第五章 数控机床的主传动系统
（2）带传动主轴（图b）
这种传动类型主要用在转速较高、变速范围不大的小型数 控机床上。它通过一级带传动实现变速，其优点是结构简单， 安装调试方便。电动机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮 变速，可以避免由齿轮传动时所引起的振动和噪声。但变速范 围受电动机调速范围的限制，只能适用于高速低转矩特性要求 的主轴带传动变速中，常用的带类型有V带、平带、多楔带和同 步带。
5.1 对主传动系统的基本要求和变速方式
一、对主传动系统的基本要求 1．主轴转速高，变速范围宽，并可实现无级变速。 2．主轴传动平稳，噪声低，精度高 3．具有良好的抗振性和热稳定性 4．能实现刀具的快速和自动装卸
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二、主传动的变速方式 数控机床主传动方式主要有无级变速、分段无级 变速两种。 主传动采用无级变速传动方式，不仅能在一定的 变速范围内选择合理的切削速度，而且能在运动中自 动变速，此种变速传动方式采用直流主轴伺服电机或 交流主轴伺服电机作驱动。交流主轴电动机及交流变 频驱动装置（鼠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。
数 控 技 术
河北理工大学机械工程学院 工程训练中心 张好强
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第五章
5.1 5.2 5.3
数控机床的主传动系统
对主传动系统的基本要求和变速方式 数控机床的主轴部件 高速主轴系统和电主轴
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由主轴电动机经一系列传动统。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、主轴定向装置等。
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2．主传动的齿轮变速装置 常用的两种装置是液压拨叉变速和电磁离合器变 速装置。 （1）液压拨叉变速装置 在齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠 液压拨叉来完成。 液压拨叉换挡在主轴停转之后才能进行，但主轴 停转后拨叉带动齿轮块移动又可能产生“顶齿”现象。 因此，在这种主运动系统中通常增设一台微电动机， 它在拨叉移动齿轮块的同时带动各传动齿轮作低速回 转，使移动齿轮与主动齿轮顺利啮合。
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（4）调速电动机直接驱动主轴（图d、图e）
这种主传动类型又分两种。一种如图d所示，主轴电动 机输出轴通过精密联轴器与主轴连接，其优点是结构紧凑， 传动效率高；但主轴转速的变化及转矩的输出完全与电动机 的输出特性一致，因而在使用上受到一定限制。 另一种为内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一 体（图e）。其优点是省去了中间的所有传动环节，主轴组件 结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高启动、停止的响应特性， 并利于控制振动和噪声；缺点是电动机运转产生的热量易使 主轴产生热变形。因此，温度控制和冷却是使用内装电动机 主轴的关键问题。下图2-4所示为内装电动机主轴的结构示意 图。
2．静压滑动轴承 数控机床上常用的静压滑动轴承是液体静压滑 动轴承。此种静压滑动轴承的油膜压强由液压缸从 外界供给，与主轴转速无关。它的承载能力不随转 速的变化而变化，而且无磨损，启动和运转时摩擦 力矩相同。所以，液体静压滑动轴承的刚度大，回 转精度高，但液体静压滑动轴承需要一套液压装置， 成本较高。 液体静压滑动轴承装置主要由供油系统、节流 器和轴承三部分组成，其工作原理如图2-11所示。
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一、主轴端部结构 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具。在 设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、连接 牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。主轴端部 的结构形状都已标准化，图2-9所示为普通机床和数 控机床通用的几种结构形式。
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第五章 数控机床的主传动系统 5.2数控机床的主轴部件
主轴部件是主运动的执行件，它夹持刀具或工 件，并带动其旋转。数控机床主轴部件的精度、刚 度、抗振性和热变形对加工质量和生产效率等有着 直接的影响。 数控机床的主轴部件包括主轴、主轴支承、装 在主轴上的传动件和密封件等，对于加工中心的主 轴，为实现刀具的快速和自动装卸，主轴部件还包 括刀具的自动装卸、主轴定向停止（准停）和主轴 孔内的切屑清除等装置。
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（2）电磁离合器变速装置 电磁离合器变速装置是利用电磁效应，通过接通 或断开电磁离合器的运动部件实现变速。其优点是便 于实现操作自动化，并有现成的系列产品可供选用， 因而其已成为自动装置中常用的执行元件。 电磁离合器应用于数控机床的主传动时，能简化 变速机构，通过若干个安装在各传动轴上离合器之吸 合与分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主 轴的变速。
二、主轴轴承 主轴轴承是主轴部件的重要组成部分。它的类 型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却 都直接影响主轴的工作性能。在数控机床上，主轴 轴承常用的有滚动轴承和静压滑动轴承。 1．滚动轴承 图2-10所示为数控机床主轴常用的几种滚动轴 承。
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（3）两个电动机分别驱动主轴（图c） 这是上述两种方式的混合传动类型，兼有上述两 种方式的性能。高速时，由一个电动机通过带传动； 低速时，由另一个电动机通过齿轮传动，齿轮起到降 速和扩大变速范围的作用，因而就使恒功率区增大， 扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够，且电动机 功率不能充分利用的问题，但两个电动机不能同时工 作。
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1．主轴的传动类型
第五章 数控机床的主传动系统
1．主轴的传动类型 （1）齿轮传动主轴（图a） 这是大中型数控机床较常采用的传动类型，它使 用无级变速交、直流电动机，再通过几对齿轮传动后， 实现分段无级变速，这种变速方式使得变速范围扩大。 其优点是在低速时能满足主轴输出扭矩特性的要求。 但齿轮变速机构通常采用液压拨叉或电磁离合器变速 方式，造成主轴箱结构复杂，成本增高，另外这种传 动机构容易引起振动和噪声。