主传动系统和主轴箱结构的知识点

1．主传动系统

数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴部件。与普通机床的主传动系统相比在结构上大大简化，这是因为变速功能全部或者大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，有些只有二级或者三级齿轮变速系统，用以扩大电动机无级变速的范围。

数控车床主传动系统

对数控机床的主传动系统有以下几点要求。

1）调速范围

各种不同的车床对调速范围的要求不同。多用途、通用性强的机床要求主轴的调速范围大，不但有低速大转矩功能，而且要有较高的速度，如车削加工中心；而对于普通数控车床就不需要较大的调速范围。

2）热变形

电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小的热变形是对主传动系统要求的重要指标。

3）主轴的旋转精度和运动精度

主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下测量主轴前端与300 mm处的径向和轴向跳动值。主轴在工作速度旋转时测量的上述的两项精度称为运动精度。数控车床要求有高的旋转精度和运动精度。

4）主轴的静刚度和抗振性

由于数控机床加工精度较高，主轴的转速也很高，因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高。主轴的轴颈尺寸、轴承类型及配置方式，轴承预紧量大小，主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼等对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。

5）主轴组件的耐磨性

主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长时间保持精度。凡有机械摩擦的部件，如轴承、锥孔等都应有足够高的硬度，轴承处还应有良好的润滑。

MJ-50数控车床传动系统如图3-4所示，其主运动传动系统由功率为11/15 kW的AC伺服电动机驱动，经一级1∶1的同步齿形带传动带动主轴旋转，使主轴在35～ 3 500 r/min的转速范围内实现无级调速。主轴箱内部省去了齿轮转动变速机构，因此减少了原齿轮转动对主轴精度的影响，并且维修方便。

图3-4　MJ-50数控车床传动系统

传动主轴的带的形式主要有同步齿形带，如图3-5所示。齿形同步带传动在数控机床上得到了广泛的应用，其具有以下优点：齿形带兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，无相对滑动，无须特别张紧，传动效率高；平均传动比准确，传动精度较高；有良好的减振性能，无噪声，无须润滑，传动平稳；带的强度高、厚度小、质量小，故可用于高速传动。

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图3-5　同步齿形带传动

同步齿形带传动动画

2．主轴箱结构

1）主轴箱结构

主轴箱结构及液压卡盘结构

MJ-50数控车床主轴箱结构如图3-6所示。交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。主轴有前、后两个支承，前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴承的间隙用螺母8来调整，螺钉12用来防止螺母8回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和6来调整。螺钉17和13用于防止螺母1和6回松。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前、后支承所用圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜低速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱9上。脉冲编码器可以向CNC装置反馈主轴转速等信息，通过CNC装置的协调，可以使进给量与主轴转速保持要求的比率，实现螺纹车削。

图3-6　MJ-50数控车床主轴箱结构

1，6，8—螺母；2—同步带；3，16—同步带轮；4—脉冲编码器；
5，12，13，17—螺钉；7—主轴；9—主轴箱；10—角接触球轴承；
11，14—圆柱滚子轴承；15—带轮

数控车床主轴箱动画

2）液压卡盘结构

如图3-7（a）所示，液压卡盘固定安装在主轴前端，回转液压缸1与接套5用螺钉7连接，接套通过螺钉与主轴后端面连接，使回转液压缸随主轴一起转动。卡盘的夹紧与松开由回转液压缸通过一根空心拉杆2来驱动。拉杆后端与液压缸内的活塞6用螺纹连接，连接套3两端的螺纹分别与拉杆2和滑套4连接。图3-7（b）所示为卡盘内楔形结构示意图，当液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向卡盘方向移动时，滑套4向右移动，由于滑套上楔形槽的作用，使卡爪座11带着卡爪12沿径向向外移动，故卡盘松开；反之液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向主轴后端移动时，通过楔形机构，使卡盘夹紧工件。卡盘体9用螺钉10固定安装在主轴前端。8为回转液压缸的箱体。

图3-7　液压卡盘结构简图

1—回转液压缸；2—空心拉杆；3—连接套；4—滑套；5—接套；6—活塞；7，10—螺钉；
8—回转液压缸箱体；9—卡盘；11—卡爪座；12—卡爪

液压卡盘动画