数控机床的主传动方式
数控车床的主传动系统设计PPT
在进行动态特性分析时，需要考虑主轴的转速、转矩和刚度等参数，以及传动系统的固有频率和阻尼比等特性。 通过分析这些参数，可以评估主传动系统在加工过程中的稳定性，预测可能出现的振动和噪声问题，并采取相应 的措施进行优化设计。
强度与刚度分析
总结词
强度与刚度分析是评估主传动系统在承受外力和变形时的性能表现，以确保系统的可靠性和稳定性。
总结词：传统设计
详细描述：该实例介绍了一种传统的数控车床主传动系统设计，主要采用齿轮传 动和链传动组合的方式，具有结构简单、可靠性高的优点，但效率较低，适用于 一般加工需求。
实例二：主传动系统的改进设计
总结词：优化设计
详细描述：该实例针对传统主传动系统的不足，进行了优化改进。采用新型轴承和材料，提高了传动效率和稳定性，减少了 维护成本，适用于高精度、高效率的加工需求。
设计目的和意义
设计目的
设计出高效、稳定、可靠的数控车床主传动系统，满足加工精度和效率的要求， 提高生产效率和产品质量。
意义
主传动系统设计的优劣直接影响到数控车床的性能和加工精度，进而影响到整个 机械制造行业的生产水平和产品质量。因此，对数控车床主传动系统进行合理设 计，对于提高机械制造行业的整体水平具有重要意义。
要点二
详细描述
在进行热特性分析时，需要考虑主轴的转速、切削力和材 料导热系数等参数。通过建立热传导模型，可以预测主传 动系统在不同工况下的温度变化和热变形情况。根据分析 结果，可以采取相应的散热措施和热补偿技术，提高系统 的热稳定性和加工精度。
06 主传动系统实例分析
实例一：某型号数控车床主传动系统设计
高耐磨材料
选用高耐磨材料，如陶瓷和硬质 合金，以提高主传动系统的使用 寿命和可靠性，减少维护成本。
数控机床常用的主传动的机械结构
数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等。
对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的切屑消除装置。
1．主轴轴承的配置形式数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用向心推力球轴承，如图2-30（a）所示。
（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图2-30（b）所示。
（3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图2-30（c）所示。
在主轴的结构上必须处理好卡盘或刀具的安装、主轴的卸荷、主轴轴承的定位、间隙调整、主轴部件的润滑和密封等问题。
对于某些立式数控加工中心，还必须处理好主轴部件的平衡问题。
2．主轴的自动装夹和切屑消除装置在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有自动夹紧机构。
例如自动换刀数控立式镗铣床（JCS-018）的主轴部件如图2-31所示。
3．主轴准停装置加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽，同时使每次装刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，从而可提高孔加工时孔径的一致性。
另外，一些特殊工艺要求，如在通过前壁小孔镗内壁的同轴大孔，或进行反倒角等加工时，也要求主轴实现准停，使刀尖停在一个固定的方位上，以便主轴偏移一定尺寸后，使大刀刃能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。
目前，主轴准停装置很多，主要分为机械式和电气式两种。
JCS-018加工中心采用电气准停装置，其原理见图2-32。
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，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体的对应于主轴准停的位置上，装有磁传感器2。
当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，在主轴以最低转速慢转几圈、永久磁铁3对准磁传感器2时，磁传感器发出准停信号，该信号经放大后，由定向电路控制主轴电动机停在规定的周向位置上。
数控机床的主传动系统
三、 典型数控机床的主轴部件
主轴部件是数控机床的关键部件，其 精度、刚度和热变形对加工质量有直接的 影响。本节主要介绍数控车床、数控铣床 和加工中心的主轴部件结构。
在自动换刀过程时，能自动松开 和夹紧刀具夹紧是主轴部件典型
结构。
要求恒功率调速范围尽可能大，以便在尽 可能低的速度下，利用其全功率。
变速范围负载波动时，速度应稳定。
AD-15B FANUC αP18/6000i电机功能曲线图
控制功能的多样化 • 同步控制功能：CNC车床车螺纹用； • 主轴准停功能：加工中心自动换刀、自动装卸 、 CNC车床车螺纹用；（主轴实现定向控制） • 恒线速切削功能：CNC车床和CNC磨床在进行 端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求 ，要求接触点处的线速度为恒值；(AD-15B以车 代磨，零件表面粗糙度能达到0.8，铝件0.4) • C轴控制功能：车削中心。
对加工中心除上述要求外，还应有：(在机械 结构方面) 刀具的自动夹紧装置 主轴的准停装置 主轴孔的清理装置等
1、主轴端部的结构
端部用于安装刀具或夹持工件的夹具， 因此，要保证刀具或夹具定位（轴向、定 心）准确，装夹可靠、牢固，而且装卸方 便。
目前，主轴的端部形状已标准化。
图2-9（a）所示为车床主轴端部，卡盘靠前端 的短圆锥面和凸缘端面定位，用端面键传递扭 矩，卡盘装有固定螺栓。卡盘装于主轴端部时， 螺栓从凸缘的孔中穿过，转动快卸卡盘将数个 螺栓同时拴住，再拧紧螺母将卡盘固定在主轴 端部。主轴为空心轴，前端为莫式锥孔，用于 安装顶尖或心轴。 图2-9（b）所示为铣镗床主轴端部（用拉杆从 主轴后端拉紧，铣刀上有螺纹孔） 图2-9（c）所示为外圆磨床砂轮主轴端部
20215302021530may3020213020215302021530202151212202151213主轴电动机202151214202151215主轴电动机202151216转速较高变速范围不大的小型数控机床常用它通过一级带传动实现变速不用齿轮变速受电动机调速范围的限制适用于高速低扭矩特性要求的主轴鑫盛ad15ad25202151217鑫盛ad15454500rmin454500rpm202151218202151219两个电动机分别驱动主轴图21c调速电动机直接驱动主轴图21de一种为
数控机床的传动原理
数控机床的传动原理
数控机床是一种通过计算机控制的机床，它采用了先进的传动原理来实现工件加工过程中的各种运动。
1.螺杆传动：数控机床中常用的螺杆传动方式包括丝杠传动和滚珠丝杠传动。
螺杆传动是指通过螺杆和螺母之间的螺纹配合来实现机床的进给运动。
螺杆传动具有传动精度高、刚度大等特点，广泛应用于数控机床的进给机构中。
2.线性导轨传动：线性导轨传动是指通过导轨和导向滑块之间的配合来实现机床的直线运动。
线性导轨传动具有摩擦力小、刚度大、精度高等特点，适用于数控机床中的主轴箱、进给台等部件的传动。
3.平面副传动：数控机床中的平面副传动包括键轴传动、齿轮传动、带传动等。
平面副传动是指通过平面形状的配合来实现机床的转动运动。
平面副传动具有结构简单、可靠性高等特点，广泛应用于数控机床中的各种转动部件。
4.摩擦盘传动：数控机床中的摩擦盘传动是指通过摩擦力来实现机床的运动。
摩擦盘传动具有传动比可调节、传动平稳等特点，广泛应用于数控机床的进给机构中。
5.齿轮传动：齿轮传动是指通过齿轮的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
数控机床中常用的齿轮传动包括直齿轮传动、斜齿轮传动、螺旋齿轮传动等。
齿轮传动具有传动效率高、传动精度高等特点，广泛应用于数控机床中的转动部件。
以上是数控机床常用的传动原理。
随着科技的不断进步，数控机床的传动原理仍在不断发展和创新，以满足更高的加工精度和运动性能要求。
第二节数控机床主传动系统
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。
数控机床的主传动系统
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
左移动，在设计活塞杆2和套简4的截面面积时，应使油压作 用在套简4的圆环上向右的推力大于活塞杆2向左的推力，因 而套简4仍然压在液压缸,5的右端，使活塞杆2紧靠在套简4的 右端，此时，拨叉和三联齿轮被限制在中间位置，行程开关 发出信号。
第二章 数控机床的主传动系统
2.1 数控机床对主传动系统的要求 2.2 数控机床主轴的传动方式与主传动
系统类型 2.3 主轴部件 2.4 主轴准停与主轴的同步运行功能 2.5 主轴润滑与密封 2.6 电主轴
2.1 数控机床对主传动系统的要求
主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的 功率大，是数控机床的关键部件之一，对它的精度、刚度、 噪声、温升、热变形都有严格的要求。
数控机床与普通机床比较，其主传动系统应达到如下要求: (1)较高的主轴转速，较宽的调速范围，并实现无级调速由于
数控机床工艺范围宽、工艺能力强，为满足各种工况的切削， 获得最合理的切削用量，从而保证加工精度、加工表面质量 及高的生产效率，必须具有较高的转速和较大的调速范围。 特别是对于具有自动换刀装置的加工中心，为适应各种刀具、 各种材料的加工，对主轴的调速范围要求更高。它能使数控 机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工，
置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴实现定向 控制。此外，为实现主轴快速自动换刀功能，必须设i「有刀 具的自动夹紧机构。
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
2.2.1 数控机床主轴的传动方式
1.齿轮传动方式 如图2-1所示的齿轮传动方式，一般大、中型数控机床多采
数控机床的主传动方式
数控机床的主传动方式数控机床的主传动方式有多种，常见的有伺服电机驱动方式、主轴伺服驱动方式和液压驱动方式。
1. 伺服电机驱动方式：伺服电机驱动方式是数控机床最常见的主传动方式之一。
伺服电机是一种特殊的电机，它能够根据控制信号精确地控制转速和位置。
在数控机床中，伺服电机通常用于驱动主轴、进给轴和其他重要的运动部件。
采用伺服电机驱动方式的数控机床具有运动精度高、响应速度快、动态性能好的优点，广泛应用于高精度加工领域。
2. 主轴伺服驱动方式：主轴伺服驱动方式是一种专门针对主轴进行优化设计的传动方式。
在数控机床中，主轴承担着主要的加工任务，因此主轴伺服驱动方式的设计对于整个机床的加工质量和效率具有重要影响。
主轴伺服驱动方式通常采用伺服电机和蜗轮蜗杆传动机构，通过伺服系统的精确控制来实现主轴的旋转运动。
采用主轴伺服驱动方式的数控机床具有转速范围宽、加工效率高、加工精度好的优点。
3. 液压驱动方式：液压驱动方式是一种利用液压系统实现主传动的方式。
液压驱动方式适用于大型数控机床，特别是用于锻压、冲压、剪切等需要大力矩和力量的加工任务。
液压驱动方式主要通过液压泵、液压缸和液压阀等液压元件实现主传动，具有输出力矩大、传动平稳、可靠性高的优点。
在液压驱动方式下，数控机床能够实现高压、高速、重载的大功率加工任务，适用于重型加工领域。
除了以上主要的传动方式，还有一些其他的传动方式，如：齿轮传动、带传动、链传动等，这些传动方式在一些特定的数控机床中也有应用。
需要根据具体的数控机床的加工任务和要求来选择合适的主传动方式，以实现高效、精密的加工。
数控机床的主传动系统
高速加工、精密定位
主轴驱动系统的设计与选择
设计原则
高可靠性 良好的动态响应 经济性考虑
选择因素
机床类型 加工要求 成本预算
常见类型
交流伺服驱动系统 直流传动系统 混合驱动系统
● 03
第3章 数控机床的进给传动 系统
进给传动系统的组成与作 用
进给传动系统主要包括进给驱动装置、进给传动 机构和进给系统的控制与调节三个部分。进给驱 动装置负责提供动力，进给传动机构负责传递动 力并实现所需的运动轨迹，进给系统的控制与调 节负责对整个系统的运行进行精确控制。
主传动系统是数控机床的核心部件之一，它主要 由主轴装置、传动装置、主轴驱动系统等组成， 负责传递动力并确保机床加工的精度和速度。
主轴的类型与特性
电主轴
高速、高精度
复合主轴
结合电主轴与机 械主轴特点
机械主轴
结构简单、成本 低
主轴定向控制
01 控制意义
保证加工精度
02 控制方法
光电编码器、霍尔效应
部分控制信号依赖于反馈信号
电气控制系统的故障诊断与维 护
故障诊断方法包括观察法、信号分析法、模拟法 等；故障诊断的步骤包括故障现象的观察、故障 原因的分析、故障诊断的结果等；电气控制系统 的维护措施包括定期检查、及时维修、更换故障 部件等。
● 06
第6章 总结
数控机床主传动系统的重要性和 影响因素
夹具系统的性能评价
夹具的刚度 与稳定性
夹具的刚度与稳 定性直接影响到
加工精度
夹具的重复 定位精度
夹具的重复定位 精度直接影响到
加工效率
夹具的装夹 误差
夹具的装夹误差 会导致工件加工
误差
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数控机床的主传动方式
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数控机床的主传动方式
现代数控机床的主运动系统广泛采用交流调速电机或直流调速电机作为驱动元件，随着电机性能的日趋完善，能方便地实现宽范围的无级变速，且传动链短，传动件少，变速的可靠性高。
数控机床的主传动方式主要有三种，如图1所示。
图1 数控机床的主传动方式
1．带有二级齿轮变速的主传动方式如图（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2．通过定比传动的主传动方式如图（b）所示，主轴电机经定比传
动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。
带传动方式主要应用于小型数控机床上，可以避免齿轮传动的噪声与振动。
3．由主轴电机直接驱动的主传动方式如图（c）所示，电机轴与主轴用联轴器同轴连接。
这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。
但主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响较大。
近年来出现了一种电主轴，该主轴本身就是电机的转子，主轴箱体与电子定子相连。
其优点是主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提高启动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。
同步齿形带主传动方式电主轴（电机直接驱动的主传动方式）。