1、任务任务2.2 数控銑床主传动系统数控銑床主传动系统学习目标：学习目标：通过本项目学习，学生通过本任务的学通过本项目学习，学生通过本任务的学习，要对数控铣床主传动系统有完整的认识，能习，要对数控铣床主传动系统有完整的认识，能熟悉数控铣床主轴部件的结构及调整环节；知道熟悉数控铣床主轴部件的结构及调整环节；知道铣床主轴部件的保养检查要点及技术要求，进而铣床主轴部件的保养检查要点及技术要求，进而能对铣床主轴部件进行保养、检查工作以及能对能对铣床主轴部件进行保养、检查工作以及能对简单故障进行排除或报修并能进行较为准确地描简单故障进行排除或报修并能进行较为准确地描述。述。任务任务2.2 数控銑床主传动系
2、统数控銑床主传动系统学习内容：学习内容：1.1.典型数控铣床主传动系统、主轴部件装配图典型数控铣床主传动系统、主轴部件装配图2.2.主轴机械变速、手动主轴机械变速、手动/自动高低速变换的实现自动高低速变换的实现及调整及调整3.3.主轴定向装置的调整检查主轴定向装置的调整检查4.4.主轴拉刀机构及拉刀位置的检查与调整主轴拉刀机构及拉刀位置的检查与调整5.5.典型数控铣床主传动系统装拆工艺典型数控铣床主传动系统装拆工艺6.6.主传动链保养检查要点及方法主传动链保养检查要点及方法7.7.主传动系统常见故障及故障分析与排除的方法主传动系统常见故障及故障分析与排除的方法8.8.分析并排除典型、简单主传动
3、系统故障分析并排除典型、简单主传动系统故障任务任务2.2 数控銑床主传动系统数控銑床主传动系统学习重点与难点：学习重点与难点：1.1.典型数控铣床主传动系统结构图典型数控铣床主传动系统结构图2.2.自动拉刀机构及拉刀位置检查与调整自动拉刀机构及拉刀位置检查与调整3 3实际故障排除实际故障排除典型数控车床主传动系统结构图典型元件结构及工作特点主轴精度检验项目和检验方法精度分析主传动系统常规保养与检查要点及技术规范主传动系统常见故障及分析与排除方法实际故障排除学习活动设计：学习活动设计：1 1到机床生产厂家参观机床装配现场，重点关注主轴部件的结到机床生产厂家参观机床装配现场，重点关注主轴部件的结构
4、及装配工艺，了解主轴精度调整环节。构及装配工艺，了解主轴精度调整环节。2 2在现代制造中心拆下在现代制造中心拆下XD-40XD-40数控铣床的防护面罩，调整拉刀、数控铣床的防护面罩，调整拉刀、松刀装置，先设置故障，再解除故障，恢复自动拉刀机构正常工松刀装置，先设置故障，再解除故障，恢复自动拉刀机构正常工作。作。3 3常规理论知识学习常规理论知识学习2.2 数控铣床及加工中心数控铣床及加工中心主传动系统示例主传动系统示例打刀缸打刀缸主轴箱主轴箱主轴组件主轴组件同步齿形带同步齿形带主电机主电机刀柄刀柄1、结构简图、结构简图（去掉主轴箱体）（去掉主轴箱体）编码器拉杆蝶形弹簧前轴承后轴承及支座后轴承锁
5、紧螺母刀柄主轴前轴承座弹簧挡圈法兰前轴承锁紧螺母拉钉衬套前挡圈垫圈2、自动换刀数控铣床、自动换刀数控铣床主轴部件示例主轴部件示例（1）、刀具自动装卸）、刀具自动装卸装置装置（2）、切屑清除装置）、切屑清除装置螺母14螺母15 主轴基本构成主轴基本构成 主轴的前支承配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受主轴的前支承配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷，前两个轴承大口朝下，后面一个轴承径向载荷和轴向载荷，前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母15来调整。来调整。后支承为一对背靠背配置的角接触球
6、轴承，用于承受径向载后支承为一对背靠背配置的角接触球轴承，用于承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承类型和配置形式，满足主轴高转速和承受该主轴选择的轴承类型和配置形式，满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求。主轴受热变形向后伸长，不影响加工较大轴向载荷的要求。主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度。精度。主轴主轴内部和后端安装的是内部和后端安装的是刀具自动夹紧和松开机构刀具自动夹紧和松开机构。它主要。它主要由拉杆由拉杆4、拉杆端部的四个钢球、拉杆端部的四个钢球12、碟形弹簧、碟形弹簧5、活塞、活塞6、液、液压缸压缸7等组成。等组成。主轴工作原理主轴工作
7、原理刀具松开过程刀具松开过程 CNC发出换刀指令发出换刀指令液压缸（液压缸（7）上腔进油）上腔进油活塞（活塞（6）下）下移移推动拉杆（推动拉杆（4）克服弹簧（）克服弹簧（5）的作用下移）的作用下移带动钢球带动钢球（12）移至大空间）移至大空间d1钢球失去对拉钉（钢球失去对拉钉（2）的作用）的作用刀具刀具松开松开行程开关行程开关10发信号发信号主轴锥孔清洁过程主轴锥孔清洁过程 CNC发出指令发出指令压缩空气经压缩空气管接头（压缩空气经压缩空气管接头（9）活塞和活塞和拉杆的中孔拉杆的中孔吹扫装刀部位并用定时器计时吹扫装刀部位并用定时器计时刀具夹紧过程刀具夹紧过程 CNC发出装刀指令发出装刀指令液压
8、缸上腔回油液压缸上腔回油活塞活塞7在弹簧在弹簧11的作用的作用下上移复位下上移复位拉杆（拉杆（4）在碟形弹簧的作用下带动拉钉上移）在碟形弹簧的作用下带动拉钉上移至小直径部位至小直径部位d2通过钢球将拉钉卡死通过钢球将拉钉卡死刀具夹紧刀具夹紧行程开行程开关关8发信号发信号拉刀拉刀松刀松刀蝶形弹簧碟形弹簧是在轴向上呈碟形弹簧是在轴向上呈锥形锥形并承受负载的特殊弹并承受负载的特殊弹簧。碟形弹簧应力分布由里到外均匀递减，能够簧。碟形弹簧应力分布由里到外均匀递减，能够实现实现低行程低行程高补偿力高补偿力的效果。的效果。单片碟形弹簧的变形量和负荷值往往不能满足使单片碟形弹簧的变形量和负荷值往往不能满足使用
9、要求，这时可以成组使用，组成碟簧组合件。用要求，这时可以成组使用，组成碟簧组合件。钢球拉紧结构钢球钢球弹簧爪拉紧结构BT40型拉钉型拉钉 ISO 7388及及DIN 69871的的B型拉钉型拉钉 MAS BT的拉钉的拉钉拉钉拉钉是带螺纹的零件，常固定在各是带螺纹的零件，常固定在各种工具柄的尾端。机床主轴内的拉种工具柄的尾端。机床主轴内的拉紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。数控机床刀柄有不同的标准，机床数控机床刀柄有不同的标准，机床刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有多种型号和规格多种型号和规格拉钉的选择：拉钉的选择：l根据数控机床说明书选择
10、；根据数控机床说明书选择；l对机床自带的拉钉进行测量后对机床自带的拉钉进行测量后 来确定来确定注意：注意：如果拉钉选择不当，装在刀如果拉钉选择不当，装在刀柄上使用可能会造成事故。柄上使用可能会造成事故。拉钉的种类及选择拉爪简图拉钉拉钉拉爪拉爪7:24锥度的工具系统锥度的工具系统(如：如：BT、ISO等等)自动换刀数控铣床主传动结构图自动换刀数控铣床主传动结构图1 1活塞；活塞；2 2螺旋弹簧；螺旋弹簧；3 3磁传感器；磁传感器；4 4永久磁铁；永久磁铁；5 5、1010带轮带轮6 6钢球；钢球；7 7拉杆；拉杆；8 8蝶形弹簧；蝶形弹簧；9 9V V带；带；1111电动机；电动机；1212、1
11、313行程开关行程开关u机床主传动由无极调速交流电机机床主传动由无极调速交流电机11经二级塔形带轮经二级塔形带轮5和和10经键连经键连接直接驱动主轴旋转。接直接驱动主轴旋转。u主轴前支承为三个向心推力球轴承，前两个大口朝外，后面一个主轴前支承为三个向心推力球轴承，前两个大口朝外，后面一个大口朝内。后支承为一对向心推力球轴承，小口相对。前后端轴承大口朝内。后支承为一对向心推力球轴承，小口相对。前后端轴承间隙分别由旋转前后端螺母来进行调整。间隙分别由旋转前后端螺母来进行调整。u主轴轴承为油脂润滑，采取间隙和迷宫式密封方式。主轴轴承为油脂润滑，采取间隙和迷宫式密封方式。u主轴前端有主轴前端有7:24
12、的锥孔，用于装夹锥柄刀具。端面键既做刀具定的锥孔，用于装夹锥柄刀具。端面键既做刀具定位用，又可通过它传递扭矩。位用，又可通过它传递扭矩。u夹紧刀夹时，液压缸左腔接通回油，弹簧夹紧刀夹时，液压缸左腔接通回油，弹簧2推动活塞推动活塞1左移，处于图示位置，拉杆左移，处于图示位置，拉杆7在蝶形弹簧在蝶形弹簧8的作用下向左的作用下向左移动。由于此时装在拉杆前端径向孔中的四个钢球移动。由于此时装在拉杆前端径向孔中的四个钢球6进入进入主轴孔中直径较小处，被迫径向收拢而卡进拉钉的环形主轴孔中直径较小处，被迫径向收拢而卡进拉钉的环形凹槽内，因而刀杆被拉杆拉紧，依靠摩擦力紧固在主轴凹槽内，因而刀杆被拉杆拉紧，依靠
13、摩擦力紧固在主轴上。上。u换刀前需将刀夹换刀前需将刀夹松开松开时，压力油进入液压缸左腔，活塞时，压力油进入液压缸左腔，活塞1推动拉推动拉杆杆7向右移动，蝶形弹簧被压缩；当钢球向右移动，蝶形弹簧被压缩；当钢球6随拉杆一起右移至进入主随拉杆一起右移至进入主轴孔中直径较大处时，它就不能再约束拉钉的头部，紧接着拉杆前轴孔中直径较大处时，它就不能再约束拉钉的头部，紧接着拉杆前端内孔的抬肩端面碰到拉钉，把刀具顶松。此时行程开关端内孔的抬肩端面碰到拉钉，把刀具顶松。此时行程开关12发出信发出信号，换刀机械手随即将刀具取下。号，换刀机械手随即将刀具取下。u于此同时，于此同时，压缩空气压缩空气由管接头经活塞和拉
14、杆的中心通孔吹入主轴由管接头经活塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔内，把切屑或污物清除干净，以保证刀具的装夹精度。装刀孔内，把切屑或污物清除干净，以保证刀具的装夹精度。3、主轴准停（主轴定向）装置、主轴准停（主轴定向）装置（1）为什么要主轴准停？）为什么要主轴准停？自动换刀数控机床（加工中心）主轴部件设有准自动换刀数控机床（加工中心）主轴部件设有准停装置（因为不能单靠刀柄和内锥面的摩擦力传停装置（因为不能单靠刀柄和内锥面的摩擦力传递扭矩，主轴在端面必须有端面键传递扭矩）。递扭矩，主轴在端面必须有端面键传递扭矩）。使主轴每次都准确地停止在固定的周向位置上，使主轴每次都准确地停止在固定的周向位置上，
15、以保证换刀时主轴上的端面键能对准刀夹上的键以保证换刀时主轴上的端面键能对准刀夹上的键槽，同时使每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不槽，同时使每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，提高孔加工时孔变，提高刀具的重复安装精度，提高孔加工时孔径的一致性。径的一致性。某些特殊加工工艺需要主轴准停（如某些特殊加工工艺需要主轴准停（如G76)。传递扭矩传递扭矩（2）主轴准停的方式及工作原理）主轴准停的方式及工作原理主轴准停机构分为机械控制式和电气控制两种。主轴准停机构分为机械控制式和电气控制两种。常用：电气控制准停装置。常用：电气控制准停装置。电气准停有三种方式：电气准停有三种方式：磁传感
16、器型主轴准停、编码器型主轴准停、数控系统控磁传感器型主轴准停、编码器型主轴准停、数控系统控制主轴准停制主轴准停a.磁传感器主轴准停装置工作原理磁传感器主轴准停装置工作原理u主轴主轴5的尾部安装有永久的尾部安装有永久磁铁磁铁3，它随主轴转动，在，它随主轴转动，在距距磁铁磁铁外缘外缘2mm处，固定处，固定了一个磁传感器了一个磁传感器2,它经过放它经过放大器与主轴伺服单元联接。大器与主轴伺服单元联接。u主轴定向指令发出后，主轴定向指令发出后，主轴进入慢速状态，当发主轴进入慢速状态，当发磁体磁体3与磁传感器对准时，与磁传感器对准时，传感器发出准停信号，此传感器发出准停信号，此信号经放大后，由定向电信号
17、经放大后，由定向电路控制主轴电动机准确地路控制主轴电动机准确地停止在规定的周向位置上。停止在规定的周向位置上。1-1-同步带轮；同步带轮；2-2-磁传感器；磁传感器；3-3-永久磁铁；永久磁铁；4-4-垫片；垫片；5-5-主轴主轴 磁传感器：光电接近开关安装支架安装支架光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而由同步回路选通电路，从而检测物体的有无检测物体的有无。b.编码器主轴准停装置工作原理编码器主轴准停装置工作原理u可采用主轴电机内部安装的可采用主轴电
18、机内部安装的编码器信号，也可以采用在主编码器信号，也可以采用在主轴上或与主轴传动关系轴上或与主轴传动关系1:1的传的传动轴上安装的编码器的信号。动轴上安装的编码器的信号。u准停角度可由外部开关量信准停角度可由外部开关量信号（号（12位）设定，而磁传感器位）设定，而磁传感器准停不同，磁传感器准停的角准停不同，磁传感器准停的角度无法随意设定，要调整准停度无法随意设定，要调整准停位置，只有调整磁发体与磁传位置，只有调整磁发体与磁传感器的相对位置。感器的相对位置。说明：无论采用何种准停方式，当需要在主轴上安装元说明：无论采用何种准停方式，当需要在主轴上安装元件时应注意动平衡问题。特别是高速机床。件时应注意动平衡问题。特别是高速机床。作业作业
