【文章內容簡介】 床中，數控車床占42％，數控鉆鏜銑床占33％，數控磨床、沖床占23％，其他只占2％。為了滿足量大面廣的前兩類數控機床的需要，對主軸傳動提出了下述要求：～250kW的功率范圍；要有大的無級調速范圍，如能在1：100～1000范圍內進行恒轉矩調速和1：10的恒功率調速；要求主傳動有四象限的驅動能力；為了滿足螺紋車削，要求主軸能與進給實行同步控制；在加工中心上為了自動換刀，要求主軸能進行高精度定向停位控制，甚至要求主軸具有角度分度控制功能等等。 主軸傳動和進給傳動一樣，經歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動，而隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的進展，現在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代，目前已很少見到在數控機床上有使用直流主軸伺服系統(tǒng)了。但是國內生產的交流主軸伺服系統(tǒng)的產品尚很少見，大多采用進口產品。交流伺服電動機有永磁式同步電動機和籠型異步電動機兩種結構形式，而且絕大多數采用永磁式同步電動機的結構形式。而交流主軸電動機的情況則不同，交流主軸電動機均采用異步電動機的結構形式，這是因為，一方面受永磁體的限制，當電動機容量做得很大時，電動機成本會很高，對數控機床來講無法接受采用；另一方面，數控機床的主軸傳動系統(tǒng)不必像進給伺服系統(tǒng)那樣要求如此高的性能，采用成本低的異步電動機進行矢量閉環(huán)控制，完全可滿足數控機床主軸的要求。但對交流主軸電動機性能要求又與普通異步電動機不同，要求交流主軸電動機的輸出特性曲線（輸出功率與轉速關系）是在基本速度以下時為恒轉矩區(qū)域，而在基本速度以上時為恒功率區(qū)域。數控機床使用的主軸驅動系統(tǒng)，可分為直流主軸驅動系統(tǒng)和交流主軸驅動系統(tǒng)兩大類。下面根據這兩大類主軸驅動系統(tǒng)的特點來選擇主軸驅動系統(tǒng)。 直流主軸驅動系統(tǒng)得特點在數控機床高速,高效,高精度的控制要求,使得FANUC直流主軸驅動與通常的速度自動調節(jié)系統(tǒng)相比有以下特點:（1） 調速范圍寬, 采用FANUC主軸驅動的數控機床,在機械結構方面，小型機床通常采用電機與主軸直接或皮帶變速的結構形式、中、大型機床通常只設置高,低速兩級簡單的機械變速機構，因此，主軸電動機的調速必須全部依賴主軸驅動器進行控制。為保證數控機床的加工范圍,使加工工藝相對集中，并達到理想的切削效果，主軸驅動器必須實現無級變速，且具有教寬的調速范圍。（2） 在結構上，ＦＡＮＵＣ直流主軸電動機為全封閉的結構形式，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業(yè)環(huán)境中使用。（3） 在冷卻系統(tǒng)上，為了縮小體積，提高效率，ＦＡＮＵＣ主軸電動機采用了特殊法人熱管冷卻系統(tǒng)，可以將轉子產生的熱量迅速的向外界發(fā)散。（4） 在磁路設計上，為了使電機發(fā)熱最小，ＦＡＮＵＣ煮粥電動機定子采用了獨特的附加磁極，以減小損耗，提高了效率。 交流主軸驅動系統(tǒng) 在近幾年，很多機床都采用交流主軸驅動系統(tǒng)，下面談論一下交流主軸驅動系統(tǒng)與交流主軸驅動系統(tǒng)的一些特點：（1） 由于驅動系統(tǒng)采用了微處理器和現代控制理論進行控制，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，振動和噪音小，并且可以獲得較大的調速范圍和較高的低速轉矩，可以較方便地與數控機床相配套。（2） 較大功率驅動系統(tǒng)采用了難度較大的“回饋制動”技術，在制動時，既可將電動機能量反饋回電網，起到節(jié)能的效果，又可以加快起、制動速度。（3） 驅動器具有Ｄ／Ａ轉換器、實際轉速／轉矩信號輸出、電氣主軸“定向準?！钡裙δ?，可以方便地與各類ＣＮＣ配套。（4） 電機采用無外殼結構，定子硅鋼片直接進行空氣冷卻，可以在浮塵、切削液飛濺的場合安全、可靠地工作。（5） 與直流電機相比，由于交流主軸電機在結構上無換向器，主軸電機通常不需要進行維修。（6） 主軸低年級轉速的提高不受換向器的限制，最高轉速通常比直流主軸低年級更高。（7） 主軸電機的冷卻空氣由前端向后流動，可以有效減少電機發(fā)熱對機床精度的影響。通過上面兩種主軸驅動系統(tǒng)的比較，交流主軸電動機在工作環(huán)境，冷卻系統(tǒng)和調速范圍上都優(yōu)于直流主軸驅動系統(tǒng)，故根據在這些方面的優(yōu)勢本設計的主軸驅動系統(tǒng)采用交流主軸驅動系統(tǒng)．其選用的交流主軸電機的參數如下：主軸型號連續(xù)輸出功率３０分鐘額定輸出功率基本速度變速范圍１５００r/min４５～６０００r/min四、確定齒輪齒數 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數.根據選定的傳動方案,選用直齒圓柱齒輪傳動.（1）本次設計屬于金屬切削機床類,一般齒輪傳動,故選用6級精度.（2）(調質),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調質)硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.（3）選小齒輪齒數z1=24 大齒輪齒數 由設計計算公式(109a)進行試算,即確定公式內的各計算數值（1）試選載荷系數（2）計算小齒輪傳遞的轉矩（3）由表107選取齒寬系數（4）由表106查得材料的彈性影響系數（5）由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限大齒輪的接觸疲勞強度極限。（6）由式1013計算應力循環(huán)次數 （7）由圖1019查得接觸疲勞壽命系數（8）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數S=1，由式（1012）得 2）計算（1）小齒輪分度圓直徑，代入[]中較小的值 （2）計算圓周速度 （3）計算齒寬 （4）計算齒寬與齒高之比 模數 齒高 （5）計算載荷系數根據，6級精度，由圖108查得動載系數；直齒輪，假設。由表103查得；由表102查得使用系數；由表104查得6級精度，小齒輪懸臂支承時， 將數據代入得 ； 由，查圖1013得；故載荷系數 （6）按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 （7）計算模數 按齒根彎曲強度設計由式（105）得彎曲強度的設計公式為 1）確定公式內的各計算數值（1）由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；（2）由圖1018查得彎曲疲勞壽命系數，；（3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S=，由式（1012）得 （4）計算載荷系數K （5）查取齒形系數由表105查得；。（6）查取