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）

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。

图3 直联式编码器安装结构

3.2 优点

此种安装结构在有齿轮变速结构或无变速结构主轴箱的数控机床中均可以应用。相对于同步带或齿轮传动的外置式安装结构，直联式编码器安装结构有以下优点：

减少了如安装支座、轴承、齿轮或同步带和同步带轮等零件，降低了机床生产制造和售后服务成本；由于编码器同轴安装于机床主轴上，主轴旋转时带动编码器同步转动，因此编码器输出至机床数控系统的主轴旋转信息与实际旋转精度无偏差，提高了数控机床主轴单元的旋转精度。

4 结论

这种数控机床主轴直联式编码器安装方式零件少、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，并已实际应用于数控机床及用户市场，具有推广应用价值。

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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

高利强（1969 -），男，高级工程师，硕士，主要从事中高档数控机床的研发工作。