主轴传动数控机床对主传动系统的要求

数控机床主传动系统的精度决定了零件的加工精度。为了适应各种不同的加工要求，数控机床的主传动系统应具有较大的调速范围及相应的输出转矩、较高的精度与刚度、振动小，并尽可能降低噪声与热变形，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。

1．变速范围宽，且能实现无级变速。数控机床为了保证加工时选用合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度的表面质量，必须有更高的转速和更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床．工序集中，工件一次装夹可以完成许多工序，所以，为了适应各种工序和各种加工材质的要求，主运动的调速范围还应进一步扩大。

2．较高的精度，较大的刚度，传动平稳，低噪声。数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。主轴部件的精度包括旋转精度和运动精度。曝旋转精度是指装配后。在无载和低速传动条件下，主轴前段工作部位的径向和轴向跳动值。主轴部件的旋转精度取决于部件中各个零件的几何精度、装配精度和调整精度。运动精度指主轴在工作状态下的旋转精度，这个精度通常和静止或低速状态的旋转精度有较大的差别，它表现于工作时主轴中心位置的不断变化．即主轴轴心漂移。运动状态下的旋转精度主要取决于主轴的工作速度、轴承性能和主轴部件的平衡。为了提高旋转精度，可以对主传动系统的齿轮齿面进行高频感应加热淬火以增加耐磨性；最后一级采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用高精度轴承及合理的支承跨距等，以提高主轴组件的刚性。静态刚度反映了主轴部件或零件抵抗静态外载的能力。数控机床多采用抗弯刚度作为衡量主轴部件刚度的指标。影响主轴部件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸形状，主轴轴承的类型、数量、配置形式、预紧情况、支承跨距和主轴前端的悬伸量等。

3．良好的抗振性和热稳定性。数控机床上一般既要进行粗加工又要进行精加工，加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法继续进行。因此，在主轴传动系统中的各个主要部件不但要具有一定的静刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰引起振动的能力——抗振性。抗振性可用动刚度或动柔度来衡量。例如、主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度、阻尼比及固有频率等参数。机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度而造成加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件具有较高的热稳定性，通过保持合适的配合间隙并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。

数控机床的主传动系统用来实现机床的主运动，它是机床成型运动之一，它将主轴电机的原动力通过该传动系统变成可供切削加工的切削力矩和切削速度。数控机床的主传动系统是机床很重要的一部分。例如，数控车床上主轴带动工件的传动运动，立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀和铰刀等的旋转运动。

与普通机床的主传动系统相比，数控机床的主传动系统在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电机的无级变速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或者三级齿轮变速用以扩大无级调速的范围。

按照结构分齿轮传动、带传动、直联传动和电主轴等几种方式。

1.齿轮传动方式，带有变速齿轮的主传动是大、中型数控机床采用较多的传动变速方式。这种方式通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速,使之成为分段无级变速。

2.带传动方式。为带传动方式,这种方式主要应用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上，电动机本身的调整就能满足要求，不用齿轮变速，可避免齿轮传动时引起振动和噪声的缺点，但它只能适用于低扭矩特性要求。常用的有平带、V带同步齿形带、多楔带。

主轴组件是由主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成。机床加工时，主轴带动工件或刀具直接参与表面成型运动，所以主轴的精度、刚度和热变形对加工质量和生产效率等有重大的影响。对主轴组件的要求有以下几个。

(1)回转精度要高。回转精度即瞬时回转中心线与理想回转线之差。分为径向跳动和端面跳动误差。

(2)刚度好。

(3)抗振性好。提高抗振性必须提高组件静刚度,必要时安装阻尼器。

(4)温升小。先进的数控机床采用恒温主轴箱。

(5)耐磨性好。长时间高速旋转的主轴组件的耐磨性要求要好，从而保证主轴运动精度。

车床电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接

BT50加工中心主轴

驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,MotorSpindle)。

电主轴是近年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

电主轴所融合的技术：

高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；

高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。

冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。

高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。

高速主轴 高速电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。 如图1所示