數控機床主軸編碼器安裝結構優化設計及改進

高利強，牟群力

（寶雞機床集團有限公司，寶雞 721013）

數控機床主軸編碼器安裝結構優化設計及改進

高利強，牟群力

（寶雞機床集團有限公司，寶雞 721013）

介紹了數控機床中主軸編碼器的一種直聯式安裝結構，相對于同步帶傳動或齒輪傳動的外置式安裝結構，直聯式安裝結構零件少、結構簡單、成本低、可靠性高，提高了數控機床主軸單元的旋轉精度。

數控機床；主軸編碼器；直聯式安裝結構；外置式安裝結構；齒輪傳動；同步帶傳動

0 引言

在數控機床的關鍵部件主軸單元中，需要安裝光電式或磁性環式旋轉編碼器，以達到數控機床的三項功能：檢測主軸轉速、加工螺紋和控制準停。目前，傳統的旋轉編碼器安裝方式是同步帶或齒輪傳動（傳動比1:1）的外置式結構，這兩種方式雖然能達到主軸單元的三種功能，但同步帶、安裝支座、軸承和齒輪等零件多，不易安裝，成本較高；售后服務不易維修；外置式結構安裝的旋轉編碼器與機床主軸不同心，需要同步帶或齒輪傳動副傳遞機床主軸的運動狀態，有一定的傳動誤差，因此機床數控系統檢測到的主軸旋轉精度不是很高，可靠性較低。

通過以上情況分析，利用空心軸式旋轉編碼器，對編碼器安裝方式優化設計，將同步帶或齒輪傳動的外置式結構改進為直聯式安裝結構。此種結構零件少，易安裝，成本低，可靠性高，提高了數控機床主軸單元的旋轉精度。

1 齒輪傳動外置式編碼器安裝結構

1.1 安裝結構

如圖1為齒輪傳動外置式編碼器安裝結構示意圖，編碼器裝于與機床主軸平行的另一軸系上，通過齒輪嚙合傳動，帶動編碼器旋轉，輸出主軸旋轉信號至機床數控系統。

圖1 齒輪傳動外置式編碼器安裝結構

1.2 存在問題

此種安裝結構主要在主軸箱為齒輪變速結構的數控機床中應用，但是還存在以下問題：

由于主軸箱多了一個軸系，如安裝支座、軸承和齒輪等零件，增加了機床生產制造和售后服務成本；主軸箱內部多了一個齒輪嚙合軸系，增加了主軸箱的溫升和噪音的產生環節；由于齒輪等零件的磨損等原因，該傳動方式會有誤差產生，因此，機床數控系統接收到的主軸旋轉信息與實際旋轉精度有一定的偏差。

圖2 同步帶傳動外置式編碼器安裝結構

2 同步帶傳動外置式編碼器安裝結構

2.1 安裝結構

如圖2為同步帶傳動外置式編碼器安裝結構示意圖，該結構與齒輪傳動外置式編碼器安裝結構類似，只是通過同步帶傳動，帶動編碼器旋轉，輸出主軸旋轉信號至機床數控系統。

2.2 存在問題

此種安裝結構主要在無變速結構主軸箱的數控機床中應用，但是也存在以下問題：

與齒輪傳動外置式編碼器安裝結構類似，該安裝結構由于主軸箱多了一個軸系，如安裝支座、軸承、同步帶和同步帶輪等零件，增加了機床生產制造和售后服務成本；由于同步帶傳動等原因，該傳動方式會有誤差產生，因此，機床數控系統接收到的主軸旋轉信息與實際旋轉精度有一定的偏差。

3 直聯式編碼器安裝結構

3.1 安裝結構

根據同步帶或齒輪傳動的外置式編碼器安裝結構存在的問題，對編碼器安裝方式進行了優化設計，改進為直聯式編碼器安裝結構。如圖3為該安裝結構示意圖，編碼器內環套裝于主軸后部，其讀數頭及支撐環固定裝配在主軸箱體后部的法蘭上，保證與編碼器內環的同軸度及軸向位置正確。機床主軸轉動時，帶動編碼器同步旋轉，輸出主軸旋轉信號至機床數控系統。

圖3 直聯式編碼器安裝結構

3.2 優點

此種安裝結構在有齒輪變速結構或無變速結構主軸箱的數控機床中均可以應用。相對于同步帶或齒輪傳動的外置式安裝結構，直聯式編碼器安裝結構有以下優點：

減少了如安裝支座、軸承、齒輪或同步帶和同步帶輪等零件，降低了機床生產制造和售后服務成本；由于編碼器同軸安裝于機床主軸上，主軸旋轉時帶動編碼器同步轉動，因此編碼器輸出至機床數控系統的主軸旋轉信息與實際旋轉精度無偏差，提高了數控機床主軸單元的旋轉精度。

4 結論

這種數控機床主軸直聯式編碼器安裝方式零件少、結構簡單、成本低、可靠性高，提高了數控機床主軸單元的旋轉精度，并已實際應用于數控機床及用戶市場，具有推廣應用價值。

[1] 文懷興,夏田.數控機床設計實踐指南[M].化學工業出版社,2008.

[2] 戴曙.金屬切削機床[M].北京:機械工業出版社,2007.

[3] 文懷興,夏田.數控機床系統設計[M].化學工業出版社,2005.

[4] 王愛玲.現代數控機床結構與設計[M].北京:兵器工業出版社,1999.

[5] 李善術.數控機床及其應用[M].北京:機械工業出版社,2001.

[6] 成大先.機械設計手冊單行本[M].北京:化學工業出版社,2004.

[7] 徐灝.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,1991.

Perfect design and improvement for the installation of the main spindle's encoder on CNC lathe

GAO Li-qiang, MU Qun-li

TG659

：B

1009-0134(2017)06-0089-02

2017-01-20

高利強（1969 -），男，高級工程師，碩士，主要從事中高檔數控機床的研發工作。