數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂?/h1>

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第六章主軸驅動及控制§6.1概述§6.2主軸分段無級調(diào)速及控制§6.3主軸準?？刂茢?shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動，它將主電動機原動力變成可供主軸上刀具切削加工切削力矩和切削速度。經(jīng)典數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)外觀如左圖。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁§6.1概述數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)也就是主傳動系統(tǒng)，它性能直接決定了加工工件表面質量，所以，在數(shù)控機床維修和維護中，主軸驅動系統(tǒng)顯得很主要。一、概述主軸驅動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運動動力裝置部分。主軸驅動系統(tǒng)經(jīng)過該傳動機構轉變成主軸上安裝刀具或工件切削力矩和切削速度，配合進給運動，加工出理想零件。它是零件加工成型運動之一，它精度對零件加工精度有較大影響。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁二、數(shù)控機床對主軸驅動系統(tǒng)要求

機床主軸工作運動通常是旋轉運動，數(shù)控機床通常經(jīng)過主軸回轉與進給軸進給實現(xiàn)刀具與工件快速相對切削運動。1、調(diào)速范圍寬并實現(xiàn)無極調(diào)速2、恒功率范圍要寬3、含有4象限驅動能力4、含有位置控制能力5、含有較高精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。6、良好抗振性和熱穩(wěn)定性數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁三、

不一樣類型主軸系統(tǒng)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(jīng)濟一個方法主軸配置方式，但只能實現(xiàn)有級調(diào)速，因為電動機一直工作在額定轉速下，經(jīng)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要求。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁能夠實現(xiàn)主軸無級調(diào)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力矩輸出，不然，尤其是車床很輕易出現(xiàn)堵轉情況，普通會采取兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸依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限制，主軸轉速范圍受到較大限制。這種方案適合用于需要無級調(diào)速但對低速和高速都不要求場所，比如數(shù)控鉆銑床。國內(nèi)生產(chǎn)簡易型變頻器較多。2、普通籠型異步電動機配簡易型變頻器數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁3、普通籠型異步電動機配通用變頻器當前進口通用變頻器，除了含有U/f曲線調(diào)整，普通還含有沒有反饋矢量控制功效，會對電動機低速特征有所改進，配合兩級齒輪變速，基本上能夠滿足車床低速（100—200轉/分鐘）小加工余量加工，但一樣受最高電動機速度限制。這是當前經(jīng)濟型數(shù)控機床比較慣用主軸驅動系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁4、專用變頻電動機配通用變頻器

中等數(shù)控機床主要采取這種方案，主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現(xiàn)轉速在100—200r/min左右時車、銑重力切削。一些有定向功效還能夠應用與要求精鏜加工數(shù)控鏜銑床，若應用在加工中心上，還不很理想，必須采取其它輔助機構完成定向換刀功效，而且也不能到達剛性攻絲要求。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?頁5、伺服主軸驅動系統(tǒng)伺服主軸驅動系統(tǒng)含有響應快、速度高、過載能力強特點，還能夠實現(xiàn)定向和進給功效，當然價格也是最高，通常是同功率變頻器主軸驅動系統(tǒng)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軸進給功效等對主軸位置控制性能要求很高加工。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第9頁6、電主軸

電主軸是主軸電動機一個結構形式，驅動器能夠是變頻器或主軸伺服，也能夠不要驅動器。電主軸因為電機和主軸合二為一，沒有傳動機構，所以，大大簡化了主軸結構，而且提升了主軸精度，不過抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，普通在10KW以下。因為結構上優(yōu)勢，電主軸主要向高速方向發(fā)展，普通在10000r/min以上。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?0頁四、慣用主軸驅動系統(tǒng)介紹

1、FANUC（法那科）企業(yè)主軸驅動系統(tǒng)

當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。該企業(yè)交流主軸驅動系統(tǒng)特點為：①采取為處理器控制技術，進行矢量計算，從而實現(xiàn)最正確控制。②主回路采取晶體管PWM逆變器，使電動機電流非?？拷也ㄐ?。③含有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入接口等功效。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?1頁2、SIEMENS（西門子）企業(yè)主軸驅動系統(tǒng)

SIEMENS企業(yè)生產(chǎn)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6RA24、6RA27系列驅動裝置采取晶閘管控制。1PH5和1PH6兩個系列交流主軸電動機，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，主回路采取晶體管SPWM變頻器控制方式，含有能量再生制動功效。另外，采取為處理器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(xiàn)C軸進給控制，在不需要CNC幫助下，實現(xiàn)主軸定位控制。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?2頁3、DANFOSS（丹佛斯）企業(yè)系列變頻器

當前應用于數(shù)控機床上變頻器系列慣用有：VLT2800，可并列式安裝方式，含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(nèi)進行準確滑差賠償，并在3ms內(nèi)完成。在使用串行通訊時，VLT5000對每條指令響應時間為0.1ms，可使用任何標準電機與VLT5000匹配。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?3頁4、HITACHI（日立）企業(yè)系列變頻器

HITACHI企業(yè)主軸變頻器應用于數(shù)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特征可選恒轉矩/降轉矩，可手動/自動提升轉矩，載波頻率0.5HZ-16HZ連續(xù)可調(diào)。日立SJ100系列變頻器，是一個矢量型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW，載波頻率在0.5HZ-16HZ內(nèi)連續(xù)可調(diào)，加減速過程中可分段改變加減速時間，可內(nèi)部/外部開啟直流制動；日立SJ200/300系列變頻器，額定輸出功率范圍為0.75KW-132KW，含有2臺電機同時無速度傳感器矢量控制運行且電機常數(shù)在/離線自整定。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?4頁5、HNC（華中數(shù)控）企業(yè)系列主軸驅動系統(tǒng)

HSV-20S是武漢華中數(shù)控股份有限企業(yè)推出全數(shù)字交流主軸驅動器。該驅動器結構緊湊、使用方便、可靠性高。采取是最新專用運動控制DSP、大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當今最新技術設計，含有025、050、075、100各種型號規(guī)格，含有很寬功率選擇范圍。用戶可依據(jù)要求選配不一樣型號驅動器和交流主軸電機，形成高可靠、高性能交流主軸驅動系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?5頁五、主軸驅動系統(tǒng)分類

主軸驅動器主軸電動機分類：按變速方式：有級、無級、分段無級按電源方式：直流、交流數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?6頁§6.2主軸分段無級調(diào)速及控制

一、主軸無級調(diào)速方案二、分段無級調(diào)速控制三、齒輪變速自動換擋操縱機構數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第17頁一、主軸無級調(diào)速方案1、全段無級調(diào)速特點：需要大功率主軸電動機，使主軸電動機與驅動裝置體積、重量、成本大大增加。2、同功率電動機，分段無級調(diào)速特點：可展寬恒功率范圍，經(jīng)濟，但需要自動換擋機構。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第18頁調(diào)速方式：數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?9頁二、分段無級調(diào)速控制數(shù)控機床常采取1~4擋齒輪變速與無級調(diào)速相結合方式，即分段無級變速。采取齒輪減速即使低速輸出轉矩增大，但降低了最高主軸轉速。所以通常均采取齒輪自動變速，到達同時滿足低速轉矩和最高主軸轉速要求。普通說來，數(shù)控系統(tǒng)均提供4擋變速功效要求，而數(shù)控機床通常使用2擋即可滿足要求。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?0頁三、齒輪變速自動換擋操縱機構主軸電動機變速齒輪傳遞主軸變速方法液壓撥叉電磁離合器數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第21頁主軸換擋控制數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?2頁§6.3主軸準?？刂飘斨鬏S停頓時，控制其停于固定位置（定位于圓周上特定角度）又稱“主軸準?！薄ⅰ爸鬏S定位”、“主軸定向”準停指令：M19或M06數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第23頁一、主軸定向用途加工中心自動換刀精鏜后退刀背鏜車床上工件定位

數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第24頁1、加工中心自動換刀(Autotoolchanging)在加工中心中，當主軸停轉進行刀具交換時，主軸需停在一個固定不變位置上，從而確保主軸端面上鍵也在一個固定位置，這么，換刀機械手在交換刀具時，能確保刀柄上鍵槽對正主軸端面上定位鍵。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?5頁2、精鏜孔后退刀(Fineboring)在精鏜孔退刀時，為了防止刀尖劃傷已加工表面，采取主軸準?？刂?，使刀尖停在一個固定位置（X軸或Y軸上），方便主軸偏移一定尺寸后，使刀尖離開工件表面進行退刀。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?6頁3、背鏜（Counterboring）經(jīng)過小孔鏜大孔，主軸準停控制，使刀尖停在一個固定位置（X軸或Y軸上），方便主軸偏移一定尺寸后，使刀尖能經(jīng)過前壁小孔進入箱體內(nèi)對大孔進行鏜削。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?7頁4、車床上工件定位

用于工件定位，進行自動裝載和卸載數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?8頁二、主軸定向控制實現(xiàn)方式（Methods）機械準停（Mechanicalorientation）電氣準停（Electricalorientation）數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準停控制第29頁1、V型槽定位盤—滾輪準停裝置（Mechanicalorientation）M19→主軸減速→無觸點開關發(fā)信→主電機停轉，慣性空轉→活塞在電磁閥作用下，將滾輪推入V型槽，同時行程開關發(fā)出應答信號，準停結束，能夠進行換刀等動作。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?0頁2、磁性傳感器或編碼器準停

（Electronicorientation）利用裝在主軸上磁性傳感器或編碼器作為檢測元件，經(jīng)過它們輸出反饋信號，使主軸準確地停在要求位置上。數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?1頁舉例FANUC系統(tǒng)中編碼器主軸定向控制連接圖數(shù)控系統(tǒng)主軸驅動與準?？刂频?2頁電氣準停特點1)不需