数控机床的主运动系统

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1、数控技术华中科技大学机械科学与工程学院第5章运动系统与典型机构5.1概述5.2数控机床的主运动5.3数控机床的进给运动5.4数控机床的换刀运动1主轴转速n（r/min）：主轴的最低和最高转速：r/min主轴调速范围：r/minr/min（1）主轴转速和调速范围5.2.1主运动参数5.2数控机床的主运动2（2）主运动的功率、转矩特性kwPZ—主切削力（N）v—切削速度（m/min）T—切削扭矩（Nm）n—主轴转速（r/min）主运动所需输出的功率：主运动的转矩特性：最大功率（或扭矩）与运动速度之间的关系。5.2数控机床的主运动3恒扭矩

2、输出：常用于一些特殊工序加工，如光车、攻大直径螺纹、铰大直径孔、精镗、成形铣削等，需要的输出功率较小的情况。5.2数控机床的主运动45.2数控机床的主运动5.2.2主运动的传动形式（1）带有简单变速机构的主传动优点：能满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调节速度的能力。缺点：结构复杂，需要润滑及温度控制装置；成本较高；制造和维修难。应用：一般大中型铣床多采用这种结构。5（2）通过皮带传动的主传动优点：结构简单，安装调试方便，传动平衡，在一定条件下能满足转速与转矩的输出要求。缺点：调速范围比（恒功率调速范围与恒扭矩调速范围之比）受

3、电机调速范围比的约束。应用：低扭矩输出要求的小型数控机床主轴上。5.2数控机床的主运动6（3）电机直接驱动的主轴结构（两种类型）电机通过精密联轴器与主轴联接。特点：结构紧凑、传动效率高的，主轴的特性完全与电机输出特性一致，因而在使用上受到一定限制。主轴与电机转子为一体，称电主轴。特点：结构紧凑，惯量小，响应快。制造和控制要求高。如主轴的散热、动平衡、支承、润滑及控制等。造价高。应用：多用于高速加工。5.2数控机床的主运动75.2.3主轴典型控制功能1.主轴准停装置机械式准停装置：功能：当特殊加工或自动换刀，主轴能实现准确的停止在一个

4、固定位置上。1-无触点开关2-感应块3-凸轮定位盘4-定位液压缸5-定向滚轮6-定位活塞机械准停装置比较准确可靠，但结构较复杂。5.2数控机床的主运动8电气式准停装置：1-主轴2-同步感应器3-主轴电动机4-永久磁铁5-磁传感器磁力传感器准停装置工作原理：数控装置发出主轴停转指令时，主轴电动机3立即降速，当永久磁铁4对准磁传感器5时，磁传感器发出准停信号，由定向电路使电动机准确地停止在规定的周向位置上。1）利用主轴上光电脉冲产生准停信号。2）利用磁力传感器检产生准停信号。5.2数控机床的主运动92.刀具自动夹紧装置、切屑清除装置自动

5、换刀卧式镗床（镗铣加工中心）的主轴部件5.2数控机床的主运动103.C轴控制与同步速度控制主轴的回转位置（转角）控制可进给伺服电机实现，也可以由主轴电机实现，此时主轴的位置（角度)由装于主轴上（不是主轴电机）上的高分辨率编码器检测，主轴作为进给伺服轴工作。对应Z轴的回转轴（即绕主轴回转）为C轴。C轴与进给轴（Z轴或X轴）联动进行插补控制，可以实现任意曲线的加工。如：螺纹，端面曲线，非圆柱或圆锥的异形回转表面等。C轴控制与同步速度控制的功能：C轴的控制方式：5.2数控机床的主运动115.2.4电主轴结构紧凑、效率高、噪声低、振动小和精

6、度高具备精确的主轴定位及C轴传动功能。易实现高速化，其动态精度和动态稳定性更好。主轴运行平稳，使主轴轴承的寿命得到延长。主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是关键。电主轴具有如下特点：5.2数控机床的主运动12电主轴电主轴5.2数控机床的主运动13电主轴的结构5.2数控机床的主运动145.2数控机床的主运动15（1）电主轴电机的类型根据电主轴内装式电机的控制方法普通交流变频电主轴——结构简单，成本低，但存在低速输出功率不稳的问题，难以满足低速大扭矩的要求。交流伺服电主轴——特点：低速输出性能好，可实现闭环控制，经常用于加工中心等要求主

7、轴定位或有C轴功能传动的数控机床。。②根据电主轴内装式电机的输出特性恒转矩电主轴——转矩是恒定的，输出功率与转速成正比。适合于磨削及高速钻削，电主轴的转速越高，输出功率越大。5.2数控机床的主运动16恒功率电主轴——在低速段的输出是恒转矩，高速段则是恒功率。主要用于镗、铣、车削等切削范围广、工况变化大的场合。（2）解决电主轴的振动问题的措施电主轴的最高转速：一般在10000/min以上，甚至高达60000~100000r/min。电主轴的振动类型：电主轴的谐振、电磁振荡和机械振动。关键问题：提高电主轴的动平衡。5.2数控机床的主运动

8、17电主轴上零件精密加工、装配和调校。电主轴上机构必须遵守对称性原则，键连接和螺纹连接在电主轴上是被禁止的。电主轴上的转子应与主轴装配后，以主轴、后轴径为定位支撑，配作转子的精车工序。在电机转子的两个端盖上，对称地加工16~24个直径