主轴驱动基本要求

主轴驱动基本要求一．对主传动的要求数控机床与普通机床一样，有主运动及进给运动。

相应地，存在着主传动链及进给传动链。

由于数控机床的高自动化及高精度，对主运动提出了更高的要求。

1．转速高，功率大：数控机床对工件能完成大切削用量的粗加工及高速旋转下的精加工。

粗加工时，扭矩大；精加工时，转速高。

而数控机床的功率P=T•N，无论是T大，还是N大，都会使得功率大。

2．变速范围宽，且能实现无级变速：满足不同的加工要求，就要有不同的加工速度。

由于数控机床的加工通常在自动的情况下进行，尽量减少人的参与，因而要求能够实现无级变速。

3．实现恒切削速度加工：在加工端面时，为了保证端面稳定的加工质量，要求工件端面的各部位能保持恒定的线切削速度。

设：主轴的恒定的旋转速度为N，线速度V=N•ΠD，即随着直径的减少，V也在减少，为了获得稳定的线速度，随着加工的进行，通过调节主轴的转速N使得保持恒定的线切削速度。

4．主传动链尽可能短：传动链越短，则累积误差越小。

5．实现刀具的快速或自动装卸：主运动是刀具旋转运动的数控机床，由于机床可以进行多工序加工，工序变换是时刀具也要更换，因此要求能够自动换刀。

二．主运动的变速方式及实现1．分段无级变速：•实现：交流或直流无级变速电机+齿轮变速•适用范围：适用于大、中型数控机床，特别是粗加工的场合。

确保低速时主轴输出大扭矩特性的要求。

•无级变速电机的特性：从图中可以看出，无级变速电机低速时为恒扭矩输出；高速时为恒功率输出。

2．通过带传动的主传动：•实现：交流或直流无级变速电机+同步带传动•适用范围：适用于小型数控机床，特别是低扭矩特性要求的主轴•带传动：同步带是一种综合了带、链传动优点的新型传动。

同步带的结构如图所示，带的工作面及带轮的外圆上均制成齿状，通过带轮与轮齿相啮合，作无滑动的啮合传动。

•带传动的优点：ａ．无滑动，传动比准确。

ｂ．传动效率高，可达98﹪。

ｃ．传动平稳，噪声小（带传动具有吸振的功能）。

ｄ．使用范围较广，速度可达50m/s，传动比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦。

ｅ．维修保养方便，不需要润滑。

3．由调速电机直接驱动的主传动：•实现：交流或直流无级变速电机•适用范围：适用于主轴输出扭矩小的场合。

【方案】DALSA IPD 视觉系统在药片缺失检测中应用引用| 回复| 编辑| 推荐| 举报|奖励惩罚删除精华普通管理EEbeginner 版主文章数：1825年度积分：50历史总积分：2778作者的所有帖子(1825)作者的工控博客(16)注册时间：2009/11/19发表于：2009/12/24 10:32:50#1楼数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件一．主轴刀具自动装夹和切屑清除装置这种装置主要用于主运动是刀具旋转运动的情形。

如数控铣钻镗加工中心的主轴部件。

典型结构为JCS—018立式镗铣床主轴部件。

1．基本构成：•装刀部件：刀夹（1）、拉钉（2）、钢球（12）、端面键（13）；•换刀部件：主轴（3）、拉杆（4）、碟形弹簧（5）、液压缸（7）、活塞（6）；•吹扫部件：空压机、压缩空气管接头（9）2．取用过刀具过程：CNC发出换刀指令→液压缸（7）右腔进油→活塞（6）左移→推动拉杆（4）克服弹簧（5）的作用左移→带动钢球（12）移至大空间→钢球失去对拉钉（2）的作用→取刀3．吹扫过程：旧刀取走后→CNC发出指令→空压机启动→压缩空气经压缩空气管接头（9）吹扫装刀部位并用定时器计时4．装刀过程：时间到→CNC发出装刀指令→机械手装新刀→液压缸右腔回油→拉杆（4）在碟形弹簧的作用下复位→拉杆带动拉钉右移至小直径部位→通过钢球将拉钉卡死二．主轴的准停功能1．定义：主轴停车时要求停在一个固定位置的功能称为准停功能。

2．主轴为什么要有准停功能：•自动换刀的数控镗床或铣床，切削转矩通常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，都必须使刀柄上的键槽对准主轴的端面键，因而要求有准停功能。

•在加工精密孔系时，若每次都能在主轴固定的圆周位置上换刀，就能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。

3．主轴准停装置的工作原理：主轴准停装置有机械式、电器式。

下面介绍一种槽轮准停装置的工作原理。

•组成：带V型槽的粗、精定位盘、油缸、定向活塞、无触点开关等。

•工作原理：准停装置装在主轴尾部，其中粗定位盘用螺钉紧固在精定位盘上。

当它停下后，主轴即被停住。

准停前主轴处于运行状态。

主轴运转→CNC发出停车指令→主轴以低速旋转（20r/min）→延时继电器延时一段时间→接通无触点开关电源→当粗定位盘上的感应块触发无触点开关后→主电机停转并断开主传动链→主轴因惯性继续转动→无触点开关信号同时发信号给液压缸→液压缸右腔进油→定向活塞左移→滚子在精定位盘上滚动→卡住槽轮[此贴子已经被作者于2009-12-24 10:39:24编辑过]【方案】易控组态软件在火焰切割机组的监控和管理系统上的应用引用| 回复| 编辑| 推荐| 举报|奖励惩罚删除精华普通管理EEbeginner 版主文章数：1825年度积分：50历史总积分：2778作者的所有帖子(1825)作者的工控博客(16)注册时间：2009/11/19发表于：2009/12/24 10:35:16#2楼三．光电脉冲发生器（主轴编码器）1．主轴编码器的作用及安装方式：•作用：主轴编码器用于测量主轴的旋转速度。

前面在介绍半闭环数控系统时指出，检测元件安装在主轴上，而这种检测元件通常就是光电脉冲发生器。

安装：有两种安装方式。

一种是与主轴通过弹性联轴器同轴安装；另一种方法是通过中间轴上的齿轮1：1的同步传动。

总之，主轴编码器反映主轴的旋转速度。

２．主轴编码器的组成：光源、聚光镜、漏光盘、光敏管、光栏板等。

3．工作原理：在漏光盘上，沿圆周刻有两圈条纹，外圈为圆周等分线条，作为发送脉冲用，内圈仅一条。

在光栏上，刻有透光条纹A、B、C。

光源发光→经聚光镜聚光成平行线→漏光盘与主轴同步旋转→漏光盘与光栏板条纹重合时透光→光敏管接受信号并通过计数装置计数→反映主轴转速4．数控车床没有进给箱变速，如何实现不同的进给量及进给速度？如何实现车螺纹？•我们知道：数控系统主要控制机床的进给运动，进给工作台的进给量和进给速度都是由CNC系统来控制的。

CNC发出脉冲的总个数决定了进给量的大小，CNC单位时间内发出脉冲的个数决定了工作台移动的速度。

•车螺纹：加工螺纹时，要求工件的旋转运动与工作台的移动之间保持严格的运动关系，即主运动1r——工作台1T。

由于数控车床的主运动与进给运动之间没有机械联系且由各自的电机驱动。

主轴编码器测定主轴的旋转速度并传递给CNC，CNC控制进给机构的速度，实现车螺纹。

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一、数控机床的主传动系统数控机床主传动的特点1）转速高，功率大。

能进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。

2）主轴转数的变换迅速可靠，能自动无级变速，使切削工作始终在最佳状态下进行。

3）为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上设计有刀具自动装卸，主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。

二、主轴变速方式无级变速数控机床一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴无级变速。

交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统），由于没有电刷，不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。

因此，目前应用较为广泛。

主轴传递的功率或转矩与转速之间的关系。

当机床处在连续运转状态下，主轴的转速在437~3500r/min范围内，主轴传递电动机的全部功率11kW，为主轴的恒功率区域Ⅱ（实线）。

在这个区域内，主轴的最大输出扭矩（245N.m）随着主轴转速的增高而变小。

主轴转速在35~437r/min范围内，主轴的输出转矩不变，称为主轴的恒转矩区域Ⅰ（实线）。

在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴转速的降低而减小。

图中虚线所示为电动机超载（允许超载30min）时，恒功率区域和恒转矩区域。

电动机的超载功率为15kW，超载的最大输出转矩为334N.m。

分段无级变速数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。

一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。

为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的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。

三、主轴典型结构在带有齿轮变速的分段无级变速系统中，主轴的正、反启动与停止、制动是由电动机实现的，主轴变速则由电动机转速的无级变速与齿轮有级变速相配合来实现。

通常采用液压拨叉和电磁离合器两种变速方式。

1. 液压拨叉变速机构液压变速机构的原理和形式。

滑移齿轮的拨叉与变速液压缸的活塞杆连接，通过改变不同通油方式可以使三联齿轮获得三个不同的变速位置。

当液压缸1通压力油，液压缸5卸压时，活塞杆带动拨叉3向左移动到极限位置，同时拨叉带动三联齿轮移到左端啮合位置，行程开关发出信号。

当液压缸5通压力油而液压缸1卸压时，活塞杆2和套筒4一起向右移动，套筒4碰到液压缸5的端部之后，活塞杆2继续右移到极限位置，此时三联齿轮被拨叉3移到右端啮合位置，行程开关发出信号。

当压力油同时进入左右两液压缸时，由于活塞杆2两端直径不同使活塞杆向左移动，活塞杆靠上套筒4的右端时，此时活塞杆左端受力大于右端，活塞杆不再移动，拨叉和三联齿轮被限制在中间位置，行程开关发出信号。

液压拨叉变速是一种有效的方法，但它需要配置液压系统。

2. 电磁离合器变速它是通过安装在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。

变速机构简化，便于实现自动操作，并有现成的系统产品可供选用。

对于小型数控机床，或主传动系统要求振动小、噪声低的数控机床，主传动通常采用带传动(图8-2b)，如J1PrimusCNC数控车床和XH754型加工中心主轴。

传动带有平带、Ｖ带和齿带，以及多楔带等。

内置电动机主轴变速将调速电动机与主轴合成一体（电动机转子轴即为机床主轴），这是近年来新出现的一种结构，这种变速方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴精度影响较大。