数控车床主传动系统维护技术基础

数控车床的主传动系统即主轴驱动产生主切削运动的传动，包括主轴电动机、传动系统和主轴部件等。为适应不同加工需求，数控车床的主传动系统应满足以下几方面的要求：宽的调速范围及尽可能实现无级变速、功率大、动态响应性好、精度高、恒线速度切削，并尽可能降低噪声与热变形，从而获得最佳生产率、加工精度和表面质量。

在实际生产中，一般要求数控车床在中高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。为确保主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控车床在交流或直流电动机无级变速的基础上还配以齿轮变速，使之实现分段无级变速。主轴变速方式主要有4种，如图3-3所示。

图3-3　主轴变速方式

（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

一、主轴部件的结构

主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，它包括主轴、主轴的支承和安装在主轴上的传动零件等，其结构如图3-4所示。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加工中心，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。

图3-4　数控车床主轴的结构

1，2—带轮；3，7，11—螺母；4—脉冲发生器；5—螺钉；6—支架；8，10—锁紧螺母；9—主轴。

1.主轴端部的结构形式

机床主轴的端部一般用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、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。目前数控机床主轴端部的结构形式已标准化，图3-5所示为通用的几种结构形式。

图3-5　主轴端部的结构形式

（a）车床主轴端部；（b）铣、镗类机床主轴端部　（c）外圆车床主轴端部；
（d）内圆磨床主轴端部；（e）钻、镗杆端部

2.主轴的支承

机床主轴带着刀具或夹具在支承中进行回转运动，应能传递切削转矩、承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。不同的主轴轴承配置构成了不同的支承形式。根据主轴部件的转速、承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同类型的轴承，一般中小型数控机床（如车床、铣床、加工中心、磨床）的主轴部件多采用滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床（如坐标磨床）采用气体静压轴承；超高转速（20 000～100 000 r/min）的主轴可采用磁悬浮轴承或陶瓷滚珠轴承。常见的主轴轴承如图3-6所示。

图3-6　常见的主轴轴承(www.xing528.com)

（a）双列圆柱滚子轴承；（b）推力角接触球轴承；（c）滚子轴承

主轴轴承的支承形式主要取决于主轴转速特性的速度因素和对主轴刚度的要求。目前数控机床主轴轴承的配置形式主要有3种，如图3-7所示。

图3-7　主轴轴承的配置形式

（1）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组合，后支承采用成对向心推力球轴承，如图3-7（a）所示。该配置形式能使主轴获得较大的径向和轴向刚度，可满足机床强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床的主轴，如数控车床、数控铣床、加工中心等。

（2）前支承采用多个高精度向心推力球轴承，如图3-7（b）所示。这种配置提高了主轴的转速，适合要求主轴在较高转速下工作的数控机床，如卧式加工中心机床。

（3）前后支承采用单列和双列圆锥滚子轴承，如图3-7（c）所示。该配置形式能使主轴承受较重载荷（尤其是承受较强的动载荷），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的最高转速和精度，适用于中等精度、低速重载的数控机床主轴。

二、主轴部件的维护

1.主轴润滑

主轴轴承的润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。通常利用润滑油循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件与箱体保持恒定的温度。有些主轴轴承采用高级油脂润滑，每加一次可以使用7～10年。对于某些要保证在高速时正常冷却与润滑效果的主轴，则要采用油雾润滑、油气润滑和喷注润滑等措施。

（1）油雾润滑方式。利用经过净化处理的高压气体将润滑油雾化后，经管道喷送到需润滑的部位；常用于高速主轴的润滑；缺点是油雾容易被吹出，污染环境。

（2）油气润滑方式。这种润滑方式近似于油雾润滑，所不同的是，油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既能实现润滑，又不会因油雾太多而污染周围空气。

（3）喷注润滑方式。将较大流量的恒温油（每个轴承3～4 L/min）喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。这里要特别指出的是，较大流量喷注的油，不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时采用专用高精度大容量恒温油箱，把油温变动控制在±0.5℃。

2.主轴密封

主轴部件的密封不仅要防止灰尘、切屑和切削液进入，还要防止润滑油泄漏。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另一侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是密封部件内、外两侧介质的压力差或浓度差使得流体向压力或浓度低的一侧流动。

主轴的密封分非接触式密封和接触式密封。

非接触式密封如图3-8所示。利用轴承盖与轴的间隙密封[图3-8（a）]；也可通过在螺母的外圆上开锯齿形环槽[图3-8（b）]，当油向外流时，利用主轴转动离心力把油沿斜面甩回端盖空腔，流回油箱，这种密封用在工作环境比较清洁的油脂润滑处。

接触式密封主要由油毡圈和耐油橡胶密封圈密封，如图3-9所示。