5.3数控机床的主传动系统解析

• （3）主轴变速迅速可靠(满足精度要求）
数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此 变速机构必须适应自动操作的要求。百度文库于数控机床 主传动系统采用了可实现无级调速的电动机，机械 变档一般又采用液压缸推动滑移齿轮实现，因此变
速稳定可靠。
• （4）主轴部件性能好 当主轴部件直接装夹刀具对工件进行切削加工，对 加工质量及刀具寿命有很大影响，并且在加工过程 中不进行人工调整，因此主轴部件必须具有良好的
结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性。
5.3.2 主传动系统的配置方式 根据数控机床的类型与大小，其主传动主 要有以下四种形式。
（1）．带有变速齿轮的主传动系统 如图（a）所示.通过使用双联滑移齿轮实 现二级变速。由于现代数控机床使用可无级调 速的电动机，所以经过齿轮变速后可实现分段
无级变速，扩大了调速范围。又可以通过降速
车削中心主传动系统
车削中心的主传动系统与数控车床基本相同，只是增加了主轴的 C轴的坐标功能，以实现主轴的定向停车和圆周进给，并在数控装
置控制下实现C轴、Z轴联动插补，或C轴、X轴联动插补，以进行 圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺纹及曲面的加工， 如图5-5所示。
(a)让C轴分度定位在圆柱面或端面上铣直槽；
b.变速规律
前面转速图中所示的机床主轴12级转 速是由三个变速传动组（简称变速组或传 动组）串联实现的。这是主传动变速系统 的基本型式，称为基型变速系统（或常规 变速系统），即以单速电动机驱动，由若 干变速组串联，使主轴得到既不重复又排 列均匀（指单一公比）的等比数列转速的 变速系统。
• 5.3.1 数控机床主传动系统的特点 与普通机床相比较，数控机床的主传动系统具 有如下特点： • (1)采用直流或交流主轴电动机 现代数控机床的
主传动电动机已不再采用普通的交流异步电动机或
传统的直流调速电动机，一般采用直流或交流主轴
电动机。这种电动机调速范围广，可实现无级调速，
因此主轴箱结构简化。
（3）．用两个电动机分别驱动的主传动系统
如图 (c)所示，这是上述两种方式的混合传动，兼有上述两
种性能。高速时电动机通过带传动使主轴旋转，传动平稳。
低速时，另一个电动机 通过二级齿轮降速，扩大变 速范围，使恒功率区增大，
克服了低速时转距不够的缺
陷，但结构较为复杂。
（4）．由主轴电动机直接驱动的主传动系统
(b)让C轴、Z轴插补进给在圆柱面上铣螺旋槽； (c)让C轴、X轴插补进给在端面上铣螺旋槽； (d)让C轴、X轴插补进给在在圆柱面或端面上铣 直线和平面
5.3.3 主传动系统的分类 按照变速的连续性分为：分级变速传动和无级变速传动
（1）分级变速传动 分级变速传动是在一定的变速范围内均匀、离散 地分布着有限级数的转速，变速级数一般不超过2030级。
如图 (d)所示，电动机与主轴通过联轴器连接， 或者采用内装电动机，即主轴与电动机转子合二 为一。 这种方式大大简化了主轴结构，有效的提高了 主轴刚度，但主轴输出扭矩小，电动机的发热对 主轴精度影响较大，因此使用受到限制。
例：分 析图所 示的 TND360 型数控 车床主 轴箱传 动系统
TND360型数控车床主轴箱传动系统
a.转速图 转速图由“三线一点”组成：传动轴线、转速线、 传动线和转速点。是分析和设计主传动系统的特殊图 线。
(a)传动系统图
(b)转速图
• 图（a）传动系统中的传动路线表达式是：
主电动机
126 r / m in — —Ⅰ— 1 4 4 0 4 kW 256
60 30 18 72
转速线：
由于主轴转速是等比数列，则相邻两转速有下列关系：
…
n2 n1
两边取对数，得：
n3 n2
nz n z 1
lg n2 lg n1 lg lg n3 lg n2 lg
lg nz lg nz1 lg
…
结论：任意相邻两转速的对数之差均为同一数，将转速坐标取 为对数坐标时，则任意相邻两转速都相距一格。为了方便， 转速图上不写符号，而是直接标出转速值（即对数真值）。 转速线间距大小，并不代表公比的数值大小。
—Ⅲ—
— Ⅳ（主轴）
36 36 30 — 42 24 48
42 Ⅱ— 42 22 62
• 图(b)为该传动系统的转速图：
• 传动轴线：间距相等的一组竖直线（细线） 表示各传动轴。 • 转速线：间距相等的一组水平线（细线）表 示转速的对数坐标。 • 转速点：传动轴格线上的圆点表示该轴所具 有的转速。 • 传动线：传动轴格线间的转速点连线（粗线） 表示相应传动副的传动比，称为传动比连线。
• 传动线： 传动线有如下几个特点： • 传动线的倾斜方向和倾斜程度表示传动比的 大小。 • 由一个主动转速点引出的传动线数目，表示 该变速组中不同传动比的传动副数。 • 两个传动轴格线间相互平行的传动线，表示 同一个传动副的传动比。 所以转速图可以清楚地表示：传动轴的数目， 主轴及各传动轴的转速级数、转速值及其传动路 线，变速组的数目及传动顺序，各变速组的传动 副数目及传动比数值等。（三线一点）
• （2）转速高、功率大、变速范围广
数控机床适应性强，适合加工单件、小批量和形 状复杂工件，为了适应各种不同材料的加工以及各种 不同的加工方法，数控机床的主传动系统要有较宽的 转速范围及相应的输出力矩，以保证加工时能选用合 理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和 表面质量。同时，数控机床还应能够进行大功率切削 和高速切削，以实现高效率加工。
传动扩大输出扭矩，满足 主轴低速时对输出扭矩 特性的要求。
（2）．带有定比传动的主传动系统
如图 (b)所示，主轴电动机经过定比传动传递给 主轴。目前，定比传动多采用带（同步齿形带和三 角带）传动，也有采用齿轮传动的。
适用于高速、低转距特性的主轴，电动机本身的 调速就能够满足要求，且带传动平稳，噪声低、结 构简单、安装调试方便。 这种传动主要应用在转速高、变速范围不大的数 控机床上。