数控机床的主传动方式

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数控机床的主传动系统

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。
液体静压滑动轴承主要应用于主轴高转速、高回转精度的场合，如应用于精密、超精密的数控机床主轴、数控磨床主轴。
4 、主轴准停装置
主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上，由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定准确的位置上，以利于机械手换刀。所以，主轴上必须设有准停装置。主轴准停装置分为机械式准停、电气式准停。
（3）机床基础件，通Fra Baidu bibliotek指床身、底座、立柱、滑座、工作台等。其功用是支承机床本体的零、部件，并保证这些零、部件在切削加工过程中占有的准确位置。
一、概述
1、概念主运动是机床实现切削的基本运动。即驱动主轴运动的系统。在切削过程中，它为切除工件上多余的金属提供所需的切削速度和动力，是切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。主传动系统是：由主轴电机经一系列传动元件和主轴构成的具有运动、传动联系的系统。数控机床的主传动系统包括：主轴电动机、传动装置、主轴、主轴轴承、主轴定向装置。

数控机床的主传动系统方式

1、数控机床对其主传动系统要求：

机床原点、坐标系和参考点

1）调速功能

2）功率要求

3）精度要求

4）动态响应性能

2、主传动方式

主轴在数控机床机械结构中起了非常重要的地位，如图1所示。图数控机床的主轴系统

数控机床的主传动方式主要有三种：

1）带有二级齿轮变速的主传动方式。

2）通过定比传动的主传动方式，如1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。

3）由主轴电机直接驱动的主传动方式，如图2所示。图2 同步齿形带主传动方式图3 电主轴（电机直接驱动的主传动方式）

3、主轴部件结构

数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。主轴部件是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。

4、主轴部件的支承

机床主轴带着刀具或夹具在支承件中作回转运动，需要传递切削扭矩，承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。数控机床主轴支承根据主轴部件的转速、承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。

5、主轴的准停装置

主轴的准停是指数控机床的主轴每次能准确停止在一个固定的位置上。

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

第二节数控机床主传动系统

速系统的结构图和零件图。
1）拟定动力参数和运动参数动力参数：机床的主要参数之一，包括电动机的功率；液压缸的牵引力；步进电机的额定扭矩等。
运动参数：包括最高和最低转速nmin、nmax，分级的公
比q，分级的级数Z，和转速数列等。 1、主运动参数 2、主轴转速数列 3、标准公比及公比选择
动力参数——主要介绍主传动功率的确定方法：
无级变速设计—— 在一定的变速范围可以得到任何转速，
因而可以选择最有利的切削用量，对于无级变速系统，有时为了扩大变速范围，可在无级变速机构后串联分级变速机构。
分级变速系统设计步骤：
1）拟定动力参数和运动参数 2）了解转速图和结构网概念 2）选择合理的传动结构 3）绘制转速图 4）动力计算 5）确定变速系统的零部件的径向和轴向布置方案并绘制变
——啮合式电磁离合器较适宜于在要求温升小和结构紧凑的数控机床上使用。
2、通过皮带传动的主传动
主要应用在小型数控机床上，可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声。但它只能适用于低扭矩特性要求的主轴。常用带元件：同步带，其传动是一种综合了带、链传动优
点的新型传动。
同步带的结构和传动如图所示：
1—强力层 2—带齿 3—包布层 4—带背
液压拨叉变速必须在主轴停车之后才能进行，但停车时拨叉带动齿轮块移动又可能产生“顶齿”现象（不能顺利啮合）。因此在这种主运动系统中通常增设一台微电机，它在拨叉移动齿轮块的同时带动各传动齿轮作低速回转，这样，移动齿轮便能顺利地啮合。

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）；

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i 所示。

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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）

数控机床的主传动系统

（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种：（1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。（2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
图3-2 同步带的结构与传动
(a) 同步带结构
(b)同步带传动
1－强力层 2－带齿 3－包布层 4－带背
3）由调速电机直接驱动的主传动
由调速电机直接驱动的主传动有两种类型，一种是主轴电机输出轴通过精密联轴器直接与主轴联接，如图3-3（a）所示。另一种类型如图3-3（b）所示，主轴与电机转子合为一体，称为内装电机主轴。
图3-4主轴端部的结构形式
图3-4（a）适用于为车床的主轴端部，为短锥法兰式结构。
图3-4（b）适用于铣、镗类机床的主轴端部。铣刀或刀杆由前端7:24的锥孔定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，前端的端面键用于传递扭矩。
图3-4（c）适用于外圆磨床砂轮主轴的端部。
图3-4（d）适用于内圆磨床砂轮主轴的端部。
1-刀杆 2-主轴 3-钢球 4-空气喷嘴 5-套筒 6-支承套 7-拉杆 8-蝶形弹簧 9、10-定位盘 11-油缸（及活塞） 12-滚子 13-定位油缸（及活塞） 14-无触点开关 15-限位开关 16-开关

数控机床主轴系统工作原理

数控机床主轴系统是数控机床的核心部件之一，其工作原理是整个数控加工过程中的

关键环节。主轴系统的工作原理涉及到机床主轴的转动、传动方式、速度调节、加工精度

控制等多个方面。下面将详细介绍数控机床主轴系统的工作原理。

一、主轴的转动方式

数控机床主轴一般采用电机驱动，其转动方式主要包括直流电机驱动、交流电机驱动

和伺服电机驱动。直流电机驱动主轴工作原理是通过直流电机产生磁场，通过电磁感应产

生转矩来驱动主轴转动；交流电机驱动主轴则通过变频器调节电机的频率和电流，控制电

机的转速，从而驱动主轴转动；伺服电机驱动主轴则是通过对电机进行闭环控制，实现高

精度、高速度的转动。

二、主轴传动方式

主轴传动方式主要包括皮带传动、齿轮传动和直联传动。皮带传动简单、便于调节，

但传动效率较低；齿轮传动传动效率高，但噪音大；直联传动是直接将电机轴与主轴连接，传动效率高，但需要考虑刚性和平衡性。

三、主轴速度调节

数控机床主轴的速度调节是通过电机的转速和传动方式来实现的。对于直流电机和交

流电机，可以通过调节电机的输入电流和频率来控制转速；而对于伺服电机，则可以通过

伺服控制系统实现对主轴速度的精确控制。

四、加工精度控制

在数控机床主轴系统中，加工精度的控制是至关重要的。主轴系统的动态特性、转动

平稳性及轴向和径向刚度等参数都会直接影响到加工的精度。在主轴系统设计中，需要考

虑轴承选型、润滑方式、主轴动平衡、温升控制等因素，以确保加工精度的稳定性和精

度。

五、主轴保护系统

为了确保主轴系统的安全运行，常常需要配置主轴保护系统，例如过载保护、温升保护、振动监测等。这些保护系统可以及时发现主轴系统的异常情况，并采取相应的保护措施，以避免主轴系统受损或加工质量受影响。

数控车床主传动系统及数控系统设计

数控车床是一种自动化程度较高的机床，它采用了数控系统来实现对

加工过程的控制。其中，主传动系统是数控车床的核心组成部分之一，它

负责驱动刀具进行加工操作。而数控系统则是整个车床的控制中枢，负责

实时监控和控制各个部分的运行。

1.传动方式：传统的数控车床主传动系统采用机械传动方式，即通过

齿轮传动或传动带传动来驱动主轴。如今，随着电子技术的发展，越来越

多的数控车床采用电动主轴传动方式，通过电机直接驱动主轴转动，具有

响应速度快、精度高等优点。

2.主轴结构设计：主轴的结构设计需要考虑刀具的固定以及主轴的刚

性和稳定性。一般来说，数控车床的主轴采用精密轴承支撑，使其具有高速、高精度的特点。此外，主轴的冷却方式也需要进行设计，以确保在长

时间高速运转时不产生过热现象。

3.主轴转速调节：数控车床主传动系统需要具备转速调节的功能，以

适应不同材料和不同加工工艺对主轴转速的要求。转速调节一般可以通过

变频器或调速器来实现，它们能够通过调整电源频率或电机转矩来改变主

轴的转速。

4.传动精度控制：传动精度对数控车床的加工质量有着重要影响。因此，主传动系统设计中需要考虑如何消除传动误差，提高传动精度。这包

括选用高精度的传动零件、减少传动链条中的弹性变形等。

数控系统设计是数控车床的重要组成部分

1.硬件设计：数控系统的硬件设计主要包括计算机、控制器、输入输

出设备等。计算机通常采用嵌入式系统，具有高速运算和稳定性好的特点。

控制器负责数据的输入和处理，采用模拟电路和数字电路相结合的方式，提供稳定的控制信号。输入输出设备包括键盘、显示器、手摇轮等，用于人机交互和数据输入。

数控机床的传动原理

数控机床的传动原理是指数控机床中各个传动装置及其工作原理。数控机床是一种通过计算机程序控制的机床，通过电子设备来控制各个传动装置的运行，实现加工工件。数控机床的传动原理主要包括主轴传动、进给传动和辅助传动。

首先，主轴传动是数控机床的核心传动部分，主要用于带动刀具在工件上进行切削。主轴传动系统通常由电机、主轴和主轴的传动装置组成。电机通过电力转换为机械能，通过传动装置将动力传递给主轴，进而带动刀具旋转。主轴传动有直接传动和间接传动两种形式。直接传动中，电机直接连接到主轴上，通过轴承来支撑和传递动力；间接传动中，电机通过皮带或齿轮等传动装置间接驱动主轴。在传动过程中，要保证主轴的转速和刀具的进给速度与程序控制保持一致，从而实现精确的加工。

其次，进给传动是数控机床的另一个重要传动部分，用于实现工件在坐标轴方向上的移动。进给传动系统通常由电机、轴承、螺杆和导轨等组成。电机通过传动装置将动力传递给螺杆，螺杆通过导轨的导向作用，将运动转化为位置变化或长度变化。在这个过程中，电机的转速和螺杆的螺距决定了进给速度，而导轨的刚度和精度则影响了加工的精度。进给传动还可以根据需要实现不同的进给方式，如直线进给和圆弧进给等。

最后，辅助传动是数控机床的辅助传动部分，主要用于控制机床工作台或刀库等附属装置的运动。辅助传动通常由电机、齿轮、链条、传动杆等组成。电机通过

传动装置将动力传递给附属装置，使其按设定的路径进行运动。辅助传动的工作原理类似于主轴传动和进给传动，都需要精确的控制和配合，以确保机床的准确性和稳定性。

数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统 - 数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统

1、三位液压拨叉作用原理图
2、刀具自动夹紧装置和主轴定向装置
加工中心为了实现刀具在主轴上的自动装卸，配置刀具自动夹紧装置，其作用是自动将刀具夹紧和松开，以便机械手能在主轴上安装和取走刀具。为了传递扭矩，主轴前端设置两个端面键，与刀柄上的键槽配合。
主轴停止转动时，要求主轴必须准确地停在某一指定的位置，通过主轴定向装置来实现。
丝杠螺母间隙调整
丝杠与螺母之间有间隙会导致什么问题？
机床定位误差机床工作台反向移动滞后
所以需要调整丝杠螺母间隙，需要进行预紧。
垫片调整法：调整垫片厚度使左右两螺母产生轴向位移，即可消除间隙产生预紧力。
进给运动系统模型
机床进给运动系统模型
滚珠丝杠的支承方式
一端固定（推力或角接触轴承），一端自由，用于短丝杠和竖直安装丝杠。
一端固定（推力或角接触轴承），一端游动（向心轴承），较长的卧式丝杠安装。
两端固定（推力或角接触轴承），此种方式对丝杠的热变形较敏感，提高预紧力可提高丝杠的轴向刚度。
二、数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统
1．主运动系统（主轴无级调速）
主运动系统的调速范围比普通铣床宽，通常都是无级可调的。
图3-62 数控机床主传动系统的三种形式
1.电动机直接带动主轴旋转
（电主轴，主轴变形，温度控制）

数控机床的主传动系统

2．数控机床主轴的调速方法数控机床主传动系统的变速方式主要有：有级变速 (机械变速 )、无级变速、分段无级变速、电主轴变速几种形式。 1) 有级变速(机械变速) 有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。如图5-22所示，电动机不具备变速功能，通过拨叉控制滑移齿轮啮合位置实现主轴变速。 2) 无级变速主传动采用无级变速，不仅能在一定的速度范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运动中自动换速。无级变速有机械、液压、电气等多种形式，数控机床一般采用直流或交流伺服电动机作为动力源的电气无级变速方式。
Байду номын сангаас
图示为刀具的夹紧状态，碟形弹簧13通过拉杆7，双瓣卡爪5，在内套21的作用下，将刀柄的尾端拉紧。当换刀时，要求松开刀柄，此时，在主轴上端油缸的上腔A通入压力油，活塞14的端部即推动拉杆7向下移动，同时压缩碟形弹簧13，当拉杆7下移到使卡爪5的下端移出套筒时，在弹簧6的作用下，卡爪张开，喷气头20将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔出。待机械手将新刀装入后，油缸12的下腔通入压力油，活塞14向上移，碟形弹簧伸长将拉杆7和卡爪5拉着向上，卡爪5重新进入套筒21 ，将刀柄拉紧。活塞14移动的两个极限位置都有相应的行程开关作用，作为刀具松开和夹紧的回答信号。
为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气吹屑。在图5-28中，当主轴部件处于松刀状态时，主轴顶端的油缸与拉杆是紧密接触的，此时，压缩空气通过油缸活塞14和拉杆7中间的通孔，由喷气头喷出，以吹掉主轴锥孔上的灰尘、切屑等污物，保证主轴孔的清洁。

数控铣床的主传动系统及结构

提高机床的精度稳定性
总结词
机床的精度稳定性是衡量机床长期使用过程中加工精度的保持能力，提高机床的精度稳定性有助于提高产品的质量和生产效率。
详细描述
为了提高机床的精度稳定性，可以采取以下措施：提高零部件的加工精度和配合精度，采用高精度的检测和调整系统，定期进行精度维护和保养，采用先进的误差补偿技术等。
数控铣床的冷却系统包括刀具冷却和主轴冷却，用于降低刀具和主轴的温度，提高加工精度。
排屑系统
排屑系统将数控铣床加工过程中产生的切屑排出机床，保证加工质量和安全。
防护系统
防护系统可以防止数控铣床在加工过程中受到外界干扰和损坏。
05
数控铣床的结构优化及改进建议
提高机床的刚度
总结词
机床的刚度是衡量机床稳定性和精度的重要指标，提高机床的刚度有助于提高加工精度和降低机床的振动。
数控铣床通常由主传动系统、进给系统、冷却系统等组成，主传动系统是数控铣床的核心部分，它直接影响着数控铣床的加工精度和效率。
数控铣床的分类
根据主轴位置不同，数控铣床可分为卧式数控铣床和立式数控铣床。
卧式数控铣床的主轴位于水平位置，适用于加工平面、沟槽等，立式数控铣床的主轴位于垂直位置，适用于加工圆柱体、球体等。
详细描述
为了提高机床的刚度，可以采取以下措施：优化主传动系统的结构设计，采用高刚性的材料和零部件，提高零部件的加工精度和配合精度，采用液压和气压等辅助支撑系统等。

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
（3）调速电动机直接驱动主轴传动方式。如图2-10所示为调速电动机直接驱动主轴传动方式。这种
主传动是电动机直接带动主轴运动，如图2-11所示。
2.2.2 数控机床主传动系统类型
目前，数控机床主传动系统大致可以分为以下几种类型。（1）经过一级变速的主传动。如图2-13所示，一级变速目前多用V带或同步带来完成，其
如图2-3所示为THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图，该机床采用双速电机和六个电磁离合器完成18级变速。
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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）带传动方式如图2-6所示为带传动方式，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，但它只适用于低扭矩特性要求。常用的有同步齿形带、多楔带、V带、平带、V形带 ① 同步齿形带。数控机床上常采用同步齿形带传动，如图27所示，它是一种综合了带、链传动优点的新型传动方式。同步齿形带的带型有T型齿和圆弧齿。 ② 多楔带。数控机床上应用的多楔带又称复合三角带，横向断面呈多个楔形如图2-9所示，楔角为400，传递负载主要靠强力层。
（3）电动机与主轴直联的主传动。如图2-15所示，这种传动方式的优点是结构紧凑，但主轴