第三章第三章 数控机床主数控机床主传动传动系系统设计统设计 3.13.1 概述概述 3.2 3.2 分分级变级变速主速主传动传动系系统设计统设计3.3 3.3 无无级变级变速速传动链传动链的的设计设计3.4 3.4 现现代数控机床主代数控机床主传动传动系系统统3.5 3.5 主主传动传动系系统结统结构构设计设计1 1. .2 2. .3.13.1 概述概述n n一一 数控机床主数控机床主传动传动系系统统的特点的特点n n二二 主主传动传动系系统统的的设计设计要求要求 n n三三 数控机床主数控机床主传动传动系系统统配置方式配置方式n n四四 主主传动传动系系统统的的类类型型3.一一 数控机床主数控机床主传动传动系系统统的特点的特点 与普通机床比与普通机床比较较，数控机床主，数控机床主传动传动系系统统具有下列特点：具有下列特点：n n 1 1 调调速范速范围宽围宽、功率大、功率大 n n 2 2 热变热变形小、精度高形小、精度高n n 3 3 高的高的刚刚度和抗振性度和抗振性 n n 4 4 主主轴组轴组件的耐磨性高件的耐磨性高 n n 5 5 尽量短的尽量短的传动链传动链n n 6 6 快速快速换换刀刀4.1 1 调速范围宽、功率大 满满足不同的加工要求就要有不同的加足不同的加工要求就要有不同的加工速度。由于数控机床的加工通常在自工速度。由于数控机床的加工通常在自动动的的情况下情况下进进行，尽量减少人的参与，因而要求行，尽量减少人的参与，因而要求能能够实现够实现无无级变级变速，并迅速可速，并迅速可调调，使切削工，使切削工作始作始终终在最佳状在最佳状态态下运行。下运行。5.3 3 高的高的刚刚度和抗振性度和抗振性 数控机床上一般既要数控机床上一般既要数控机床上一般既要数控机床上一般既要进进进进行粗加工，又要精加行粗加工，又要精加行粗加工，又要精加行粗加工，又要精加工；加工工；加工工；加工工；加工时时时时可能由于断可能由于断可能由于断可能由于断续续续续切削、加工余量不均匀、切削、加工余量不均匀、切削、加工余量不均匀、切削、加工余量不均匀、运运运运动动动动部件不平衡以及切削部件不平衡以及切削部件不平衡以及切削部件不平衡以及切削过过过过程中的自激振程中的自激振程中的自激振程中的自激振动动动动等原因等原因等原因等原因引起的冲引起的冲引起的冲引起的冲击击击击力或交力或交力或交力或交变变变变力的干力的干力的干力的干扰扰扰扰，使主，使主，使主，使主轴产轴产轴产轴产生振生振生振生振动动动动，影响加工精度和表面粗糙度，影响加工精度和表面粗糙度，影响加工精度和表面粗糙度，影响加工精度和表面粗糙度，严严严严重重重重时时时时甚至破坏刀具甚至破坏刀具甚至破坏刀具甚至破坏刀具或零件，使加工无法或零件，使加工无法或零件，使加工无法或零件，使加工无法进进进进行。因此在主行。因此在主行。因此在主行。因此在主传动传动传动传动系系系系统统统统中中中中的各主要零部件不但要具有一定的静的各主要零部件不但要具有一定的静的各主要零部件不但要具有一定的静的各主要零部件不但要具有一定的静刚刚刚刚度，而且要度，而且要度，而且要度，而且要求具有足求具有足求具有足求具有足够够够够的抑制各种的抑制各种的抑制各种的抑制各种 干干干干扰扰扰扰力引起振力引起振力引起振力引起振动动动动的能力的能力的能力的能力- - - -抗抗抗抗振振振振性。性。性。性。6. 抗振性用抗振性用动刚动刚度或度或动动柔度来衡量。例如柔度来衡量。例如主主轴组轴组件的件的动刚动刚度取决于主度取决于主轴轴的当量静的当量静刚刚度、阻尼比及固有度、阻尼比及固有频频率等参数。如果把主率等参数。如果把主轴轴组组件件视为视为一个等效的一个等效的单单自由度系自由度系统统，则动刚则动刚度度 与与动动力参数的关系力参数的关系为为：7.二二 主主传动传动系系统统的的设计设计要求要求 现现在数控机床的主在数控机床的主传动传动广泛采用无广泛采用无级变级变速速传动传动用交流用交流调调速速电动电动机或直流机或直流调调速速电动电动机机驱动驱动，能方便地，能方便地买现买现无无级变级变速且速且传动链传动链短，短，传动传动件少，提商了件少，提商了变变速的可靠性但其速的可靠性但其制造精度要求很高。制造精度要求很高。8.n n1 1 1 1 主主主主轴轴轴轴具有一定的具有一定的具有一定的具有一定的转转转转速和足速和足速和足速和足够够够够的的的的转转转转速范速范速范速范围围围围 ，并，并，并，并实现实现实现实现无无无无级调级调级调级调速；速；速；速；n n2 2 2 2 主主主主电动电动电动电动机具有足机具有足机具有足机具有足够够够够的功率，全部机构和元件具的功率，全部机构和元件具的功率，全部机构和元件具的功率，全部机构和元件具有足有足有足有足够够够够的的的的强强强强度和度和度和度和刚刚刚刚度，以度，以度，以度，以满满满满足机床的足机床的足机床的足机床的动动动动力要求；力要求；力要求；力要求；n n3 3 3 3 主主主主传动传动传动传动的有关的有关的有关的有关结结结结构，特构，特构，特构，特别别别别是主是主是主是主轴组轴组轴组轴组件要有足件要有足件要有足件要有足够够够够高的精度、抗振性，高的精度、抗振性，高的精度、抗振性，高的精度、抗振性，热稳热稳热稳热稳定性和噪声要小，定性和噪声要小，定性和噪声要小，定性和噪声要小，传动传动传动传动效率要高，以效率要高，以效率要高，以效率要高，以满满满满足机床的工作性能要求；足机床的工作性能要求；足机床的工作性能要求；足机床的工作性能要求；n n4 4 4 4 操操操操纵纵纵纵灵活可靠，灵活可靠，灵活可靠，灵活可靠，调调调调整整整整维维维维修方便，修方便，修方便，修方便，润润润润滑密封良好，滑密封良好，滑密封良好，滑密封良好，以以以以满满满满足机床的使用要求；足机床的使用要求；足机床的使用要求；足机床的使用要求；n n5 5 5 5 结结结结构构构构简单紧简单紧简单紧简单紧凑，工凑，工凑，工凑，工艺艺艺艺性好，成本低，以性好，成本低，以性好，成本低，以性好，成本低，以满满满满足足足足经经经经济济济济性要求。性要求。性要求。性要求。 9.三三 数控机床主数控机床主传动传动系系统统配置方式配置方式 普通机床采用机械有普通机床采用机械有级变级变速，速， 数数控机床的主控机床的主传动变传动变速主要有无速主要有无级变级变速、速、分段无分段无级变级变速、主速、主轴电动轴电动机机调调速三种方速三种方式。它具有适式。它具有适应应加工范加工范围围广工广工艺艺适适应应性性强强，加工精度和自，加工精度和自动动化程度高等特化程度高等特点。点。10. 目前数控机床的主目前数控机床的主目前数控机床的主目前数控机床的主传动变传动变传动变传动变速系速系速系速系统统统统，有采用直，有采用直，有采用直，有采用直流和交流流和交流流和交流流和交流调调调调速速速速电动电动电动电动机的无机的无机的无机的无级变级变级变级变速，也有采用速，也有采用速，也有采用速，也有采用齿轮齿轮齿轮齿轮分分分分级变级变级变级变速的。但随着新型直流和交流主抽速的。但随着新型直流和交流主抽速的。但随着新型直流和交流主抽速的。但随着新型直流和交流主抽调调调调速速速速电动电动电动电动机机机机的日的日的日的日趋趋趋趋完善完善完善完善齿轮齿轮齿轮齿轮分分分分级变级变级变级变速速速速传动传动传动传动在逐在逐在逐在逐渐渐渐渐减少采用减少采用减少采用减少采用交流或直流交流或直流交流或直流交流或直流调调调调速速速速电动电动电动电动机不机不机不机不仅仅仅仅可以大大可以大大可以大大可以大大简简简简化机械化机械化机械化机械结结结结构，而且可以很方便地构，而且可以很方便地构，而且可以很方便地构，而且可以很方便地实现实现实现实现范范范范围围围围很很很很宽宽宽宽的无的无的无的无级变级变级变级变速，速，速，速，还还还还可以按照控制指令可以按照控制指令可以按照控制指令可以按照控制指令连续连续连续连续地地地地进进进进行行行行变变变变速速速速实现实现实现实现恒恒恒恒线线线线速速速速切削切削切削切削进进进进一步提高机床的工作性能。一步提高机床的工作性能。一步提高机床的工作性能。一步提高机床的工作性能。11.1 无无级变级变速速 如如图图所示所示电电机机轴轴与主与主轴轴用用联轴联轴器同器同轴连轴连接大大接大大简简化了主化了主轴轴箱和主箱和主轴结轴结构构有效地提高了主有效地提高了主轴轴部件的部件的刚刚度，但主度，但主轴输轴输出扭矩不能放大，出扭矩不能放大，电动电动机机发热对发热对主主轴轴精度影响精度影响较较大：大：现现多采用交流伺服多采用交流伺服电电动动机，功率大机，功率大输输出功率与出功率与实际实际消耗的消耗的功率能保持同步，效率高。功率能保持同步，效率高。12.2 分段无分段无级变级变速速 如如图图所示，主所示，主轴电动轴电动机机经经二二级齿轮变级齿轮变速使主速使主轴获轴获得低速和高速两种得低速和高速两种转转速，成速，成为为分段无分段无级变级变速。通速。通过齿轮传动过齿轮传动降速后降速后输输出出转转矩可以矩可以扩扩大，以大，以满满足主足主轴轴低速低速时输时输出扭矩出扭矩特性的要求。特性的要求。这这种配置方式在大中型数控机种配置方式在大中型数控机床中采用床中采用较较多，小型数控机床也有采用，以多，小型数控机床也有采用，以获获得得强强力切削力切削时时所需要的扭矩。所需要的扭矩。13.经齿轮变经齿轮变速速传动传动经经同步同步齿齿形形带传动带传动14. 如如图图所示主所示主轴电动轴电动机机经经同步同步齿齿形形带带以定比以定比传动传递给传动传递给主主轴轴。由于。由于输输出扭出扭矩矩较较小，主要用于小型数控机床小，主要用于小型数控机床对对扭矩扭矩特性有要求的主特性有要求的主轴轴可以减小可以减小传动传动中的中的振振动动和噪音。和噪音。15. 如如图图所示，所示，电动电动机机转转子子轴轴即即为为机床主机床主轴轴的的电动电动机主机主轴轴，简简称称电电主主轴轴，是近年来，是近年来新出新出现现的一种的一种结结构，其构，其优优点是主点是主轴轴部件部件结结构更构更紧紧凑，凑，刚刚度度强强重量重量轻轻惯惯量小，可量小，可提高提高调调速速电动电动机启机启动动、停止的响、停止的响应应特性。特性。其缺点是其缺点是电电机机发热发热引起引起热变热变形形问题问题，造价，造价较较高。高。16.四四 主主传动传动系系统统的的类类型型n1 1 按按动动力源的力源的类类型型n2 2 按按传动传动装置装置类类型型 n3 3 按按变变速的速的连续连续性性 17.n n1 1 按按动动力源的力源的类类型型 可分可分为为交流交流电动电动机机驱动驱动和直流和直流电动电动机机驱动驱动。交流。交流电动电动机机驱动驱动中又可分中又可分单单速交流速交流电动电动机、机、调调速交流速交流电动电动机和交流伺服机和交流伺服电动电动机机驱动驱动。调调速交流速交流电动电动机机驱动驱动又有多速交又有多速交流流电动电动机和机和变频调变频调速交流速交流电动电动机机驱动驱动。驱驱动动方式的方式的选择选择主要根据主要根据变变速形式和运速形式和运动动特特性要求来确定。性要求来确定。18.n n2 2 按按传动传动装置装置类类型型 可分可分为为机械机械传动传动装置、液装置、液压传动压传动装装置、置、电电气气传动传动装置以及它装置以及它们们的的组组合。合。19.n n3 3 按按变变速的速的连续连续性性n n分分级变级变速速传动传动 分分级变级变速速传动传动是在一定的是在一定的变变速范速范围围内内均匀、离散地分布着有限均匀、离散地分布着有限级级数的数的转转速，速，变变速速级级数一般不超数一般不超过过20-3020-30级级。 20.n n无无级变级变速速传动传动 无无级变级变速速传动传动可以在一定的可以在一定的变变速范速范围围内内连续连续改改变转变转速，以便得到速，以便得到最有利的切削速度，能在运最有利的切削速度，能在运转转中中变变速，便于速，便于实现变实现变速自速自动动化；能在化；能在负负载载下下变变速，便于速，便于车车削大端面削大端面时时保持保持恒定的切削速度，以提高生恒定的切削速度，以提高生产产效率效率和加工和加工质质量。量。 21.3.2 3.2 分分级变级变速主速主传动传动系系统设计统设计 机床主机床主传动传动运运动设计动设计的任的任务务是按照是按照已确定的运已确定的运动动参数、参数、动动力参数和力参数和传动传动方案，方案，设计设计出出经济经济合理、性能先合理、性能先进进的的传动传动系系统统。其主要。其主要设计设计内容内容为为：拟拟定定结结构式或构式或结结构网；构网；拟拟定定转转速速图图，确定，确定各各传动传动副的副的传动传动比；确定比；确定带轮带轮直径、直径、齿轮齿齿轮齿数；布置、排列数；布置、排列齿轮齿轮，绘绘制制传传动动系系统图统图。22.一、一、转转速速图图 转转速速图图由由“三三线线一点一点”组组成：成：传动传动轴线轴线、转转速速线线、传动线传动线和和转转速点。是速点。是分析和分析和设计设计主主传动传动系系统统的特殊的特殊图线图线。 23. 机床主机床主传动传动系系统统 (a) (a)传动传动系系统图统图 (b) (b)转转速速图图24. 上图的传动路线表达式是： （主轴） 25.n n 图图图图(b)(b)(b)(b)为该传动为该传动为该传动为该传动系系系系统统统统的的的的转转转转速速速速图图图图：n n传动轴线传动轴线传动轴线传动轴线：间间间间距相等的一距相等的一距相等的一距相等的一组竖组竖组竖组竖直直直直线线线线（细线细线细线细线）表示各表示各表示各表示各传动轴传动轴传动轴传动轴。n n转转转转速速速速线线线线：间间间间距相等的一距相等的一距相等的一距相等的一组组组组水平水平水平水平线线线线（细线细线细线细线）表）表）表）表示示示示转转转转速的速的速的速的对对对对数坐数坐数坐数坐标标标标。n n转转转转速点：速点：速点：速点：传动轴传动轴传动轴传动轴格格格格线线线线上的上的上的上的圆圆圆圆点表示点表示点表示点表示该轴该轴该轴该轴所具所具所具所具有的有的有的有的转转转转速。速。速。速。n n传动线传动线传动线传动线：传动轴传动轴传动轴传动轴格格格格线间线间线间线间的的的的转转转转速点速点速点速点连线连线连线连线（粗（粗（粗（粗线线线线）表示相表示相表示相表示相应传动应传动应传动应传动副的副的副的副的传动传动传动传动比，称比，称比，称比，称为传动为传动为传动为传动比比比比连线连线连线连线。26. 转速线： 由于主轴转速是等比数列，则相邻两转速有下列关系： 两边取对数，得： 结论：任意相邻两转速的对数之差均为同一数，将转速坐标取为对数坐标时，则任意相邻两转速都相距一格。为了方便，转速图上不写符号，而是直接标出转速值（即对数真值）。转速线间距大小，并不代表公比的数值大小。27.n n传动线传动线传动线传动线：传动线传动线传动线传动线有如下几个特点：有如下几个特点：有如下几个特点：有如下几个特点：n n传动线传动线传动线传动线的的的的倾倾倾倾斜方向和斜方向和斜方向和斜方向和倾倾倾倾斜程度表示斜程度表示斜程度表示斜程度表示传动传动传动传动比的比的比的比的大小。大小。大小。大小。n n由一个主由一个主由一个主由一个主动转动转动转动转速点引出的速点引出的速点引出的速点引出的传动线传动线传动线传动线数目，表示数目，表示数目，表示数目，表示该变该变该变该变速速速速组组组组中不同中不同中不同中不同传动传动传动传动比的比的比的比的传动传动传动传动副数。副数。副数。副数。n n两个两个两个两个传动轴传动轴传动轴传动轴格格格格线间线间线间线间相互平行的相互平行的相互平行的相互平行的传动线传动线传动线传动线，表示，表示，表示，表示同一个同一个同一个同一个传动传动传动传动副的副的副的副的传动传动传动传动比。比。比。比。 所以所以所以所以转转转转速速速速图图图图可以清楚地表示：可以清楚地表示：可以清楚地表示：可以清楚地表示：传动轴传动轴传动轴传动轴的数目，的数目，的数目，的数目，主主主主轴轴轴轴及各及各及各及各传动轴传动轴传动轴传动轴的的的的转转转转速速速速级级级级数、数、数、数、转转转转速速速速值值值值及其及其及其及其传动传动传动传动路路路路线线线线，变变变变速速速速组组组组的数目及的数目及的数目及的数目及传动顺传动顺传动顺传动顺序，各序，各序，各序，各变变变变速速速速组组组组的的的的传动传动传动传动副数目及副数目及副数目及副数目及传动传动传动传动比数比数比数比数值值值值等。（三等。（三等。（三等。（三线线线线一点）一点）一点）一点）28.二二 变变速速规规律律 前面前面转转速速图图中所示的机床主中所示的机床主轴轴1212级转级转速速是由三个是由三个变变速速传动组传动组（简简称称变变速速组组或或传动传动组组）串）串联实现联实现的。的。这这是主是主传动变传动变速系速系统统的的基本型式，称基本型式，称为为基型基型变变速系速系统统（或常（或常规变规变速系速系统统），即以），即以单单速速电动电动机机驱动驱动，由若干，由若干变变速速组组串串联联，使主，使主轴轴得到既不重复又排列得到既不重复又排列均匀（指均匀（指单单一公比）的等比数列一公比）的等比数列转转速的速的变变速系速系统统。29.v级比规律：v级比：变速组内相邻传动比的比值，用表示。其指数用表示。v基本组：是实现主轴转速为等比数列必不可少、最基本的变速组。其级比指数为，说明组中相邻传动线之间相差均为一格。v扩大组：在基本组的基础上起变速扩大作用。本图中共有两个扩大组，称为第一扩大组和第二扩大组。第一扩大组的级比指数等于基本组的传动副数。第二扩大组级比指数等于基本组传动副数和第一扩大组传动副数的乘积。依此类推，设有第 扩大组，其级比指数 。30.n n扩扩大大顺顺序：序：变变速速组组按其按其级级比指数由小比指数由小到大的排列到大的排列顺顺序称序称为扩为扩大大顺顺序。序。n n传动顺传动顺序：由序：由电动电动机到主机到主轴传动轴传动的先的先后排列后排列顺顺序称序称为传动顺为传动顺序。序。n n综综上所述，若使主上所述，若使主轴获轴获得得连续连续而不重而不重复的等比数列复的等比数列转转速，速，则变则变速速传动传动系系统统各各变变速速组组必必须须遵守遵守级级比比规规律。律。31.v2 变速组中的变速范围 变速组中最大与最小传动比的比值，称为该变速组的变速范围。即： 主轴的变速范围等于变速传动系统中各变速组变速范围的乘积。 32. 三三 结结构网及构网及结结构式构式 结构网或结构式用于分析和比较不同的传动系统设计方案，它与转速图的主要差别是：结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转速的绝对值，而且结构网上代表传动比的传动线呈对称分布形式。 结构网也可写成结构式，结构式能够表示变速系统最主要的三个变速参量（主轴转速级数、各变速组的传动副数、各变速组的级比指数）。 33. 12 12级传动级传动系系统结统结构网构网34.上上图图所所对应对应的的结结构式构式为为：12123 3 12表示主轴的变速级数，3，2，2分别表示按传动顺序排列的各变速组的传动副数，即第一变速组的传动副数为3，第二变速组的传动副数为2，第三变速组的传动副数为2。结构式中的下标1，3，6分别表示各变速组中相邻两传动比相距的格数。 结构网或结构式表达的内容相同，与转速图具有完全一致的变速特性。同一个结构网或结构式可以有许多不同的转速图，而一个转速图只能对应一个结构网和结构式。结构网比结构式更直观，而结构式比结构网更简单。 35.四四拟拟定定转转速速图图的方法的方法n n拟拟定定转转速速图图的一般步的一般步骤为骤为： n n确定确定变变速速组组数及各数及各变变速速组组的的传动传动副副数；数； n n安排安排变变速速组组的的传动顺传动顺序，序，拟拟定定结结构构式式( (网网) )； n n分配分配传动传动副副传动传动比，比，绘绘制制转转速速图图。 36.n n需要遵循的原需要遵循的原则则：n n（1 1）变变速速组组中的极限中的极限传动传动比及比及变变速范速范围围的限制条件的限制条件n n（2 2）减小）减小传动传动件尺寸的原件尺寸的原则则n n（3 3）改善）改善传动传动性能的注意事性能的注意事项项37.n n（1 1 1 1）变变变变速速速速组组组组中的极限中的极限中的极限中的极限传动传动传动传动比及比及比及比及变变变变速范速范速范速范围围围围的限制条的限制条的限制条的限制条件件件件n n在降速在降速在降速在降速传动传动传动传动中，中，中，中，为为为为避免从避免从避免从避免从动齿轮动齿轮动齿轮动齿轮尺寸尺寸尺寸尺寸过过过过大而增大而增大而增大而增加加加加变变变变速箱的径向尺寸，限制最小速箱的径向尺寸，限制最小速箱的径向尺寸，限制最小速箱的径向尺寸，限制最小传动传动传动传动比比比比U U U Uminminminmin1/4;1/4;1/4;1/4;n n在升速在升速在升速在升速传动传动传动传动中，中，中，中，为为为为了避免了避免了避免了避免扩扩扩扩大大大大传动误传动误传动误传动误差，减小差，减小差，减小差，减小振振振振动动动动与噪声，限制直与噪声，限制直与噪声，限制直与噪声，限制直齿圆齿圆齿圆齿圆柱柱柱柱齿轮齿轮齿轮齿轮最大最大最大最大传动传动传动传动比比比比U U U Umaxmaxmaxmax2,2,2,2,斜斜斜斜齿圆齿圆齿圆齿圆柱柱柱柱齿轮齿轮齿轮齿轮由于由于由于由于传动传动传动传动比比比比较较较较平平平平稳稳稳稳，可以，可以，可以，可以取取取取U U U Umaxmaxmaxmax2.5;2.5;2.5;2.5;n n进给传动进给传动进给传动进给传动系系系系统统统统，由于，由于，由于，由于传递传递传递传递的功率小，的功率小，的功率小，的功率小，转转转转速低，速低，速低，速低，尺寸尺寸尺寸尺寸较较较较小，小，小，小，传动传动传动传动比限制可适当的放比限制可适当的放比限制可适当的放比限制可适当的放宽宽宽宽, , , , U U U Uminminminmin1/5, U1/5, U1/5, U1/5, Umaxmaxmaxmax2.8.2.8.2.8.2.8.38.n n主主传动传动各各变变速速组组的最大的最大变变速范速范围围： r rmaxmax= U= Umaxmax U Uminmin= =- -n n进给传动进给传动各各变变速速组组最大最大变变速范速范围围： r rmaxmax = U= Umaxmax U Uminmin=14=1439.n n（2 2）减小）减小传动传动件尺寸的原件尺寸的原则则 传动传动件所件所传递传递的的转转矩矩为为：T=9550P/nT=9550P/nc c, n, nc c为传动为传动件的件的计计算算转转速，速，P P为为传动传动件件传递传递的功率。可以看出：当的功率。可以看出：当传传递递功率一定功率一定时时，传动传动件件转转速高速高时传递时传递的的转转矩矩较较小，可减小小，可减小传动传动件的尺寸，件的尺寸，节节省材料，使省材料，使变变速箱速箱结结构构紧紧凑。凑。40.n变变速速组组中的中的传动传动副要前多后少；副要前多后少；n变变速速组组的的传动线传动线要前密后疏；要前密后疏；n变变速速组组的降速要前慢后快。同理，的降速要前慢后快。同理，升速要前快后慢。升速要前快后慢。n为为了便于了便于设计设计，传动传动比比值值最好取最好取标标准公比的整数准公比的整数幂幂次。次。41.n n（3 3）改善）改善传动传动性能的注意事性能的注意事项项n n传动链传动链要短；要短；n n转转速和要小；速和要小；n n齿轮线齿轮线速度要小；速度要小；n n空空转转件要小。件要小。42.n n从以上可以得出从以上可以得出变变速速传动传动系系统统运运动设计动设计要要点：点：n n一个一个规规律；律；级级比比规规律律n n两个限制：两个限制：齿轮齿轮极限极限传动传动比，比，齿轮变齿轮变速速组变组变速范速范围围n n三三项项原原则则：前多后少，前密后疏，前：前多后少，前密后疏，前慢后快慢后快n n四四项项注意：注意：传动链传动链要短，要短，转转速和要小，速和要小，齿轮线齿轮线速度要小，空速度要小，空转转件要少。件要少。43.44.45.2.确定传动组46.47.48. XA6132A XA6132A铣铣床主床主传动传动系系统统中，已知主中，已知主轴转轴转速范速范围围30-1500r/min30-1500r/min，转转速速级级数数为为1818级级，公，公比比1.261.26，电动电动机机转转速速为为1450r/min1450r/min。49.50.51.52.53.54.55.56. 某某车车床主床主轴转轴转速速为为40-1800r/min40-1800r/min，公比公比1.411.41，电动电动机的机的转转速速1440r/min1440r/min。拟拟定定结结构式和构式和结结构网，构网，绘绘制制转转速速图图。57.五五齿轮齿齿轮齿数的确定数的确定齿轮齿轮的的齿齿数取决于数取决于传动传动比和径向尺寸要求。在比和径向尺寸要求。在同一同一变变速速组组中，若模数相同，且不采用中，若模数相同，且不采用变变位位齿轮时齿轮时，则传动则传动副的副的齿齿数和相同，若模数不同，数和相同，若模数不同，则齿则齿数和与数和与模数成反比即：模数成反比即：若、分若、分别为别为某某传动传动副的主、被副的主、被动轮齿动轮齿数，数，58.v确定确定齿齿数和数和时时，应应尽量小，一般来尽量小，一般来讲讲主要受最小主要受最小齿轮齿轮的限制，而最小的限制，而最小齿轮齿轮式在式在变变速速组组内降速比或升速比内降速比或升速比最大的一最大的一对齿轮对齿轮中，因此中，因此应应先确定先确定小小齿轮齿齿轮齿数。数。59.确定确定齿轮齿齿轮齿数数应应注意的注意的问题问题n n（）（）（）（）齿轮齿轮齿轮齿轮的的的的齿齿齿齿数和不数和不数和不数和不应过应过应过应过大，以免加大两大，以免加大两大，以免加大两大，以免加大两轴间轴间轴间轴间的中心距；一般推荐的中心距；一般推荐的中心距；一般推荐的中心距；一般推荐S S S Sz z z z100-120100-120100-120100-120。n n（）（）（）（）齿轮齿轮齿轮齿轮的的的的齿齿齿齿数和不数和不数和不数和不应过应过应过应过小。小。小。小。对标对标对标对标准直准直准直准直齿圆齿圆齿圆齿圆柱柱柱柱齿轮齿轮齿轮齿轮，最小，最小，最小，最小齿齿齿齿数数数数Z Z Z Zminminminmin18-2018-2018-2018-20。n n（）（）（）（）应应应应符合符合符合符合转转转转速速速速图图图图上上上上传动传动传动传动比的要求。比的要求。比的要求。比的要求。对对对对于三于三于三于三联联联联滑移滑移滑移滑移齿轮齿轮齿轮齿轮，当采用，当采用，当采用，当采用标标标标准准准准齿轮齿轮齿轮齿轮且模数且模数且模数且模数相同相同相同相同时时时时，最大，最大，最大，最大齿轮齿轮齿轮齿轮与次大与次大与次大与次大齿轮齿轮齿轮齿轮的的的的齿齿齿齿数差数差数差数差应应应应大于大于大于大于4 4 4 4，以避免滑移以避免滑移以避免滑移以避免滑移过过过过程中的程中的程中的程中的齿顶齿顶齿顶齿顶干涉。干涉。干涉。干涉。60.61. 确定确定齿轮齿齿轮齿数数时时，应应符合符合转转速速图图上上传动传动比的比的要求，要求，实际传动实际传动比与理比与理论传动论传动比之比之间间允允许许有有误误差。但由于确定差。但由于确定齿轮齿齿轮齿数所造成的主数所造成的主轴转轴转速相速相对误对误差，一般不允差，一般不允许许超超过过 。62. 首先需要确定的是各首先需要确定的是各变变速速组组内内齿轮齿轮副的模数，以便根据副的模数，以便根据结结构尺寸判断其构尺寸判断其最小最小齿轮齿齿轮齿数或数或齿齿数和是否适宜。数和是否适宜。63.六六 数控机床分数控机床分级变级变速箱速箱设计设计v1.1.数控机床主数控机床主轴转轴转速自速自动变换过动变换过程程 在数控机床上，特在数控机床上，特别别是在自是在自动换动换刀的数控机刀的数控机床上床上应应根据刀具与工根据刀具与工艺艺要求要求进进行主行主轴转轴转速的自速的自动变换动变换。在零件加工程序中用。在零件加工程序中用S S二位代二位代码码指定指定主主轴转轴转速的序号，或用速的序号，或用S S四位代四位代码码指定主指定主轴转轴转速的每分速的每分钟转钟转数，并且用数，并且用 M M二位代二位代码码指定主指定主轴轴的的正、反向启正、反向启动动和停止。和停止。64.v采用直流或交流采用直流或交流调调速速电动电动机的主运机的主运动动无无级变级变速系速系统统中，主中，主轴轴的正、反启的正、反启动动与停止与停止制制动动是直接控制是直接控制电动电动机来机来实现实现的，主的，主轴转轴转速的速的变换则变换则由由电动电动机机转转速的速的变换变换与与齿轮齿轮有有级变级变速机构的速机构的变换变换相配合来相配合来实现实现。65.1.1.交、直流交、直流调调速速电电机的功率扭矩特性机的功率扭矩特性v数控机床常用的数控机床常用的电电机有直流机有直流电动电动机和交机和交流流调频电调频电机两种。目前，中、小型数控机两种。目前，中、小型数控机床，交流机床，交流调频电调频电机已占机已占优势优势，有取代，有取代直流直流电电机之机之势势。设计时设计时，必，必须须注意机床注意机床主主轴轴与与电动电动机在功率特性方面的匹配。机在功率特性方面的匹配。66.v从从额额定定转转速到最高速到最高转转速之速之间间的区域的区域为为恒功率恒功率区域，从最低区域，从最低转转速到速到额额定定转转速速为为恒恒转转矩区域。矩区域。电电机恒机恒转转矩矩变变速范速范围围在在100100以上，而以上，而恒功率恒功率变变速范速范围为围为2-42-4。 67.2. 2. 主主传动传动系系统计统计算算转转速速设计设计机床主机床主传动传动系系统时统时，为为了使了使传动传动件件工作可靠、工作可靠、结结构构紧紧凑，必凑，必须对传动须对传动件件进进行行动动力力计计算。主算。主轴轴及其他及其他传动传动件（如件（如传动轴传动轴、齿轮齿轮及离合器等）的及离合器等）的结结构尺寸主要根据它构尺寸主要根据它所所传递传递的的转转矩大小来决定，即与矩大小来决定，即与传递传递的功的功率和率和转转速速这这两个因素有关。两个因素有关。68.n n对对于于专专用机床，在特定工用机床，在特定工艺艺条件下，条件下，各各传动传动件所件所传递传递的功率和的功率和转转速是固定速是固定不不变变的，所的，所传递传递的的转转矩也是一定的。矩也是一定的。对对于工于工艺艺范范围较围较广的通用机床广的通用机床设备设备，由于使用条件复由于使用条件复杂杂，变变速范速范围围大，大，传传动动件所件所传递传递的功率和的功率和转转速速则则是是变变量。量。69.n n通用机床在最低的一段通用机床在最低的一段转转速范速范围围内，内，经经常常用于切削螺用于切削螺纹纹、铰铰孔、切断、精孔、切断、精镗镗等工序，等工序，所消耗功率所消耗功率较较小，不需要使用小，不需要使用电电机全部功机全部功率。率。70.n n此外，在粗加工此外，在粗加工过过程中，由于受到刀程中，由于受到刀具、具、夹夹具和工件具和工件刚刚度的限制，无法采度的限制，无法采用用过过大的切削用量，此大的切削用量，此时时，也不会使，也不会使用全部用全部电电机功率。机功率。71.n n因此，此类机床只是从某一转速开始，才有可能使用电动机的全部功率。如果按最低转速时传递全部功率来进行计算，将会不必要地增大传动件的尺寸。n n计计算算转转速：速：传动传动件件传递传递全部功率全部功率时时的最低的最低转转速，速，称称为该传动为该传动件的件的计计算算转转速。速。 72.n n机床的功率扭矩特性机床的功率扭矩特性 主主轴轴所所传递传递的功率或扭矩与的功率或扭矩与转转速速之之间间的关系，称的关系，称为为机床主机床主轴轴的功率或的功率或扭矩特性扭矩特性 。（。（见见下下图图） 73. 主主轴轴从从计计算算转转速起至最高速起至最高转转速速的所有的所有转转速都能速都能传递传递全部功率，而全部功率，而转转矩矩则则随随转转速增加而减小，此速增加而减小，此为为恒恒功率工作范功率工作范围围；低于主；低于主轴计轴计算算转转速速的各的各级转级转速所能速所能传递传递的的转转矩与矩与计计算算转转速速时时的相等，而功率的相等，而功率则则随随转转速的速的降低而减小，此降低而减小，此为为恒恒转转矩工作范矩工作范围围。74.功率扭矩特性功率扭矩特性 75.n n传动传动件件计计算算转转速的确定速的确定当主当主轴轴以以计计算算转转速工作速工作时时，其他，其他传动传动件的件的实际实际工作工作转转速也速也传递传递全部功率，全部功率，这这些些实际实际工作中的最低工作中的最低转转速，就是其他速，就是其他传动传动件件的的计计算算转转速。速。在主在主轴计轴计算算转转速确定后，可以从速确定后，可以从转转速速图图上确定其他各上确定其他各传动传动件的件的计计算算转转速。速。顺顺序序通常是由后往前，即先确定位于通常是由后往前，即先确定位于传动链传动链后后端的端的传动传动件的件的计计算算转转速，再速，再顺顺次由后往前次由后往前定出各定出各传动传动件的件的计计算算转转速。速。76.3.3 无级变速传动链的设计n一一 无无级变级变速装置的分速装置的分类类n二二 数控机床分数控机床分级变级变速箱的速箱的设计设计 77.一一 无级变速装置的分类n1 1 变变速速电动电动机机n2 2 机械无机械无级变级变速装置速装置n3 3 液液压压无无级变级变速装置速装置78.二 数控机床分级变速箱的设计 数控机床的分数控机床的分级变级变速箱由于位于速箱由于位于调调速速电电机与主机与主轴轴之之间间，因此，因此，设计时设计时除遵循除遵循一般有一般有级变级变速箱速箱设计设计原原则则外，必外，必须处须处理理好公比的好公比的选择选择。在。在设计设计数控机床分数控机床分级变级变速箱速箱时时，公比的，公比的选选取有以下三种情况：取有以下三种情况：79.l在设计分级变速箱时， 考虑多方面的因素,变速箱公比的选取有下列三种情况：l（1）取变速箱的公比 等于电动机的恒功率调速范围 ，则机床恒功率变速范围为：80.l变速箱的级数为：l例：一数控例：一数控车车床，主床，主轴轴最大最大转转速速为为4000r/min4000r/min，最低最低转转速速为为40r/min40r/min，计计算算转转速速为为160r/min160r/min。则则机床机床变变速范速范围为围为100100，恒功率，恒功率变变速范速范围围2525。如采。如采用交流用交流调频电调频电机，其机，其额额定定转转速速为为1500r/min1500r/min，最，最高高转转速速4500r/min4500r/min。恒功率。恒功率调调速范速范围为围为3 3，远远小小于主于主轴轴2525的要求，需串接分的要求，需串接分级变级变速箱。其速箱。其变变速速箱箱级级数按上式数按上式计计算算为为Z=2.93Z=2.93，因此，因此Z Z取取为为3 3。81.82.l电动电动机机经经1:1.1251:1.125使一使一轴获轴获得得1330-1330-4000r/min4000r/min的恒功率区域。的恒功率区域。经经三个三个传动轴传动轴之之间间的两的两对齿轮传动对齿轮传动，主，主轴轴能能获获得得1330-4000r/min1330-4000r/min的恒功率的恒功率转转速范速范围围。83.l当主当主轴转轴转速下速下降到降到1330，电电机机转转速降至速降至1500，则则将将进进入恒入恒转转矩区域，矩区域，输输出功率随之出功率随之下降。下降。恒功率输出功率沿bc下降。84.l当主当主轴转轴转速降速降为为13301330时时，变变速箱速箱变变速，速，经经1:11:1和和1:31:3两两对齿轮传动对齿轮传动主主轴轴，同，同时电时电机机转转速自速自动动回到最高速。当回到最高速。当电电机从机从45004500降到降到15001500时时，主，主轴轴从从13301330降至降至445445，仍仍为为恒功率，恒功率，为为上上图图中的中的bdbd。85.l当主当主轴转轴转速到达速到达445445时时，变变速箱速箱经经两两对对1:31:3齿轮传动齿轮传动主主轴轴，电电机又回到最高速。机又回到最高速。主主轴轴从从445445降至降至150,150,即即dfdf段。段。86.l主主轴轴150150已已经经低于低于计计算算转转速，以下速，以下进进入恒入恒转转矩区域，依靠矩区域，依靠电电机降速得到。当机降速得到。当电电机机转转速速405405时时，主，主轴经轴经1:1.1251:1.125和两和两对对1:31:3齿轮变齿轮变速速为为4040，即，即为为主主轴轴最低最低转转速。此速。此时电时电机机输输出功率出功率为为：87.l即此即此时选择时选择的的电动电动机机额额定功率比主定功率比主轴轴所需的大所需的大70%70%，也就是不少机床出，也就是不少机床出现现的大的大马马拉小拉小车车的的现现象。象。88.89.（2）若要简化变速箱结构，变速级数应少些，变速箱公比可取大于电动机的恒功率调速范围，即 故公比为5 90.l电动电动机机经经定比定比传动传动副副传传动变动变速箱的速箱的轴轴一，高速一，高速时时，经经1.25:11.25:1升速升速传传至主至主轴轴。当主当主轴转轴转速速4000-13304000-1330时时，电电机机4500-15004500-1500，为为恒功恒功率。率。91.l由于由于变变速箱公比速箱公比为为5 5，主，主轴轴从从13301330继续继续下降下降时时，依然依靠，依然依靠电电机机变变速，速，进进入恒入恒转转矩区域。直到速度降矩区域。直到速度降为为800800，变变速箱开始速箱开始变变速，即速，即bcbc段。功率段。功率下降。下降。92.l变变速箱速箱经经1:41:4齿轮传动齿轮传动主主轴轴，800-270800-270为为恒恒功率区域。主功率区域。主轴轴从从270-160270-160为为efef段，段，经历经历与前与前面相同。可以看出，从面相同。可以看出，从计计算算转转速速160160到到40004000最最高高转转速之速之间间，输输出功率是出功率是变变化的，在化的，在160-270160-270和和800-1330800-1330之之间间出出现现功率不足。因此，功率不足。因此，应该应该按按P Pd d选择电选择电机。机。93.lBcdBcd段称段称为为缺口，缺口，所所选变选变速箱公比越速箱公比越大，缺口也越大。大，缺口也越大。变变速箱公比越大，速箱公比越大，变变速箱速箱结结构得到了构得到了简简化，但化，但电电机功率机功率则则大大增加。大大增加。94.l也就是也就是说说：简简化化变变速箱速箱结结构是以构是以选择选择较较大功率大功率电动电动机机为为代价的。代价的。95.l数控数控车车床在切削床在切削阶阶梯梯轴轴、成形螺旋面或端、成形螺旋面或端面面时时，有，有时时需要需要进进行恒行恒线线速切削。随着工件速切削。随着工件直径的直径的变变化，主化，主轴转轴转速也要随之而自速也要随之而自动变动变化。化。这时这时，不能用，不能用变变速箱速箱变变速。因速。因为为用用变变速速箱箱变变速速时时必必须须停停车车，这这在在连续连续切削切削时时是不允是不允许许的，必的，必须须用用电动电动机机变变速。速。96.l如前所示，如果要求主如前所示，如果要求主轴转轴转速速为为800-800-16001600，如采用第一种状况下，如采用第一种状况下变变速速过过程，如程，如变变速箱速箱传动传动比比为为1:31:3，则则最高最高转转速速为为13301330，达，达不到不到16001600的要求。如的要求。如传动传动比比为为1:11:1，将，将进进入入电电动动机恒机恒转转矩区域，可能出矩区域，可能出现现功率不足的功率不足的现现象。象。97.l1）增加增加变变速箱速箱级级数，降低公比。上例中，数，降低公比。上例中，如取如取级级数数为为4 4，则则公比公比为为： 其转速图如下图所示：98.l变速箱有4种传动比，99.l传动传动比比为为1 1时时，主，主轴转轴转速速4000-13304000-1330；l传动传动比比为为1/21/2时时，主，主轴转轴转速速2000-6672000-667；l传动传动比比为为1/41/4时时，主，主轴转轴转速速1000-3351000-335；l传动传动比比为为1/81/8时时，主，主轴转轴转速速500-168500-168；100.l这这四段全部四段全部为电动为电动机恒功率机恒功率阶阶段，互段，互相之相之间间有一部分重合，按前面要求的有一部分重合，按前面要求的800-1600800-1600，则则可在可在传动传动比比为为1/21/2时时，进进行行不停不停车变车变速。速。101.l2 2）加大）加大电动电动机功率机功率 加大加大电电机功率机功率70%70%，当主当主轴转轴转速降速降为为1330/1.7=8001330/1.7=800时时，电电动动机仍然可以提供主机仍然可以提供主轴轴所需功率。所需功率。102.l这样这样，则则当当传动传动比比为为1 1时时，恒功率范，恒功率范围变为围变为4000-8004000-800，传动传动比比为为1/31/3时时，范，范围变为围变为1330-1330-266266，传动传动比比为为1/91/9时时，范，范围变为围变为445-90445-90。如。如果要求在果要求在800-1600800-1600之之间进间进行不停行不停车变车变速，速，变变速箱速箱传动传动比比为为1 1。103.三三. .数控机床有数控机床有级变级变速自速自动变换动变换方法方法 有有级变级变速的自速的自动变换动变换方法一般有液方法一般有液压压或或电电磁离合器两种。磁离合器两种。（1 1）液）液压变压变速机构速机构（2 2）电电磁离合器磁离合器变变速机构速机构104.（1 1）液）液压变压变速机构速机构 液液压变压变速机构是通速机构是通过过液液压压缸、活塞杆缸、活塞杆带带动拨动拨叉推叉推动动滑移滑移齿轮齿轮移移动动来来实现变实现变速，双速，双联联滑移滑移齿轮齿轮用一个液用一个液压压缸，而三缸，而三联联滑移滑移齿齿必必须须使用两个液使用两个液压压缸（差缸（差动动油缸）油缸）实现实现三位移三位移动动。105.液压缸液压缸活塞杆拨叉套筒106.l当液当液压压缸缸1 1通通压压力油而力油而5 5排油卸排油卸压时压时，2 2带动带动3 3使使齿轮齿轮左移。当左移。当5 5通通压压力油而力油而1 1排油排油卸卸压时压时，2 2和和4 4向右运向右运动动，三，三联齿轮联齿轮到达到达右端。右端。107. 液液压拨压拨叉叉变变速必速必须须在主在主轴轴停停车车后才能后才能进进行，但停行，但停车时拨动车时拨动滑移滑移齿轮啮齿轮啮合又可能出合又可能出现现“顶齿顶齿”现现象。象。为为避免避免“顶齿顶齿”，机床上一般，机床上一般设设置点置点动动按按钮钮或增或增设设一台微一台微电电机，使主机，使主电电机瞬机瞬时时接通或接通或经经微微电电机在机在拨拨叉移叉移动动滑移滑移齿轮齿轮的的同同时带动时带动各种各种传动齿轮传动齿轮作低速回作低速回转转，这样这样，滑移滑移齿轮齿轮便能便能顺顺利利进进入入啮啮合。合。108.l液液压拨压拨叉叉变变速是一种有效的方法，工作平速是一种有效的方法，工作平稳稳，易，易实现实现自自动动化。但它增加了数控机床液化。但它增加了数控机床液压压系系统统的复的复杂杂性，而且必性，而且必须须将数控装置送来将数控装置送来的的电电信号先信号先转换转换成成电电磁磁阀阀的机械的机械动动作，然后作，然后再将再将压压力油分配到相力油分配到相应应的液的液压压缸，因而增加缸，因而增加了了变变速的中速的中间环节间环节，带带来了更多的不可靠因来了更多的不可靠因素。素。109.（2 2）电电磁离合器磁离合器变变速机构速机构l电电磁离合器是磁离合器是应应用用电电磁效磁效应应接通或切断运接通或切断运动动的元件，由于它便于的元件，由于它便于实现实现自自动动操作，并有操作，并有现现成的系列成的系列产产品可供品可供选选用，因而它已成用，因而它已成为为自自动动装置中常用的操作元件。装置中常用的操作元件。电电磁离合器用于磁离合器用于数控机床的主数控机床的主传动时传动时，能，能简简化化变变速机构，操速机构，操作方便，通作方便，通过过若干个安装在各若干个安装在各传动轴传动轴上的离上的离合器的吸合和分离的不同合器的吸合和分离的不同组组合来改合来改变齿轮变齿轮的的传动传动路路线线，实现实现主主轴轴的的变变速。速。110.数控车床主轴箱l设计设计参数：最大加工直径参数：最大加工直径Dmax=400mmDmax=400mm，主主轴轴最高最高转转速速4000r/min4000r/min，计计算算转转速速约为约为140r140rminmin，最大切削功率最大切削功率5KW5KW。l设计设计要求：采用交流要求：采用交流调频调频主主轴电动轴电动机，机，实实现现主主轴轴的无的无级变级变速。速。111.数控数控铣铣床主床主轴轴箱箱l设计设计参数：主参数：主轴轴最高最高转转速速为为4500r4500rminmin，最低最低转转速速为为30r30rminmin，计计算算转转速速约为约为150r150rminmin。最大切削功率。最大切削功率为为5.5kW5.5kW。l设计设计要求：采用交流要求：采用交流调频调频主主轴电动轴电动机，机，实现实现主主轴轴的无的无级变级变速。速。112.3.4 现代数控机床主传动系统n1 1、高速主、高速主传动设计传动设计 n2 2、柔性化、复合化、柔性化、复合化设计设计 113.1 1、高速主、高速主传动设计传动设计n n数控数控数控数控车车车车床的主床的主床的主床的主轴转轴转轴转轴转速目前已从十几年前的速目前已从十几年前的速目前已从十几年前的速目前已从十几年前的10001000100010002000r2000r2000r2000rminminminmin提高到提高到提高到提高到50005000500050007 000r7 000r7 000r7 000rminminminmin。数控高速。数控高速。数控高速。数控高速磨削的砂磨削的砂磨削的砂磨削的砂轮线轮线轮线轮线速度从速度从速度从速度从5050505060m60m60m60ms s s s提高到提高到提高到提高到100100100100200m200m200m200ms s s s。为为为为达到如此高的主达到如此高的主达到如此高的主达到如此高的主轴转轴转轴转轴转速，要求主速，要求主速，要求主速，要求主轴轴轴轴系系系系统统统统的的的的结结结结构必构必构必构必须简须简须简须简化，减小化，减小化，减小化，减小惯惯惯惯性，主性，主性，主性，主轴轴轴轴旋旋旋旋转转转转精度要高，精度要高，精度要高，精度要高，动态动态动态动态响响响响应应应应要好，振要好，振要好，振要好，振动动动动和噪声要小。和噪声要小。和噪声要小。和噪声要小。对对对对于高速和超于高速和超于高速和超于高速和超高速数控机床主高速数控机床主高速数控机床主高速数控机床主传动传动传动传动，一般采用两种，一般采用两种，一般采用两种，一般采用两种设计设计设计设计方式：方式：方式：方式：一种是采用一种是采用一种是采用一种是采用联轴联轴联轴联轴器将机床主器将机床主器将机床主器将机床主轴轴轴轴和和和和电动电动电动电动机机机机轴轴轴轴串接成串接成串接成串接成一体，减少中一体，减少中一体，减少中一体，减少中间传动环节间传动环节间传动环节间传动环节；另一种是将；另一种是将；另一种是将；另一种是将电动电动电动电动机与机与机与机与主主主主轴轴轴轴合合合合为为为为一体，制成内装式一体，制成内装式一体，制成内装式一体，制成内装式电电电电主主主主轴轴轴轴，实现实现实现实现无任何无任何无任何无任何中中中中间环节间环节间环节间环节的直接的直接的直接的直接驱动驱动驱动驱动，并通，并通，并通，并通过过过过循循循循环环环环水冷却方式减水冷却方式减水冷却方式减水冷却方式减少少少少发热发热发热发热。114.115.2 2、柔性化、复合化、柔性化、复合化设计设计n n 数控机床数控机床对对加工加工对对象的象的变变化有很化有很强强的适的适应应能力能力( (即柔性即柔性) )。目前，在提高。目前，在提高单单机柔性化的同机柔性化的同时时，正努力向，正努力向单单元柔元柔性化和系性化和系统统柔性化方向柔性化方向发发展。展。 116.117.3.5 3.5 主主传动传动系系统结统结构构设计设计n n一、一、变变速机构速机构n n二、二、齿轮齿轮在在轴轴上的布置上的布置 n n三、主三、主传动传动的开停、制的开停、制动动装置装置 n n四、立式加工中心主四、立式加工中心主轴轴箱的构造箱的构造 n n五、数控五、数控车车床主床主轴轴箱构造箱构造118.一、一、变变速机构速机构n n变变速方式分速方式分为为分分级变级变速和无速和无级变级变速。分速。分级级变变速机构有下列几种。速机构有下列几种。n n(1) (1) (1) (1) 交交交交换齿轮变换齿轮变换齿轮变换齿轮变速机构速机构速机构速机构 n n(2) (2) (2) (2) 滑移滑移滑移滑移齿轮变齿轮变齿轮变齿轮变速机构速机构速机构速机构 n n(3) (3) (3) (3) 离合器离合器离合器离合器变变变变速速速速传动传动传动传动 119.120.二、二、齿轮齿轮在在轴轴上的布置上的布置n n齿轮齿轮齿轮齿轮的布置方式，直接影响到的布置方式，直接影响到的布置方式，直接影响到的布置方式，直接影响到变变变变速箱的尺寸、速箱的尺寸、速箱的尺寸、速箱的尺寸、变变变变速操速操速操速操纵纵纵纵的方便性以及的方便性以及的方便性以及的方便性以及结结结结构构构构实现实现实现实现的可能性的可能性的可能性的可能性 。n n在在在在变变变变速速速速传动组传动组传动组传动组内，尽量以内，尽量以内，尽量以内，尽量以较较较较小的小的小的小的齿轮为齿轮为齿轮为齿轮为滑移滑移滑移滑移齿齿齿齿轮轮轮轮，使得操，使得操，使得操，使得操纵纵纵纵省力。省力。省力。省力。 121.n n为为为为了减小了减小了减小了减小变变变变速箱的尺寸，既速箱的尺寸，既速箱的尺寸，既速箱的尺寸，既须缩须缩须缩须缩短短短短轴轴轴轴向尺寸，又向尺寸，又向尺寸，又向尺寸，又要要要要缩缩缩缩小径向尺寸小径向尺寸小径向尺寸小径向尺寸 。n n把三把三把三把三联齿轮联齿轮联齿轮联齿轮一分一分一分一分为为为为二二二二n n把两个把两个把两个把两个传动组统传动组统传动组统传动组统一安排一安排一安排一安排 122.n n要要缩缩小小变变速箱的径向尺寸，可采取下列措速箱的径向尺寸，可采取下列措施：施：n n缩缩小小轴间轴间距离距离n n采用采用轴线轴线相互重合方式相互重合方式n n相相邻邻各各轴轴在横剖面在横剖面图图上布置成三角形，上布置成三角形，可以可以缩缩小径向尺寸小径向尺寸 n n在一个在一个传动组传动组内，若取最大内，若取最大传动传动比等比等于最小于最小传动传动比的倒数，比的倒数，则传动则传动件所占的件所占的径向空径向空间间将是最小的将是最小的123.124.三、主传动的开停、制动装置n1 1主主传动传动的开停装置的开停装置 n2 2主主传动传动的制的制动动装置装置125.1 1主主传动传动的开停装置的开停装置n n开停装置是用来控制主开停装置是用来控制主轴轴的启的启动动与停止的与停止的机构开停方式有直接开、停机构开停方式有直接开、停电动电动机和用离机和用离合器开、停两种。合器开、停两种。 n n直接开停操作方便，可直接开停操作方便，可简简化机床化机床结结构，但构，但在在电电机功率大、开停机功率大、开停频频繁的情况下，繁的情况下，则则易易导导致致电电机机发热损发热损坏，甚至影响坏，甚至影响车间电车间电网的网的正常供正常供电电。 126.n n离合器一般放置在离合器一般放置在传动链传动链前端前端转转速速较较高的高的传动轴传动轴上，上，这样这样，传递传递的扭矩的扭矩较较小，可使小，可使结结构构紧紧凑；停凑；停车车后可使后可使传动链传动链的大部分运的大部分运动动件停止不件停止不动动，从而减少空，从而减少空载载功率功率损损失。失。127.2 2主主传动传动的制的制动动装置装置n n机床在装卸工件、机床在装卸工件、测测量被加工面尺寸、量被加工面尺寸、更更换换刀具及刀具及调调整机床整机床时时，要求主，要求主轴轴迅迅速停止。速停止。为为了了缩缩短空短空转时间转时间，提高生，提高生产产率，率，对对于于经经常启常启动动与停止、与停止、传动传动件件惯惯性大、速度高的主性大、速度高的主传动传动系系统统，须须安安装制装制动动装置。装置。128.制制动类动类型型n n电动电动机制机制动动 采用能耗制采用能耗制动动方式使主方式使主轴轴电动电动机停止，主机停止，主轴轴在低档位低速旋在低档位低速旋转转时时，大，大约约需要需要0.5S0.5S，在高档位高速旋，在高档位高速旋转时转时，大，大约约需要需要2.5S2.5S。主。主轴轴以不同速以不同速度旋度旋转时转时，采用能耗制，采用能耗制动动方式使主方式使主轴轴停止所需要的停止所需要的时间时间不同。不同。129.n n闸带闸带制制动动、闸闸瓦制瓦制动动和片式摩擦制和片式摩擦制动动。n n（1 1 1 1）闸带闸带闸带闸带式制式制式制式制动动动动器器器器 机械制动130.n n（2 2）片式制）片式制动动器器 片式制片式制动动器与器与片式摩擦离合器相片式摩擦离合器相似，两者不同点：似，两者不同点：后者是将停止的从后者是将停止的从动动件与正在运件与正在运转转的的运运动动件相接合；前件相接合；前者者则则是将是将惯惯性运性运转转的运的运动动件与静止不件与静止不动动的固定件相的固定件相结结合。合。131.四、立式加工中心主轴箱的构造132.五、五、数控车床主轴箱构造n n1主运动传动系统n n2主轴箱结构133.1主运主运动传动动传动系系统统134.2主主轴轴箱箱结结构构135.谢谢观看！