数控机床的主传动系统的设计 1、主传动变速系统的参数、主传动变速系统的参数 机床主传动系统的参数有动力参数和运动参数，动力参数是指主运动驱动电机的功率， 运动参数是指主运动的变速范围 （1）主传动功率 机床主传动的功率 P 可根据切削功率与主运动传动链的总效率 η 由式（5—1）来确𝑃𝑐定：𝑃 =𝑃𝑐𝜂 数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可根据有代表性的加工情况，由其主𝑃𝑐切削力按式（5—2）来确定：𝐹𝑧𝑃𝑐=𝐹𝑧𝑉60000=𝑀.𝑛 655000 𝐾𝑊 式中：——主切削力的切向分力；V——切削速度；M——切削扭矩；n——主轴转𝐹𝑧速 主传动的总效率一般可取为 η=0.7～0.85，数控机床的主传动多用调速电机和有限的变 速传动来实现，传动链较短，因此，效率可取较大值 （2）主运动的调速范围 主运动为旋转运动的机床，主轴转速 n 有切削速度 v(m／min)和工件或刀具的直径 d(mm)来确定式（5—3）：𝑁 =1000𝑣 3.14𝑑（𝑟/𝑚𝑖𝑛）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 可根据式（5—4） 、式（5—5）确定：𝑁𝑚𝑖𝑛=1000𝑣𝑚𝑖𝑛3.14𝑑𝑚𝑎𝑥 （𝑟/𝑚𝑖𝑛）𝑁𝑚𝑎𝑥=1000𝑣𝑚𝑎𝑥3.14𝑑𝑚𝑖𝑛（𝑟/𝑚𝑖𝑛）其中，最高转速与最低转速之比称为调速范围 R。
数控机床与普通机床相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最大和最小转速 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 2、主传动系统的设计要求、主传动系统的设计要求 数控机床的主传动系统除应满足普通机床主传动要求外，还提出如下要求： ①具有更大的调速范围，并实现无级调速数控机床就是为了保证加工时能选用合理 的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量， 必须具有更高的转速和更大的调速范围 ②具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低应提高传动件的制造精度与刚度．齿 轮面进行高频感应加热淬火增加耐磨性：最后一级采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用高 精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的剐性 ③良好的抗震性和热稳定性数控机床上一般既要进行粗加工，又要进行精加工：加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激震动等 原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度，严重时甚至破坏刀 具或零件使加工无法进行。
3、主轴组建设计、主轴组建设计 （1）对主轴组件的性能要求 主轴的组件是机床的主要部件之一，它的性能对整机性能有很大的影响主轴直接承 受切削力，转速范围又很大，所以对主轴组件的主要性能特提出如下要求： ①旋转精度：主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装 工件或刀具部位的定心表面的径向和轴向跳动 ②刚度：刚度主要反应机床或部件抵抗外载荷的能力影响刚度的因素很多，如主轴 的尺寸和形状、滚动轴承的型号、数量、预紧和配簧形式，传动件的布置方式等 ③温升：温升将引起热变形使主轴伸长，轴承间隙的变化，降低了加工的精度；温升 也会降低润滑翔的粘度，恶化润滑条件因此，对高精度机床应研究如何减少主轴组件的 发热，如何控温等 ④可靠性：数控机床是高度自动化机床，所以必须保证工作可靠性 ⑤精度保持性：对数控机床的主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度 以上这些要求，有的还是矛盾的例如高刚度与高速，高速与低温升，高速与高精度 等这就要具体问题具体分析例如设计高效数控机床的主辅组件时，主轴应满足高速和 高刚度的要求；设计高精度数控机床时，主轴应满足高刚度、低温升的要求 （2）主轴部件的组成和轴承选型 主轴组件，包括主轴、轴承、传动件和相应的紧固件。
主轴组件的构造，主要是支撑 部分的构造主轴的端都是标准的传动件如齿轮、带轮等与一般机械零件相同因此， 研究主轴组件，主要是研究主轴的支撑部分 主轴的传动件，可位于前后支撑之间，也可以位于后支撑之后的主轴后悬伸端这次 改造我们采取了位于后悬伸端的方式这样做可以实现分离传动和模块化设计：主轴组件 和变速箱可以做成独立的功能部件变速箱和差轴间可用齿轮副或带传动联接如果后悬 伸端太长，可在主轴尾部加辅助支撑传动件位子后悬伸端还有利于使前后轴承的距离保 持最佳值 主轴支撑分径向和轴向支撑，轴向支撑应位于前支撑内，原因是数控机床的坐标原点 常设定在主轴前端为了减少热膨胀造成的坐标原点位移，应尽量缩短坐标原点至推力支 撑间的距离 主轴轴承，主要应根据精度、刚度和转速来选择为了提高精度和刚度，主轴轴承的 间隙应该是可调的线接触的滚子轴承比点接触的刚度高，但在一定温升下允许的转速较 低考虑到我们的生产的实际：连续运转、温升高、精度要求高等特点，我们选择了角接 触球轴承这种轴承既可以承受径向载荷，又可承受轴向载荷，使用与高速旋转但这种 轴承为点接触，刚度较低为了提高刚度和承载能力，我们采用了多联组配的办法，两轴 承背靠背的组配，这种组合能受双向轴向载荷。
主轴轴承的内部间隙必须能够调整，而且还应在过盈状态下工作，使滚动体与滚道之 间有一定的预变形，这就是轴承的预紧轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支 撑主轴，有利于提高运动精度滚动体的直径不可能绝对相等，轨道也不可能绝对正圆， 因而预紧前只有部分滚动体与滚道接触预紧后，滚动体和滚道都有了一定的变形，参加 工作的滚动体将更多，各滚动体的受力将更为均匀这些都有利于提高轴承的精度、刚度 和寿命但预紧后发热较多，温升较高，且太大的预紧将使寿命下降，故预紧要适量。