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2 主传动系统总体方案设计
2.1 立式数控铣床主传动系统简介
主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，他应具有一定的转速和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便的实现运动的开停、变速、换向和制动等。
数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上简单，这是因为变速功能全部或大部分主轴电动机的无极调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三极齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。
在主传动系统方面，具有下列特点：
1）目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。
2）转速高，功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。
3）变速范围大。数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn＞100，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。
4）主轴速度的变换迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。
2.2 对立式数控铣床主传动系统的要求
1）主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。
2）主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有是够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。
3）主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。
4）操纵灵活可靠，调整文修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。
5）结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。
2.3 主传动的类型及方案选择
机床主传动系统一般分为有分级（有级）变速传动和无级变速传动两种形式。分级（有级）变速传动主要用于普通铣床或普通铣床数控化改造。无级变速传动主要用于数控车床，故本次立式数控铣床主传动系统的传动方式为无级变速传动。
数控铣床的主传动采用交、直流主轴调速电机带动主轴实现旋转运动，电动机调速范围大，并可实现无级变速。故本次数控铣床主传动设计有以下A、B、C三个方案，如图2.1所示。
图2.1 立式数控铣床主传动设计比较图
从图中可以看出：A方案中主轴电动机与主轴通过联轴器直接联接，由电动机直接驱动主轴运动。这种方案可简化主轴箱结构，有效提高主轴的刚度，但主轴的功率及无级变速直接决定于主轴电机的性能，故其调速范围有一定的局限。
B方案主轴电机经带传动定比传动给主轴，采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，在一定程度上满足了主轴功率与转矩的要求。但其变速范围仍然与电动机的无级变速范围相同。
C方案采用主轴电机带动齿轮对变速齿轮来驱动主轴。在此方案中，通过电机的无级变速，配合变速齿轮的变速可确保主轴所需要的功率及转矩要求。目前，电机本身的调速范围已达1：100—1：1000，所以变速齿轮的对数不会很多，其结构也就不会很复杂。
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