部件包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。
数控机床的主轴部件要求有高的精度、刚度和热稳定性，还应满足数控机床所特有的结构要求。
如对于自动换刀的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。
1.主轴部件的运动方式主轴部件按运动方式可分为以下几类:（1）只做旋转运动的主轴组件这类主轴组件结构较为简单，如车床、铣床和磨床等主轴组件属于这一类（2）既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件如钻床和镗床等的主轴组件。
其中主轴组件与轴承装在套筒内。
主轴在套筒内做旋转主运动，套筒在主轴箱的导向孔内做直线进给运动。
（3）既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件属于这一类的主轴组件有滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。
主轴在套筒内做旋转运动，并可根据需要随主轴套筒一起做轴向调整移动。
主轴组件工作时，用其中的夹紧装置将主轴套筒夹紧在主轴箱内，提高主轴部件的刚度。
（4）既有旋转运动又有径向进给运动的主轴部件属于这一类的有卧式镗床的平旋盘主轴部件和组合机床的镗孔车端面头主轴部件。
主轴做旋转运动时，装在数控机床结构主轴前端平旋盘上的径向滑块可带动刀具做径向进给运动。
（5）主轴做旋转运动又做行星运动的主轴部件新式内圆磨床砂轮主轴部件的工作原理如图3.2所示，砂轮主轴l在支撑套2的偏心孔内做旋转主运动。
支承套2安装在套筒4内。
套筒4的轴线与工件被加工孔轴线重合，当套筒4由蜗杆6经蜗轮W传动，在箱体3中缓慢地旋转时，带动套筒及砂轮主轴做行星运动，即圆周进给运动。
通过传动支承套2来调整主轴与套筒4的偏心距e，实现横向进给。
2.主轴主轴是主轴部件中的关键零件。
它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及热处理等对主轴部件的工作性能有很大的影响。
主轴结构随主轴系统设计要求的不同而有多种形式。
数控机床主轴的几种结构形式
数控机床主轴的几种结构形式
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数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。
主轴部件是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。
由于数控机床的转速高、功率大，并且在加工过程中不进行人工调整，因此要求主轴部件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，为了实现刀具在主轴上的自动装卸和夹紧，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置等。
机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。
在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。
目前，主轴端部的结构形状都已标准化，图i所示为几种机床上通用的结构形式。
（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）钻床与普通镗床锤杆端部（f）数控镗床主轴端部
图1机床主轴的几种结构形式。
数控机床主轴结构
材料优化
结构形状优化
轴承配置优化
选用高性能材料，如合 金钢、陶瓷等，提高主
轴的刚度和耐磨性。
通过改变主轴的形状和 尺寸，优化其刚度和质 量分布，提高动态性能。
合理选择和配置轴承， 提高主轴的旋转精度和
稳定性。
冷却与润滑优化
改进冷却和润滑系统， 降低主轴温升和摩擦磨
损，提高使用寿命。
案例分析：某型号数控机床主轴设计
发展历程及现状
发展历程
随着数控技术的不断发展，主轴结构 经历了从简单到复杂、从低速到高速 、从低精度到高精度的演变过程。
现状
目前，数控机床主轴结构已经实现了 高速化、高精度化、高刚性化、高可 靠性化等目标，满足了现代制造业对 高效率、高质量加工的需求。
市场需求与应用前景
市场需求
随着制造业的快速发展，数控机床主轴的市场需求不断增长。特别是在汽车、 航空航天、模具等高端制造领域，对高精度、高效率的主轴需求尤为迫切。
维护效果
经过维护后，数控机床主轴的发热和振动问题得到了有效解决，主轴运 转恢复正常。此次维护不仅提高了设备的稳定性和加工精度，也延长了 设备的使用寿命。
06 主轴结构发展趋势与展望
技术创新方向
高速、高精度主轴技术
通过优化主轴结构、提高制造精度和采用先进的控制策略，实现 主轴的高速、高精度运转，满足高端数控机床的加工需求。
致。
主轴振动
可能是主轴动平衡不良、轴承磨 损或主轴电机故障等原因引起。
主轴转速不稳定
可能是主轴电机故障、电源电压 不稳定或控制系统故障等原因造
成。
维护保养方法与建议
定期检查主轴轴承预紧力， 确保其在合适范围内。
定期检查主轴动平衡，如 有必要，进行动平衡调整。
数控机床主轴部件结构
数控机床主轴部件结构1.主轴箱体：主轴箱体是主轴部件的主要支撑部分，通常由铸铁或钢板焊接而成。
其主要功能是支撑主轴轴承和主轴电机，并提供刚性和稳定的工作环境。
主轴箱体通常有进给箱和冷却箱两个部分，进给箱用于传送动力和转矩到主轴，而冷却箱则用于散热和冷却主轴。
2.主轴轴承：主轴轴承用于支撑和定位主轴，使其能够高速旋转并承受工作负载。
根据不同的需求，主轴轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承两种类型。
滚动轴承主要有角接触球轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子轴承等；滑动轴承则有液体静压轴承和磁浮轴承等。
主轴轴承通常由高速钢或陶瓷制成，以提供低摩擦和高刚度的特性。
3.主轴电机：主轴电机用于提供主轴的驱动力和转矩。
根据不同的需求和机床类型，主轴电机可以采用交流电机、直流电机或伺服电机等。
交流电机通常具有较好的响应性和调速性能，而直流电机则提供更高的转矩和速度范围。
伺服电机则结合了交流电机和伺服控制系统，可实现更精确的位置和速度控制。
4.主轴夹头：主轴夹头用于夹持工件或刀具，使其与主轴保持刚性连接。
主轴夹头通常有机械夹头和液压夹头两种类型。
机械夹头通过螺纹、卡盘或夹具等机械结构实现夹紧，适用于一般的加工需求。
液压夹头则通过液压系统提供更高的夹紧力和精确的夹紧位置，适用于高精度加工和重负载切削。
除了以上主要部件，数控机床主轴还可能包括冷却系统、振动补偿系统、联轴器等。
冷却系统用于降低主轴温度，保证加工质量和主轴寿命；振动补偿系统用于抑制主轴振动，提高加工质量和效率；联轴器用于连接主轴电机和主轴轴承，传递动力和转矩。
总之，数控机床主轴部件结构的设计旨在实现稳定高速、高精度的加工要求。
不同的机床和加工需求可能会有不同的主轴结构和配置，但其核心目标都是提供高效的驱动力和承载能力，以满足工业生产的要求。
数控机床的主轴部件
数控机床的主轴部件主轴部件由主轴的支承、安装在主轴上的传动零件及装夹刀具或工件的附件组成。
它的主要功用是①夹持工件或刀具实现切削运动；②传递运动及切削加工所需要的动力。
由于主轴是机床的一个关键部件，主轴部件质量的好坏直接影响加工质量。
因此，机床对其主轴部件的主要要求有：① 主轴的精度要高。
精度包括运动精度(回转精度、轴向窜动)和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度(轴向、径向)。
② 部件的结构刚度和抗振性。
③ 运转温升不能太高以及较好的热稳定性。
④ 部件的耐磨性和精度保持力量。
对数控机床除上述要求外，在机械结构方面还应有：① 刀具的自动夹紧装置。
② 主轴的准停装置。
③ 主轴孔的清理装置等。
1.主轴部件的结构主轴端部的结构形式端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，因此，要保证刀具或夹具定位精确，装夹牢靠、坚固，而且装卸便利。
目前，主轴的端部外形已标准化。
图1 主轴端部的结构形式主轴部件的支承主轴上的切削力是通过支承而传递给机床基础件的，主轴部件支承的作用是在刀具或工件作回转运动时承受切削力(轴向、径向)、同时保证主轴运动精度，所以为了保证加工精度，必需保证其旋转精度和相应的承载力量，即有足够的轴向和径向刚度。
图2所示为主轴常用的几种滚动轴承。
图2 主轴部件的支承形式图（a）为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为1∶12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。
滚子数目多，两列滚子交叉排列，因而承载力量大、刚性好、允许转速高。
它的内、外圈均较薄，因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造精度，以免轴颈与箱体孔的外形误差使轴承滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。
该轴承只能承受径向载荷。
图（b）是双列推力向心球轴承，接触角为60°，球径小、数目多，能承受双向轴向载荷。
磨薄中间隔套，可以调整间隙或预紧，轴向刚度较高，允许转速高。
该轴承一般与双列圆柱滚子轴承配套用作主轴的前支承，并将其外圈外径做成负公差，保证只承受轴向载荷。
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数控机床主轴部件结构
主轴部件是数控机床的核心部件，其运转精确度、耐磨性能、防震性能、机械强度等都会影响到工件加工的质量，再加上操作过程中还会有环境的影响以及人为因素的影响，工件加工的质量就更难得到保证。
所以要从可控的方面着手，将一切可控因素都调整到位，比如数控机床的主轴结构设计以及主轴结构的日常维护等。
目前所使用的数控机床类型主要包括数控车床、数控铣床以及工件加工中心。
1.数控车床主轴部件结构特点
（1）主轴的主体结构是一个空心阶梯轴。
（2）主轴的前面部分主要由法兰盘和专门的卡盘结构组成。
（3）主轴的后面部分放置回转油缸。
（4）主轴空心部分用于设置油缸的活塞杆。
（5）车床的传动装置主要有齿轮传动、传送带传送以及齿轮-传送带组合传动等方式。
（6）驱动器主要作用是连接电动机，驱动数控车床的运转。
（7）光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并
及时反馈信息至数控系统。
（8）回转油缸的主要作用是通过调整液压来控制卡盘装置与法兰盘的结合与分离。
2.数控铣床主轴部件结构特点
（1）同数控车床一样，主轴的中心是空心的。
（2）主轴的前面部分是一个比例为7：24的锥型孔洞，并且在端面上设有一对专门的主轴转矩检测装置将主轴转矩数据传输给铣刀。
（3）主轴的后面部分设有液压缸装置用于放松铣刀。
（4）主轴中间的空心部分用于弹簧的安装、以及铣刀固定刀爪的安装等。
（5）主轴的传动装置主要是齿轮传动，而且是变速传动。
（6）电气结构与数控车床相似，驱动器用于连接电动机，驱动数控铣床的运转；光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并及时反馈信息至数控系统；液压缸的主要作用是通过调整液压来控制回路。
3.工件加工中心主轴部件结构特点
工件加工中心主轴部件的大致结构与数控铣床相类似，唯一不同的地方在于工件加工中心自带刀库和自动换刀的装置，自动化程度相对较高，在控制结构上与数控铣刀会有所不同，具体表现在：
（1）主轴多出一个停转精度控制装置，主要作用是严格控制好主轴停止的位置，便于自动换刀装置进行精准、有效率的换刀。
（2）刀库配送刀具的系统与数控系统联系在一起，使得刀库配送出的刀具能及时被数控装置调用到数控机床，完成自动换刀工作。