主軸傳動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的精度決定了零件的加工精度。為了適應(yīng)各種不同的加工要求，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍及相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩、較高的精度與剛度、振動(dòng)小，并盡可能降低噪聲與熱變形，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。

1．變速范圍寬，且能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。數(shù)控機(jī)床為了保證加工時(shí)選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度的表面質(zhì)量，必須有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床．工序集中，工件一次裝夾可以完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。

2．較高的精度，較大的剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，低噪聲。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。主軸部件的精度包括旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度。曝旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后。在無載和低速傳動(dòng)條件下，主軸前段工作部位的徑向和軸向跳動(dòng)值。主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各個(gè)零件的幾何精度、裝配精度和調(diào)整精度。運(yùn)動(dòng)精度指主軸在工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度，這個(gè)精度通常和靜止或低速狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)精度有較大的差別，它表現(xiàn)于工作時(shí)主軸中心位置的不斷變化．即主軸軸心漂移。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于主軸的工作速度、軸承性能和主軸部件的平衡。為了提高旋轉(zhuǎn)精度，可以對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火以增加耐磨性；最后一級(jí)采用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)；采用高精度軸承及合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛性。靜態(tài)剛度反映了主軸部件或零件抵抗靜態(tài)外載的能力。數(shù)控機(jī)床多采用抗彎剛度作為衡量主軸部件剛度的指標(biāo)。影響主軸部件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸形狀，主軸軸承的類型、數(shù)量、配置形式、預(yù)緊情況、支承跨距和主軸前端的懸伸量等。

3．良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工又要進(jìn)行精加工，加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無法繼續(xù)進(jìn)行。因此，在主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)主要部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾引起振動(dòng)的能力——抗振性?？拐裥钥捎脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來衡量。例如、主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度、阻尼比及固有頻率等參數(shù)。機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度而造成加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，它是機(jī)床成型運(yùn)動(dòng)之一，它將主軸電機(jī)的原動(dòng)力通過該傳動(dòng)系統(tǒng)變成可供切削加工的切削力矩和切削速度。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)床很重要的一部分。例如，數(shù)控車床上主軸帶動(dòng)工件的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，立式加工中心上主軸帶動(dòng)銑刀、鏜刀和鉸刀等的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電機(jī)的無級(jí)變速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或者三級(jí)齒輪變速用以擴(kuò)大無級(jí)調(diào)速的范圍。

按照結(jié)構(gòu)分齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、直聯(lián)傳動(dòng)和電主軸等幾種方式。

1.齒輪傳動(dòng)方式，帶有變速齒輪的主傳動(dòng)是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的傳動(dòng)變速方式。這種方式通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩，滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速,使之成為分段無級(jí)變速。

2.帶傳動(dòng)方式。為帶傳動(dòng)方式,這種方式主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床上，電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)整就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起振動(dòng)和噪聲的缺點(diǎn)，但它只能適用于低扭矩特性要求。常用的有平帶、V帶同步齒形帶、多楔帶。

主軸組件是由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等組成。機(jī)床加工時(shí)，主軸帶動(dòng)工件或刀具直接參與表面成型運(yùn)動(dòng)，所以主軸的精度、剛度和熱變形對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有重大的影響。對(duì)主軸組件的要求有以下幾個(gè)。

(1)回轉(zhuǎn)精度要高。回轉(zhuǎn)精度即瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線與理想回轉(zhuǎn)線之差。分為徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)誤差。

(2)剛度好。

(3)抗振性好。提高抗振性必須提高組件靜剛度,必要時(shí)安裝阻尼器。

(4)溫升小。先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床采用恒溫主軸箱。

(5)耐磨性好。長(zhǎng)時(shí)間高速旋轉(zhuǎn)的主軸組件的耐磨性要求要好，從而保證主軸運(yùn)動(dòng)精度。

車床電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接

BT50加工中心主軸

驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,MotorSpindle)。

電主軸是近年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。

電主軸所融合的技術(shù)：

高速軸承技術(shù)：電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限；

高速電機(jī)技術(shù)：電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡；

潤(rùn)滑：電主軸的潤(rùn)滑一般采用定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑；也可以采用脂潤(rùn)滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤(rùn)滑油的油量。而油氣潤(rùn)滑，指的是潤(rùn)滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤(rùn)滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。

冷卻裝置：為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。

內(nèi)置脈沖編碼器：為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。

自動(dòng)換刀裝置：為了應(yīng)用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的裝卡方式：廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。

高頻變頻裝置：要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲。

高速主軸 高速電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。 如圖1所示