数控铣床的主传动系统设计

1. 主传动系统变速方式

交流变频无级调速主轴电机使数控机床主传动实现了无级调速，解决了直流电机长

期运转产生整流火花和电刷磨损的难题。

数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，

从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，

数控铣床调速范围应进一步扩大。 为了确保低速时的扭矩，有的数控机床在交流电机无

级变速的基础上配以齿轮变速。

对于通用型数控铣床，要求主轴变速范围

200

~

100

≥

np

R

，恒功率区的变速范围尽

量大，当主轴最低转速拟定后，主轴的计算转速应较低，以满足低速大转矩的切削加工

要求。实现这些功能应在交流无级调速主轴电机后串联分级变速机构，以扩大电机的恒功

率区变速范围。

 如果

分级变速机构设计得不合适，则须选用较大功率的电机。原因是电机在恒转矩

区运行时，应保证主轴在最低转速切削时有足够大的功率；主轴在恒功率区工作时，有

些系统会出现功率缺口，为了在缺口低谷处功率能保证传递全部功率，只有选择额定功

率较大的电机给予补偿。

2. 串联分级变速机构的主传动系统设计

（1）分级变速机构设计

分级变速机构级数 Z 主要取决于主轴要求的恒功率变速范围

np

R

、电机的恒功率变速

范围

dp

R

和分级变速机构的变速范围

f

R

，同时还和机构的复杂程度和主轴是否允许有功

率缺口有关，常用的级数 Z＝2、3、4  

。

 

① 假设 Z＝2，传动比为

1

i

、

2

i

，且

2

1

i

i

>

，则级数比

f

R

i

i

=

=

2

1

/

ϕ

，要使主轴转速

连续，功率无缺口的条件是

dp

R

≤

ϕ

 (即

dp

f

R

R

<

)，这与要求主轴的恒功率区变速范围

np

R

尽量大，相矛盾，使得主轴转速不连续，功率有缺口，如图 8-15（a）所示。

    由图 8-15（a）可以看出，采用一个 Z＝2 的变速机构(即Ⅱ轴为主轴)时，只有级数比

dp

R

≤

ϕ

时，主轴的恒功率区转速连续，但主轴

np

R

很小，不能满足机床要求。若再增加

一个 Z＝2 的传动组，(如图 8-15（a

—

）中Ⅱ Ⅲ轴)

 

，主轴为第Ⅲ轴，则

np

R

扩大范围很宽，