数控机床的主运动系统-精准加工的关键保障_电气知识

根据数控机床的要求和目前大多数数控机床的配置现状，主运动系统的配置大致有以下四类：

普通电机—机械变速系统—主轴部件配置方式

该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满足各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较复杂，所以现在仅有少数经济型数控机床采用该配置，其他已很少采用。
变频器—交流电机—1～2机械变速—主轴部件配置方式

这种配置如图5-3所示，变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力，相对上述配置方案具有结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求，但其调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。主要用于经济型或中低档数控机床上。
交、直主轴电机—主轴部件配置方式

这种配置形式如图5-4(a)所示，电机经同步齿形带传动主轴，电机是性能更好的交、直流主轴电机(图5-4(b))，其优点是变速范围宽，最高转速可达8000r/min，在传动上能基本能满足目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的控制功能、其结构简单、安装调试方便，可满足现在中高档数控机床的控制要求。但对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满足。
电主轴

传统的主轴部件都是由主轴电机经传动机构带动主轴转动。如若能将主轴与电机制成一体那么就可省去传动机构，使主轴驱动机构简化。因而一种称为电主轴（或内装式主轴电机）应运而生，其结构示意图如图5-5(a)所示。由图可知这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相似。这种电机构成了较简单的主运动部件。它不仅可以使转速提高，若在其内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）而且可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，目前最高可达200000r/min。它的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的零传动，因而使传动精度大大提高，由于它具有上述特点，在高速数控机床大量采用。但在目前也存在着一些缺点，主要是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。