华中科技大学：《数控技术》课程教学资源（PPT课件）第5章 运动系统与典型机构 5.2 数控机床的主运动

第5章 运动系统与典型机构 5.1概述 5.2数控机床的主运动 5.3数控机床的进给运动 5.4数控机床的换刀运动

1 第5章 运动系统与典型机构 5.1 概述 5.2 数控机床的主运动 5.3 数控机床的进给运动 5.4 数控机床的换刀运动

5.2数控机床的主运动 5.2.1主运动参数 (1)主轴转速和调速范围 >主轴转速n（r/min): 1000w n= r/min πd >主轴的最低和最高转速： 1000Vmin 1000 nmin r/min 元dmax n max max 元dmin r/min >主轴调速范围：R= a maxmax

2 1000v n  d  min min max 1000v n  d  max max min 1000v n  d  max max max n min min min n v d R n v d    主轴转速n（r/min）：  主轴的最低和最高转速： r/min  主轴调速范围： r/min r/min （1）主轴转速和调速范围 5.2.1 主运动参数 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 (2)主运动的功率、转矩特性 >主运动所需输出的功率： Py Tn 60000 955000 kw Pz一主切削力(N)v一切削速度 (m/min) T一切削扭矩(Nm)n一主轴转速(r/min) >主运动的转矩特性： 最大功率（或扭矩)与运动速度之间的关系。 3

3 60000 955000 z c P v Tn N   （2）主运动的功率、转矩特性 kw PZ —主切削力（N） v —切削速度（m/min） T —切削扭矩（Nm） n —主轴转速（r/min）  主运动所需输出的功率：  主运动的转矩特性： 最大功率（或扭矩）与运动速度之间的关系。 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 u,为计算转速 ·3 转速 恒扭矩 恒功率 工作区 工作区 恒扭矩输出：常用于一些特殊工序加工，如光车、攻大 直径螺纹、铰大直径孔、精镗、成形铣削等，需要的输 出功率较小的情况

4 恒扭矩输出：常用于一些特殊工序加工，如光车、攻大 直径螺纹、铰大直径孔、精镗、成形铣削等，需要的输 出功率较小的情况。 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 5.2.2主运动的传动形式 (1)带有简单变速机构的主传动 优点：能满足各种切削运 动的转矩输出，且具有大 范围调节速度的能力。 缺点：结构复杂，需要润 滑及温度控制装置；成本 主轴电机 较高；制造和维修难。 应用：一般大中型铣床多 采用这种结构。 5

5 5.2 数控机床的主运动 5.2.2 主运动的传动形式 （1）带有简单变速机构的主传动 优点：能满足各种切削运 动的转矩输出，且具有大 范围调节速度的能力。 缺点：结构复杂，需要润 滑及温度控制装置；成本 较高；制造和维修难。 应用：一般大中型铣床多 采用这种结构

5.2数控机床的主运动 (2)通过皮带传动的主传动 优点：结构简单， 安装调试 方便，传动平稳，在一定条 件下能满足转速与转矩的输 出要求。 缺点：调速范围比（恒功率 主轴电机 调速范围与恒扭矩调速范围 之比)受电机调速范围比的 约束。 应用：低扭矩输出要求的小 型数控机床主轴上

6 （2）通过皮带传动的主传动 优点：结构简单，安装调试 方便，传动平稳，在一定条 件下能满足转速与转矩的输 出要求。 缺点：调速范围比（恒功率 调速范围与恒扭矩调速范围 之比）受电机调速范围比的 约束。 应用：低扭矩输出要求的小 型数控机床主轴上。 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 (3)电机直接驱动的主轴结构（两种类型） 电机通过精密联轴器与主轴联接。 主轴机 特点：结构紧凑、传动效率高，主轴 的特性与电机输出特性完全一致，因 而在使用上受到一定限制。 主轴与电机转子为一体，称电主轴。 特点：结构紧凑，惯量小，响应快。制 主轴电 造和控制要求高。如主轴的散热、动平 衡、支承、润滑及控制等。造价高。 应用：多用于高速加工。 7

7 （3）电机直接驱动的主轴结构（两种类型） 电机通过精密联轴器与主轴联接。 特点：结构紧凑、传动效率高，主轴 的特性与电机输出特性完全一致，因 而在使用上受到一定限制。 主轴与电机转子为一体，称电主轴。 特点：结构紧凑，惯量小，响应快。制 造和控制要求高。如主轴的散热、动平 衡、支承、润滑及控制等。造价高。 应用：多用于高速加工。 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 5.2.3主轴典型控制功能 1.主轴准停装置 功能：当特殊加工或自动换刀，主轴在圆周方向 上能准确的停在一个固定角度上。 机械式准停装置： LS2 LS 机械准停装置比较准确可 靠，但结构较复杂。 1-无触点开关2-感应块3-凸轮定位盘 区o 4-定位液压缸5-定向滚轮6-定位活塞

8 5.2.3 主轴典型控制功能 1. 主轴准停装置 机械式准停装置： 功能：当特殊加工或自动换刀，主轴在圆周方向 上能准确的停在一个固定角度上。 1-无触点开关 2-感应块 3-凸轮定位盘 4-定位液压缸 5-定向滚轮 6-定位活塞 机械准停装置比较准确可 靠，但结构较复杂。 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 电气式准停装置： 1)利用主轴上光电脉冲产生准停信号。 2)利用磁力传感器检产生准停信号。 磁力传感器准停装置工作原理： 数控装置发出主轴停转指令时， 主轴电动机3立即降速，当永久磁 铁4对准磁传感器5时，磁传感器发 出准停信号，由定向电路使电动机 (b) 准确地停止在规定的周向位置上。 1-主轴2-同步感应器3-主轴电动机4-永久磁铁5-磁传感器 9

9 电气式准停装置： 1-主轴 2-同步感应器 3-主轴电动机 4-永久磁铁 5-磁传感器 磁力传感器准停装置工作原理： 数控装置发出主轴停转指令时， 主轴电动机3立即降速，当永久磁 铁4对准磁传感器5时，磁传感器发 出准停信号，由定向电路使电动机 准确地停止在规定的周向位置上。 1）利用主轴上光电脉冲产生准停信号。 2）利用磁力传感器检产生准停信号。 5.2 数控机床的主运动

5.2数控机床的主运动 2.刀具自动夹紧装置、切屑清除装置 自动换刀卧式镗床（镗铣加工中心）的主轴部件 10

10 2. 刀具自动夹紧装置、切屑清除装置 自动换刀卧式镗床（镗铣加工中心）的主轴部件 5.2 数控机床的主运动