数控机床主轴编码器安装结构优化设计及改进

2017-08-16高利强牟群力

制造业自动化 2017年6期

关键词：同步带主轴编码器

高利强，牟群力

（宝鸡机床集团有限公司，宝鸡 721013）

数控机床主轴编码器安装结构优化设计及改进

高利强，牟群力

（宝鸡机床集团有限公司，宝鸡 721013）

介绍了数控机床中主轴编码器的一种直联式安装结构，相对于同步带传动或齿轮传动的外置式安装结构，直联式安装结构零件少、结构简单、成本低、可靠性高，提高了数控机床主轴单元的旋转精度。

数控机床；主轴编码器；直联式安装结构；外置式安装结构；齿轮传动；同步带传动

0 引言

在数控机床的关键部件主轴单元中，需要安装光电式或磁性环式旋转编码器，以达到数控机床的三项功能：检测主轴转速、加工螺纹和控制准停。目前，传统的旋转编码器安装方式是同步带或齿轮传动（传动比1:1）的外置式结构，这两种方式虽然能达到主轴单元的三种功能，但同步带、安装支座、轴承和齿轮等零件多，不易安装，成本较高；售后服务不易维修；外置式结构安装的旋转编码器与机床主轴不同心，需要同步带或齿轮传动副传递机床主轴的运动状态，有一定的传动误差，因此机床数控系统检测到的主轴旋转精度不是很高，可靠性较低。

通过以上情况分析，利用空心轴式旋转编码器，对编码器安装方式优化设计，将同步带或齿轮传动的外置式结构改进为直联式安装结构。此种结构零件少，易安装，成本低，可靠性高，提高了数控机床主轴单元的旋转精度。

1 齿轮传动外置式编码器安装结构

1.1 安装结构

如图1为齿轮传动外置式编码器安装结构示意图，编码器装于与机床主轴平行的另一轴系上，通过齿轮啮合传动，带动编码器旋转，输出主轴旋转信号至机床数控系统。

图1 齿轮传动外置式编码器安装结构

1.2 存在问题

此种安装结构主要在主轴箱为齿轮变速结构的数控机床中应用，但是还存在以下问题：

由于主轴箱多了一个轴系，如安装支座、轴承和齿轮等零件，增加了机床生产制造和售后服务成本；主轴箱内部多了一个齿轮啮合轴系，增加了主轴箱的温升和噪音的产生环节；由于齿轮等零件的磨损等原因，该传动方式会有误差产生，因此，机床数控系统接收到的主轴旋转信息与实际旋转精度有一定的偏差。

图2 同步带传动外置式编码器安装结构

2 同步带传动外置式编码器安装结构

2.1 安装结构

如图2为同步带传动外置式编码器安装结构示意图，该结构与齿轮传动外置式编码器安装结构类似，只是通过同步带传动，带动编码器旋转，输出主轴旋转信号至机床数控系统。

2.2 存在问题

此种安装结构主要在无变速结构主轴箱的数控机床中应用，但是也存在以下问题：

与齿轮传动外置式编码器安装结构类似，该安装结构由于主轴箱多了一个轴系，如安装支座、轴承、同步带和同步带轮等零件，增加了机床生产制造和售后服务成本；由于同步带传动等原因，该传动方式会有误差产生，因此，机床数控系统接收到的主轴旋转信息与实际旋转精度有一定的偏差。

3 直联式编码器安装结构

3.1 安装结构

根据同步带或齿轮传动的外置式编码器安装结构存在的问题，对编码器安装方式进行了优化设计，改进为直联式编码器安装结构。如图3为该安装结构示意图，编码器内环套装于主轴后部，其读数头及支撑环固定装配在主轴箱体后部的法兰上，保证与编码器内环的同轴度及轴向位置正确。机床主轴转动时，带动编码器同步旋转，输出主轴旋转信号至机床数控系统。