第11章 机床的结构原理及调整.docx
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第11章机床的结构原理及调整
第11章机床的结构原理及调整
目的要求:
了解机床常见结构的工作原理和调整方法
第1节主轴部件
目的要求:
了解主轴部件的前端结构、常用轴承类型、典型主轴结构工作原理,掌握有关的调整方法
一、各类主轴的前端结构(已标准化)
主轴前端:
安装夹具、刀具,要求:
1、通用机床的主轴前端结构:
图11-1
(1)圆柱面m和端面n定位,螺纹锁紧+莫氏锥孔(图a、b)
b比a定心精度高
(2)短锥m和法兰端面n定位,螺栓螺母锁紧,端面键传递转矩+莫氏锥孔(图c)
(3)7∶24锥孔定位,拉杆螺母紧固,端面键传递转矩(图d)
(4)1∶5圆锥定位,螺母紧固,半圆键传递转矩(图e)
(5)莫氏锥孔定位并传递转矩,螺纹紧固(图f)
(6)莫氏锥孔定位,扁孔传递转矩(图g)
左起第1扁孔:
传递转矩和卸刀
左起第2扁孔:
刀到受拉力时插入楔块防刀脱落
(7)圆柱孔使刀具接杆定位,圆螺母调接杆轴向位置,平键传递转矩
2、卧式车床的主轴轴端结构
车床主轴结构:
空心阶梯轴,前配莫氏锥孔
空心孔:
穿过拉杆、棒料、气动液压装置
莫氏锥孔:
装顶尖、心轴
前端:
装卡盘、拨盘、花盘、专用夹具(通过过渡盘)
前端结构形式:
图11-2
图a:
短锥法兰式
定位:
短锥+法兰端面
锁紧:
螺栓5、螺母6、锁紧盘2+螺钉7
传力矩:
端面键3
夹具与过渡盘连接:
止口+端面定位,螺钉紧固
特点:
定心精度高,连接刚度好,卡盘装卸方便
图b:
短锥法兰式
定位:
同上
锁紧:
偏心销9与螺栓8
特点:
卡盘装卸方便但结构复杂
图c:
长锥带键式
定位:
长锥
锁紧:
环形螺母10
传力矩:
键11
图d:
螺纹圆柱式
定位:
圆柱+端面
锁紧:
螺纹+放松压爪12
特点:
装卸卡盘方便,定心精度低,连接刚度低
二、主轴的支承
一般机床主轴:
滚动轴承
精度要求高的主轴:
动压或静压轴承
两类轴承性能比较:
表11-1
1、主轴常用的滚动轴承(图11-3)
(1)双列向心短圆柱滚子轴承
型号:
NN3000K(3182100)←滚道环槽开在内圈上(a)
NNU4900K(4382900)←滚道环槽开在外圈上(b)
↑__
特点:
滚子数多,交错排列→刚度较高
1∶12锥孔→易调整间隙
内外圈可分离→安装较方便,只能承受径向力
(2)双向角接触推力球轴承
型号:
234400B/P5(2268100)←接触角=60°(c)
↑__与NN3000K型配套使用
承受双向轴向载荷
磨隔套3的厚度调间隙
外径与箱体孔间隙配合
预紧后能承受部分径向载荷
外圈有油孔和油槽
特点:
接触角大,滚珠小而多,
承载能力、精度、极限转速高
(3)双列圆锥滚子轴承(d)←磨隔套3的厚度调间隙
↑_有轴肩,可用箱体孔端轴向定位
箱体可制成通孔
可承受径向力和双向轴向力
特点:
滚锥数量多,承载能力较强,精度、刚度较高
(4)加梅轴承
H系列(e)←用于前直承
↑_两列滚子数相差1个→抑制振动
P系列(f)←用于后支承,与H系列配套
↑_外圈有弹簧预紧
特点:
空心滚子+整体式保持架→散热好,可用于高速
内圈小端无档圈→保证制造精度
三、典型的主轴部件结构
1、卧式车床主轴:
图11-4
前支承:
径向—双列短圆柱滚子轴承(NN3000K系列)
间隙调整:
螺母6
轴向—双向角接触推力球轴承(234400B/P5)
间隙调整与预紧:
修磨中间隔套
中间支承:
双列短圆柱滚子轴承(NN3000K系列)
间隙调整:
螺母3
后支承:
单列角接触球轴承(外圈壳轴向移动)
特点:
1)前端定位→热变形向后伸长,不影响加工精度
→前支承结构复杂,装配不便
→前端发热较大
2)前、中轴承分别调整→可使Y前>Y中→支承刚度高
3)齿轮2、10上装有平衡块→主轴抗振性高
2、自动换刀数控铣镗床主轴
1前支承:
径向—双列短圆柱滚子轴承(NN3000K/P2系列)
轴向—双向角接触推力球轴承(234400B/P5)
间隙调整与预紧:
修磨中间隔套4、半圆环1+螺母7
②后支承:
单列角接触推力球轴承(7000AC/P5)
预紧:
修磨中间调整环12+螺母13
③主轴结构:
前端:
7∶24锥孔+端面键
中间:
自动松、紧刀夹
④夹紧:
碟形弹簧14的弹力→推接近体18→拉拉杆8左移→
拉双瓣卡爪5缩进内套筒22→夹紧刀柄尾端
⑤松开:
油缸16左腔进油→活塞右移→
换好刀后:
油缸16右腔进油→活塞左移→弹簧14起作用
⑥活塞移动限位控制:
行程开关LS1、LS2
⑦主轴定向准停:
定位滚子9(固定在主轴上)+双向端面凸轮10(空套在主轴上)
若主轴未停在固定的方位→油缸20左腔进油→拉10右移→10的端面凸轮形状拨9→带主轴转→9落入10的V形槽内→主轴准停
若9恰好落在10的死点位置时停→此时18的凸点恰好对正17→17发信号→启动主轴慢转→9离开死点
⑧主轴卸荷装置:
图11-6
目的:
使活塞对碟形弹簧的压力不要传到主轴的支承上
结构:
连接座3
活塞7左移压拉杆8→套环9压碟形弹簧→左压主轴
反作用力右推油缸盖→油缸6→连接座3→压弹簧4右移→3的内台阶→垫片10→螺母1→右推主轴
⑨刀杆尾部的拉紧结构
图11-5:
卡爪式
图11-7a:
弹簧夹头式
图11-7b:
钢球式
3、钻床主轴:
图11-8
特点:
承受的轴向力大,径向力小
主轴既旋转又轴向移动
主轴旋转精度要求不高
结构:
主轴+移动套筒
旋转:
主轴尾部花键传进
径向:
60000型深沟球轴承(前后各2个、不必预紧)
轴向:
50000型推力球轴承(两个螺母6锁紧)
装在移动套筒4内
移动:
齿轮齿条机构(齿条在移动套筒上)
套筒4的支撑:
衬套(滑动轴承)
主轴拆卸:
卸掉螺母6即可从前端拔出
四、滚动轴承间隙的调整和预紧
目的:
1)使各滚动体受力均匀→提高耐磨性
2)加大接触面积,扩大承载区→提高刚度
调整类型方法:
与轴承类型有关
NN3000K系列:
轴向移动轴承内圈(图11-11)
a:
结构简单、不易控制预紧量、松卸轴承不便
b:
用右螺母控制预紧量、调整方便、工艺性差
c:
用螺钉推环控制预紧量、工艺性好、易影响旋转精度
d:
修磨半圆环控制预紧量,调整较方便、松卸轴承不便
70000型(角接触球轴承):
内外圈产生相对轴向移动(图11-12)
a:
内圈相靠的侧面磨去厚度δ,用螺母拧紧内圈
b:
将内隔套磨去2δ,用螺母拧紧内圈重调时必须拆轴承
c:
用弹簧施加并保持基本不变的预紧力,只能承受单向力
d:
内圈不加隔套,手工控制内圈移动量2δ,对工人要求高
注意:
控制各调整件工作面⊥主轴旋转轴线,否则引起主轴径跳
预紧力不可过大,否则有损轴承寿命
防松措施:
图11-13
a:
双螺母防松
b:
紧定螺钉防松
c:
加止动垫圈
d:
在两螺母上拧入螺钉
五、应用滑动轴承的主轴部件
1、液体动压轴承
工作原理:
图11-15
轴在套中高速旋转时将油带入楔形缝隙使油膜压力升高而将轴颈抬起,从而形成纯液体摩擦
种类:
单油楔动压轴承:
轴心线与轴承孔不同轴
转速变化时轴心线漂移
多油楔动压轴承:
旋转中心较稳定,旋转精度高
刚度大
(1)短三瓦调位轴承(图11-16)
结构:
3块扇形轴瓦(包角=60°、L/D=0.75)
轴瓦背面:
球头支承钉支承(配研确保接触面≥80%)
能灵活自由摆动
可单独调节(使主轴与箱体孔同轴)
工作原理:
主轴高速转→轴瓦自动调整位置→形成适当楔形间隙→产生3个独立的油楔→主轴轴向和周向定位
间隙调整:
拧出封口螺钉0→拉紧螺钉1→紧固螺钉2→调支承螺钉3
主轴轴向定位:
向右:
主轴后端台阶与滑动止推轴承(在端盖6内)→端盖6
向左:
带轮→弹簧7→销→推力球轴承→端盖6
弹簧7的作用:
自动补偿轴承间隙
弹力调整:
螺钉8
润滑方式:
油浸式
密封:
前后轴承盖中设皮碗式密封圈
特点:
主轴只许单向旋转
轴颈线速度v>4m/s才能形成压力油膜
高速轻载时抗振性好,运转平稳
(2)整体成形面多有楔轴承(图11-17)
前轴承:
外圆内锥式
内孔1∶20锥度
内表面:
3个均布偏心圆弧槽→3个对称的楔缝
外轴承:
外锥薄壁变形式
外圆:
1∶15的3条弧面凸筋,其余处为薄壁
压入箱体后,3薄壁处变形→3个适当间隙的楔缝
轴承间隙:
0.015~0.02mm
特点:
低速时供压力油→高、低速时都能正常工作
楔缝对称→主轴可正反转
楔缝由机械加工制成→各项参数稳定,制造难维修易
2、液体静压轴承
工作原理:
靠高压油膜将轴颈抬起
特点:
可在很低的转速下工作,旋转精度高,抗振性好,制造工艺复杂,需专用供油系统
构成:
供油系统+节流器+轴承
轴承结构:
4个油腔+4个回油槽
油腔四周:
轴向封油面+周向封油面(与轴颈间隙0.02~`0.04mm)
工作过程:
油泵→压力油→节流器→油腔(抬起轴颈)→封油面→回油缸
主轴不受力→各油腔油压相等→轴在轴承正中心→各封油面间隙=h0
主轴受力→轴颈沿受力方向偏移e→油腔3间隙=h0-e→流过节流器的流量↓→ΔP↓→油腔3油压P3↑
油腔1间隙=h0+e
→流过节流器的流量↑→ΔP↑→油腔1油压P1↓
ΔP13=P3-P1→产生托起力F=A(P3-P1)
∴若各油腔共用一个油泵供油,则
液体静压轴承能承受载荷的关键=每个油腔串联一个节流器
注意:
进入轴承中的油也必须清洁,进入节流器前必须精细过滤
轴向推力静压轴承:
两个相对的环形通槽油腔开在推力面上
工作原理:
同径向
结构1:
图11-19
承载面:
主轴轴肩
向左支承:
油腔开在径向静压轴承1的右端面上
向右支承:
油腔开在轴承盖3的左端面上
间隙调整:
修磨调整环2厚度
结构2:
图11-20
向左:
承载面-轴肩左端,油腔-径向轴承左端
向右:
承载面-止推环2右端,油腔-径向轴承右端
间隙调整:
修磨调整垫圈1厚度
注意:
静压轴承也有动压现象→主轴轴心线漂移
影响:
轴承间隙↓
节流边↑
轴颈线速度↑
措施:
提高供油压力Ps(Ps>10MP)
对轴颈、轴瓦的要求:
P445~446
第2节离合器的结构与调整
一、摩擦式离合器
——利用相互压紧的两个零件接触面间产生的摩擦力传递运动和扭矩
操纵:
使摩擦片压紧与松开
1、机械式
(1)单向摩擦离合器:
图11-22
结构:
外摩擦片:
内光外齿,外齿卡空套齿轮
内摩擦片:
内齿外光,内齿卡轴的花键
摩擦片左:
与卡在轴上的垫片3接触
摩擦片右:
有螺母6(与压套7螺纹连接)→钢珠8→固定套10(用横销固定在轴上)
工作原理:
“6”左移压摩擦片→压紧力传到垫片3→内外摩擦→齿轮与轴一起转,
“6”右移→摩擦片松开→齿轮在轴上空转
操纵原理:
拨叉左移滑套9→9的内锥面将钢珠8逼入7与10之间→7左移→带6左移压摩擦片
向左压紧力:
8→7→6→外、内摩擦片→3→轴
反作用力:
8→7→10→横销→轴
自锁:
压紧摩擦片时由9的圆柱部分压住8
传递能力调整:
按下弹簧销11→转螺母6→6相对7轴向移动
(2)双向摩擦离合器
看《CA6140车床》录像
2、电磁离合器:
图11-24
结构:
磁轭1:
外包绝缘层2
内装激磁线圈5(一端接2、一端接滑环3)
衔铁:
外环8+内环12+阶梯销9→空套在绝磁铜套13上
内外摩擦片:
磁轭与衔铁之间
外齿:
与空套齿轮连接
内齿:
与轴的花键配合
最外两端:
两个卡环轴向定位
电源:
有电刷4→滑环3引入
工作过程:
通电→磁场→吸衔铁→压内外摩擦片→离合器接合
件13的作用:
防轴磁化
3、液压离合器
结构:
液压缸2的支承:
径向:
滚针轴承3→套筒8
轴向:
止推轴承→螺母→卡环→轴1
工作时不转
套筒8:
内以花键与轴连接,外以花键与内摩擦片连接
外摩擦片:
外齿与空套齿轮连接
工作过程:
油缸a口进油→活塞4右移→推力球轴承5→垫片6→压
紧内外摩擦片→离合器接合
a口回油→弹簧7作用→活塞复位→离合器脱开
摩擦离合器的特点:
P449
二、超越离合器
作用:
在两种不同速度的运动传递给同一轴时,避免运动干涉,实现快慢速自动转换
种类:
单向、双向
单向超越离合器:
结构:
套筒齿轮2:
伸出一段套筒8,空套在轴上
套8内装星形体4、滚柱3、弹簧销7
星形体4:
用平键与轴连接
齿轮5:
用平键与轴连接
工作过程:
慢速:
运动由2传入→8孔壁与3摩擦→3滚入楔缝窄端→带4转→轴转
快速:
运动由轴传入→4转→4对3的摩擦使3滚入楔缝宽端→与8脱离
第3节变速操纵机构
一、工作原理:
看《CA6140车床》录像
二、操纵机构的定位和互锁
1、操纵机构的定位
(1)钢球定位:
图11-28
(2)圆销定位:
图11-29
(3)槽口定位:
图11-30
2、操纵机构中的互锁装置
需互锁的情况:
P454~455
互锁装置种类:
机械式、电气石、液压式、组合式
机械式互锁机构:
(1)旋转运动间互锁:
图11-31
(2)直线运动间互锁:
图11-32
(3)直线与旋转运动互锁:
图11-33
第4节导轨的结构及其间隙调整
一、滑动导轨
1、导轨的截面形状
图11-34
按导轨凹凸分类:
(1)矩形导轨:
只有一个水平面M则称平导轨
特点:
制造简便,刚度、承载能力大,水平与垂直位移互不影响,安装调整方便,但磨损后间隙不能自动补偿,需调节装置
(2)三角形导轨:
凸三角形又称山形,凹三角形又称V形
特点:
水平布置时导向性好,磨损后能自动补偿,但压板面仍需间隙调整装置
三角形顶角
载荷不均匀时可不对称分布
(3)燕尾形导轨:
燕尾角=55°
特点:
磨损后不能自动补偿,需用镶条调整,一根镶条可同时调水平、垂直两向间隙,制造、检验、维修较复杂,摩擦阻力大。
受垂直力时,刚度较好,受颠覆力时刚度较差
(4)圆柱形导轨
特点:
制造简单但间隙调整困难
2、直线运动导轨的组合
(1)双三角形组合:
两导轨同时起支承导向作用,磨损后能自动补偿双向间隙,导向精度高。
工艺性差,热变形不均匀时难保4表面同时接触
(2)双矩形组合:
承载能力大但导向性差,制造调整简单
(3)三角形—平导轨组合:
导向性好,工艺性好
V+平:
工作台无抬起可能时用
(4)三角形—矩形组合(一山一矩):
导向性、工艺性好,不可调
(5)平—三角形—平组合:
导向性好,承载力大,不需调整间隙
导轨选择要点:
P459
3、圆周运动导轨
(1)平面圆环导轨:
制造容易,只能承受轴向力,径向力由主轴滚动轴承承受。
摩擦损失小,精度高,热变形后仍能接触
(2)锥形圆环导轨:
可承受轴向力和径向力,导向性好,热变形不影响接触,难保锥面与主轴同轴
(3)V形圆环导轨:
能承受较大的径向力、轴向力、颠覆力矩,易藏油,制造安装难,热变形影响接触精度
二、导轨间隙的调整装置
调整装置:
压板、镶条
1、间隙调整方法
(1)压板:
用螺钉固定在运动部件上,调整间隙:
(2)镶条
(3)压板镶条:
用压板来推斜镶条
T形压板固定在运动部件上,压板与运动部件之间放斜镶条
斜镶条在高度方向斜
2、镶条的安放位置和导轨面的选择
安放原则:
精密机床—放在受力一侧或两侧都放
普通机床—放在不受力一侧
取窄导向:
使镶条与导向面距离较小
三、其他导轨
1、滚动导轨:
导轨之间加滚动体,变滑动摩擦为滚动摩擦
特点:
运动灵敏度高,低速平稳性好,定位精度高,精度保持性好。
刚度较低,对杂质敏感,不自锁
结构实例:
图11-43
a:
V-矩组合+滚柱:
结构简单,制造方便
b:
滚珠导轨:
结构简单,易制造,成本较低,刚度较低
间隙调整与预紧:
松螺母2→拧螺钉1→紧螺母2
c:
十字交叉滚珠导轨:
精度高,动作灵敏,刚度高,结构紧凑制造困难
间隙调整与预紧:
松螺母2→拧螺钉1→紧螺母2
2、液体静压导轨:
导轨面上设油腔油槽,变半干摩擦为液体摩擦
特点:
摩擦系数小,功率损耗小,磨损小,精度保持性好;承载能力大,刚度高;低速平稳性和抗振性好。
结构复杂,需复杂的供油系统,调整维护较麻烦。
结构实例:
图11-44
a:
开式:
结构简单,加工调整方便,不能承受侧向力及颠覆力矩
b:
闭式:
可承受水平、垂直方向的载荷和颠覆力矩
第5节丝杠螺母机构
功能:
将旋转运动变成直线运动,传递运动和动力
一、滑动丝杠螺母机构
1、特点:
P464
2、丝杠的支承:
图11-45、11-46
径向支承:
一般用滑动轴承,青铜或耐磨铸铁材料
中等精度、高速重载时用滚动轴承
轴向支承:
一般用推力球轴承
精度要求高时用滑动轴承
数控机床:
接触角=60°的角接触球轴承
支承精度:
∵影响丝杠工作精度
∴要控制径向跳动和轴向串动(特别是轴向串动)
ΔP=Δrtan(α/2)
支承布置:
一般两端支承
要求不高的短丝杠:
一端支承(另一端用螺母)
两止推支承:
布置在同一端,使另一端能自由伸长
使丝杠大部分时间受拉力
3、螺母的结构
(1)单螺母:
图11-47
a:
螺母用圆柱头插入移动部件:
在垂直方向可自动对准丝杠中心。
但刚度低
b:
螺母固定在移动部件上:
用垫片调整螺母与丝杠同轴,刚度高。
但调整麻烦
单螺母结构简单,但不能调整螺母与丝杠的间隙
(2)双螺母:
可调整螺母与丝杠的间隙
(3)半螺母:
图11-48,只有半边螺母
结构简单,装配方便,用垫片调整螺母与丝杠的间隙,单丝杠单边受径向力,易弯曲,接触刚度较低。
(4)开合螺母:
用时合上,不用时打开
4、螺母与丝杠的间隙调整机构
(1)定期消除间隙机构:
图11-49:
上拉中间斜铁,推左侧螺母
结构简单,调整方便,但易使螺母偏斜
图11-50:
拧螺母1使副螺母4产生轴向移动
(2)自动消除间隙机构:
图11-51
a:
弹簧法:
固定螺母与活动螺母之间加弹簧
b:
液压法:
固定螺母与活动螺母之间设油腔,通压力油
c:
重锤法:
用重锤拉单螺母
二、滚珠丝杠螺母机构
1、工作原理和特点
工作原理:
丝杠、螺母的牙形做成半圆形,中间放滚珠,螺旋槽两端设回珠装置,滑动摩擦→滚动摩擦
特点:
P467
2、丝杠螺母的结构
(1)内循环:
滚珠在循环回路中始终与丝杠接触
图11-52:
螺母中设反向器
(2)外循环:
滚珠在循环回路中与丝杠脱离接触
分类:
盖板式、插管式、螺旋槽式
螺旋槽式:
图11-53
3、滚珠丝杠螺母间隙的消除:
用双螺母,使之产生相对轴向位移
图11-54:
a:
加垫片
b:
调整螺母4
c:
齿差式
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- 第11章 机床的结构原理及调整 11 机床 结构 原理 调整
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