数控机床及编程：5-1,2 数控机床的结构特点

1、 5 数控机床的机械结构（6学时）数控机床的机械结构与普通机床类似，包括以下几个部分：主传动系统及主轴部件使刀具（或工件）产生主切削运动；进给传动系统使工件（或刀具）产生进给运动并实现定位；基础件床身、立柱、滑座、工作台等；其他辅助装置如液压、气动、润滑、切削液等系统及装置。本章将对以上几个组成部分进行详细讲解。5.1 数控机床对机械结构的要求数控机床与普通机床在结构上有许多相似之处，然而现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成的（由于受资金等条件限制，而将传统机床改装成简易数控机床另当别论）。普通机床存在刚性不足、抗振性差、热变形大

2、等缺点，不能满足数控机床对高速、高精等方面的加工要求。在数控机床中多采用高效率、无间隙、低摩擦传动，并尽量简化机械传动结构。现代数控机床，特别是加工中心，无论是基础大件、主传动系统、进给系统、刀具系统、辅助装置等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大的变化，已经形成数控机床的独特机械结构。一、数控机床应具备更高的静动刚度1、动静刚度的概念机床的刚度是指机床结构抵抗变形的能力。根据机床所受载荷性质的不同，机床在静态力（重力、机构之间的相互作用力等）作用下所表现的刚度称为机床的静刚度；在动态力（切削力）作用下所表现的刚度称为动刚度。数控机床的一个显著特点是可以进行高速、高精加工，要达到

3、此目标，可以通过提高切削速度，采用自动换刀系统、自动更换托盘等操作的方法来实现。这些措施大幅度地提高了生产率，然而同时也明显增加了机床的负载及运转时间。若机床刚度不足，则在重力、切削力等载荷的作用下，由于机床的各部件、构件的受力变形，会引起刀具与工件相对位移的偏差，从而影响加工精度与表面质量。所以，数控机床要比传统机床有更高的动静刚度。2、提高动静刚度的措施影响机床刚度的主要因素是各构件、部件本身的刚度以及相互间的接触刚度。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用重锤或液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的

4、双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形；数控车床上加尽量缩短主轴端部受力悬伸长度以减少所受弯矩。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。常用的提高动态刚度的措施有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也

5、有较好的效果。在大件内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时因摩擦力较大而耗散振动能量。也可采用阻尼层法，即在大件表面喷涂一层具有高阻尼和较高弹性的黏滞弹性材料，涂层越厚，阻尼越大。二、数控机床应有更小的热变形机床在切削热、摩擦热等内、外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，如图5-1所示，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破坏，而且这种影响操作者往往难以修正，从而严重影响工件的加工精度。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施：1、减少发热机床内部发热是产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。2、控制温升图5-1 10m/min进给速度，多次往复运动时的滚

6、柱丝杠发热情况，温度分布图的温度显示为25摄氏至40摄氏度，若没有补偿措施，则将使工件产生严重缺陷。在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的内、外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中较有效的方法是可以在机床的发热部位强制冷却，如采用多喷嘴大流量对切削部位进行强制冷却。3、改善机床机构在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响，如数控机床采用双柱机构代替单立柱机构，由于左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正量进

7、行补偿。对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上，即在非误差敏感方向。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴的长度，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。4、丝杠预拉伸数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。5、热位移补偿对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可以根据测量结果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。三、数控机床运动部件

8、之间的摩擦要小，传动系统的间隙要消除数控机床工作台（或拖板）的位移量是以脉冲当量作为最小单位的，通常又要求能以极低的速度运动（如找正、对刀）。为了使工作台能对数控装置的指令做出准确响应，就必须采取相应的措施，改善运动件之间的摩擦特性。在数控机床的进给系统中采用静动摩擦力相近的滚珠丝杠代替滑动丝杠，导轨采用静压导轨、滚动导轨、塑料导轨，这样可以做到高速进给不振动，低速不爬行，灵敏度高，能在重载下长期连续工作，耐磨性高，精度保持性好。数控机床（尤其是开环系统的数控机床）的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外，另一个重要措施是采用无间隙传动副。四、数控

9、机床结构要人性化在数控机床的单件加工中，辅助时间（非切屑时间）占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。同时也节省了人力，降低了人的劳动强度。5.2 数控机床的布局特点P72785.3 主传动系统和主轴部件主传动系统作用是将电动机的扭矩或功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主切削运动。数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴部件，与普通机床的主传动系统相比，结构比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变

10、速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。目前，数控机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。一、数控机床对主传动系统的要求(1)调速范围宽 调速范围有恒扭矩、恒功率调速范围之分。现在，数控机床的主轴的调速范围一般在：10010000r/min，且能无级调速。要求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。各种不同的机床对调速范围的要求不同。多用途、通用性大的机床要求主轴的调速范围大，不但有低速大转矩功能，而且还要有较高的速度，如车削加工中心；而对于专用数控机床

11、就不需要较大的调速范围，如数控齿轮加工机床、为汽车工业大批量生产而设计的数控钻镗床；还有些数控机床，不但要求能够加工黑色金属材料，还要加工铝合金等有色金属材料，这就要求变速范围大，且能超高速切削。(2)足够的扭矩和功率 使数控加工容易实现低速时大扭矩，高速时恒功率，以保证加工高效率。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足高速强力切削。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kW250kW之间。(3)热变形小 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小的热变形是对主传动系统要求的重要指标。(4)主轴的旋转精度和运动精度高 主轴的旋转精度是指装配后，

12、在无载荷、低速转动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求有高的旋转精度和运动精度。(5)主轴的静刚度和抗振性好 由于数控机床加工精度较高，主轴的转速又很高，因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高。主轴的轴颈尺寸、轴承类型及配置方式，轴承预紧量大小，主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼等对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。(6)主轴组件的耐磨性高 主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持良好的精度。凡机械摩擦的部件，如轴承、锥孔等都应有足够高的硬度，轴承处还应有良好的润滑。二、主轴的驱动方式数

13、控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动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，如图5-2a、b所示。 (1)带有变速齿轮的主传动(见图5-2a) 这是大中型数控机床较常采用的配置方式，通过少数几对齿轮传动，扩大变速范围。由于电动机在额定转速以上的恒功率调速范围为25，当需扩大这个调速范围时常用变速齿轮的办法来扩大调速范围，滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。图5-2 数控机床主传动的四种配置方

14、式a)齿轮变速 b)带传动c)两个电动机分别驱动d)内装电动机主轴传动结构 (2)通过带传动的主传动(见图5-2b) 这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动时所引起的振动和噪声。它适用于高速低转矩特性的主轴。常用的是同步齿形带（简称同步带）。（同步带：是和用带齿与带轮的啮合来传递动力的一种能准确传动，完全同步运行，新型转动带，同步带传动综合了齿轮传动、链传动和带传动的各自优点，克服了其它各种带打滑和伸长等缺点，构成一种独特的传动形式。同步带具有传动准确、平衡、噪音少、无滑差又节能的特点。可获得恒定的速比，而且速比范围大，一

15、般可达10，允许的线速度也高，可达50米/秒。传递功率范围可从几瓦到数百千瓦，传动效率可达0.98图5-3 三位液压拨叉工作原理图1、5液压缸 2活塞杆 3拨叉 4套筒（三角带价动最高为0.95），并且结构紧凑，宣于多齿轮转动，耐油、耐潮、不需润滑等优点，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场合下工作，国外已广泛应用于机械制造、汽车、飞机、纺织、轻工、化工、冶金、矿山、军工、仪器、仪表、机床农业及商业机械传动中。满足进口和国内机械设备上的高转速高温度的使用要求。）（3）用两个电动机分别驱动主轴 这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能(见图5-2c)。高速时，由一个电动机通过带传动；低

16、速时，由另一个电动机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的问题。但两个电动机不能同时工作，也是一种浪费。（4）由主轴电机直接驱动图5-7 内装电动机主轴主轴与电机转子合二为一，从而使主轴部件结构更加紧凑，重量轻，惯量小，有效地提高了主轴部件的刚度，提高了主轴启动、停止的响应特性，目前高速加工机床主轴多采用这种方式，这种类型的主轴也称为电主轴。如图5-2d所示， 缺点是电动机运转产生的热量易使主轴产生热变形。因此，温度控制和冷却是使用内装电动机主轴的关键问题。如图5-7所示为日本研制的立式加工中心主轴组

17、件，其内装电动机主轴最高转速可达20000rmin。三主轴调速方法数控机床的主轴调速是按照控制指令自动执行的，为了能同时满足对主传动的调速和输出扭矩的要求，数控机床常用机电结合的方法，即同时采用电动机和机械齿轮变速两种方法。其中齿轮减速以增大输出扭矩，并利用齿轮换挡来扩大调速范围。1、电动机调速用于主轴驱动的调速电动机主要有直流电动机和交流电动机两大类。（1）直流电动机主轴调速（2）交流电动机主轴调速2、机械齿轮变速数控机床常采用1-4挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即所谓分段无级变速。采用机械齿轮减速，增大了输出扭矩，并利用齿轮换挡扩大了调速范围。数控机床在加工时，主轴是按零件加工程序中主

18、轴速度指令所指定的转速来自动运行。数控系统通过两类主轴速度指令信号来进行控制，即用模拟量或数字量信号（程序中的S代码）来控制主轴电动机的驱动调速电路，同时采用开关量信号（程序上用M41M44代码）来控制机械齿轮变速自动换挡的执行机构。自动换挡执行机构是一种电机转换装置，常用的有液压拨叉和电磁离合器。（1）液压拨叉机构在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨叉来完成。图5-3是三位液压拨叉的原理图。图5-4 THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮块获得三个不同的变速位置。该机构除液压缸和活塞杆外，还增加了套筒4。当液压缸1通人压力油，而液压

19、缸5卸压时(见图5-3a)，活塞杆2便带动拨叉3向左移动到极限位置，此时拨叉带动三联齿轮块移动到左端。当液压缸5通压力油，而液压缸1卸压时(见图5-3b)，活塞2和套筒4一起向右移动，在套筒4碰到液压缸5的端部后，活塞杆2继续右移到极限位置，此时，三联齿轮块被拨叉3移动到右端。当压力油同时进入液压缸1和5时(见图53c)，由于活塞杆2的两端直径不同，使活塞杆处在中间位置。在设计活塞杆2和套筒4的截面直径时，应使套筒4的圆环面上的向右推力大于活塞杆2的向左的推力。液压叉换挡在主轴停车之后才能进行，但停车时拨叉带动齿轮块移动又可能产生“顶齿”现象，因此在这种主运动系统中通常设一台微电动机，它在拨叉

20、移动齿轮块的同时带动各传动齿轮作低速回转，使移动齿轮与主动齿轮顺利啮合。（2）电磁离合器变速电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。在数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和牙嵌式电磁离合器。电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变速机构，通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。如图5-4所示为THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图，该机床采用双速电机和六个电磁离合器完成18级变速。四主轴高速化主轴高速化首先要解决的技术问题有三方面

21、： 1.高速电动机的控制技术 高速电动机的控制技术是一项新技术。 2.高速轴承的开发 高速时选用陶瓷轴承的方案已在加工中心机床上采用，其轴承的滚动体是用陶瓷材料制成，而内、外圈仍用轴承钢制造。陶瓷材料为Si，N：，其优点是重量轻，为轴承钢的40；热膨胀率低，是轴承钢的25；弹性模量大，是轴承的1.5倍。采用陶瓷滚动体，可大大减小离心力和惯性滑移，有利于提高主轴转速。目前的问题是陶瓷价格昂贵，且有关寿命、可靠性试验数据尚不充分，需进一步试验和完善。 3冷却润滑技术的研究过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的冷却润滑方式相继开发出来，见表22。(

22、1)油气润滑方式 (2)喷注润滑方式(3)突人滚道式润滑方式(4)电动机内装式主轴 如图5-11所示为结构示意图以及冷却油流经路线。图5-11 电动机内装式主轴五主轴部件主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。主轴部件质量的好坏直接影响加工质量。无论哪种机床的主轴部件都应满足下述几个方面的要求：主轴的回转精度、部件的结构，刚度和抗振性、运转温度和热稳定性以及部件的耐磨性和精度保持能力等。对于数控机床尤其是自动换刀数控机床，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、主轴端部的结构形状 主轴端部用

23、于安装刀具或夹持工件的夹具，在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主轴端部的结构形状都已标准化，如图212所示为普通机床和数控机床所通用的几种结构形式。 图2-12a为车床主轴端部，卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位，用拨销传递转矩，卡盘装有固定螺栓，卡盘装于主轴端部时，螺栓从凸缘上的孔中穿过，转动快卸卡板将数个螺栓同时栓住，再拧紧螺母将卡盘固牢在主轴端部。主轴为空心，前端有莫氏锥度孔，用以安装顶尖或心轴。 图2-12b为铣、镗类机床的主轴端部，铣刀或刀杆在前端7：24的锥孔内定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，而且由前端的端面键传递转矩。图5-12 主轴

24、端部的结构形式图2-12c为外圆磨床砂轮主轴的端部；图d为内圆磨床砂轮主轴端部；图e为钻床与普通镗杆端部，刀杆或刀具由模氏锥孔定位，用锥孔后端第一扁孔传递转矩，第二个扁孔用以拆卸刀具。但在数控镗床上要使用b图的形式，图为7：24的锥孔没有自锁作用，便于自动换刀时拔出刀具。2、主轴部件的支承机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动，应能传递切削转矩承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。机床主轴多采用滚动轴承作为支承，对于精度要求高的主轴则采用动压或静压滑动轴承作为支承。下面着重介绍主轴部件所用的滚动轴承。 1）主轴部件常用滚动轴承的类型图5-13所示为主轴常用的几种滚动轴承。图5-13a为锥孔双列

25、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，两列滚子交错排列，因而承载能力大，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形状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5-13 主轴常用的滚动轴承图5-13b是双列推力角接触球轴承，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，并将其外圈外径作成负偏差，保证只承受轴向载荷。 图5-13c是

26、双列圆锥滚子轴承，它有一个公用外圈和两个内圈，由外圈的凸肩在箱体上进行轴向定位，箱体孔可以镗成通孔。磨薄中间隔套可以调整间隙或预紧，两列滚子的数目相差一个，能使振动频率不一致，明显改善了轴承的动态性。这种轴承能同时承受径向和轴向载荷，通常用作主轴的前支承。图5-13d为带凸肩的双列圆柱滚子轴承，结构上与图c相似，可用作主轴前支承；滚子作成空心的，保持架为整体结构，充满滚子之间的间隙，润滑油由空心滚子端面流向挡边摩擦处，可有效地进行润滑和冷却。空心滚子承受冲击载荷时可产生微小变形，能增大接触面积并有吸振和缓冲作用。图5-13e为带预紧弹簧的圆锥滚子轴承，弹簧数目为1620根，均匀增减弹簧可以改变

27、预加载荷的大小。 图5-14 数控机床主轴轴承配置形式 2）滚动轴承的精度 主轴部件所用镶动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级C和超精级B。前支承的精度一般比后支承的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支承取C、D级，后支承用D、E级。特高精度的机床前后支承均用B级精度。 3）主轴滚动轴承的配置 在实际应用中，数控机床主轴轴承常见的配置有下列三种形式，如图5-14所示。 如图5-14a所示的配置形式，前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承，后支承采用成对向心推力球轴承。能使主轴获得较大的径向和轴向刚度，可以满足机床强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床

28、的主轴，如数控车床、数控铣床、加工中心等。这种配置的后支承也可用圆柱滚子轴承，进一步提高后支承径向刚度。 如图5-14b所示的配置前支承采用多个高精度向心推力球轴承，后支承采用球轴承，没有如图5-14a所示的主轴刚度大，但这种配置提高了主轴的转速，适合主轴要求在较高转速下工作的数控机床。目前，这种配置形式在立式、卧式加工中心机床上得到广泛应用，满足了这类机床转速范围大、最高转速高的要求。为提高这种形式配置的主轴刚度，前支承可以用四个或更多个的轴承相组配，后支承用两个轴承相组配。 如图5-14c所示的配置形式，前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承。能使主轴承受较重载荷(尤其是承受

29、较强的动载荷)，径向和轴向刚度高，安装和调整性好。但这种配置相对限制了主轴最高转速和精度，适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 为提高主轴组件刚度，数控机床还常采用三支承主轴组件。尤其是前后轴承间跨距较大的数控机床，采用辅助支承可以有效地减少主轴弯曲变形。三支承主轴结构中，一个支承为辅助支承，辅助支承可以选为中间支承，也可以选为后支承。辅助支承在径向要保留必要的游隙，避免由于主轴安装轴承处轴径和箱体安装轴承处孔的制造误差(主要是同轴度误差)造成的干涉。辅助支承常采用深沟球轴承。 液体静压轴承和动压轴承主要应用在主轴高转速、高回转精度的场合，如应用于精密、超精密数控机床主轴，数控磨床主轴。

30、对于要求更高转速的主轴，可以采用空气静压轴承，这种轴承可达每分钟几万转的转速，并有非常高的回转精度。 4）主轴滚动轴承的预紧 所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，不仅能消除间隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时变形减少，抵抗变形的能力增大。因此，对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性，机床主轴部件在装配时要对轴承进行预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，还得重新调整，所以要求预紧结构便于进行调整。滚动轴承间隙的调整或预紧，通常是使轴承内、外圈相对轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种。图5-15 轴

31、承内圈移动(1)轴承内圈移动 如图2-15所示，这种方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴 承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上作轴向移动，使内圈变形胀大，在滚道上产生过盈，从而达到预紧的目的。图a的结构简单，但预紧量不易控制，常用于轻载机床主轴部件。图b用右端螺母限制内圈的移动量，易于控制预紧量。图c在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便，但是用几个螺钉调整，易使垫圈歪斜。图d将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高，调整螺母一般采 用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调好后要能锁紧防松。(2)修磨座圈或隔套 图5-16a为轴承外圈宽边相对

32、(背对背)安装，这时修磨轴承内圈的内侧；图216b为外圈窄边相对(面对面)安装，这时修磨轴承外圈的窄边。在安装时按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面贴紧，这样在两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧，如图5-17a、b所示。图5-16 修磨座圈图5-17 隔套的应用3、主轴的材料和热处理 主轴材料可根据强度、刚度、耐磨性、载荷特点和热处理变形大小等因素来选择。主轴刚度与材质的弹性模量E有关。无论是普通钢还是合金钢其E值基本相同。因此，对于一般要求的机床其主轴可用价

33、格便宜的中碳钢、45钢，进行调质处理后硬度为2228HRC；当载荷较大或存在较大的冲击时，或者精密机床的主轴为减少热处理后的变形，或者需要作轴向移动的主轴为了减少它的磨损时，则可选用合金钢。常用的合金钢有：40Cr进行淬硬硬度达到4050HRC，或者用20Cr进行渗碳淬硬使硬度达到5662HRC。某些高精度机床的主轴材料则选用38CrMoAl进行氮化处理，使硬度达到8501000HV。4、主轴的润滑与冷却 主轴轴承润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。为了尽可能减少主轴部件温升引起的热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件与箱件保持恒定的温度，在某些

34、数控机床上，采用专用的冷却装置，控制主轴箱温升。有些主轴轴承用高级油脂润滑，每加一次油脂可以使用710年。对于某些主轴要采用油气润滑，、喷注润滑和突入滚道润滑等措施，以保证在高速时正常冷却润滑效果。5、数控车床的主轴部件数控车床主轴部件的精度、刚度和热变形对加工质量有直接的影响。1主轴的支承与润滑 数控车床主轴的支承配置形式主要用三种：前支承采用双列圆柱滚子轴承和60角接触双列球轴承组合，后支承采用成对安装的角接触轴承。这种配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，普遍应用于各类数控机床主轴。前轴承采用高精度双列(或三列)角接触球轴承，后支承采用单列(或双列)角接触球轴承，这种配置适用于高速、轻载和

35、精密的数控机床主轴；前后轴承采用双列和单列圆锥滚子轴承，适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 如图5-18所示为TND360数控车床主轴部件，主轴内孔是用于通过长的棒料，也可用于通过气动、液压夹紧装置(动力夹盘)。主轴前端的短圆锥面及其端面用于安装卡盘或拨盘。主轴前后支承都采用角接触球轴承。前支承三个一组，前面两个大口朝前端，后面一个大口朝后端+后支承两个角接触球轴承小口相对。前后轴承都由轴承厂配好，成套供应，装配时不需修配。图5-18 主轴组件有的数控车床主轴轴承采用油脂润滑，迷宫式密封。有的数控车床主轴轴承采用集中强制润滑，为了保证润滑可靠性，常装有压力继电器作为失压报警装置。六、主

36、轴准停1、概述主轴准停功能又称主轴定向功能(Spindle Specified Position Stop)，其作用是使主轴每次都准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽，如图5-28所示。同时使每次装刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，从而可提高加工的一致性。另外，一些特殊工艺要求，如在通过前壁小孔镗内壁的同轴大孔，或进行反倒角等加工时，也要求主轴实现准停，使刀尖停在一个固定的方位上，以便主轴偏移一定尺寸后，使大刀刃能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削，如图5-29所示。图5-28 主轴准停示意图图5-29 主轴准停镗背孔示意图 主

37、轴准停可分为机械准停与电气准停，它们的控制过程是一样的，如图5-30所示。2、机械准停图5-31为典型的端面螺旋凸轮准停装置。在主轴1上固定有一个定位滚子2，主轴上空套有一个双向端面凸轮3，该凸轮和液压缸5中活塞杆4相连接，当活塞带动凸轮3向下移动时(不转动)，通过拨动定位滚子2并带动主轴转动，当定位销落入端面凸轮的V形槽内，便完成了主轴准停。因为是双向端面凸轮，所以能从两个方向拨动主轴转动以实现准停。这种双向端面凸轮准停机构，动作迅速可靠，但是凸轮制造较复杂。图5-30主轴准停控制图5-31 凸轮准停装置1一主轴 2一定位滚子 3一凸轮4一活塞杆 5一液压缸 机械准停还有其他实现方式，但基本

38、原理是一样的。3、电气准停控制目前国内外中高档数控系统均采用电气准停控制，采用电气准停控制有如下优点：(1)简化机械结构 与机械准停相比，电气准停只需在主轴旋转部件和固定部件上安装传感器即可。(2)缩短准停时间 准停时间包括在换刀时间内，而换刀时间是加工中心的一项重要指标。采用电气准停，即使主轴在高速转动时，也能快速定位形成位置控制。 (3)可靠性增加 由于无需复杂的机械、开关、液压缸等装置，也没有机械准停所形成的机械冲击，因而准停控制的寿命与可靠性大大增加。(4)性能价格比提高 由于简化了机械结构和强电控制逻辑，这部分的成本大大降低。但电气准停常作为选择功能，定购电气准停附件需要另外的费用。

39、但从总体来看，性能价格比大大提高。目前电气准停有如下三种方式： 1）磁传感器主轴准停 安川YASKAWA主轴驱动VS一626MT使用不同的选件可具有三种主轴电气准停方式，即磁传感器型、编码器型以及由数控系统控制完成的主轴准停。YASKAWA主轴驱动加上可选定位件(Orientation Card)后，可具有磁传感器主轴准停控制功能。磁传感器主轴准停控制由主轴驱动自身完成。当执行M19时，数控系统只需发出准停起动命令ORT，主轴驱动完成准停后会向数控系统回答完成信号ORE，然后数控，系统再进行下面的工作。 由于采用了磁传感器，故应避免将产生磁场的元件如电磁线圈、电磁阀等与磁发体和磁传感器安装在一起，另外磁发体(通常安装在主轴旋转部件上) 与磁传感器(固定不动)的安装是有严格要求的，应按说明书要求的精度安装。图5-32 磁传感器准停控制系统构成采用磁传感器准停止时，