由于刀具交换的需要，加工中心的主轴必须具备主轴定向准停功能，为此，主轴需要有1∶1连接的电动机内置编码器或外置编码器、磁性检测元件。除此以外，普通立式加工中心的主传动系统机械结构和数控镗铣床并无区别。因此，在主轴转速低于10000r/min的立式加工中心上，同样经常采用第4章4.4节所介绍的带传动、主轴单元等典型结构；在对主轴的低速输出转矩有要求，且最高转速低于6000r/min的机床上，也可采用第4章4.4节所介绍的机械变速主传动系统，有关内容可参见前述。

但是，当机床要求主轴转速高于10000r/min时，采用传动带或齿轮传动的主传动系统，将产生啸叫、噪声和振动，为此，高速、高精度立式加工中心的主传动系统需要采用电动机直连、电主轴直接驱动等结构型式。

1.电动机直连传动

电动机和主轴直接连接传动系统一般用于主轴转速为8000～15000r/min的机床，其典型结构如图5.4-1所示。主电动机1同轴安装在主轴15的上方，电动机和主轴间通过联轴器2连接。直连式主传动的主轴基本结构和第4章介绍的主轴单元类似，它采用前三后二的推力角接触球轴承20、17支承，后部将轴承13作为辅助支承，外侧通过强制水冷冷却。

在电动机和主轴直连式结构的主传动系统上，主电动机需要同轴安装在主轴后侧，因此，其刀具的夹紧/松开气缸不能再同轴安装在主轴上方。在图5.4-1所示的主传动系统上，刀具的夹紧/松开气缸需要布置在主轴的侧面（图中未画出），气缸可通过杠杆3、压轮4以及与拉杆8连接的连接套7、连接杆6和压盘5实现松刀动作。当刀具松开时，压轮4可通过压盘5、连接杆6、连接套7压缩碟形弹簧9，使拉杆8下移，松开主轴前端的弹性夹头18，顶出刀柄。刀具夹紧时，压轮4和压盘5脱离，拉杆8在碟形弹簧的作用下，连同压盘5、连接杆6、连接套7整体上移，前端的弹性夹头18拉紧刀柄。

2.电主轴驱动

在主轴转速超过15000r/min的高速加工中心上，主传动系统通常采用电主轴直接驱动，图5.4-2和图5.4-3所示为两种使用电主轴的加工中心主传动系统典型结构图。

图5.4-1 电动机和主轴直连主传动系统

1—主电动机 2—联轴器 3—杠杆 4—压轮 5—压盘 6—连接杆 7—连接套 8—拉杆 9—碟形弹簧 10—后端盖 11、16—锁紧螺母 12、14、19—隔套 13、17、20—轴承 15—主轴 18—弹性夹头 21—前端盖 22—键(www.daowen.com)

图5.4-2 电主轴传动系统（外冷刀具）

1—发信盘 2—垫 3—端盖 4—顶杆 5—连接套 6—拉杆 7、17—隔套 8—碟形弹簧 9—后轴承 10—后座 11、16—锁紧螺母 12—主轴箱 13—定子 14—转子 15—内套 18—主轴 19—前轴承 20—罩 21—密封盖 22—键 23—夹头组件

图5.4-3 电主轴传动系统（内冷刀具）

1—键 2—内冷刀具 3—前轴承 4—前支座 5—过渡盘 6—主轴 7—转子 8—定子 9—锁紧螺母 10—端盖 11—后轴承 12—后支座 13—连接套 14—压盘 15—顶杆 16—拉杆 17—碟形弹簧 18—主轴体 19—主轴箱 20—夹头组件 21—密封盖

图5.4-2所示的使用外冷刀具的主传动系统较简单，刀具松夹装置的结构和原理与普通主轴相同。带有刀具松夹装置的主轴直接通过内套15，与电动机的转子14连为一体；电动机定子13连同带冷却槽的外壳，直接安装在主轴箱12上，并通过强制水冷冷却。主轴采用前三后二的推力角接触球轴承9、19支承。由于电主轴的转速较高，轴承需要采用润滑油润滑。

图5.4-3所示的使用内冷刀具的主传动系统，上部为刀具夹紧状态，下部表示刀具松开状态。中心冷却刀具的切削却液通过安装在主轴尾部的旋转密封接头（图中未画出），直接进入拉杆16的内部冷却孔后，可从主轴前端通入刀具的中心冷却孔中。主轴前端支承轴承固定，后端支承轴承带有自动消隙机构，可自动消除热变形所产生的轴向和径向间隙，提高主轴精度。主轴轴承同样需要采用润滑油润滑，主轴体采用强制水冷方式冷却。