主轴驱动的要求优化措施

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：数控机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别，主轴驱动通常是旋转运动，而进给驱动需要在滚珠丝杠螺母副或其他直线运动装置的作用下作往复运动。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：1）主轴调速范围要足够大并能由S指令实现无级调速，以满足各种工况的切削，获得最合理的切削速度，从而保证工件的加工精度和表面质量。目前，主轴驱动装置的恒转矩调速范围达1∶100，恒功率调速范围可达1∶30，过载1.5倍时仍可持续工作达30min。

数控机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别，主轴驱动通常是旋转运动，而进给驱动需要在滚珠丝杠螺母副或其他直线运动装置的作用下作往复运动。在20世纪60～70年代，数控机床的主轴组件多采用三相感应电动机配置多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：

1）主轴调速范围要足够大并能由S指令实现无级调速，以满足各种工况的切削，获得最合理的切削速度，从而保证工件的加工精度和表面质量。目前，主轴驱动装置的恒转矩调速范围达1∶100，恒功率调速范围可达1∶30，过载1.5倍时仍可持续工作达30min。

2）主轴传动需具有四象限驱动能力：主轴正、反转时，可在很短的时间内进行加、减速控制。目前，伺服主轴可在1s内从静止加速到6000r/min。

3）主轴组件要有较大的刚度、较高的精度、良好的抗振性和热稳定性，能保证一次装夹完成全部或绝大部分的粗加工和精加工的强力切削，从而提高数控机床的加工效率，以保证其使用过程中的可靠性。如齿轮传动时齿轮齿面采用高频感应加热淬火工艺，以增加其耐磨性，最后一级采用斜齿轮传动，以使传动更加平稳；带传动时采用齿形带，配置高精度轴承及合理的支承跨距，以提高主轴组件的刚度；在结构允许的条件下适当增加齿轮宽度，以提高齿轮的重叠系数；变速滑移齿轮采用内径定心的花键传动；配置动平衡装置和循环润滑装置等。

4）为提高数控机床的自动化程度、提高加工效率，要求主轴组件具有刀具自动装卸装置、主轴定向停止装置（ATC换刀时主轴必须停止在一固定不变的位置）和主轴内孔切屑自动清除装置。

5）主轴需具有C轴进给控制功能和主轴定向准停功能，以满足加工中心自动换刀、刚性攻螺纹、螺纹切削及车削中心的某些加工工艺需要。

6）在数控车床、磨床等机床的端面加工时，为保证端面表面粗糙度的一致性，要求主轴组件具有恒线速度切削控制功能（根据V=πDn，随着切削直径的逐渐减小，主轴转速不断提高，以保证径向进给刀具的切削线速度恒定）。

主轴驱动的要求优化措施

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