主軸驅動系統(tǒng)和主軸電機發(fā)展趨勢

P11機電五班第三學習小組主軸驅動系統(tǒng)和主軸電機發(fā)展趨勢主軸驅動系統(tǒng)和主軸電機的發(fā)展趨勢主軸驅動系統(tǒng)概述1主軸驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍3現代機床主軸發(fā)展趨勢4常用的主軸驅動系統(tǒng)介紹5主軸驅動系統(tǒng)概述Title主軸驅動系統(tǒng)介紹

Title數控機床對主軸驅動系統(tǒng)的要求

主軸驅動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運動的動力裝置部分。主軸驅動系統(tǒng)通過該傳動機構轉變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進給運動，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運動之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。

主軸驅動系統(tǒng)概述1、調速范圍寬并實現無極調速

2、恒功率范圍要寬

3、具有4象限驅動能力

4、具有位置控制能力

5、具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低

6、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性數控機床對主軸驅動系統(tǒng)的要求主軸驅動系統(tǒng)包括主軸驅動器和主軸電動機。數控機床主軸的無級調速則是由主軸驅動器完成。主軸驅動系統(tǒng)分為直流驅動系統(tǒng)和交流驅動系統(tǒng)，目前數控機床的主軸驅動多采用交流主軸驅動系統(tǒng)即交流主軸電動機配備變頻器或主軸伺服驅動器控制的方式。

主軸驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主軸驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢推出了交流驅動系統(tǒng)，標志著新一代驅動系統(tǒng)的開始

直流驅動系統(tǒng)

良好的調速性能輸出力矩大過載能力強精度高控制原理簡單易于調整性能超過直流交流主軸驅動系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)

70-8080初目前交流主軸驅動系統(tǒng)Title

感應電機交流主軸驅動系統(tǒng)（如籠型電動機或異步電動機）Title永磁交流主軸電機系統(tǒng)

Title開關磁阻型主軸驅動系統(tǒng)

不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍1普通籠型異步電動機配齒輪變速箱這是最經濟的一種方法主軸配置方式，但只能實現有級調速，由于電動機始終工作在額定轉速下，經齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產品比較單一，對主軸轉速沒有太高的要求，配置在數控機床上也能起到很好的效果；它的缺點是噪音比較大，由于電機工作在工頻下，主軸轉速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。

不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍2普通籠型異步電動機配簡易型變頻器可以實現主軸的無級調速，主軸電動機只有工作在約500轉/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車床很容易出現堵轉的情況，一般會采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因為受到普通電動機最高轉速的限制，主軸的轉速范圍受到較大的限制。這種方案適用于需要無級調速但對低速和高速都不要求的場合，例如數控鉆銑床。國內生產的簡易型變頻器較多。不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍3普通籠型異步電動機配通用變頻器目前進口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足車床低速（100—200轉/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動機速度的限制。這是目前經濟型數控機床比較常用的主軸驅動系統(tǒng)。不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍三菱電機CNC簡介.Flv4專用變頻電動機配通用變頻器一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進給的功能，是非常有競爭力的產品。提供通用變頻器的廠家以國外公司為主，如：西門子、安川、富士、三菱、日立等。中檔數控機床主要采用這種方案，主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現轉速在100—200r/min左右時車、銑的重力切削。不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍5伺服主軸驅動系統(tǒng)

伺服主軸驅動系統(tǒng)具有響應快、速度高、過載能力強的特點，還可以實現定向和進給功能，當然價格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅動系統(tǒng)的2--3倍以上。伺服主軸驅動系統(tǒng)主要應用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動換刀、剛性攻絲、主軸C軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。不同類型的主軸系統(tǒng)的特點和使用范圍6電主軸

電主軸是主軸電動機的一種結構形式，驅動器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅動器。電主軸由于電機和主軸合二為一，沒有傳動機構，因此，大大簡化了主軸的結構，并且提高了主軸的精度，但是抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，一般在10KW以下。由于結構上的優(yōu)勢，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一般在10000r/min以上。目前安裝電主軸的機床主要用于精加工和高速加工

.現代機床主軸電機發(fā)展趨勢1、現代機床主軸發(fā)展趨勢是逐漸由傳統(tǒng)機床主軸向電主軸過渡。傳統(tǒng)機床主軸是通過傳動裝置帶動主軸旋轉而工作的，電主軸的主要特點是將電機置于主軸內部，通過驅動電源直接驅動主軸進行工作，實現了電機、主軸的一體化功能。與傳統(tǒng)機床主軸相比，電主軸具有十分明顯的優(yōu)勢。由于主軸由內裝式電機直接驅動，省去了皮帶、齒輪、聯軸節(jié)等中間變速和傳動裝置，具有結構簡單緊湊、效率高、噪聲低、振動小和精度高等特點。而且利用交流變頻技術，電主軸可以在額定轉速范圍內實現無級變速，以適應機床工作時各種工況和負載變化的需要。常用的主軸驅動系統(tǒng)介紹日本發(fā)那科公司-Flv1

FANUC（法那科）公司主軸驅動系統(tǒng)

從80年代開始，該公司已使用了交流主軸驅動系統(tǒng)，直流驅動系統(tǒng)已被交流驅動系統(tǒng)所取代。目前三個系列交流主軸電動機為：S系列電動機，額定輸出功率范圍1.5～37KW；H系列電動機，額定輸出功率范圍1.5～22KW；P系列電動機，額定輸出功率范圍3.7～37KW。該公司交流主軸驅動系統(tǒng)的特點為：①采用為處理器控制技術，進行矢量計算，從而實現最佳控制。②主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動機電流非常接近正弦波性。③具有主軸定向控制、數字和模擬輸入接口等功能。常用的主軸驅動系統(tǒng)介紹2

SIEMENS（西門子）公司主軸驅動系統(tǒng)SIEMENS公司生產的直流主軸電動機有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個系列，與這四個系列電動機配套的6RA24、6RA27系列驅動裝置采用晶閘管控制。80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個系列的交流主軸電動機，功率范圍為3～100KW。驅動裝置為6SC650系列交流主軸驅動裝置或6SC611A（SIMODRIVE611A）主軸驅動模塊，主回路采用晶體管SPWM變頻器控制的方式，具有能量再生制動功能。另外，采用為處理器80186可進行閉環(huán)轉速、轉矩控制及磁場計算，從而完成矢量控制。同過選件實現C軸進給控制，在不需要CNC的幫助下，實現主軸的定位控制。西門子電機新產品1LE1.flv常用的主軸驅動系統(tǒng)介紹3

DANFOSS（丹佛斯）公司系列變頻器

該公司目前應用于數控機床上的變頻器系列常用的有：VLT2800，可并列式安裝方式，具有寬范圍配接電機功率：0.37KW-7.5KW200V/400；VLT5000，可在整個轉速范圍內進行精確的滑差補償，并在3ms內完成。在使用串行通訊時，VLT5000對每條指令的響應時間為0.1ms，可使用任何標準電機與VLT5000匹配。常用的主軸驅動系統(tǒng)介紹4

HITACHI（日立）公司系列變頻器

HITACHI公司的主軸變頻器應用于數控機床上通常有：L100系列通用型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW，V/f特性可選恒轉矩/降轉矩，可手動/自動提升轉矩，載波頻率0.5HZ-16HZ連續(xù)可調。日立SJ100系列變頻器，是一種矢量型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW，載波頻率在0.5HZ-16HZ內連續(xù)可調，加減速過程中可分段改變加減速時間，可內部/外部啟動直流制動；日立SJ200/300系列變頻器，額定輸出功率范圍為0.75KW-132KW，具有2臺電機同時無速度傳感器矢量控制運行且電機常數在/離線自整定。常用的主軸驅動系統(tǒng)介紹5

HNC（華中數控）公司系列主軸驅動系統(tǒng)HSV-20S是武漢華中數控股份有限公司推出的