数控机床主传动系统概述

主运动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上单轴功率消耗最大的运动轴。其主要功用有：① 传递动力，传递切削加工所需要的动力；② 传递运动，传递切削加工所需要的运动；③ 运动控制，控制主运动运行速度的大小、方向和起停。与进给伺服系统相比，它具有转速高、传递的功率大等特点，是数控机床的关键部件之一，对它的运动精度、刚度、噪声、温升、热变形都有较高的要求。
　1.对主运动系统的要求
　　 动力功率高
　　　　由于对高效率的要求日益增长，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kW～250kW之间。
　　 调速范围宽
　　　　除了功率方面的要求外，还应使主轴转速具有足够大的调整范围。调速范围是指最高转　　速与最低转速之比，即：
　
　　　　　　　　 　　　R_n=n_max/n_min
　
　　　　在主运动系统中调速范围有恒扭矩、恒功率调速范围之分，如图5-1所示，在基本转速(额定转速n_c )以下是恒转速调速范围，通过调整电枢电压来实现，在n_c以上是恒功率调速，通过调磁调速。而且现在恒功率调速范围尽可能大，以便在尽可能低的速度下，利用其全功率(在低速时往往由于电流的限制，只能进行恒扭矩调速。因为加工一些难加工材料所需求的转速范围相差很大，例如，钛需要低速加工，而铝合金材料却需要高速加工，而采用齿轮变速箱扩大变速范围的方法已不能满足要求。
　　 控制功能的多样化
　　　　由于NC机床的种类繁多，不同的机床对主轴功能有不同的要求。如：NC车床车螺纹时要求有同步控制功能；加工中心为了能进行自动换刀需要主轴准停功能；NC车床和NC磨床在进行端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求接触点处的线速度为恒值，需要恒线速切削功能；还有些NC机床有C轴控制功能。
　　 性能要求高
　　　　对主轴电机的性能要求如下：①电机抗过载能力强，要求有较长时间(1～30min)和较大　　倍数的抗过载能力；②在断续负载下，电机转速波动要小；③速度响应要快，升降速时间要短；④电机温升低，振动和噪音小；⑤可靠性高，寿命长，维护容易；⑥体积小，重量轻，　　与机床联接容易。
　2.主传动功率
　　　机床主传动的功率N可根据切削功率N_c与主运动传动链的总效率η由下式来确定 N=N_c/η数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可以根据有代表性的加工情况，由其主切削力P_z按下式来确定
　 　 　　　　
　　　数控机床的主传动多用调速电机和有限的机械变速传动来实现，传动链较短，因此，效率可以取较大值。
　　　主传动中各传动件结构尺寸的确定都与传动率密切相关，如果传动功率定得过大，将使传　动件的结构
　尺寸粗大而造成浪费，若电动机常在低负荷下工作，功率因数很小而浪费能源。如果功率取得　过小，将限制机床的切削加工能力而降低生产率。因此要较准确合适地选用传动功率。由于　加工情况多变，切削用量变化范围较大，加之对传动系统因摩擦等因素消耗的功率也难于掌握　。因此，单纯用理论计算的方法来确定功率尚有困难，通常要用类比、测试和理论计算等几种　方法相互比较来确定。
　3.调速范围
　　　主运动为旋转运动的机床，主轴转速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件或刀具的直径d(mm)来确定
　　　　　　　　　　　　　　
　　　对于数控机床，为了适应切削速度和工件（或刀具）直径的变化，主轴的最低和最高转速可根据下式确定
　　　　　　　　　　　　
　最高转速与最低转速之比称为调速范围
　　　　　　　　　　　　　　
　　　数控机床与普通机床不同，它的加工范围较广，因此，切削速度和刀具或工件直径的变化也很大。可以根据机床的几种典型加工和经常遇到的加工情况来决定 v_max、v_min 及d_max 、d_min 。总之，不能将一切可能的加工情况都考虑在内，一般也用理论计算与调查类比相结合的办法来确定。