主軸傳動特點

數控機床的主傳動系統(tǒng)用來實現(xiàn)機床的主運動，它是機床成型運動之一，它將主軸電機的原動力通過該傳動系統(tǒng)變成可供切削加工的切削力矩和切削速度。數控機床的主傳動系統(tǒng)是機床很重要的一部分。例如，數控車床上主軸帶動工件的傳動運動，立式加工中心上主軸帶動銑刀、鏜刀和鉸刀等的旋轉運動。

與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比，數控機床的主傳動系統(tǒng)在結構上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電機的無級變速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構，有些只有二級或者三級齒輪變速用以擴大無級調速的范圍。

數控機床主傳動系統(tǒng)的精度決定了零件的加工精度。為了適應各種不同的加工要求，數控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調速范圍及相應的輸出轉矩、較高的精度與剛度、振動小，并盡可能降低噪聲與熱變形，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。

1．變速范圍寬，且能實現(xiàn)無級變速。數控機床為了保證加工時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率、加工精度的表面質量，必須有更高的轉速和更大的調速范圍。對于自動換刀的數控機床．工序集中，工件一次裝夾可以完成許多工序，所以，為了適應各種工序和各種加工材質的要求，主運動的調速范圍還應進一步擴大。

2．較高的精度，較大的剛度，傳動平穩(wěn)，低噪聲。數控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關。主軸部件的精度包括旋轉精度和運動精度。曝旋轉精度是指裝配后。在無載和低速傳動條件下，主軸前段工作部位的徑向和軸向跳動值。主軸部件的旋轉精度取決于部件中各個零件的幾何精度、裝配精度和調整精度。運動精度指主軸在工作狀態(tài)下的旋轉精度，這個精度通常和靜止或低速狀態(tài)的旋轉精度有較大的差別，它表現(xiàn)于工作時主軸中心位置的不斷變化．即主軸軸心漂移。運動狀態(tài)下的旋轉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。為了提高旋轉精度，可以對主傳動系統(tǒng)的齒輪齒面進行高頻感應加熱淬火以增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(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。數控機床多采用抗彎剛度作為衡量主軸部件剛度的指標。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、數量、配置形式、預緊情況、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。數控機床上一般既要進行粗加工又要進行精加工，加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法繼續(xù)進行。因此，在主軸傳動系統(tǒng)中的各個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的能力——抗振性。抗振性可用動剛度或動柔度來衡量。例如、主軸組件的動剛度取決于主軸的當量靜剛度、阻尼比及固有頻率等參數。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產生熱變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度而造成加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產率。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行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。

按照結構分齒輪傳動、帶傳動、直聯(lián)傳動和電主軸等幾種方式。

1.齒輪傳動方式，帶有變速齒輪的主傳動是大、中型數控機床采用較多的傳動變速方式。這種方式通過少數幾對齒輪降速，擴大輸出轉矩，滿足主軸低速時對輸出轉矩特性的要求。數控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速,使之成為分段無級變速。

2.帶傳動方式。為帶傳動方式,這種方式主要應用在轉速較高、變速范圍不大的小型數控機床上，電動機本身的調整就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動時引起振動和噪聲的缺點，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、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成。機床加工時，主軸帶動工件或刀具直接參與表面成型運動，所以主軸的精度、剛度和熱變形對加工質量和生產效率等有重大的影響。對主軸組件的要求有以下幾個。

(1)回轉精度要高?；剞D精度即瞬時回轉中心線與理想回轉線之差。分為徑向跳動和端面跳動誤差。

(2)剛度好。

(3)抗振性好。提高抗振性必須提高組件靜剛度,必要時安裝阻尼器。

(4)溫升小。先進的數控機床采用恒溫主軸箱。

(5)耐磨性好。長時間高速旋轉的主軸組件的耐磨性要求要好，從而保證主軸運動精度。

車床電主軸是最近幾年在數控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術。高速數控機床主傳動系統(tǒng)取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接

BT50加工中心主軸

驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,MotorSpindle)。

電主軸是近年在數控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術，它與直線電機技術、高速刀具技術一起，將會把高速加工推向一個新時代。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、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置。

電主軸所融合的技術：

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

高速電機技術：電主軸是電動機與主軸融合在一起的產物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡；

潤滑：電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑；也可以采用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤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，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發(fā)熱。

冷卻裝置：為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對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。

內置脈沖編碼器：為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相角控制以及與進給的配合。

自動換刀裝置：為了應用于加工中心，電主軸配備了自動換刀裝置，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：要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅動電主軸的內置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。

高速主軸 高速電主軸是最近幾年在數控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術。高速數控機床主傳動系統(tǒng)取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。 如圖1所示