主轴准停装置

一、填空题1、数控机床伺服系统是以机床运动部件的 速度 和 位置 为控制量的系统。

2、数控机床伺服系统按反馈比较控制方式的不同可分为 开环、 闭环、和半闭环 。

3、步进式伺服系统是 开环 伺服系统，其采用 步进电动机 作为执行元件。

4、步进电动机是一种将 电脉冲信号 转换成 机械角位移 的特殊电动机。

5、在相位比较伺服系统中，指令信号与反馈信号都变为某个载波的相位，然后通过相位比较，获得实际位置与指令位置的偏差。

6.考虑到电缆线的固定，为保证传感器的稳定工作，一般将直线光栅的__头____安装在机床或设备的动板(工作台)上。

7.步进电动机的相数和齿数越多，在一定的脉冲频率下，转速_越慢_。

9.当直线感应同步器只有正弦绕阻励磁，在正弦绕组和定尺上的绕组位置重合时开始移动，滑尺移动2个节距时，感应电动势的值变为零有__4_处。

10.第一象限的圆弧AB ︵的起点坐标为A(x a ,y a )，终点坐标为B(x b ,y b )，用逐点比较法插补完这段圆弧所需的插补循环数为|Xa-Xb|+|Ya-Yb|_。

11. 数控机床开环控制系统的伺服电动机多采用步进电动机_。

12、数控机床的主轴准停装置有 机械式 和 电气式 两种。

12、数控机床自动换刀装置的形式有回转刀架换刀、更换主轴头换刀和带刀库的换刀系统。

14、数控机床上常用的刀库形式有：圆盘形刀库 和 链式刀库。

15. 带有自动换刀系统，并能一次装夹工作后，自动连续完成铣、钻、镗、攻螺纹等加工的数控机床称为加工中心。

16.数控技术的核心是插补和驱动。

17、数控机床常采用_滑动_导轨和_滚动__导轨，以降低导轨磨损。

18、数控机床的自动换刀装置中，实现 刀具和机床 主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。

19、刀具的常用交换方式由机械手换刀 和 刀库与机床主轴相对运动 （无机械手换刀） 两类。

20、数控机床导轨按摩擦性质的不同可分为 滑动、 滚动 、和静压 。

要使润滑油突破这层旋转气流很不容易，采用突入滚 道式润滑方式则可以可靠地将油送人轴承滚道处。
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。

1.主轴准停装置在数控钻床、数控铣床以及镗铣为主的加工中心上，由于特殊加工或自动换刀，要求主轴每次停在一个固定的准确的位置上。

所以在主轴上必须没有准停装置。

准停装置分机械式和电气式两种。

图5-8所示机械准停装置的工作原理如下：准停前主轴必须是处于停止状态，当接收到主轴准停指令后．主轴电动机以低速转动，主轴箱内齿轮换挡使主轴以低速旋转，时间继电器开始动作，并延时4--6s，保证主轴转稳后接通无触点开关1的电源，当主轴转到图示位置即凸轮定位盘3上的感应块2与无触点开关1相接触后发出信号，使主轴电动机停转。

另一延时继电器延时0.2--0.4s后，压力油进入定位液压缸下腔，使定向活塞向左移动，当定向活塞上的定向滚轮5顶入凸轮定位盘的凹槽内时，行程开关LS2发出信号，主轴准停完成。

若延时继电器延时1S后行程开关IS2仍不发信号，说明准停没完成，需使定向活塞6后退，重新准停。

当活塞杆向右移到位时，行程开关lSl发出滚轮5退出凸轮定位盘凹槽的信号，此时主轴可启动工作。

机械准停装置比较准确可靠，但结构较复杂。

现代的数控铣床一般都采用电气式主轴准停装置，只要数控系统发出指令信号主轴就可以准确地定向。

如常用磁力传感器检测定向的工作原理如图5-9所示是在主轴上安装有一个永久磁铁4与主轴一起旋转，在距离永久磁铁4旋转轨迹外1—2mm处固定有一个磁传感器5，当铣床主轴需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机3立即降速，使主轴以很低的转速回转，当永久磁铁4对准磁传感器5时，磁传感器发出准停信号，此信号经放大后，由定向电路使电动机准确地停止在规定的周向位置上。

这种准停装置机械结构简单，发磁体与磁感传感器间没有接触摩擦，准停的定位精度可达±1。

,能满足一般换刀要求。

而且定向时间短，可靠性较高。

简述数控主轴准停装置的工作过程嘿，咱今儿就来说说这数控主轴准停装置的工作过程哈。

你想想看，这数控主轴就像是一个厉害的舞者，而准停装置呢，那就是指挥它准确落脚的节拍器。

当机器启动后呀，数控系统就会发出指令，就好像是给这个舞者喊了个开始的口号。

然后呢，准停装置就开始行动啦！它会通过各种传感器和控制系统，来精确地监测主轴的位置和状态。

这就好比是有一双敏锐的眼睛，时刻盯着舞者的每一个动作。

接着呀，当主轴旋转到需要准停的位置时，准停装置会迅速做出反应，就像是舞者在关键时刻准确地踩下舞步一样。

它会通过一些巧妙的机制，比如电磁的或者机械的方式，来让主轴稳稳地停在那个预定的位置上。

这可不容易啊，得非常精准才行，不然整个加工过程不就乱套啦！这时候你可能会问啦，为啥要让主轴准停呢？这用处可大啦！就好比你画画，得先找准落笔的位置才能画出漂亮的线条吧。

在数控加工中，准停能让刀具准确地找到加工的起始点或者换刀点，这样加工出来的东西才会更精确、更完美呀。

而且哦，这个准停装置工作起来那是一丝不苟的，它不会有丝毫的马虎和偏差。

就好像是一个非常专业的裁判，绝不会放过任何一个小错误。

它确保了主轴每次都能在正确的位置停下来，为高质量的加工提供了保障。

你说这数控主轴准停装置是不是很神奇？它就像是隐藏在机器背后的小魔法师，默默地工作着，让一切都变得那么有序、那么精确。

咱不得不佩服人类的智慧呀，能发明出这么厉害的东西来！没有它，那些复杂的数控加工可怎么进行呀？所以说呀，它可真是数控加工中不可或缺的一部分呢！咱得好好珍惜和利用它，让它为我们创造出更多更棒的产品！你说是不是这个理儿呢？。

主题：主轴定向准停功能及其意义一、主轴定向准停功能的定义及作用主轴定向准停功能是指机械设备中用于精确控制主轴位置及停止转动的一种技术。

在现代制造业中，各种机械设备都离不开主轴的运动控制，而主轴定向准停功能则可以使主轴在需要时停止转动，并且能够精确控制主轴的位置。

这项功能不仅可以提高设备的精度和稳定性，同时也可以保证生产过程的安全性。

二、主轴定向准停功能的意义1. 提高生产效率主轴定向准停功能可以在加工过程中快速停止主轴的转动，从而节约时间和能源，提高生产效率。

特别是在批量生产过程中，准确控制主轴的工作状态可以大大缩短加工周期，提升生产效率和产量。

2. 确保产品质量在加工过程中，主轴的转速和位置对产品的加工精度与质量有着关键的影响。

通过主轴定向准停功能，可以及时调整主轴的位置和停止转动，保证产品加工精度和质量稳定性，提高产品的合格率。

3. 提升设备的可靠性主轴定向准停功能在设备操作中能够有效减小主轴的磨损和故障率，延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性和稳定性。

这对于降低设备的维修成本和生产线的停机时间有着重要意义。

4. 提高安全性主轴定向准停功能可以在设备操作中随时停止主轴的转动，对于意外情况的处理能够更加迅速，保证了生产过程的安全性。

特别是在手动操作或者需要频繁变换工件的工作环境中，主轴定向准停功能能够有效地保护操作人员的安全。

5. 符合智能制造发展趋势随着工业4.0时代的到来，智能制造技术已经成为制造业发展的主要趋势之一。

而主轴定向准停功能作为智能制造技术的重要组成部分，能够实现设备的智能化运行和自动化控制，提高生产线的智能化水平。

三、结语主轴定向准停功能在现代制造业中具有非常重要的意义，不仅可以提高生产效率和产品质量，还能够保障设备的可靠性、安全性以及实现智能化制造。

随着技术的不断进步和应用范围的扩大，主轴定向准停功能将会在更多领域得到应用，为制造业的发展贡献更多的力量。

四、主轴定向准停功能的技术实现1. 传感器技术主轴定向准停功能的实现离不开先进的传感器技术。

电磁离合器—— 应用电磁效应接通或切断运动的元件，便于实现 自动操作，已成为自动装置中常用的执行元件。
电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变 速机构，通过若干安装在各传动轴上的离合器的吸合 和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴 的变速。
例子： 1、数控镗床主轴箱中使用的无滑片式电磁离合器。 2、啮合式电磁离合器（亦称为牙嵌入电磁离合器）。
第二节 数控机床主传动系统
一、数控机床的主传动变速 二、数控机床的主轴部件 三、数控机床的主轴材料和热处理 四、主轴内刀具自动夹紧、切屑清除装置 五、主轴准停装置
一、数控机床的主传动变速
一）数控机床变速方式 二） 数控机床主传动系统的三种配置方式
1、带变速齿轮的主传动 液压拨叉变速 电磁离合器
2、通过皮带传动的主传动 3、由调速电机直接驱动的主传动 三）数控机床主传动装置的特点 四）主传动变速设计
结构特点：是在摩擦面上做成一 定的齿形，以提高所能传递的力 矩。当线圈1通电后，带有端面齿 的衔铁2被引吸和磁轭8的端面齿 互相啮合。衔铁2又通过渐开线齿 形花键与定位环5联接，再通过螺 钉7传递给齿轮（图中未示出）。 其中，隔离环6是为了防止磁力线 从传动轴通过构成回路，而削弱 电磁吸力。衔铁2和定位环5采用 渐开线花键联结，保证了衔铁与 传动轴的同轴度，使端面齿能更 可靠地啮合。采用螺钉3和压力弹 簧4的结构能使离合器的安装方式 不受限制，不管衔铁使水平还是 垂直、向上还是向下，安装都能 保证合理的齿面间隙。
无滑片式电磁离合器：
优点：省去了电刷，避免了磨损和接触不良所带来的故障， 因比较适用于高速运转的主运动系统。由于采用摩 擦片来传递扭矩，所以允许不停车变速。
缺点： 变速时产生大量的摩擦热；且由于线圈和铁芯是静止 不动的，因此必须在旋转的套筒上安装滚动轴承7， 这样加大了离合器的的径向尺寸。此外，这种摩擦离 合器的磁力线（图中的虚拟）通过钢质的摩擦片，在 线圈断电之后会有剩磁，增加了离合器的分离时间。

任务二 数控铣床典型机械结构
422 主轴准停装置典型结构
在数控镗铣床上进行反镗孔〔通过上端小孔镗削内壁同轴大孔〕加工和精镗孔加工时，为了防止 刀具与上端小孔碰撞或拉毛已精加工的孔外表，保证加工孔的外表质量，进刀或退刀前必须先沿镗刀 刀尖相反方向偏移一定尺寸〔让刀〕，这就要求数控镗铣床能够控制主轴在其回转圆周方向上停于某 一特定角度位置〔如下图〕，这种功能称之为主轴准停功能，又称主轴定位功能。主轴准停功能同时 应用于加工中心自动换刀控制场合。主轴准停装置可分为机械准停装置和电气准停装置。
无触点开关
感应块 定位滚轮
定位活塞
V形槽 定位盘
定位液压缸 压力油
任务二 数控铣床典型机械结构
422 主轴准停装置典型结构
2、电气准停装置 电气准停装置的优点
02 准停时间短
即使主轴高速转动时也 能快速定位于准停位置， ຫໍສະໝຸດ 大节省了准停时间。03可靠性高
由于无需复杂的机械、 开关和液压系统等装置， 也没有机械准停控制所 形成的冲击，因而准停 控制的寿命与可靠性大 大增加。
镗孔示意图
反镗孔
主轴定向停止
任务二 数控铣床典型机械结构
422 主轴准停装置典型结构
1、机械准停装置 右图所示为V形槽轮定位盘准停结构。定位盘与主轴端面 保持一定的位置关系，以确定定位位置。当接收到主轴准停 控制指令时，主轴减速至某一可以设定的低速转动，当无触 点开关正对感应块时，有效信号被检测到，立即使主轴电动 机停转并断开主传动链，主轴电机和主传动件依靠惯性继续 空转，同时压力油进入定位液压缸右腔，定位活塞向左移， 使定位滚轮压向定位盘，当定位盘的V形槽与定位滚轮正对时 ，由于液压缸的压力，定位滚轮插进V形槽中，LS2准停到位 信号有效，说明准停动作完成。当压力油进入定位液压缸左 腔，定位活塞向右移到位时，行程开关LS1发出定位滚轮退出 定位盘V行槽的信号，此时主轴可启开工作。采用这种准停控 制方式，必须要有一定的逻辑互锁，即当LS2有效时，才能进 行让刀〔换刀〕动作，而只有当LS1有效时，才能启动主轴电 动机正常运转。

形成的一类更复杂但用途更广、效率更高 的数控机床。B）特点：由于具有刀库和自 动换刀装置，就可以在一台机床上完成车、 铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多 个工序的加工。C）应用：加工中心机床具 有工序集中、可以有效缩短调整时间和搬 运时间、减少在制品库存、加工质量高等 优点。7）柔性制造单元：A）定义：柔性 制造单元是一种由 1～3 台 数控机床或加 工中心所组成。B）特点：单元中配备有某 种形式的托盘交换装置或工业机器人，由 单元计算机进行程序编制及分配、负荷平 衡和作业计划控制的小型化柔性制造系 统。C）优点：占地面积较小，系统结构不 很复杂，成本较低，投资较小，可靠性较 高，使用及维护均较简单。D）应用： 常 用于品种变化不是很大、生产批量中等的 生产规模中。8）柔性制造系统：A）优点： 1、可以减少机床操作人员。2、由于配有 质量检测和反馈控制装置，零件的加工质 量很高。3、工序集中，可以有效减少生产 面积。4、与立体仓库相配合，可以实现 24h 连续工作。5、由于集中作业，可以减少加 工时间。6、易于和管理信息系统（MIS）、 工艺信息系统及质量信息系统结合形成更 高级的制造自动化系统。B）缺点：1、系 统投资大，投资回收期长。2、系统结构复 杂，对操作人员的要求很高。3、结构复杂 使得系统的可靠性较差。C）应用：多品种、 中小批量生产。 自动控制系统包括实现自动控制功能的装 置及其被控制对象，组成：指令存储装置； 指令控制装置；执行机构；传递及转换装 置等部分构成。 机械制造设备中常用的控制方式：（1）开 环控制方式；（2）闭环控制方式；（3）分 散控制方式；（4）集中控制方式；（5）程 序控制方式；（6）数字控制方式；（7）计 算机控制方式。 机械传动控制方式一般传递的动力和信号 都是机械连接的，特点：（1）程序指令的 存储和控制都是利用机械式元件来完成 （例如凸轮、档块、连杆、拨叉等）；（2） 控制元件同时又是驱动元件；（3）几乎所 有的运动部件及机构都是由凸轮分配轴进 行驱动和控制；（4）专用性较强，仅适用 于加工品种基本不变的大批量生产。 分散控制的主要优点：（1）实现自动循环 的方法简单，电气元件的通用性强，成本 低。（2）在自动循环过程中，当前一动作 没有完成时，后一个动作便得不到起动信 号，因而，分散控制系统本身具有一定的 互锁性。主要缺点：（1） 当顺序动作较多 时，自动循环时间会增加，这对提高生产 效率不利。（2）当下一动作执行机构较多 时，就有若干多条平行控制线路、会使电 气控制线路变得复杂，电气元件增多。这 对控制系统的调整和维修不利，特别是在 使用有触点式电器时，由于大量触点频繁 换接，容易引起故障。 集中控制系统的优点：所有指令存储和控 制装置都集中在一起，控制链又短又简单， 这样，控制系统就比较简单，调整比较方 便。缺点：（1）各执行部件动作之间无联 系，当某一部件发生故障时，其它部件依 然运动，这就有可能发生碰撞或干涉等事 故。（2）由于执行部件的运动速度不能控 制，当速度不稳定时，系统实际的控制精 度就较低。 液压控制：原理：利用液体工作介质的压 力势能实现能量的传递及控制。优点：定 位精度高、负荷较大、速度可以调节。缺 点：漏油（污染）、油温变化→粘度变化→ 流量变化→控制不稳定。两种方式：机械 —液压控制；电气—液压控制系统。 电气控制系统设计的主要依据：生产设备 的工作循环。工作循环的表示方法：（1） 工作循环图：单机的工作循环；（2）工作 循环周期：自动线的工作循环；（3）功能 流程图：表示控制系统的信息传递过程和 输入、输出信号的逻辑关系。 加工设备自动化：定义：指在加工过程中 所用的加工设备能够高效、精密、可靠地 自动进行加工，此外还应能进一步集中工 序和具有一定的柔性。 实现加工设备自动化的主要途径：对于现 有设备（通用）进行自动化改装，以实现 单机自动化；设计、制造、采用专用或专 门的自动化加工设备；采用数控加工设备 实现单机自动化的方法：1）采用通用自动 化或半自动化机床实现单机自动化；2）采 用组合机床实现单机自动化；3）采用专用 机床实现单机自动化；4）采用通用机床进

加工中心结构及附件2.1.1 主传动系统1.对加工中心主轴系统的要求加工中心主轴系统主要由主轴动力、主轴传动、主轴组件等部分组成。

由于加工中心相对一般的数控铣床来说必须具有更高的加工效率，更宽的使用范围，更高的加工精度，因此，它的主轴系统必须满足如下要求：(1)具有更大的调速范围并实现无级变速(2)具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低(3)良好的抗振性和热稳定性(4)具有刀具的自动夹紧功能2.主轴电动机与传动1）主轴电动机加工中心常用的主轴电动机有交流调速和交流伺服电动机两种。

交流调速电动机通过改变电动机的供电频率可以调整电动机的转速，这种电动机成本较低，但不能实现电动机轴的径向准确定位。

交流伺服主轴电动机是一种高效能的主轴驱动电动机，这种电动机轴不但能实现任意径向的定位，还能以大转矩实现微小角度的转动。

2）主轴传动系统低速主轴常采用齿轮变速机构或同步带构成主轴的传动系统，从而可增强主轴的驱动力矩，适应主轴传动系统性能与结构。

图2-1为VPl050加工中心的主轴传动结构。

主轴转速范围为10 r/min～4000r/min。

当滑移齿轮3处于下位时，主轴在10～1200r/min间可实现无级变速。

当数控加工程序要求较高的主轴转速时，PLC根据数控系统的指令，主轴电动机自动实现快速降速，在主轴转速低于10r/min时，滑移齿轮3向上滑移，当达到上位时，主轴电动机开始升速，使主轴转速达到程序要求的转速。

高速主轴要求在极短时间内实现升降速，在指定位置快速准停，这就要求主轴具有很高的角加速度。

通过齿轮或传动带这些中间环节，常常会引起较大振动和较大噪声，而且增加了转动惯量。

为此将主轴电动机与主轴合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，是主轴高速单元的理想结构。

目前电主轴的转速可达到120000r/min～80000r/min；有的电主轴的最高主轴转速甚至能达到120000r/min。

图2-1 VP1050加工中心的主轴传动机构1-主轴驱动电动机 2、5-主轴齿轮 3-滑移齿轮 4、6-从动齿轮3.加工中心主轴组件加工中心主轴组件包括主轴、主轴轴承、传动件、密封件、自动夹紧装置、主轴定向装置和主轴锥孔清理装置等结构。

立车主轴准停装置详解
主轴准停装置又称为主轴定位装置，是具有自动换
刀功能的数控机床的重要结构。

它的作用是使主轴每次
都准确停在固定的圆周位置上，这样不仅保证了每次换
刀时主轴上的端面键都能准确对准刀夹上的键槽，还保
证了每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不变，提高了刀
具的重复安装精度和零件的加工精度。

主轴准停装置有两种方式，一种是机械式，一种是
电气式。

机械式定位采用机械凸轮机构或光电盘方式进
行粗定位，由一个液动或气动的定位销实现精确定位。

完成换刀后，定位销从主轴上的销孑L或销槽退出，主轴
开始旋转。

这种定位方法结构复杂，在早期数控机床上
使用较多。

现代数控机床多采用电气方式定位，只要数
控机床发出指令信号即可实现主轴准确定位。

此种方式
定位一般有两种方法：一种是用磁性传感器检测定位；一种是用位置编码器检测定位。

所示为主轴部件采用的就是利用磁性传感器检测定位的电气控制的准停装置。

在带动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上又装有一个体积很小的永久磁铁3。

在永久磁铁旋转轨迹外1～2mm处装有磁传感器2，它安装在主轴箱箱体内对应于主轴准停的位置上。

当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转指令，主轴电动机立即降速，使主轴5以很低的速度回转。

在主轴以最低转速慢转几转后，永久磁铁3对准磁传感器2时，传感器发出准停信号。

此信号经放大器后，由定向电路控制主轴电动机准确地停止在规定的周向位置上。

这种装置机械结构简单，定位时间短，永久磁铁与传感器间没有摩擦，定位精度可达土1。

，可靠性高。

第5章加工中心加工中心（Machining Center，简称MC）是数控机床中功能较全、加工精度较高的工艺装备。

它把铣削、镗削、钻削、螺纹加工等功能集中在一台设备上，通常一次装夹可以完成多个加工要素的加工。

加工中心配置有容量几十甚至上百把刀具的刀库，刀库中放置有加工过程中使用的刀具和测量工具，通过PLC程序控制，在加工中实现刀具的自动更换和加工要素的自动测量。

加工中心的控制器具有控制二轴、三轴或多轴联动的能力，可以完成复杂型面的三维加工，其辅助机能可以保证加工中心在加工过程中实现刀具长度补偿、半径自动补偿，螺距误差补偿、丝杠间隙自动补偿，并具有过载保护、故障检测等功能。

加工中心是一种高性能加工设备，其生产效率比普通机床高5～10倍，特别适宜加工形状复杂、精度要求高的单件或中小批量多品种生产。

5.1 加工中心的结构与特点5.1.1 加工中心的结构加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体来看大体上由以下几部分组成。

1．基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。

这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须具备更高的静动刚度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。

2．主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。

主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具进行切削。

主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。

3．数控系统由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置等组成，是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。

4．伺服系统伺服系统的作用是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动，其性能是决定机床的加工精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。

加工中心普遍采用半闭环、闭环和混合环三种控制方式。

5．自动换刀装置（ATC）加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力，有一套自动换刀装置。

数控机床的主传动系统一、主传动装置1．数控机床主传动系统的特点（1）转速高、功率大(2）调速范围宽（3）主轴能自动实现无级变速，转速变换迅速可靠（4）数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度和高的耐磨性能（5）在加工中心上，还具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。

（6)为了扩大机床功能，一些数控机床的主轴能实现C轴功能（主轴回转角度的控制）2．数控机床主传动装置（1）带有二级齿轮的变速装置确保低速时输出大扭矩，扩大恒功率调速范围，以满足机床重切削时对输出扭矩特性的要求。

（2)采用定比传动装置定比传动装置常用同步齿形带或三角带连接电机与主轴，避免了齿轮传动引起的振动与噪声。

（3）采用电主轴电主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,主轴部件的刚性更好。

但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大,需对主轴进行强制冷却.二、主轴结构1．数控车床主轴部件结构1、5—螺钉；2—带轮连接盘；3、15、16—螺钉；4—端盖；6—圆柱滚珠轴承；7、9、11、12—挡圈；8—热调整套；10、13、17—角接触球轴承；14—卡盘过渡盘；18—主轴；19—主轴箱箱体数控车床主轴部件结构示意图1—驱动爪；2—卡爪；3—卡盘；4—活塞杆；5—液压缸；6、7—行程开关液压驱动动力的自定心夹盘2．数控加工中心（镗、铣床）主轴部件结构（1）刀具夹紧装置和切屑清除装置1－刀架；2－拉钉；3－主轴；4-拉杆；5－碟形弹簧；6－活塞；7－液压缸（或气缸）；8、10－行程开关；9－压缩空气管接头；11－弹簧；12－钢球；13－端面键数控立式加工中心主轴部件（2)主轴准停装置1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴主轴准停装置的工作原理3．内装电主轴的主轴部件结构1－刀具系统；2、9－捕捉轴承；3、8－传感器；4、7－径向轴承；5－轴向推力轴承；6－高频电动机；10－冷却水管路；11－气－液压力放大器用磁悬浮轴承的高速加工中心电主轴部件1—转子；2—定子；3—箱体；4—主轴数控车床电主轴部件电主轴主要融合了以下技术：（1）高速电机技术其关键技术是高速度下的动平衡。

1、数控机床一般由_ __ 、_ __和_ _ _、PLC、电气控制装置、辅助装置、机床本体等组成。

2、数控机床故障按照发生的状态分类，可分为_ __ 和_ _ _ 。

3、低压电器按照操作方式不同，可分为_ _和_ 。

4、引起进给轴定位误差过大的机械故障基本有两种，一为_ _二为_ _。

5、数控机床故障诊断的原则为_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、先检查后通电。

6、滚珠丝杠螺母副内循环均采用反向器实现滚珠循环的，反向器采用（）（）两种形式。

7、数控机床用滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除常采用双螺母调隙，双螺母调隙分为（）（）（）三种。

1、磁栅由（磁性标尺）、（）和（）组成。

2、在闭环系统中，定位精度主要取决于检测反馈系统）。

3、刀具半径补偿的步骤（）、（）、（）。

4、定位误差可分为（）误差和（）误差两大类，其中（）误差可以采用误差补偿的方法来减小和消除。

5、影响机床刚度的主要因素是（）和（）。

6、常用（）作为衡量机床抗振性的指标。

7、数控机床根据伺服系统来分可分为（）、和（）。

8、步进电机总角位移与（）成正比，转速正比于输入脉冲的（）。

9、失动量产生的原理主要有（）和（）。

1、磁性标尺、拾磁磁头、检测电路。

2、检测反馈系统。

3、刀补建立、刀补进行、刀补撤销。

4、随机误差、系统误差、系统误差。

5、机床各构件、部件本身的刚度、它们之间的接触刚度。

6、一般以产生颤振的极限切削宽度。

7、开环、半闭环、全闭环。

8、输入脉冲的频率、数量。

9、传动系统中机械元件间的间隙、机械元件的变形1、数控机床的点检，是开展状态监测和故障诊断工作的基础，点检管理一般包括_ __ 、_ __和_ _ _。

2、伺服系统的结构通常由_ __ 和_ __ 组成。

3、进给伺服系统按照驱动电动机可分为_ __、_ __和_ _ _。

4、数控机床回参考点的方法有两种，即_ __和_ __。

5、如果数控车床四工位刀架转位异常，可能的机械故障为_ __和_ __。

导致刀具不能顺利交换 ， 影响了机床的正常使用 。
一
统Ｎ Ｃ处理后 ， 发出定 向指令信号 ， 主轴 电机 收到 Ｎ Ｃ发来 的定 向控制信号后 ， 立 即加速或减速运行到设定的转速 ， 在接近设定
的定 向 位 置 时 ， 电机 减 速 至低 速 运 转 ， 编 码 器 监 测
Ｎ ｃ 加工程 序 ＭＩ ９ 主轴准 停功 能启 动
设 定 的准停 位置 与 基 准 参 考位置 的偏移量 ， 主轴 转动 相应 的偏移 量 并抱 死停 下 。至此 ， 主轴定 向
指令 Ｍ１ ９执行 结 束 。 从 主 轴 定 向 的逻 辑 过 程 可 知 ， 依据 参数 设定进 行 准挺操 作 主轴 定 向位 置 可通 过 参
向命 令 Ｏ Ｒ Ｃ ＭＡ 。一方 面 ， 经顺 序控制 电路启动定向时间检测 电
加工 中心主轴定 向故障分析与排除
张
摘要
宁 雍文章
数控 加工 中心主轴定 向的＿ Ｔ － 作 原理和 Ｋ Ｖ Ｃ １ ０ ５ ０立 式加 工 中心主轴 准停 结构 ， 分析主轴 定向控 制逻辑 流程 图， 查清主 主轴定 向 调整 加工 中心
Ｂ
轴定 向故障原 因， 通过调 整主轴定 向参数 ， 使 机床主轴 定向功能 满足使 用要求 。 关键词
关键词主轴定向调整加工中心中图分类号tg502文献标识码b图1主轴电机内置编码器的结构图图2主轴准停装置原理图图3主轴定向控制流程图賯跉设备管理与维修201310m19指令使百分表测头接触主轴上的刀座定位键记下此时机床的xyz坐标值和百分表的读数然后多次执行m19指令在同一位置观察百分表的读数结果发现百分表的读数误差002mm
的 传 动 比 为 １ ： １ ， 属 于 数 控 系 统 控 制 的 主 轴 准 停 结 构 。图 １ 为数

目录绪论 (02)1、引言 (03)2、主轴准停种类 (04)机械式准停装置 (04)电气准停机构 (05)3、数控系统准停的操纵 (08)数控系统准停的操纵原理 (08)数控系统准停的PMC操纵 (08)4、加工中心刀库结构和动作原理 (10)数据表和计数器的设置及选刀操纵 (10)换刀与数据更新 (12)PMC程序设计与实现 (14)5、加工中心换刀动作操纵 (16)自动刀具互换动作步骤 (16)PMC程序设计与实现 (19)6、主轴准停常见故障分析 (23)主轴不能准停 (23)主轴准停位置不准 (23)主轴慢转准停不能完成 (24)主轴准停时显现振荡 (24)主轴准停时转速突然升高 (25)7、总结 (27)8、参考文献 (28)9、感激 (29)10、附录 (30)绪论主轴停转时要求停在一个固定位置的功能称为准停功能。

自动换刀的数控镗床或铣床，切削转矩一般是通过主轴上的端面键和到柄上的键槽来传递的，因此每一次自动换刀时，都必需使刀柄上的键槽对准主轴的端面键，因此要求有准停功能。

在加工周密孔系时，假设每次都能在主轴固定的圆周位置上换刀，就能够保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而减少被加工孔的尺寸的分散度。

本文结合加工中心明白换刀系统，详细的讲述主轴准停的分类，原理和故障分析。

关键字：主轴准停，加工中心，数控机床，自动换刀1、引言加工中心数控机床的重要功能之一确实是主轴的定向准停,以实现自动换刀或周密加工的对刀、让刀。

据统计,有关主轴自动换刀装置(ATC)这一部份的故障,在加工中心的实际应用中显现最为频繁。

而且很多加工中心保护者对加工中心主轴准停的结构、原理及其维修不清楚,为此,本文对目前几种常见的加工中心主轴准停装置进行总结分类,别离介绍其结构、工作原理, 并给出几种常见的故障实例和维修方式。

二、主轴准停装置的种类通常主轴准停机构有两种,即机械式与电气式。

机械式准停装置图2-1为典型的机械式准停装置,要紧由带有V形槽的粗、精定位盘、定位油缸、定向活塞、无触点接近开关等组成,装在主轴的尾部。

一、单选题1.冷却系统通常用于：机床冷却、（）。

主轴冷却B刀具冷却零件冷却正确答案B2.数控机床的急停按钮按下，则表示（）。

整台机床全部断电数控装置断电C伺服系统断电反馈系统断电正确答案C3.通常，交流伺服电动机（AC servo motor）在额定转速以上工作时，随着转速的升高，电动机输出的转矩将( )上升B不变下降正确答案B4.数控机床如长期不用时最重要的维护工作是（）。

清洁通风通电封存正确答案C5.开环伺服系统主要特征是系统内没有反馈装置，通常使用（）为伺服执行机构。

交流伺服系统直流伺服系统C步进电机伺服系统正确答案C6.数控加工中心通常使用的刀库有：( ) 和链式刀库。

回轮式刀库盘式刀库正确答案B7.（2分）ABC D正确答案D8.冷却系统通常用于：机床冷却、（）。

A主轴冷却B刀具冷却C零件冷却正确答案B9.某机床不能进行螺纹切削，应检查（）。

A主轴位置编码器B接近开关C进给倍率开关D主轴倍率开关正确答案A10.采用开环进给伺服系统的机床上，通常不安装（）A伺服系统B制动器C数控系统D位置检测器件正确答案D11.通常数控机床的故障可分为:数控系统故障、（）、液压系统故障、机械系统故障、其它辅助装置故障等。

A电源故障B伺服系统故障C熔断丝故障D电线断线故障正确答案B数控装置的构成通常由电源、CPU、存储器和（）部分组成。

A编程器B I/O接口C译码器D扩展口13.定期清理数控装置的散热通风系统和检查各冷却风扇工作的情况，是防止数控装置过热的有效维护措施，一般视环境状况，应（）检查清扫一次。

每月或每周B每半年或一个季度二年或一年半年以上正确答案B14.（2分）AB C D正确答案C15.通常数控机床的故障可分为:数控系统故障、（）、液压系统故障、机械系统故障、其它辅助装置故障等。

A电源故障B伺服系统故障C熔断丝故障D电线断线故障正确答案B16.数控机床如长期不用时最重要的维护工作是（）。

A清洁B通风C通电D封存正确答案C17.数控加工中心通常使用的刀库有：( ) 和链式刀库。

五.主轴的典型控制功能NC机床主轴除转速控制外，还要一些特殊的控制要求，比如主轴定向控制、同步控制和C轴控制、恒线速控制等。

1.主轴定向控制主轴定向控制（或主轴准停）是指实现主轴准确定位于周向特定位置的功能。

NC机床在加工中，为了实现自动换刀，使机械手准确地将刀具装入主轴孔中。

刀具的键槽必须与主轴的键位在周向对准；在镗削加工中，退刀时，要求刀具向刀尖反方向径向移动一段距离后才能退出，以免划伤工件，所有这些均需主轴具有周向准确定位功能。

传统的主轴定向是靠机械结构来实现。

如图5-11所示，在主轴上固定有一个定位滚子8，主轴上空套有一个双向端面凸轮9，该凸轮和油缸19中的活塞杆18相连接，当活塞带动凸轮9向下移动时（不转动），通过拨动定位滚子8并带动主轴转动，当定位销落入端面凸轮的V形槽内，便完成了主轴准停。

因为是双向端面凸轮，所以能从两个方向拨动主轴转动以实现准停。

如果主轴停转后，定位滚子8恰好落在双向端面凸轮的顶点或称死点上，则不可能拨动主轴转动，这时主轴上的接近体17也恰好落在无触点行程开关16的工作位置，因此，无触点开关发出信号，启动主轴旋转，实现准停。

这种双向端面凸轮准停机构，动作迅速可靠，但是凸轮制造较困难。

而现代NC机床上，一般都采用电气方式定向，即在NC系统发出主轴定向指令(一般为M19) 后，主轴原来的速度指令取消，同时主轴降速，当转速接近零时，驱动单元利用装在主轴上的位置编码器或磁性传感器作为位置反馈部件，由它们输出信号，并经电路处理，产生一序列慢速蠕动信号。

当位置误差小于预定误差时，单元发出"定位到"的信号，使主轴停在规定的位置上。

2.C轴控制功能和同步控制C轴控制功能是实现主轴周向任意位置控制的功能。

同步控制功能是实现主轴转角与某进给轴（通常为Z轴）进给量保持某一关系的控制功能。

显然，主轴定向控制是Ｃ轴控制的特例。

它的主要用途是：①满足螺纹加工要求：为保证螺距的要求，必须保证主轴转角和进给时的比值为一常数。