数控机床的主运动部件

    一、主传动变速(主传动链)
     1．带有二级齿轮变速
     主轴电动机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，多用于大中型数控机床。滑移齿轮常用液压拨叉或电磁离合器改变其位置。
     2．带有定比传动
     主轴电动机经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。带传动主要用于小型数控机床上，可避免齿轮传动的噪音和振动。
     3．由主轴电动机直接驱动
     电动机轴与主轴用联轴器同轴联接。该方式大大简化了主轴结构，有效地提高主轴刚度。但主轴输出转矩小，电动机的发热对主轴精度影响大。
     近年来出现另外一种内装电动机主轴（电主轴），即主轴与电动机转子合二为一（图7-5）。优点是主轴部件结构更紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。

    二、主轴(部件)结构
     1. 主轴的支承
     根据主轴部件的工作精度、刚度、温升和结构的复杂程度，合理配置轴承，可以提高主传动系统的精度。采用滚动轴承支承，有许多不同的配置形式，目前数控机床主轴轴承的配置主要有如图7-5所示的几种形式。
   
     在图7-5（a）所示的配置形式中，前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触球轴承组合，承受径向载荷和轴向载荷，后支承采用成对角接触球轴承，这种配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床。在图（b）所示的配置形式中，前轴承采用角接触球轴承，由2～3个轴承组成一套，背靠背安装，承受径向载荷和轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，这种配置适用于高速、重载的主轴部件，图（c）所示前后支承均采用成对角接触球轴承，以承受径向载荷和轴向载荷，这种配置适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。图（d）所示前支承采用双列圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷，后支承采用单列圆锥滚子轴承，这种配置可承受重载荷和较强的动载荷，安装与调整性能好，但主轴转速和精度的提高受到限制，适用于中等精度，低速与重载荷的数控机床主轴。
     2、主轴内部刀具自动夹紧机构
     为了实现刀具在数控机床的主轴上进行自动装卸，需要有相应的刀具自动松开和夹紧装置。 
     3、主轴准停装置
     在数控机床上有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上，主轴每次必须停在一个固定准确的位置上，以便机械手换刀。　
     在镗孔时为不使刀尖划伤加工表面，在退刀时要让刀尖退出加工表面一个微小量，由于退刀方向是固定的，因而要求主轴必须在一个固定方向上停止。
     通过小孔镗大孔也要求主轴必须在一个固定方向上停止。
     现代的数控机床一般都采用电气式主轴准停装置，只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确地定向。图7-6所示为一种用磁传感器检测定向的电气式主轴准停装置。
   
     1—主轴；2—同步齿形带；3—主轴电机；4—永久磁铁；5—磁传感器
     在主轴上安装有一个永久磁铁4与主轴一起旋转，在距离永久磁铁4旋转轨迹外1～2毫米处，固定有一个磁传感器5，当机床主轴需要停转换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电机3立即降速，使主轴以很低的转速回转，当永久磁铁4对准磁传感器5时，磁传感器发出准停信号，此信号经放大后，由定向电路使电机准确地停止在规定的周向位置上。这种准停装置机械结构简单，永久磁铁4与磁传感器5之间没有接触摩擦，准停的定位精度可达±1°，能满足一般换刀要求，而且定向时间短，可靠性较高。