关于数控机床主轴三支承结构的探讨

第一篇：关于数控机床主轴三支承结构的探讨

关于数控机床主轴支承结构的探讨

2006-07-27

在数控机床中，不论是数控车床、钻床还是铣床，其主轴是最关键的部件，对机床精度起着至关重要的作用。

主轴的结构与其需实现的功能关，加工及装配的工艺性也是影响其形状的因素。主轴端部的结构已标准化，主轴头部的形状手册中已有规定。

机床主轴的定位形式一般有两支承或三支承。以两支承的数控铣床主轴为例进行介绍。

大部分机床主轴前端结构如图1所示，重点讨论主轴前支承部分。主轴前端支承是由3182100系列轴承和一个能承受双向力的角接触轴承构成。国外有很多数控机床主轴也采用这种结构。

图1 机床主轴前端结构

该结构对技术力量较强的厂家来说，凭经验进行合理的选配和调整，不会对精度产生太大的影响。但这种结构在设计上存在不妥之处，当前面的3182100系列轴承2需要预紧时，要靠拧紧螺母6来实现。在装配前选配调整垫1时，因为主轴本身的加工等原因，很难使调整垫1正好符合3182100系列轴承的预紧力要求，因为当各件都装上后，拧紧螺母6使3182100系列轴承开始预紧，但当轴承2的外端与调整垫1端面接触时，因轴承位置已经靠死，螺母拧不动。若轴承2未达到应有的预紧力时，将会影响主轴的刚性和回转精度。

在轴承精度已选好，且工件加工情况也良好时，从理论上分析前后轴承的调整对主轴精度的影响，如果2所示。前后轴承最大径向跳动位于同一平面，并在主轴轴线的同侧。δ表示主轴前端检验处的径向跳动，δ1表示前轴承的最大径向跳动，δ2表示后轴承的最大径向跳动，且δ＜δ1＜δ2，a为主轴前支承到检验处的距离，L为主轴前后支承之间的距离。

另一种情况，如图3所示，前后支承的最大跳动位于同一平面，但在主轴轴线的两侧。主轴前端检验处的最大径向跳动为δ′，且δ′＞δ1。

比较两种情况可以得出以下结论：δ＜δ′，表明若使主轴前端检验处径向跳动最小，应使其满足图1的条件，而应避免图3所示的情况。对图1所示的前支承调整环节来说，要达到图2所示的情况是比较困难的。

轴承的间隙是影响主轴回转精度及刚度的重要因素。然而轴承在预紧过程中，若间隙过小，容易引起主轴轴承过热；若间隙过大，又会影响回转精度，所以用图1所示的结构对轴承进行预紧时，很难将间隙一次性调好。如调不好，还要重新拆下轴承等相关的一些零件，再拿出调整垫1进行配磨。磨去多少合理，理论上无法算出，只能凭经验。这样既烦琐，又难以保证效果。

如果将主轴前支承的定位方式改为图4所示。以螺母1进行轴向定位，垫片2起防松作用。在加工中若稍有位置偏差，也可通过垫片1使之与轴承3的端面均匀接触。由此可见，螺母1既是轴向定位基准，又可控制轴向移动量，因此调整控制比较方便。

图4

在过去，这种定位方式较难推广，其主要原因在于主轴上切削螺纹时，螺纹孔和螺母端面的垂直度要求很高，因此难以加工。但在目前数控机床普及的情况下，切削螺纹的工序已经比较容易。这种结构在理论上是正确的，在实践上是可行的。

[ 修改于 2006-07-28 00:25]手机逛论坛

第二篇：数控机床主轴轴承相关技术调研（范文）

数控机床主轴轴承相关技术调研数控机床主轴轴承及轴承知识相关技术研究背景及意义

大量的研究表明，热误差是影响数控机床加工精度的主要因素之一，约占机床总误差的 40%~70%，作为精密机床和仪器的重要组成部分，主轴是提供精确回转基准的核心部件。由于轴承和主轴电机在运转过程中会发热，因此主轴在径向和轴向都会产生一定的热应变，且转速越高，发热越严重，热变形也越大。高速高精度数控车床，由于转速高、精度高、切削速度快等特点。一般都要求其主轴头部的径跳和端跳均不超过 2μm。当发热量过大或温升超过一定值时，主轴将无法正常工作，由主轴热变形引起的误差严重影响机床的加工精度或仪器的测量精度，造价员考试。因此，对主轴轴承的热特性分析展开研究，降低由此造成的热误差，具有重要的轴承知识及相关性理论及实践意义的。2 数控机床主轴轴承建模方法国内外研究现状

对主轴系统热特性的研究，近年来主要集中在主轴轴承的热特性研究上，如日本的 Ohishi 等人用试验方法研究空气静压轴承主轴单元的温度分布，测量出主轴和轴承座孔的变形量，韩国的 Kim 等人分析了轴承发热对主轴系统刚度的影响，对主轴系统的冷却区和控制方法进行优化设计，国内广东工业大学的张伯霖等人也对高速电主轴的热特性进行试验与分析，并对影响高速主轴单元热态特性的主要因素及其变化规律进行了有益的探索，清华大学的高赛、曾理江等人分析总结了前人几种测量主轴热误差方法的优缺点，提出了使用单光束干涉仪对立式加工中心主轴热误差进行非接触式的实时测量，测得延 Z 轴最大热误差达到 50μm；浙江大学的曹永杰和傅建中通过采用高精度 CCD 激光位移位移传感器和涡电流位移传感器对主轴热误差实时测量，测得立式铣床主轴延 Y 轴的轴向热变形为 41μm，东北大学的张耀满对沈阳机床厂生产的 CHH6125 高速数控车削中心主轴轴承附近的热变形区进行了有限元分析，并分析得到第一主轴最大热变形达到 33μ m，第二主轴最大热变形为 21μm。清华大学相伟宏、郑力、刘大成等人通过实验的方法测得 TH6350 卧式镗铣加工中心主轴系统前轴承附近主轴温度最高，东南大学的郭策，孙庆鸿等人建立了高速高精度数控车床主轴部件温度场的有限元模型，通过模型模拟及实际测量试验，发现主轴系统最高温度出现在前支撑轴承处，合肥工业大学的朱珍等人建立了主轴工作状态下的稳态温度场和热变形的三维热分析有限元模型，通过模拟分析可知前轴承支撑处的热应力最大，以上研究结果表明，数控机床中，影响主轴系统的主要热源为主轴轴承摩擦产生的热量。

第三篇：数控机床主轴故障诊断信息化教学设计

数控机床主轴故障诊断信息化教学设计

摘 要：本文就数控机床主轴故障诊断的教学难题，以“教师引导，学生主导”为指导思想，作出信息化教学设计，旨在探索数控机床故障诊断与维修更好的教学方法与模式。

关键词：主轴系统；故障诊断；信息化教学

数控机床主轴是数控机床的主传动系统，包括机、电、气联动，结构复杂，故障率较高，但其复杂的结构使得教好该部分内容较为困难。本文针对该部分内容教学中出现的问题，结合现今全国推广的高校信息化教学模式及我校现有设备，进行信息化教学设计。

1教学分析

1.1课程内容分析

《数控机床故障诊断与维修》是高职机电及数控类专业的一门专业必修课，课程内容涉及面广而复杂。课程在介绍数控机床的结构及工作原理的基础上，讲解数控机床主轴系统的故障诊断及维修。本文选自十二五规划教材《数控机床故障诊断与维修》中项目七任务四，通过解决主轴故障实际任务，使学生将理论与实际结合，达到理实一体化的目的。

1.2学情分析

本课程开设在大二下学期，学生完成相关前置课程和本课程的前部分内容的学习，让学生对数控机床的工作原理有了简单了解。学生会利用多媒体网络平台学习，但获取资源不够完整和系统；思维较活跃，但不擅长抽象思考；厌倦了纯理论学习，更爱动手操作，但又缺乏安全规范的操作能力。

1.3重难点分析

主轴系统故障诊断和维修的教学重难点在于：学生对主轴系统的结构和工作原理一知半解，对故障诊断的思路和方法不够清晰。

1.4目标分析

通过项目式教学和任务实施，使学生掌握故障诊断的基本步骤，学会故障检测的方法；能够分析、解决问题，培养动手、团队协作的能力；形成务实创新、精益求精的工匠精神，增强奉献意识。

2教学设计

2.1教学策略

本课题以教师引导、逐渐淡出、学生主导为指导思想，通过“引-探-升”的教学模式，将任务过程融合进教学过程中，将任务的信息、策略、计划、实施、总结、拓展及评价环节融入到教学过程的课前、中、后。

2.2教学载体

课前利用学习的平台发布预习任?占跋喙匮?习近平台、资源库网址链接，课中通过软件仿真，数控实训平台操作演练，课后通过APP平台发布课后拓展任务，学生在线作答提交，教师在线批阅生成成绩分析。在整个教学过程中充分利用以上信息化手段解决课前资料难找，课中任务难实现，课后评价难准确的问题。

3教学过程

3.1课前自学

课前，教师将学习资源上传到学习的平台，通过该平台发布预习任务书，任务书里罗列主轴故障诊断与维修PPT、教学视频、学习网站链接和《数控机床维修工工作手册》。要求学生对照任务书开展预习，完成相关故障的诊断任务（仿真软件文件），并提交预习作业。

3.2课中互动学

（1）任务引导（引）。教师根据学生预习提交的作业情况，找出学生知识掌握的薄弱点，将任务的重难点以引导性问题提出，通过仿真软件展示主轴系统的组成，让学生动手操作软件组装主轴结构，共同探讨攻克任务难点。

（2）任务实施（探）。在学生掌握了主轴系统的结构和工作原理后，引导其理清故障诊断思路，探索出主轴故障诊流程，流程图如图1所示。教师演示任务――主轴不转，学生分组，要求明确任务要求。各组内完成工作分配，进行仿真软件排故，编写规范排故过程，包括工具的规范使用。完成仿真排故后，在数控实训平台上进行实物排故，完成所有排故后，通电测试。整个环节中，教师要保持与各小组的互动沟通及安全监督。

（3）任务创新（升）。教师在课堂任务完成的基础上发布创新任务，提出主轴其他类型故障：主轴定位抖动、主轴不能变速、主轴转速偏差过大等，学生现场讨论创新任务的解决思路，提高学生创新思维和素养。最后，教师针对主轴不转故障诊断情况给出评价标准，引导各小组进行组内自评和组间互评，让学生在自评和互评中总结任务，从而提升学习效果。教师点评并记录各小组最后得分。

3.3课后交流学

课后，教师通过平台发布作业，学生在线答题提交，教师改题，公布正确答案，并完成成绩汇总分析。与学生在线交流学习心得，了解学生对知识的把握，同时也听取学生对教学效果的反馈。

3.4综合评价

多元化的考核方式进行教学评价，课前以任务完成度为评价标准；课中以各小组任务完成情况为评分标准；课后以创新任务完成情况为评分标准。综合课前、课中、课后三重标准，对学生作出正确评价。

4教学反思

4.1教学特色

本教学设计根据大二年级学生的认知规律，采用多种信息化手段，实现复杂问题简单化，抽象问题形象化，帮助学生理解任务原理。利用多种网络平台，拓展学生学习的时间和空间，实现个性化、差异化学习，提高了学生学习的主动性和积极性。运用仿真软件、数控实训平台，实现理实一体化，在做中学，学中做。多元化评价标准，完善课程评价体系。

4.2教学效果

将本次教学设计实施后，与传统课堂对比，学生对主轴系统的工作原理理解更为深刻，学习兴趣大幅提高，任务完成率呈上升趋势，同时学生对教师的教学满意度也有所提高，达到了预期的教学效果。

5总结

通过在主轴故障诊断的教学过程中引入信息化模式教学取得较好效果，可知，信息化教学在数控机床故障诊断与维修具有一定的可行性，将在该课程的教学改革中，逐步向信息化教学转变，从而达到良好的教学目的。

参考文献

[1]周琦.《数控机床故障诊断与维修》课程信息化教学设计探讨.电大理工，2017（1）：36-37.[2]蒋培军，雷楠南.数控机床主轴系统故障诊断与维修.三门峡职业技术学院学报，2016，15（3）：144-148.[3]杨中力，温丹丽.数控机床故障诊断与维修.大连： 大连理工出版社，2015.[4]刘树青，吴金娇，王坤，贾茜.数控机床故障诊断与维修课程现场教学设计.实验室研究与探索，2016，35（7）：194-197，220.

第四篇：机床的两种主轴结构及其优缺点

机床的两种主轴结构及其优缺点

点击次数：198 发布时间：2012-5-17

一、轴承径向游隙不可调的主轴结构

主轴前轴承采用1个双列圆柱滚子轴承和两个推力球轴承组合，该主轴使用双列圆柱滚子轴承承受径向切削力，使用两个推力球轴承承受轴向切削力。主轴后轴承一般采用1个双列圆柱滚子轴承或采用1个向心球轴承。

1、优点：主轴的加工和装配简单，造价较低。

2、缺点：①由于主轴轴承的径向游隙不可调整，所以主轴精度较差。虽然可以利用轴承的内径和轴径的过盈配合来消除轴承的径向游隙，但每个轴承的内径和径向游隙不是一个固定值，因此设计和加工时很难给准轴径与轴承内径的配合公差。

②在市场上很难买到国产或进口的C、D级或P4、P5级的推力球轴承，机床生产厂常用普通级轴承替代使用，此举也影响了主轴精度的提高。轴承径向游隙不可调的主轴结构适用于一般精度的普通机床，不适用于对主轴精度要求较高的机床。

二、轴承径向游隙可调的主轴结构

主轴前轴承采用一个P4级圆锥孔的双列圆柱滚子轴承和1个P4级的双列向心推力球轴承组合。该主轴使用圆锥孔的双列圆柱滚子轴承承受径向切削力，使用双列向心推力球轴承承受轴向切削力和部分径向切削力。

主轴后轴承一般采用1个P5级圆锥孔的双列圆柱滚子轴承。圆锥孔双列圆柱滚子轴承的内圈和配合轴径均为1：12圆锥，用圆螺母锁紧轴承则使轴承在轴向产生一个位移并使轴承的内圈膨胀，从而达到减少或消除轴承径向游隙的目的。

1、优点：主轴精度较高。在主轴前端面φ230mm直径上测量主轴的端面跳动值为0.010mm。在主轴前端φ230mm外圆上测量主轴的径向跳动值为0.005mm。第二种结构的主轴精度比第一种主轴精度提高50%左右。

2、缺点：主轴的加工工艺较复杂，主轴的装配也需要有经验的工人操作才能使主轴精度达到理想数值。

第五篇：主轴伺服驱动维修——数控机床主轴伺服系统故障检查及维修实例[推荐]

主轴伺服驱动维修——数控机床主轴伺服系统故障检查及维修实例

作者： 发布时间：2009-10-28 17:45:46 阅读次数：

电子工业的飞速发展，使各种集成度高、性能先进的调速驱动层出不穷，给数控机床的更新换代提供了有利条件，但对于目前大中型企业还无法将旧数控机床全部改造的现实，修理旧的驱动系统，仍是维修战线上的一项艰巨任务。以下是工程师在实践经验中，所遇到的部分故障现象以及处理方法，仅供客户参考。

故障一

故障现象：1.8m数控卧车在停车时发出巨大响声，同时车间总电源跳闸。

检查：(1)车间电工对供电系统进行检查，跳闸的自动空气断路器所在处，因环境潮湿开关盒内自动跳闸的连杆机构已腐蚀，另外三相触点中有一相触点只有一小部分能接触。(2)车间供电变压器容量小，超负荷运行。其正常的相电压只有340V。(3)一只晶闸管已被烧坏，查看驱动电路，B相触发脉冲短小，只有正常触发脉冲幅值的四分之一，进一步查实为B相触发电路中的放大管T3性能不好所致。

分析：晶闸管在整流状态下缺相和在逆变状态下缺相结果是不同的。在整流状态下总是触发电位较高的晶闸管如SCR1，同时使前一相晶闸管SCR3承受反相电压而关断。在SCR3的关断期间以反相阻断状态为主。即使后一个晶闸管不触发，而SCR3到一定时刻也会因过零而自动关断。但如果是在停车降速时，即在逆变的情况下(同样也是触发电位较高的晶闸管导通，并使前一个晶闸管承受反压而关断)，这时的晶闸管在关断时有很长一段时间处于正向阻断状态。这样，若后一个晶闸管不导通，由于电感L的放电作用，使该晶闸管再延续导通一个周期而进入正半周，晶闸管将继续导通下去，同时阻碍后面的晶闸管导通。于是，晶闸管输出的正向电压与电动机电势迭加产生很大的电流，这时即产生逆变颠覆，轻则烧坏保险丝，重则烧坏晶闸管。如果车间的电压供电系统正常，没有大的波动，也许不会烧坏晶闸管。交流电网电压波动大，车间变压器容量小，超负荷运行，再加之B相正组触发脉冲幅值小，及车间供电系统的总开关盒的损坏等综合原因造成了这次故障的发生。

处理：(1)更换自动空气断路器。(2)更换新的晶闸管。

故障二

故障现象：1.8m卧车在点动时，花盘来回摆动。检查：测量驱动控制系统中的±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值，大大超过了规定的范围。

分析：在控制系统的放大电路中，高、低通滤波器可以滤掉，如：测速机反馈，电流反馈，电压反馈中的各次谐波干扰信号，但无法滤除系统本身直流电源电路中的谐波分量，因它存在于整个系统中，这些谐波进入放大器就会使放大器阻塞，使系统产生各种不正常的现象。在点动状态下，因电机的转速较低，这些谐波已超过了点动时的电压值，造成了系统的振荡，使主轴花盘来回摆动，而且一旦去除谐波信号，故障马上消失。

处理：将电压板中的100MF和1000MF滤波电容换下焊上新电容，并测量纹波只有几个毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。

故障三

故障现象：5m立车在运行加工中发出哐哐声后，烧保险。

检查：发现5FC5FG、5RG5RQ正反组全无脉冲输出(线路见图2)，测量结果，IC7反相器损坏，又发现1FG1FC输出波形较其他波形幅值低得多。

分析：5m立车主驱动直流电机的驱动电压由晶闸管全控桥反并联整流电路提供。12路触发脉冲中，有两路消失，另一路触发脉冲的幅值较其它正常触发脉冲要短三分之一，当出现哐哐的齿轮撞击声时，误以为液压马达联轴节处出现了问题，但过了一会儿两路保险丝烧坏，实际上，在这次故障的前一段时间里已烧过两次保险，当时只认为是偶然的电网不稳造成，因换上保险丝后，故障就消除了。（以上内容仅供参考）