2022年第章机械部件的维修与调整.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 第 8 章 机械部件的修理与调整8.1 数控机床主传动系统的结构原理与修理主传动系统是用来实现机床主运动的,它将主电动机的原动力变成可供主轴上刀具切 削加工的切削力矩和切削速度；为适应各种不同的加工及各种不同的加工方法,数控机床 的主传动系统应具有较大的调速范畴,以保证加工时能选用合理的切削用量,同时主传动 系统仍需要有较大精度及刚度并尽可能降低噪声,从而获得正确的生产率、加工精度和表 面质量；8.1.1 主传动系统 目前数控机床主传动系统大致可以分为以下几类：电动机与主轴直联的主传动 1.其优点是结构紧凑,但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性一样,因而 使用上受到肯定的限制,如图 8-1 所示；2. 经过一级变速的主传动 一级变速目前多用 V 带或同步带来完成,其优点是结构简洁安装调试便利,且在一程 度上能够满意转速与转矩输出要求,但主轴调速范畴比仍与电动机一样,受电动机调速范 围比的约束,如图 8-2 所示；3. 带有变速齿轮的主传动 这种配置方式大、中型数控机床采纳较多；它通过少数几对齿轮降速,使之成为分无 极变速,确保低速大转矩,以满意主轴输出转矩特性要求,如图 8-3 所示；4. 电主轴 电主轴通常作为现代机电一体化的功能部件,装备在高速数控机床上（如图 8-4 所 示）；其主轴部件结构紧凑,重量轻,惯量小,可提高起动、停止的响应特性,有利于控 制振动和噪声；缺点是制造和爱护困难且成本较高；电动机运转产生的热量直接影响主 轴,主轴的热变形严峻影响机床的加工精度,因此合理选用主轴轴管以及润滑、冷却装置 特别重要；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 8.1.2 主轴部件 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、准停和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机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗韧 性、耐磨性和低的温升；在结构上,必需很好地解决刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴 承间隙 调整和润滑密封等问题；主轴的结构依据数控机床的规格、精度采纳不同的主轴轴承；一般中小规格数控机床的 主轴部件多采纳成组高精度滚动轴承,重型数控机床就采纳液体静压轴承,高速主轴常采 用氮化硅材料的陶瓷滚动轴承；1. 主轴轴承的配置形式加工中心的主轴轴承一般采纳2 个或3 个角接触球轴承组成,或用角接触球轴承与圆柱滚子轴承组成,这种轴承经过预紧后可得到较高的刚度；当要求有很大刚性时,就采纳圆 柱滚子轴承和双向推力球轴承的组合；常用的加工中心主轴支承的典型结构有以下 3 种,如图 8-5 所示； 1）前后支承用双列圆柱滚子轴承来承担径向负荷,用安装在主轴前端的双向角接触球轴 承来承担轴向负荷,如图 8-5a 所示；这种结构刚性较好,能进行强力切削,适用于中等转 速的机床；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2）前支承用角接触球轴承,背靠背安装,以23 个轴承为一套,用以承担轴向和径向负荷；后支承用圆柱滚子轴承,如图 8-5b 所示；这种结构适应较高转速、较重切削负荷,主轴精度较高,但所承担轴向负载较前一种结构小； 3）前后支承都采纳成组角接触球轴承,承担轴向好径向负荷,如图 8-5c 所示；这种结构适应高转速、中等切削负荷的数控机床；使用角接触球轴承,采纳脂润滑,其极限 dn 值达 80× 10 4；如采纳油气润滑或喷油润滑,就转速可进一步提高；目前高速主轴多数采纳陶瓷滚动轴承,在脂润滑情形下 dn 值可达 120× 10 4（d 为轴承平均直径 mm,n 为轴承每分钟转数）；2. 主轴内刀具的自动夹紧和切削的清除装置在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中,刀杆常采纳7：24 的大锥度锥柄,既利于定心,也为松刀带来便利；用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部,使刀具锥柄和主轴锥孔 紧密协作,夹紧力达 10000N 以上；松刀时,通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧,使夹头涨开,夹头与刀柄上的拉钉脱离,刀具即可拔出进行新旧刀具的交换；新刀装入 后,液压缸活塞后移,新刀具又被碟形弹簧拉紧；在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中,压 缩空气由喷头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出,将锥孔清理洁净,防止主轴锥孔中掉入 切削和灰尘,把主轴孔表面和刀杆的锥柄划伤,保证刀具的正确位置； 3. 主轴准停装置 数控机床为了完成 ATC（刀具自动交换）的动作过程,必需设置主轴准停机构；由于刀具 装在主轴上,切削时切削转矩不行能仅靠锥孔的摩擦力来传递,因此在主轴前端设置一个 突键,当刀具装入主轴时,刀柄上的键槽必需与突键对准,才能顺当换刀；为此,主轴必须精确停在某固定的角度上；由此可知主轴准停是实现ATC 过程的重要环节；通常主轴准停机构有 2 种方式,即机械式与电气式；机械方式采纳机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位,然后有一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位,完成换刀后定位销退出,主轴才开头旋转；采纳这种传统方法定位,结构复杂,在早期数控机床上使用较多；而现代数控机床采纳电气方式定位较多；电气方式定位一般有以下两种方式；一种是用磁性传感器检测定位,这种方法如图8-6 所示,在主轴上安装一个发磁体与主轴一起旋转,在距离发磁体旋转外轨迹 12mm 处固定一个磁传感器,它经过放大器并与主轴掌握单元相连接,当主轴需要定向时,便可停止在调整好的位置上；另一种是用位置编码器检测定位,这种方法是通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴 1:1 同步旋转的位置编码器来实现准停掌握,准停角度可任意设定,如图 8-3 所示； 4. 主轴润滑与密封（1）主轴润滑 为了保证主轴有良好的润滑,削减摩擦发热,同时又能把主轴组件热量带走,通常采纳循环式润滑系统；用液压泵供油强力润滑,在油箱中使用油温掌握器掌握油名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 液温度；近年来一部分数控 机床的主轴轴承采纳高级油脂封放式润滑,每加一次油脂可以 使用 710 年,简化了结构,降低了成本且爱护保养简洁,但需防止润滑油和油脂混合,通 常采纳迷宫式封密方式；为了适应主轴转速向更高速化进展的需要,新的润滑冷却方式相继开发出来；这些新的润滑冷却方式不单要削减轴承温升,仍要削减轴承内外圈的温差,以保证主轴的热变形小； 油气润滑方式：这种润滑方式近似于油雾润滑方式,所不同的是,油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承间隙中,这样既实现了油雾润滑,又不至于油雾太多而污染四周空气；而油雾润滑就是连续供应油雾； 喷注润滑方式：它用较大流量的恒温油（每个轴承34L/min ）喷注到主轴轴承上,以达到润滑、冷却的目的；这里需特殊指出的是,较大流量喷注的油,不是自然回流,而是用排油泵强制排油,同时,采纳专用高精度大容量恒温油箱,油温变动掌握在±0.5；（2）密封 在密封件中,被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的彼侧；造成泄漏的基本缘由是流体从密封面上的间隙中溢出,或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差,致使流体向压力或浓度低的一侧流淌；图 8-7 所示为一卧式加工中心主轴前支承的密封结构；该卧式加工中心主轴前支承处采纳的双层小间隙密封装置；主轴前端车出两组锯齿形护油槽,在法兰盘 4 和 5 上沟槽及泄漏孔,当喷入轴承 2 内的油液流出后被法兰盘 4 内壁拦住,并经其下部的泄油孔 9 和箱体 3 上的回油斜孔 8 流回油箱,少量油液沿主轴 6 流出时,主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘 4 的沟槽内,经回油斜孔 8 流回油箱,达到防止润滑介质泄漏的目的；当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴 6 与法兰盘 5 之间的间隙进入时,经法兰盘 5的沟槽由泄漏孔 7 排出,达到主轴端部密封的目的；要使间隙密封结构能在肯定的压力和温度范畴内具有良好的密封防漏性能,必需保证法兰盘 4 和 5 与主轴及轴承端面的协作间隙；8.1.3 主传动系统的常见故障及排除方法主传动系统的常见故障及排除方法见表 8-1 表 8-1 主传动系统的常见故障及排除方法名师归纳总结 序号故障现象故障缘由排除方法第 4 页,共 43 页1 主轴发热主轴轴承预紧力过大调整预紧力2 主轴在强力切削时轴承研伤或损坏更换新轴承润滑油脏或有杂质清洗主轴箱,重新换油轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多涂抹润滑油,每个轴承3mL 电动机与主轴连接的传动带过松张紧传动带3 停转传动带表面有油用汽油清洗后擦洁净传动带使用过久而失效更换新带刀具不能夹紧磨擦离合器调整过松或磨损调整离合器,修磨或更换磨擦片碟形弹簧位移量太小调整碟形弹簧行程长度4 刀具夹紧后不能松弹簧夹头损坏更换新弹簧夹头碟形弹簧失效更换新碟形弹簧刀柄上拉钉过长更换拉钉,并正确安装松刀液压缸压力和行程不够调整液压力和行程开关位置开碟形弹簧压合过紧调整碟形弹簧上螺母,减小弹簧压合量- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 5 主轴无变速变档液压缸压力不足检测工作压力,如低于额定压力,应调整6 主轴箱噪声大变档液压缸研损或卡死修去毛刺和研伤,清洗后重装变档电磁阀卡死检修电磁阀并清洗变档液压缸拨叉脱落修复或更换变档液压缸窜油或内泄更换密封圈变档复合开关失灵更换新开关主轴部件动平稳不良重做动平稳8.1.4 主传动系统故障修理齿轮磨损修理或更换齿轮轴承拉毛或损坏更换轴承传动带放松或磨损调整或更换传动带润滑不良调整润滑油量,保证主轴箱清洁度7 例例 351. 主轴定位不良的故障修理 故障现象： 加工中心主轴定位不良,引发换刀过程发生中断；分析及处理过程：某加工中心主轴定位不良,引发换刀过程发生中断；开头时,显现的次 数不很多,重新开机后又能工作,但故障反复显现；经在故障显现后,对机床进行了认真 观看,才发觉故障的真正缘由是主轴在定向发生位置偏移,且主轴在定位后如用手碰一下（和工作中在换刀时当刀插入主轴时的情形相近）,主轴就会产生相反方向的漂移；检查 电气单元无任何报警,该机床的定位采纳的是编码器,从故障的现象和可能发生的部位来 看,电气部分的可能性比较小；机械部分又很简洁,最主要的是联接,所以打算检查联接 部分；在检查到编码器的联接是发觉编码器上联接套的紧定螺钉松动,使联接套后退造成 与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步；将紧定螺钉按要求固定好后故障排除（见图 8-3）留意： 发生主轴定位方面的故障时,应依据机床的具体结构进行分析处理,先 检查电气部分,如确认正常后再考虑机械部分；例 352. 主轴显现噪音的故障修理 故障现象： 主轴噪声较大,主轴无载情形下,负载表指示超过 40；分析及处理过程：第一检查主轴参数设定,包括放大器型号,电动机型号以及伺服增益 等,在确认无误后,就将检查重点放在机械侧；发觉主轴轴承损坏,经更换轴承之后,在 脱开机械侧的情形下检查主轴电动机运转情形；发觉负载表指示已正常但仍有噪声；随 1,也即让主轴驱动系统开环运行,结果噪声消逝,说明速度 后,将主轴参数 00 号设定为 检测器件 PLG 有问题；经检查,发觉 PLG的安装不正,调整位置之后再运行主轴电动机,噪声消逝,机床能正常工作；例 353. 变档滑移齿轮引起主轴停转的故障修理 故障现象： 机床在工作过程中,主轴箱类内机械变档滑轮自动脱离啮合,主轴停转；图 8-3 为带有变速齿轮的主传动,采纳液压缸推动滑移齿轮进行变 分析及原理过程：速,液压缸同时也锁住滑移齿轮；变档滑移齿轮自动脱离啮合,缘由主要是液压缸内压力变化引起的；掌握液压缸的O 形三位四通换向阀在中间位置时不能闭死,液压缸前后两腔油路相渗漏,这样势必造成液压缸上腔推力大于下腔,使活塞杆慢慢向下移动,逐步使滑 移齿轮脱离啮齿,造成主轴停转；更换新的三位四通换向阀后即可解决问题：或转变掌握 方式,采纳二位四通,使液压缸一腔始终保持压力油；例 354. 变档不能啮合的故障修理 故障现象： 发出主轴箱变档指令后,主轴处于慢速来回摇摆状态,始终挂不上档；分析及处理过程：图 8-3 为带有变速齿轮的主传动；为了保证滑移齿轮移动顺当啮合于 正确位置,机床接到变档指令后,在电气设计上指令主电动机带动主轴作慢速来回摇摆运名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动；此时,假如电磁阀发生故障（阀芯卡空或电磁铁失效）,油路不能切换,液压缸不动 作,或者液压缸动作,发反馈信号的无触点开关失效,滑移齿轮变档到位后不能发出反馈 信号,都会造成机床循环动作中断；更换新的液压阀或失效的无触点开关后,故障排除；例 355. 变档后主轴箱噪声大的故障修理 故障现象： 主轴箱经过数次变档后,主轴箱噪声变大；分析及处理过程：图 8-3 为带有变速齿轮的主传动；当机床接到变档指令后,液压缸通 过拨叉带动滑移齿轮移动；此时,相啮合的齿轮相互间必定发生冲击和摩擦；假如齿面硬 度不够,或齿端倒角、倒圆不好,变档速度太快冲击过大都将造成齿面破坏,主轴箱噪声变大；解决方法：使齿面硬度大于 度,减小冲击；55HRC,认真做好齿端倒角、倒圆工作,调剂变档速例 356. 使用多年后主轴箱噪声大的故障修理故障现象： XK7160 型数控铣床主传动系统（图8-3 ）,采纳齿轮变速传动；工作中不行防止地要产生振动噪声、摩擦声和冲击噪声；数控机床的主传动系统的变速是在机床不停 止工作的状态下,由运算机掌握完成；因此它比一般机床产生的噪声更为连续,更具有代 表性；机床起初使用时,噪声就较大,并且噪声声源主要来自主传动系统；经使用多年 后,噪声越来越大；用声级计在主轴 4000r/min 的最高转速下,测得噪声为 85.2dB ；我们知道,机械系统受到任何激发力,该系统就会对此激发力产生响 分析及处理过程：应而显现振动；这个振动能量在整个系统中传播,当传播到辐射表面,这个能量就转换成 压力波经空气再传播出去,即声辐射；因此这个激发力响应、系统内部传递及辐射三步骤 就是振动噪声、摩擦噪声和冲击噪声的形成过程；XK7160 数控机床的主传动系统在工作时正是由于齿轮、轴承等零部件经过激发响应,并在系统内部传递和辐射显现了噪声,而这些部件又由于显现了反常情形,使激发力加 大,从而使噪声增大；（1）齿轮的噪声分析 XK7160 数控铣床的主传动系统是由主电动机和齿轮来完成变 速传动的；因此,齿轮的啮合传动是主要噪声源之一；第一看一对齿轮的啮合情形,依据齿轮的啮合原理,任意瞬时 t 两齿轮间的相对滑动 速度为： vs= v t1 v t2 ；齿轮副在啮合区传动时,啮合点是沿啮合线移动的,当啮合点移 向节点时相对滑动速度逐步减小,在节点处,相对滑动速度在方向上发生了变化,造成了 激振力；假如齿轮的各种误差加大和外界负荷的波动及其他零部件的影响,传动系统的共 振,润滑条件的不好,就会加剧激振力的产生；当啮合点渐远节点时,相对滑动速度逐步 增大,齿面相对滑动速度正比于齿轮的回转速度；机床主传动系统中齿轮在运转时产生的噪声主要有：1）齿轮在啮合中,使齿与齿之间显现连续冲击而使齿轮在啮合频率下产生受迫振动并 带来冲击噪声；2）因齿轮受到外界激振力的作用而产生齿轮固有频率的瞬态自由振动并带来噪声；3）因齿轮与传动轴及轴承的装配显现偏心引起的旋转不平稳的惯性力,因此产生了与 转速相一样的低频振动；随着轴的旋转,每转发出一次共鸣噪声；4）因齿与齿之间的摩擦导致齿轮产生的自激振动并带来摩擦噪声；假如齿面凸凹不 平,会引起快速、周期性的冲击噪声；2 轴承的噪声分析 XK7160 数控铣床的主轴变速系统中共有滚动轴承 12 个,最大的 轴承外径 125mm；轴承与轴径及支承孔的装配、预紧力、同心度、润滑条件以及作用在轴 承上负荷的大小,径向间隙等都对噪声有很大的影响；另外一个重要缘由是国家标准对滚 动轴承零件都有相应的公差范畴,因此轴承本身的制造偏差,在很大程度上就打算了轴承名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的噪声；可以说滚动轴承的噪声是该机床主轴变速系统的另一个主要噪声源,特殊在高转 速下表现更为剧烈；滚动轴承最易产生变形的部位就是其内外环；内外环在外部因素和自 身精度的影响下,有可能产生摇摆振动、轴向振动、径向振动、轴承环本身的径向振动和 轴向弯曲振动；综上所述,大致可以从以下几个方面对噪声进行掌握：1 齿轮的噪声掌握 由于齿轮噪声的产生是多因素引起的,其中有些因素是齿轮的设 计参数所打算的；针对该机床显现的主轴传动系统的齿轮噪声特点,在不转变原设计的基 础上,有以下在原有齿轮上进行修整和改进的一些做法； 1）齿形修缘；由于齿形误差和法向齿距的影响,在轮齿承载产生了弹性变形后,会使 齿轮啮合时造成瞬时顶撞和冲击；因此,为了减小齿轮在啮合时由于齿顶凸出而造成的啮 合冲击,可进行齿顶修缘；齿顶修缘的目的就是校正齿的弯曲变形和补偿齿轮的误差,从 而降低齿轮噪声；修缘量取决于法向齿距误差和承载后齿轮的弯曲变形量,以及弯曲方向 等；齿形修缘时,可依据这几对齿轮的具体情形只修齿顶,或只修齿根,只有在修齿顶或 齿根达不到良好成效时,才将齿顶和齿根一块修； 2）掌握齿轮误差；齿形误差是由于多种因素造成的,观看该机床主传动系统中齿轮的 齿形误差主要是加工过程中显现的,以及长期运行条件不好所致；因齿轮误差而在齿轮啮 合时产生的噪声在该机床中是比较明显的；一般情形下,齿形误差越大,产生的噪声也就 越大； 3 掌握啮合齿轮的中心距；啮合齿轮的实际中心距的变化将引起压力角的转变,如果啮合齿轮的中心距显现周期性变化,那么也将使压力角发生周期性变化,噪声也会周期 性增大；对啮合中心距的分析说明,当中心距偏大时,将齿轮的外径,传动轴的弯曲变形 及传动轴齿轮、轴承的协作都掌握在抱负状态,这样可尽量排除由于啮合中心距的转变而 产生的噪声； 4）润滑油对掌握噪声的作用；润滑油在润滑和冷却的同时,仍起肯定的阻尼作用,噪 声随油的数量和粘度的增加而变小；如能在齿面上爱护肯定的油膜厚度,就能防止啮合齿 面直接接触,就能衰减振动能量,从而降低噪声；实际上,齿轮润滑需油量很少,而大量 给油是为了冷却作用；试验证明,齿轮润滑以啮出侧给油正确,这样既起到了冷却作用,又在进入啮合区前,在齿面上形成了油膜；假如能掌握油少量进入啮合区,降噪成效更 佳；据此,将各个油管重新布置,使润滑油按抱负状态溅入每对齿轮,以掌握由于润滑不 利而产生的噪声；（2）轴承的噪声掌握 1）掌握内外环质量；在XK7160数控铣床的主传动系统中,全部轴承都是内环转动、外环固定；这是内环如显现径向偏摆就会引起旋转时的不平稳,从而产生振动噪声；假如 轴承的外环与协作孔外形公差和位置都不好,就外环就会显现径向摇摆,这样就破坏了轴 承部件的同心度；内环与外环端面的侧向显现较大跳动,仍会导致轴承内环相对于外环发 生歪斜；轴承的精度越高,上述的偏摆量就越小,产生的噪声也就越小；除掌握轴承内外 环几何外形偏差外,仍应掌握内外环滚道的波纹度,减小表面粗糙度,严格掌握在装配过 程中使滚道表面磕伤、划伤,否就不行能降低轴承的振动噪声；经观看和试验发觉,滚道 的波纹度为密波或疏波时滚珠在滚动时的接触点明显不同,由此引起振动频率差别很大；）掌握轴承与孔和轴的协作精度；在该机床的主传动系统中,轴承与轴和孔协作时, 2 应保证轴承有必要的径向间隙；径向工作间隙的正确数值,是由内环在轴上和外环在孔中 的协作以及在与运行状态下内环和外环所产生的温差所打算的；因此,轴承中初始间隙的 挑选对掌握轴承的噪声具有重要意义；过大的径向间隙会导致低频部分的噪声增加,而较 小的径向间隙又会引起高频部分的噪声增加；外环的孔中的协作形式会影响固体噪声的传名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 播,较紧的协作能提高传声性,会使噪声加大；协作较紧,会迫使滚道变形,从而加大轴 承滚道的外形误差,使径向间隙减小,也导致噪声的增加；但轴承外环过松的协作仍是会 引起较大的噪声；只有松紧适当的协作才有利,这样可使轴承与孔接触处的油膜对外环振 动产生阻尼,从而降低噪声；协作部位的形位公差和表面加工的粗糙度,应符合所选轴承 精度等级的要求；假如轴承很紧地安装在加工不精确的轴上,那么轴的误差就会传递给轴 承内环滚道上,并以较高的波纹度形式表现出来,噪声也就随之增大；通过上述对 XK7160 数控铣床主传动系统的噪声分析和掌握后,取得了可喜的成效；在 同样条件子啊,用声级计对修复后的机床噪声又进行了测试,主传动系统经过噪声掌握后 为 74dD,降低了 11.2dD；经过几年的使用,该机床的噪声始终稳固在这个水平上；例 357. 电主轴高速旋转发热的故障修理 故障现象： 主轴高速旋转时发热严峻 分析及处理过程：电主轴运转中的发热和温升问题始终是讨论的焦点；电主轴单元的内部 有两个主要热源：一是主轴轴承,另一个是内藏式主电动机；电主轴单元最凸出的问题是内藏式主电动机的发热；由于主电动机旁边就是主轴轴承,假如主电动机的散热问题解决不好,仍会影响机床工作的牢靠性；主要的解决方法是采纳 循环冷却结构,格外循环和内循环两种,冷却介质可以是水或油,使电动机与前后轴承都 能得到充分冷却；主轴轴承是电主轴的核心支承,也是电主轴的主要热源之一；当前高速电主轴,大多数 采纳接触陶瓷球轴承；由于陶瓷轴承具有以下特点：由于滚珠重量轻,离心力小,动摩 擦力矩小；因温升引起的热膨胀小,使轴承的预紧力稳固；弹性变形量小,刚度高,寿命长；由于电主轴的运转速度高,因此对主轴轴承的动态、热态性能能有严格的要求；合理的预紧力,良好而充分的润滑是保证主轴正常运转的必要条件；采纳油雾润滑,雾化发生器进气压为0.25 0.3Mpa,选用 20#透平油,油滴速度掌握在80 100 滴/min ；润滑油雾在充分润滑轴承的同时,仍带走了大量的热量；前后轴承的润滑油安排是特别重要的 问题,必需加以严格掌握；进气口截面大于前后喷油口截面的总和,排气应顺畅,各喷油 小孔的喷射角与轴线呈 15° 夹角,使油雾直接喷入轴承工作区；8.2 进给系统的结构原理和修理8.2.1 伺服进给系统的组成及特点 数控机床的进给系统一般由驱动掌握单元、驱动单元、机械传动部件、执行元件和检测 反馈环节等组成；驱动掌握单元与反馈电路组成检测装置,亦称检测系统；数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和 低摩擦阻力等特点；目前,数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置有以下几种：滚珠丝杠副、静压蜗 杆蜗母条、预加载荷双齿轮齿条及直线电动机；8.2.2 滚珠丝杠副 滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件；滚珠丝杠副有多种结构 型式；按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类；外循环回珠器用插管式的较多,内循 环回珠器用腰形槽嵌块式的较多；按螺纹轨道的截面外形分为单圆弧和双圆弧两种截形；由于双圆弧截形轴向刚度大于单 圆弧截形,因此目前普遍采纳双圆弧截形的丝杠；按预加负载形式分,可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向 预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧；数控机床上常用双螺母垫片名师归纳总结 式预紧,其预紧力一般为轴向载荷的1/3 ；第 8 页,共 43 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 滚珠丝杠副与滑动与丝杠螺母比较有很多优点: 传动效率高、灵敏度高、传动平稳；磨损小、寿命长；可排除轴向间隙,提高轴向刚度等；滚珠丝杠螺母传动广泛应用于中小型数控机床的进给传动系统；在重型数控机床的短行 程（ 6cm以下）进给系统中也常被采纳； 1. 滚珠丝杠副的安装 数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度,除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外,滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不行忽视的因素；螺母座及支承座都应具有 足够的刚度和精度；通常都适当加大和机床结合部件的接触面积,以提高螺母座的局部刚 度和接触强度,新设计的机床在工艺条件答应经常常把螺母座或支承与机床本体做成整体 来增大刚度；为了提高支承的轴向刚度,挑选适当的滚动轴承也是特别重要的；国内目前主要采纳两 种组合方式；一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用,其结构简洁,但轴向刚度不足；另 一种是推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用,其轴向刚度有了提高,但增大了轴 承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸；近年来国内外的轴承生产厂家已生 产出一种滚珠丝杠专用轴承,这是一种能够承担很大轴向力的特殊向心推力球轴承,与一般的向心推力球轴承相比,接触角增大到60° ,增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径；这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高了两倍以上,而且使用极为便利,产品 成对出售,而且在出厂时已经选配好内外环的厚度,装配时只要用螺母和端盖将内环和外 环压紧,就能获得出厂时已经调整好的预紧力；滚珠丝杠副安装方式通常有以下几种：1 双推自由方式如图 8-8a所示,丝杠一段固定,另一端自由；固定端轴承同时承担轴向力和径向力；这种支承方式用于行程小的短丝杠；（2）双推支承方式如图 8-8b所示,丝杠一端固定,另一端支承；固定端轴承同时承担轴向力和径向力；支承端轴承只承担径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以防止或 削减丝杠因自重而显现的弯曲；同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长；（3）双推双推方式如图 8-8c所示,丝杠两端均固定；固定端轴承都可以透光石承受轴向力和径向力,这种支承方式,可以对丝杠施加适当的预拉力,提高丝杠支承刚度,可以部分补偿丝杠的热变形；（4）采纳丝杠固定、螺母旋转的传动方式如图8-8d所示,此时,螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动；由于丝杠不动,可防止受临界转速的限制,防止了瘦长滚珠 丝杠高速运转时显现的种种问题；螺母惯性小、运动敏捷,可实现的转速高；此种方式可 以对丝杠施加较大的预拉力,提高丝杠支承刚度,补偿丝杠的热变形； 2. 滚珠丝杠副的防护和润滑（1）滚珠丝杠副的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样,应防止硬质灰尘或切屑污物进入,因此必需装有防护装置；假如滚珠丝杠副在机床上外露,就应采纳封闭 的防护罩,如采纳螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠套管等；安装时将防护罩的一端 连接在滚珠螺母的侧面,另一端固定在滚珠丝杠的支承座上；假如滚珠丝杠副处于隐藏的 位置,就可采纳密封圈防护,密封圈装在螺母的两端；接触式的弹性密封圈采纳耐油橡胶 或尼龙制成,其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的外形；接触式密封圈的防尘成效好,但由 于存在接触压力,使摩擦力矩略有增加；非接触式密封圈又称迷宫式密封圈,它采纳硬质 塑料制成,其内孔与丝杠螺纹滚道的外形相反,并稍有间隙,这样可防止摩擦力矩,但防 尘成效差；工作中应防止碰击防护装置,防护装置一有损坏应准时更换；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - （2）滚珠丝杠副的润滑 润滑剂可提高耐磨性及传动效率；润滑剂可分为润滑油和润滑脂 两大类；润滑油一般为全损耗系统用油；润滑脂可采纳锂基润滑脂；润滑脂一般加在螺纹 滚道和安装螺母的壳体空间内,而润滑油就经过壳体上的油孔注入螺母的空间内；每半年 对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次,清洗丝杠上的旧润滑脂,涂上新的润滑油润滑的滚珠丝 杠副,可在每次机床工作前加油一次；3. 滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用 21 世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特点,高速加工是面对 在航天航空、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器外表等行业中获得了越来越广泛的应 用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分；为了实现高 速加工,第一要有高速数控机床；高速数控机床必需同时具有高速主轴系统和高速进给系 统,才能实现材料切削的高速化；为了实现高速进给,国内外有关制造厂商不断实行措 施,提高滚珠丝杠的高速性能；主要措施：1）适当加大丝杠的转速、导程和螺纹头数；目前常用大导程滚珠丝杠名义直径与导程的匹 60m/min 以上；为 配为： 40mm× 20mm,50mm× 25mm,50mm× 30mm等,其进给速度均可达到 了提高滚珠丝杠的刚度和承载才能,大导程滚珠丝杠一般采纳双头螺纹,以提高滚珠的有 效承载圈数； 2 ）改进结构,提高滚珠运动的流畅性；改进滚珠循环反向装置,优化回珠槽的曲线参 数,采纳三维造型的导珠管和回珠器,真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母 体中,使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交；这样可把冲击损耗和噪声减至最小； 3 ）采纳“ 空心强冷” 技术；高速滚珠丝杆在运行时由于摩擦产生高温,造成丝杠的热变 形,直接影响高速机床的加工精度；采纳“ 空心强冷” 技术,就是将恒温切削通入空心的 孔中,对滚珠丝杠进行强制冷却,保持滚珠副温度的恒定；这个措施是提高中、大型滚珠 丝杠高速性能和工作精度的有效途径； 4 对于大行程的高速进给系统,可采纳丝杠固定、螺母旋转的传动方式；此时,螺母一 边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动,由于丝杠不动,可防止受临界转速的限制,防止 了瘦长滚珠丝杠高速运转时显现的种种问题；螺母惯性小、运动敏捷,可实现的转速高； 5 ）进一步提高滚珠丝杠的制造质量；通过采纳上述种种措施后,可在肯定程度上克服传 统滚珠丝杠存在的一些问题；日本和瑞士在滚珠丝杠高速化方面始终处于国际领先位置,其最大快速移动速度可达60m/min,个别情形下甚至可达90m/min,加速可达15m/s2；由于滚珠丝杠历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低,因此在中等载荷、进给速度要求并不特别高、行程范畴不太大（小于 床上任仍旧常常被采纳；45m）的一般高速加工中心和其他经济型高速数控机8.2.3 静压蜗杆蜗母传动液体静压蜗杆蜗母条机构是在蜗杆蜗母的啮合齿面注入压力油,以形成肯定厚度的油膜,使两啮合齿面间成为液体摩擦,其工作原理如图 8-9 所示；静压蜗杆蜗母条传动由于既有传液体摩擦的特点,又有蜗杆蜗母条机械结构上的特名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 点,因此特殊适合于重型机床进给驱动系统；其主要特点有： 1 ）摩擦阻力小；起动摩擦因数可小至0.0005 ,功率消耗少,传动效率高,可达9498,在低速下也很平稳； 2）寿命长,精度保持好； 3）抗振性能好； 4）轴向刚度大； 5）蜗母条可无限接长,适合长行程运动部件；8.2.4 预加载荷双齿轮齿条传动工作行程很大的大型数控机床通常采纳齿轮条来实现进给运动；进给力不大时,可以采纳类似于圆柱齿轮传动中的双薄片齿轮结构,通过错齿的方法来排除间隙；当进给力较大时,通常采纳双厚齿轮的传动结构；图 8-10 是双厚齿轮的传动结构图；进给运动由轴 2 输入,通过两对斜齿轮将运动传给轴 1 和轴 3,然后由两个直齿轮 4 和 5 去传动齿条,带动工作台移动,轴2 上两个斜齿轮的螺旋线的方向相反；假如通过弹簧在轴2 上作用一个轴向力 F,使斜齿轮产生微量的轴向移动,这时轴 1 和轴 3 便以相反的方向转过微小的角度,使齿轮 4 和 5 分别与齿条的两齿面贴紧,排除了间隙；8.2.5 直线电动机传动随着现代切削技术的进展,高速切削和超过速切削技术日趋成熟；高速切削时,随着主轴转速的提高,进给速度也必需大幅度地提高；传统的滚珠丝杠副传动机构最大进给速度可达 60m/min 左右,而直线电动机驱动系统进给速度可达100m/min 以上；由于直线电动机驱动有无间隙、惯性小、刚度较大而无磨损、定位精度和跟踪精度高以及行程不受限制等 优点,现已得到愈来愈广泛的应用；直线电动机的基本结构与一般旋转电动机相像,如图 8-11 所示；直线电动机的原理并不复杂；设想把一台旋转 电动机沿着半径的方向剖开,并且绽开,就成了一 台直线电动机；在直线电动机中,相当于旋转电动机 定子的,叫初级；相当于旋转电动机转子的,叫次级,初级中通以沟通电,次级就在电磁力的作用下沿着初 级做直线运动；直线电动机既可以把初级做得很长（即 初级固定,次级移动）,也可以把次级做得很长（即次 级固定,初级移动）；直线电动机有多种类型,按结构形式可分为扁平型、名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 43 页精选学习资料 - - - - - - - - - 管型、圆盘型和圆弧型；按工作原理可分为沟通直线感应电动机、沟通直线同步电动机、直线直流电动机和直线步进电动机；直