主軸-數(shù)控機(jī)床電氣控制

1、第5章、數(shù)控機(jī)床主軸的控制5.1 概述5.2 直、交流主軸電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制5.3 主軸驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理5.4 主軸分段無級(jí)調(diào)速及控制5.5.主軸準(zhǔn)?？刂?第第5章章n數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件，與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)比較簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)變速來承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速結(jié)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速的范圍。5.1概述概述 第第5章章5.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 n1 調(diào)速范圍 各種不同的機(jī)床的調(diào)速范圍的要求不同。多用途、通用性大的機(jī)床要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)矩

2、，而且還要有較高的速度，如車削加工中心；而對(duì)于專用數(shù)控機(jī)床就不需要較大的調(diào)速范圍，如數(shù)控齒輪加工機(jī)床、為汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的數(shù)控鉆鏜床；還有些數(shù)控機(jī)床，不但要求能夠加工黑色金屬材料，還要加工鋁合金等有色金屬材料，這就要求變速范圍大，且能超高速切削。 第第5章章5.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求n2 熱變形 電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都是熱源。低溫升、小的熱變形是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求的重要指標(biāo)。n3 主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下測量主軸前端和距離前端300mm處的徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)值。主軸在工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí)測量上述的兩項(xiàng)精度稱為運(yùn)動(dòng)精度

3、.數(shù)控機(jī)床要求有高的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度. 第第5章章5.1.1對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 n 4 主軸的靜剛度和抗振性 由于數(shù)控機(jī)床精度較高, 主軸的轉(zhuǎn)速又很高,因此對(duì)主軸的靜剛度和抗振性要求較高.主軸的軸徑尺寸,軸承類型及配置方式,軸承預(yù)緊量大小,主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻及主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響.n5 主軸組件的耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性,使之能夠長期保持良好的精度.凡機(jī)械摩擦的部件,如軸承,錐孔等都應(yīng)有足夠高的硬度,軸承處還應(yīng)有良好的潤滑.5.1.2主軸變速方式 1.無級(jí)變速 數(shù)控機(jī)床一般采用直流或交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級(jí)變速. 交流主軸電動(dòng)機(jī)及交流變

4、頻驅(qū)動(dòng)裝置(籠型感應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)配置矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng))由于沒有電刷,不產(chǎn)生火花,所以使用壽命長,且性能已達(dá)到直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)水平,甚至在噪聲方面還有所降低,因此目前應(yīng)用較為廣泛. 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式 主軸傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如圖5-1.所示.當(dāng)機(jī)床處在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下,主軸的轉(zhuǎn)速在437-3500r/min范圍內(nèi),主軸傳遞電動(dòng)機(jī)的傳遞功率11kw這稱為主軸的恒功率區(qū)域II(實(shí)踐)在這個(gè)區(qū)域內(nèi),主軸的最大輸出轉(zhuǎn)矩(245N.m)隨著主軸轉(zhuǎn)速的增高而變小.主軸轉(zhuǎn)速在35-437r/min范圍內(nèi),主軸的轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)矩不變稱為主軸的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域I(實(shí)踐)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)主軸所能傳

5、遞功率隨著主軸轉(zhuǎn)速的降低而減小.圖中虛線所示為電動(dòng)機(jī)超載(允許超載30min)時(shí)恒功率區(qū)域和橫轉(zhuǎn)矩區(qū)域.電動(dòng)機(jī)的超載功率為15KW超載的最大輸出轉(zhuǎn)矩為334N.m. 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式圖圖5-1. 主軸主軸功率功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩特性特性 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式2、分段無級(jí)變速 數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中，并不需要在整個(gè)變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動(dòng)，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。為了確保數(shù)控機(jī)床主軸低速時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無極變速的基本上配以齒輪變速，使之成為分段無級(jí)變速，如圖5.-2a、b所

6、示。5.1.2主軸變速方式圖圖5.-2 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式a)齒輪變速齒輪變速 b)帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)d)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n(1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng)（見圖5-2a） 這是大中型數(shù)控機(jī)床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪傳動(dòng)，擴(kuò)大變速范圍。由于電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上的恒功率調(diào)速范圍為25，當(dāng)需擴(kuò)大這個(gè)調(diào)速范圍時(shí)常用變速齒輪的辦法來擴(kuò)大調(diào)整范圍，滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n

7、（2）通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)（見圖5-2b） 這種傳運(yùn)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)整就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免由齒輪傳動(dòng)時(shí)所引起的振動(dòng)和噪聲。它適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸。常用的是同步齒形帶。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n（3）用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能（見圖5-2c）。高速時(shí)，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)；低速時(shí)，由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的問題。但兩個(gè)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)工作，也是一種浪費(fèi)。

8、第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式3、液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)n在帶有齒輪傳動(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪的換檔主要靠液壓撥叉來完成。圖5-3是三位液壓撥叉的原理圖。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n通過改變不同的通油方式可以使三聯(lián)齒輪塊獲得三個(gè)不同的變速位置。該機(jī)構(gòu)除液壓缸和活塞桿外，還增加了套筒4。當(dāng)液壓缸1通入壓力油，而液壓缸5卸壓時(shí)（見圖5-3a），當(dāng)活塞桿2便帶動(dòng)撥叉3向左移動(dòng)到極限位置，此時(shí)撥叉帶動(dòng)三聯(lián)齒輪塊移動(dòng)到左端。當(dāng)液壓缸5通壓力油，而液壓缸1卸壓時(shí)（見圖5-3b），活塞2和套筒4一起向右移動(dòng)，在套筒4碰到液壓缸5的端部后，活塞桿繼續(xù)右移到極限位置，此時(shí)，三聯(lián)齒輪塊被

9、撥叉3移動(dòng)到右端。當(dāng)壓力油同時(shí)進(jìn)入液壓缸1和5時(shí)（見圖5-3c），由于活塞桿的兩端直徑不同，使活塞桿處在中間位置。在設(shè)計(jì)活塞桿和套筒4的截面直徑時(shí)，應(yīng)使套筒4的圓環(huán)面上的向右推力大于活塞桿2的向左的推力。液壓叉換擋在主軸停車之后才能進(jìn)行，但停車時(shí)撥叉帶動(dòng)齒輪塊移動(dòng)又可能產(chǎn)生“頂齒”現(xiàn)象，因此在這種主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中通常設(shè)一臺(tái)微電動(dòng)機(jī)，它在撥叉移動(dòng)齒輪塊的同時(shí)帶動(dòng)各傳動(dòng)齒輪低速回轉(zhuǎn)，使移動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪順利嚙合。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式圖圖5-3三位液三位液壓撥叉壓撥叉的原理的原理圖圖 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式4、電磁離合器變速n電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或

10、切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的操縱元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)時(shí)，能簡化變速機(jī)構(gòu)，通過若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。n如圖5-4所示為THK6380型自動(dòng)換刀數(shù)控銑鏜床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖，該機(jī)床采用雙速電機(jī)和六個(gè)電磁離合器完成18級(jí)變速。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式圖圖5-4THK6380型自動(dòng)換刀數(shù)控銑鏜床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖型自動(dòng)換刀數(shù)控銑鏜床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式圖圖5-5無集電環(huán)摩擦片式無集電環(huán)摩擦片式電磁離

11、合器電磁離合器1-傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)齒輪 2聯(lián)結(jié)件聯(lián)結(jié)件 3套筒套筒 4外摩擦片外摩擦片 5內(nèi)摩擦片內(nèi)摩擦片 6擋環(huán)擋環(huán) 7滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承8繞組繞組 9-鐵心鐵心 10銜銜鐵鐵 11螺釘螺釘 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n圖5-5是數(shù)控銑鏜床主軸箱中使用的無滑環(huán)摩擦片式電磁離合器。傳動(dòng)齒輪1通過螺釘固定在聯(lián)接件2的端面上，根據(jù)不同的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)既可從齒輪1輸入，也可以從套筒3輸入。連接件2的外周開有六條直槽，并與外摩擦片段上的六個(gè)花鍵齒相配，這樣就把齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)直接傳遞給外摩擦片段。套筒3的內(nèi)孔和外圓都有花鍵，而且和擋環(huán)6用螺釘11連成一體。內(nèi)摩擦片5通過內(nèi)孔花鍵套裝在套筒3上，

12、并一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈8通電時(shí)，銜鐵10被吸引右移，把內(nèi)摩擦片刻和外摩擦片段壓緊在擋環(huán)6上，通過摩擦力矩把齒輪1與套筒3結(jié)合在一起。無滑環(huán)電磁離合器的線圈8和鐵心9是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，在鐵心9的右側(cè)均勻分布著六條鍵槽，用斜鍵將鐵心固定在變速箱的壁上。當(dāng)線圈8斷電時(shí)，外摩擦片4的彈性爪使銜鐵10迅速恢復(fù)到原來位置，內(nèi)、外摩擦片互相分離，運(yùn)動(dòng)被切斷。這種離合器的優(yōu)點(diǎn)在于省去了電刷，避免了磨損和接觸不良帶來的故障，因此比較適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。由于采用摩擦牌來傳遞轉(zhuǎn)矩，所以允許不停車變速。但也帶來了另外的缺點(diǎn)，這就是變速時(shí)將產(chǎn)生大量的摩擦熱，還由于線圈和鐵心是靜止不動(dòng)的，這就必須在旋轉(zhuǎn)的套筒上裝滾動(dòng)軸承7

13、，因而增加了離合器的徑向尺寸。此外，這種摩擦離合器的磁力線通過鋼質(zhì)的摩擦片，在線圈斷電之后會(huì)有剩磁，所以增加了離合器的分離時(shí)間。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式圖圖5-6嚙合式電磁離嚙合式電磁離合器合器1線圈線圈 2-銜鐵銜鐵 3螺釘螺釘 4彈簧彈簧 5-定位定位環(huán)環(huán) 6隔離環(huán)隔離環(huán) 7-連接連接螺釘螺釘 8-旋轉(zhuǎn)集電環(huán)旋轉(zhuǎn)集電環(huán)9磁軛磁軛 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n圖5-6為嚙合式電磁離合器，它是在摩擦面上做了一定齒形，來提高傳遞的扭力。n線圈1通電，帶有端面齒的銜鐵2又通過漸開線花鍵來定位環(huán)5相聯(lián)，再通過螺釘7與傳動(dòng)件相聯(lián)。磁軛內(nèi)孔的花鍵送給另一個(gè)軸，這樣

14、，就使與螺釘相聯(lián)的軸與另一軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。隔離環(huán)6是防止傳動(dòng)軸分離一部分磁力線，進(jìn)而削弱電磁吸引力。銜鐵采用漸開線花鍵與定位環(huán)5相聯(lián)是為了保證同軸度。n這種離合器必須在低于12r/min的轉(zhuǎn)速下變速 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式n與其他型式的電磁離合器相比，嚙合式電磁離合器能夠傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，因而相應(yīng)地減小了離合器的徑向和軸向尺寸，使主軸箱的結(jié)構(gòu)更為緊湊。嚙合過程無滑動(dòng)是它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這樣不但使摩擦熱減少，有助于改善數(shù)控機(jī)床主軸箱的熱變形，而且還可以在有嚴(yán)格要求的傳動(dòng)比的傳動(dòng)鏈中使用。但這種離合器帶有旋轉(zhuǎn)集電環(huán)8，電刷與滑環(huán)之間有摩擦，影響了變速的可靠性，而且還應(yīng)避免在很高的轉(zhuǎn)速

15、下工作。另一方面，離合器必須在低于12r/min的轉(zhuǎn)速下變速，這將給自動(dòng)變速帶來不便。根據(jù)上述特點(diǎn)，嚙合式電磁離合器較適宜于在要求溫升小和結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控機(jī)床上使用。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式5、內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸變速n圖5.1-26內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸n這種主傳動(dòng)是電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，如圖5.1-2d所示，因而大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。n近年來，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，即主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點(diǎn)是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，并利于控制振動(dòng)和噪聲。缺

16、點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸的關(guān)鍵問題。 第第5章章5.1.2主軸變速方式主軸變速方式圖圖5-7 日本研制的立式加工中心主軸組件日本研制的立式加工中心主軸組件n如圖5-7所示為日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r/min。 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)n自20世紀(jì)80年代以來，數(shù)控機(jī)床、加工中心主軸向高速化發(fā)展。高速主軸的發(fā)展是以航空工業(yè)、家電、汽車等工業(yè)追求機(jī)械零件的輕量化而普遍采用鋁合金零件后，提出的輕鋁合金高速加工的課題而產(chǎn)生的。對(duì)于鋼鐵等黑色金屬的加工，由于刀具壽命的限制，目

17、前的最高主軸轉(zhuǎn)速在10000r/min已經(jīng)足夠充裕，而鋁合金的切削性能就不同，根據(jù)日本隈鐵工所做的鋁合金切削試驗(yàn)，速度提高，表面粗糙Ra值降低。表5-1是鋁合金在切削實(shí)驗(yàn)中切削速度和表面粗糙度的關(guān)系 。 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速/rmin-1 進(jìn)給量/mmmin-1切削速度/mmin-1 Ra/m 10000 10007850.5620000200015700.4630000300023560.3240000400031420.32表表5-1鋁合金在切削實(shí)驗(yàn)中切削速度和表面粗糙度的關(guān)系鋁合金在切削實(shí)驗(yàn)中切削速度和表面粗糙度的關(guān)系 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高

18、速主軸的設(shè)計(jì)主軸高速化首先要解決的技術(shù)問題有三方面：1.高速電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)。2.高速軸承的開發(fā) 高速時(shí)選用陶瓷軸承的方案已在加工中心機(jī)床上采用，其軸承的滾動(dòng)體是用陶瓷材料制成，而內(nèi)、外圈仍用軸承鋼制造。陶瓷材料為Si3N4，其優(yōu)點(diǎn)是重量輕，為軸承鋼的40%；熱膨脹率低，是軸承鋼的25%；彈性模量大，是軸承的1.5倍。采用陶瓷流動(dòng)體，可大大減小離心力和慣性滑移，有利于提高主軸轉(zhuǎn)速。目前的問題是陶瓷價(jià)格昂貴，且有關(guān)壽命、可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不充分，需進(jìn)一步試驗(yàn)和完善。 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)3.冷卻潤滑技術(shù)的研究 過去，加工中心機(jī)床主軸軸承大部采用油脂潤滑方式，

19、為了適應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速向更高速化發(fā)展的需要，新的冷卻潤滑方式相繼開發(fā)出來，見表5-2。時(shí)間/年 轉(zhuǎn)速/r潤滑方式 備 注 19805000 油脂 1984 7000 油氣 1986 10000 油脂 15000 油氣 陶瓷軸承（滾動(dòng)體） 1988 20000 噴注 陶瓷軸承（滾動(dòng)體） 1990 2500030000 噴注 全陶瓷軸承 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)n（1）油氣潤滑方式 這種潤滑方式不同于油霧方式，油氣潤滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值，壓縮空氣有散熱作用，潤滑油可回收，不污染周圍空氣。圖5-8是油氣潤滑原理圖。 圖圖5-8 油氣潤滑油氣潤滑

20、第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)n根據(jù)軸承供油量的要求，定時(shí)器的循環(huán)時(shí)間可從199min定時(shí)，二位二通氣閥每定時(shí)開通一次，壓縮空氣進(jìn)入注油器，把少量油帶入混合室，經(jīng)節(jié)流閥的壓縮空氣，經(jīng)混合室，把油帶進(jìn)塑料管道內(nèi)，油液沿管道壁被風(fēng)吹進(jìn)軸承內(nèi)，此時(shí)，油成小油滴狀 圖圖5-9 噴注潤滑系統(tǒng)噴注潤滑系統(tǒng) 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)n（2）噴注潤滑方式 這是最近開始采用的新型潤滑方式，其原理如圖5-9所示。它用較大流量的恒溫油（每個(gè)軸承34L/min）噴注到主軸軸承，以達(dá)到冷卻潤滑的目的?；赜蛣t不是自然回流，而是用兩臺(tái)排油液壓泵強(qiáng)制排油。n（3）突入滾道式潤滑方式

21、內(nèi)徑為100mm軸承以2000r/min速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，線速度為100m/s以上，軸承周轉(zhuǎn)的空氣也伴隨流動(dòng)，流速可達(dá)50m/s。要使?jié)櫥屯黄七@層旋轉(zhuǎn)氣流很不容易，采用突入滾道式潤滑方式則可以可靠地將油送入軸承滾道處。n（4）電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式主軸 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝在主軸上，主軸就是電動(dòng)機(jī)軸，多用在小型加工中心機(jī)床上。這也是近來高速加工中心主軸發(fā)展的一種趨勢。如圖5-10所示為結(jié)構(gòu)示意圖以及冷卻油流經(jīng)路線。 第第5章章5.1.3高速主軸的設(shè)計(jì)高速主軸的設(shè)計(jì)圖圖5-10電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式主軸 第第5章章5.2 直、交流主軸電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制直、交流主軸電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制n機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給有很大差別

22、，對(duì)直流主軸伺服電動(dòng)機(jī)要求有很寬的調(diào)速范圍和提供大的轉(zhuǎn)矩和功率。 第第5章章5.2.1主軸直流電動(dòng)機(jī)主軸直流電動(dòng)機(jī)n主軸驅(qū)動(dòng)采用直流主軸電動(dòng)機(jī)時(shí)在結(jié)構(gòu)上與永磁式直流進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)不同。由于要求有較大的功率輸出，所以在結(jié)構(gòu)上不做成永磁式，而與普通直流電動(dòng)機(jī)相同，其主磁極是采用鐵心加勵(lì)磁繞組，如圖5-11 第第5章章5.2.1主軸直流電動(dòng)機(jī)主軸直流電動(dòng)機(jī)1直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流主軸電動(dòng)機(jī)由圖中可看出結(jié)構(gòu)仍由轉(zhuǎn)子及定子組成，不過定子由主磁極與換向極構(gòu)成，有時(shí)還要帶有補(bǔ)償繞組。為了改善換向性能在電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上均有換向極；為縮小體積，改善冷卻效果，避免電動(dòng)機(jī)熱量傳到主軸上，均采取軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或熱管

23、冷卻；為適應(yīng)主軸調(diào)速范圍寬的要求，一般主軸電動(dòng)機(jī)都能在調(diào)速比1：100的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，而且在基本速度以上達(dá)到恒功率輸出，在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩輸出，以適應(yīng)重負(fù)荷的要求。電動(dòng)機(jī)的主極和換向極都采用矽鋼片疊成，以便在負(fù)荷變化或在加速、減速時(shí)有良好的換向性能。電動(dòng)機(jī)外殼結(jié)構(gòu)為密封式，以適應(yīng)惡劣的機(jī)加工車間的環(huán)境。在電動(dòng)機(jī)的尾部一般都同軸安裝有測速發(fā)電機(jī)作為速度反饋元件 . 第第5章章5.2.1主軸直流電動(dòng)機(jī)主軸直流電動(dòng)機(jī)圖圖5-11 直流主軸電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖直流主軸電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 第第5章章5.2.1主軸直流電動(dòng)機(jī)主軸直流電動(dòng)機(jī)2.直流主軸電動(dòng)機(jī)的工作原理和特性 直流主軸電動(dòng)機(jī)雖然結(jié)構(gòu)上有了

24、很大的變化，但其工作原理和永磁式直流電動(dòng)機(jī)相似，也是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，由勵(lì)磁繞組和磁極產(chǎn)生磁場，通電導(dǎo)體（電樞繞組）與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 直流主軸伺服電動(dòng)機(jī)的性能主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩速度特性曲線上，如圖5-12所示。圖中1為轉(zhuǎn)矩特性曲線，2為功率特性曲線。由圖可知，在基本轉(zhuǎn)速nj以下屬于恒轉(zhuǎn)矩（T）調(diào)速范圍，采用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速；在基本轉(zhuǎn)速nj以上屬于恒功率（P）調(diào)速范圍，采用控制勵(lì)磁電流的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速。一般來說恒轉(zhuǎn)矩和恒功率速度范圍之比為1：2。（圖（圖5-12） 直流主軸電動(dòng)機(jī)特性曲線直流主軸電動(dòng)機(jī)特性曲線 第第5章章5.2.2、直流主軸

25、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)n數(shù)控機(jī)床常用的直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖如圖5-13所示。（圖（圖5-13） 直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 第第5章章5.2.2、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)1調(diào)磁調(diào)速回路n圖5-13的上半部分為勵(lì)磁控制回路，由于主軸電動(dòng)機(jī)功率通常較大，且要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，因此，一般采用他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁繞組與電樞繞組相互獨(dú)立，并由單獨(dú)的可調(diào)直流電源供電。n圖中，勵(lì)磁控制回路的電流給定、電樞電壓反饋、勵(lì)磁電流反饋三組信號(hào)經(jīng)比較之后輸入至比例一積分調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過電壓/相位轉(zhuǎn)換器，控制晶閘管觸發(fā)脈沖的相位，調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組的電流大小，

26、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的恒功率弱磁調(diào)速。 第第5章章5.2.2、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 2調(diào)壓調(diào)速回路 圖5-13中的下部分為調(diào)壓調(diào)速回路，類似于直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)，它也是由速度環(huán)和電流環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，通過控制直流主軸電動(dòng)機(jī)的電樞電壓實(shí)現(xiàn)變速，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：n(1)速度指令電壓和速度反饋電壓在經(jīng)過“阻容濾波”之后，進(jìn)入比較器進(jìn)行比較放大，從而得到速度誤差信號(hào)。n(2)為了獲得滿意的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的調(diào)速特性，合理地解決速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度之間的矛盾，速度調(diào)節(jié)器通常采用PI調(diào)節(jié)器。速度誤差信號(hào)經(jīng)過比例一積分環(huán)節(jié)（PI調(diào)節(jié)器），產(chǎn)生電流給定信號(hào)，輸出到電流調(diào)節(jié)器，作為電流給

27、定。n(3)速度調(diào)節(jié)器輸出的電流給定值與電流反饋值一起輸入電流調(diào)節(jié)器。為了加快電流環(huán)的響應(yīng)速度，縮短系統(tǒng)起動(dòng)過程，并減少低速輕載時(shí)由于電流斷續(xù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電流調(diào)節(jié)器通常使用比例調(diào)節(jié)器。 第第5章章5.2.2、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)n(4)電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過由同步電路、移相控制電路組成的移相觸發(fā)環(huán)節(jié)，控制晶閘管整流橋的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)速目的。 總之，具有速度外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo) ，它可最大限度地利用電動(dòng)機(jī)的過載能力，使過渡過程最短。 3主回路電路n數(shù)控機(jī)床主軸要求正、反轉(zhuǎn)，且切削功率應(yīng)盡可能大，并希望能迅速停止和改

28、變轉(zhuǎn)向，其驅(qū)動(dòng)裝置往往采用三相橋式反并聯(lián)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，如圖5-14所示。n由圖可知，主回路有12只晶閘管組成 ，它們分成V1、V2，如圖5-14（b）所示，每組按三相橋式連接形成變流橋，兩組變流橋反極性并聯(lián)（即反并聯(lián)），由一個(gè)交流電源供電，分別實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制（即可逆驅(qū)動(dòng)），其中V1為正組晶閘管，V2為反組晶閘管。為保證在任何時(shí)間內(nèi)只允許一組橋路工作，另一組橋路阻斷，采用邏輯控制電路（它包括方向控制、邏輯判斷、及輸出切換等環(huán)節(jié)）。 第第5章章5.2.2、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、直流主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)（圖（圖5-14） 可逆調(diào)速系統(tǒng)的主回路可逆調(diào)速系統(tǒng)的主回路 第第5章章5.2

29、.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制n交流主軸電動(dòng)機(jī)是一種具有籠式轉(zhuǎn)子的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、價(jià)格便宜、過載能力強(qiáng)、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能得到了極大改善，正越來越多地被數(shù)控機(jī)床應(yīng)用。 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制1、交流主軸伺服電動(dòng)機(jī) 三相異步交流伺服電動(dòng)機(jī)有籠型和線繞型之分，籠式轉(zhuǎn)子被認(rèn)為是所能采用的最簡單、最牢固的機(jī)械結(jié)構(gòu)，能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，承受很高的轉(zhuǎn)速，得到廣泛的應(yīng)用。（1）交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖5-15所示為西門子1PH5

30、系統(tǒng)交流主軸電動(dòng)機(jī)外形，同軸連接的ROD323光電編碼器用于測速和矢量變頻控制。 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制n交流主軸電動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子組成。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和普通交流異步電動(dòng)機(jī)相似，定子上有固定的三相繞組，轉(zhuǎn)子鐵心上開有許多槽，每個(gè)槽內(nèi)裝有一根導(dǎo)線，所有導(dǎo)體兩端短接在端環(huán)上，如果去掉鐵心，轉(zhuǎn)子繞組的形狀像一個(gè)鼠籠，所以稱為籠型轉(zhuǎn)子。圖圖5-15 交流主軸交流主軸電動(dòng)機(jī)外電動(dòng)機(jī)外形圖形圖 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制（2）工作原理n異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和普通交流異步電動(dòng)機(jī)基本相似。定子繞

31、組通入三相交流電后，在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生一個(gè)勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有差異時(shí)，轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，與勵(lì)磁磁場相互作用，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。由此可以看出，在異步伺服電動(dòng)機(jī)中，只要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子就會(huì)受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。若異步伺服電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)為p，轉(zhuǎn)差率為s，定子繞組供電頻率為f，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也將發(fā)生變化。 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制（3）三相交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)的特性n和直流主軸電動(dòng)機(jī)一樣，交流主軸電動(dòng)機(jī)也是由功率速度關(guān)系曲線來反映它的性能，其特性曲線可見圖

32、5-16所示。從圖中曲線可見，交流主軸電動(dòng)機(jī)的特性曲線與直流主軸電動(dòng)機(jī)類似：在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，而在基本速度以上為恒功率區(qū)域。但有些電動(dòng)機(jī)，如圖中所示那樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度超過某一定值之后，其功率速度曲線又往下傾斜，不能保持恒功率。對(duì)于一般主軸電動(dòng)機(jī)，這個(gè)恒功率的速度范圍只有1：3的速度比。另外，交流主軸電動(dòng)機(jī)也有一定的過載能力，一般為額定值的1.21.5倍,過載時(shí)間則從幾分鐘到半個(gè)小時(shí)不等。（圖5-16） 交流主軸電動(dòng)機(jī)的特性曲線圖 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制2、交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理如圖5-17所示。其工作過程如下：圖圖5

33、-17 交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制n由CNC來的轉(zhuǎn)速給定指令1在比較器中與測速反饋信號(hào)2比較后產(chǎn)生轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)，這一轉(zhuǎn)速誤差經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)器3放大后，作為轉(zhuǎn)矩給定指令電壓輸出。n轉(zhuǎn)矩給定指令經(jīng)絕對(duì)值回路4將轉(zhuǎn)矩給定指令電壓轉(zhuǎn)化為單極性信號(hào)。然后經(jīng)函數(shù)發(fā)生器6、V/F轉(zhuǎn)換器7，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩給定脈沖信號(hào)。n轉(zhuǎn)矩給定脈沖信號(hào)在微處理器8中與四倍頻回路17輸出的速度反饋脈沖進(jìn)行運(yùn)算。同時(shí)，預(yù)先存儲(chǔ)在微處理器ROM中的信息給出幅值和相位信號(hào)，分別送到DA振幅器10和DA強(qiáng)勵(lì)磁9。nDA振幅器用于產(chǎn)生與轉(zhuǎn)矩

34、指令相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值，而DA勵(lì)磁強(qiáng)化回路用于控制增加定子電流的幅值。兩者輸出經(jīng)乘法器11處理后，形成定子電流的幅值給定。 第第5章章5.2.3 交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制交流主軸電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速控制n另一方面，從微處理器輸出的U、V相位信號(hào)sin和sin（-1200）分別送到U相和V相的電流指令回路12，并在電流指令回路中與幅值給定相乘后產(chǎn)生U相和V相的電流給定指令。n電流給定指令與電流反饋信號(hào)比較之后的誤差，經(jīng)放大送到PWM控制回路14，變成固定頻率的脈寬調(diào)制信號(hào)，其中，W相信號(hào)由IU、IV兩信號(hào)合成產(chǎn)生。n上述脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)PWM轉(zhuǎn)換器15，最終控制電動(dòng)機(jī)的三相電流。n作為檢測器

35、件的脈沖編碼器產(chǎn)生每轉(zhuǎn)固定的脈沖。這一脈沖經(jīng)四倍頻回路17進(jìn)行倍頻后，經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，提供速度反饋電壓。n由于低速時(shí)，F(xiàn)/V轉(zhuǎn)換器的線性度較差，速度反饋信號(hào)一般還需要在微分電路18和同步整流電路20中作相應(yīng)的處理。 第第5章章5.3 主軸驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理主軸驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理5.3.1主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)n為滿足數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)的要求，主軸電動(dòng)機(jī)必須具備下述功能：（1）輸出功率大；（2）在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)速度穩(wěn)定，且恒功率范圍寬；（3）在斷續(xù)負(fù)載下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，過載能力強(qiáng)；（4）加、減速時(shí)間短；（5）電動(dòng)機(jī)溫升低；（6）振動(dòng)、噪聲小；（7）電動(dòng)機(jī)可靠性高、壽命長、易維護(hù)；

36、（8）體積小、重量輕。 第第5章章5.3.1主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)1、直流主軸驅(qū)動(dòng)裝置n直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)不同，主軸電動(dòng)機(jī)要輸出較大的功率，所以一般采取他激式。為縮小體積，改善冷卻效果，以免電動(dòng)機(jī)過熱，常采用軸向強(qiáng)迫風(fēng)冷或熱管冷卻技術(shù)。n直流驅(qū)動(dòng)裝置有可控硅和脈寬調(diào)制PWM調(diào)速兩種形式。由于脈寬調(diào)制PWM調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，因而在對(duì)靜動(dòng)態(tài)性能要求較高的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置上廣泛使用。而三相全控可控硅調(diào)速裝置則適于大功率應(yīng)用場合，因而常用于直流主軸驅(qū)動(dòng)裝置。 第第5章章5.3.1主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)2、交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置n由于直流電動(dòng)機(jī)有機(jī)

37、械換向的弱點(diǎn)，其應(yīng)用受以很多限制。換向器表面線速度及換向電流、電壓均受到限制，增加了電動(dòng)機(jī)制造的難度、成本以及調(diào)速控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，限制了其轉(zhuǎn)速和功率的提高，并且它的恒功率調(diào)速范圍也較小。換向器必須定期停機(jī)檢查和維修，使用和維護(hù)都比較麻煩。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論、現(xiàn)代控制理論等有了很大發(fā)展，同時(shí)新型大功率半導(dǎo)體器件、大功率晶體管GTR、絕緣柵雙極晶體管IGBT不斷成熟，為交流驅(qū)動(dòng)進(jìn)入實(shí)用階段創(chuàng)造了必要的條件?，F(xiàn)在絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)配置矢量變換控制變頻調(diào)速主軸系統(tǒng)。這是因?yàn)橐环矫媸蠡\式交流電動(dòng)機(jī)克服了直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向的弱點(diǎn)以及在高速、大功率方面受到

38、的限制，另一方面配置矢量變換控制的變頻交流驅(qū)動(dòng)的性能已達(dá)到直流驅(qū)動(dòng)的水平。另外，交流電動(dòng)機(jī)體積小、重量輕，采用全封閉罩殼，防灰塵和油污性能較好，因而交流電動(dòng)機(jī)徹底取代直流電動(dòng)機(jī)已是必然趨勢。 第第5章章5.3.2 交流主軸電動(dòng)機(jī)交流主軸電動(dòng)機(jī)n目前交流主軸驅(qū)動(dòng)中均采用鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由固定的、有三相繞組的定子和可以旋轉(zhuǎn)的、有籠條的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子的三相對(duì)稱繞組通入三相交流后，有電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這一點(diǎn)與同步電動(dòng)機(jī)相同。鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)比較特殊，在轉(zhuǎn)子鐵心上開有許多槽，每個(gè)槽內(nèi)裝有一根導(dǎo)體，所有導(dǎo)體兩端短接在端環(huán)上。如果去掉鐵心，轉(zhuǎn)子繞組的形狀像一個(gè)籠型，所以叫

39、做籠型轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)如圖5-17所示。圖圖 517 籠形轉(zhuǎn)子的機(jī)構(gòu)籠形轉(zhuǎn)子的機(jī)構(gòu) 第第5章章5.3.2 交流主軸電動(dòng)機(jī)交流主軸電動(dòng)機(jī)n圖5-18所示為一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)裝置，磁極N，S表示定子旋轉(zhuǎn)磁場，把一個(gè)能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的籠型轉(zhuǎn)子放在可用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的兩極永久磁鐵中間，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，籠型轉(zhuǎn)子也將跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總比磁鐵慢。當(dāng)磁極改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，籠型轉(zhuǎn)子也跟著改變方向。圖圖 518鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理 第第5章章5.3.2 交流主軸電動(dòng)機(jī)交流主軸電動(dòng)機(jī)n圖5-19所示為籠型轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的原理。永久磁鐵沿順時(shí)針方向以ns旋轉(zhuǎn)，其磁力線也順時(shí)針切割轉(zhuǎn)子籠條，

40、而相對(duì)于磁場，轉(zhuǎn)子籠條逆時(shí)針切割磁力線，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。根據(jù)右手定則，N極下導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢方向從紙面出來，而S極下導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢方向垂直進(jìn)入紙面。由于籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體均通過短路環(huán)連接起來，因此在感應(yīng)電動(dòng)勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有電流流過，電流方向與感應(yīng)電動(dòng)勢方向相同。再根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中的受力原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體要與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力作用于轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。根據(jù)左手定則，轉(zhuǎn)亂方向與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，轉(zhuǎn)子便在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 第第5章章5.3.2 交流主軸電動(dòng)機(jī)交流主軸電動(dòng)機(jī)n因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)軸上總帶有機(jī)械負(fù)載，即使空載時(shí)也存在摩擦、風(fēng)阻等。為了克服負(fù)載阻力，轉(zhuǎn)子繞組中必須有

41、一定大小的電流，以產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩。而轉(zhuǎn)子繞組中的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的，要產(chǎn)生一定的電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于磁場轉(zhuǎn)速。因?yàn)槿绻麅烧咿D(zhuǎn)速相同，則不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不切割磁力線，感應(yīng)電動(dòng)勢、電流以及電磁轉(zhuǎn)矩也就不會(huì)產(chǎn)生。這一點(diǎn)與同步電動(dòng)機(jī)有本質(zhì)差別。而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場低多少主要由機(jī)械負(fù)載決定，負(fù)載大則需要較大的導(dǎo)體電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場就必須有較大的相對(duì)速度。n因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子總要滯后于定子旋轉(zhuǎn)磁聲場，所以稱其為異步電動(dòng)機(jī)。又因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中本來沒有電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流是切割定子旋轉(zhuǎn)磁場時(shí)感應(yīng)產(chǎn)生的，因此異步電動(dòng)機(jī)也叫做感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜

42、、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等許多優(yōu)點(diǎn)。 第第5章章5.3.2 交流主軸電動(dòng)機(jī)交流主軸電動(dòng)機(jī)籠型轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生籠型轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置n過去交流調(diào)速的性能無法與直流調(diào)速相比，因而大大限制了它在數(shù)控機(jī)床中的作用。矢量交換控制（transvector control）是1971年由德國Felix Blaschke等人提出的，是對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的理想方法。矢量控制法是應(yīng)用使交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性和動(dòng)態(tài)性能足以與直流電動(dòng)機(jī)相媲美。n直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電路磁場和電樞電流Ia是互相獨(dú)立的，電磁轉(zhuǎn)矩（M=CMIa）與磁場和電樞電流Ia成正比，而異步電

43、動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和負(fù)載電流彼此互相關(guān)聯(lián)。n直流電動(dòng)機(jī)的主磁場和電樞磁場在空間互相垂直，而異步電動(dòng)機(jī)的主磁場與轉(zhuǎn)子電流磁場間的夾角，與轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)有關(guān)。n直流電動(dòng)機(jī)通過獨(dú)立調(diào)節(jié)主磁場和電樞磁場之一進(jìn)行調(diào)速，異步電動(dòng)機(jī)則不能。因此，如果在交流電動(dòng)機(jī)中，也能對(duì)負(fù)載電流和勵(lì)磁電流分別進(jìn)行控制，并使它們的磁場在空間上垂直，則交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能就可以和直流電動(dòng)機(jī)相比。 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置1、三相（、）/二相（，）等效變換n等效變換的準(zhǔn)則是，使變換前后有同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，即必須產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場。這種變換是將三相交流電動(dòng)機(jī)變?yōu)榈刃У亩嘟涣麟妱?dòng)機(jī)。圖5-19a，為三相

44、交流電動(dòng)機(jī)中彼此相隔120 空間角度的3個(gè)定子繞組，分別通以時(shí)間相差120 電角度的三相平衡交流電流u，v和w，于是在定子上產(chǎn)生了以同步角速度o旋轉(zhuǎn)的磁場矢量。如果在空間相差90 的兩相繞組，（圖5-19b）時(shí)間相差90 的電流，則可產(chǎn)生與三相，繞組的旋轉(zhuǎn)磁場完全一致的空間旋轉(zhuǎn)磁場。由圖5-20可知其磁通勢為：n矢量變換控制的基本思路就是用等效概念，通過復(fù)雜的坐標(biāo)交換，將三相交流輸入電流變?yōu)榈刃У?、彼此?dú)立的勵(lì)磁電流f和電樞是流a，從而使交流電動(dòng)機(jī)能像直流電動(dòng)機(jī)一樣，通過對(duì)等效電樞繞組電流和勵(lì)磁繞組電流的反饋控制，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁磁通的目的。最后，通過相反的變換，將等效的直流量再還原為三相交

45、流量，控制實(shí)際的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。采用這種控制方法，交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型與直流電動(dòng)機(jī)極其相似，使交流電動(dòng)機(jī)能得到與直流電動(dòng)機(jī)同樣的調(diào)速性能。 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置5-19 三相和二相等效變換三相和二相等效變換對(duì)應(yīng)的電流為UVWUVW11=-cos60 -cos60 =-22FF FFFFFVWVW33sin60 -sin60 =-22FFFFFUVWVW11-2233=22iiiiiii 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置5-20 三相和二相磁動(dòng)勢變換三相和二相磁動(dòng)勢變換 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置2、矢量旋轉(zhuǎn)變換（V/

46、R） 將三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為二相電動(dòng)機(jī)后，還需要將二相交流電動(dòng)機(jī)變換為等效的直流電動(dòng)機(jī)，如圖5-21。在直流電動(dòng)機(jī)中，如果電樞反應(yīng)得到完全補(bǔ)償，勵(lì)磁磁通勢與電樞磁通勢正交。在圖5-21，設(shè)d為勵(lì)磁繞組，通過勵(lì)磁電流d，為電樞繞組，通過電樞電流q，產(chǎn)生的等效合成磁通勢為，以同步角速度o旋轉(zhuǎn)，這樣就可看成直流電動(dòng)機(jī)。將二相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為直流電動(dòng)機(jī)的變換，實(shí)質(zhì)上就是矢量與標(biāo)量的轉(zhuǎn)換，是靜止直角坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化條件是保證合成磁通勢不變。圖5-21b，、的合成矢量為l，將l在合成磁通勢的水平方向及垂直方向投影，可得d,q。轉(zhuǎn)換公式為d =cos+sinq = -sin+cos 而直角坐

47、標(biāo)系與極坐標(biāo)系的變換（K/P）公式為221dqqd+tan =iiiii 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置5-21二相交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的等效變換二相交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的等效變換 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置n矢量變換控制的原理如圖5-22示，圖中帶“*”號(hào)的標(biāo)記表示控制值，不帶”*”號(hào)標(biāo)記的量表示實(shí)際測量值。該原理圖類似于直流電動(dòng)機(jī)的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ST為速度調(diào)節(jié)器，它輸出相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)電樞電流的q* 信號(hào)，T為磁通調(diào)節(jié)器，輸出d* 信號(hào)。這2個(gè)信號(hào)經(jīng)坐標(biāo)變換器k/p合成為定子電流幅值給定信號(hào) 和相角給定信號(hào)，控制變頻器逆變器各相的導(dǎo)通。而

48、實(shí)際檢測的三相電流經(jīng)3/2相變換器和矢量旋轉(zhuǎn)變換器V/R后得到等效電流 ，再經(jīng)坐標(biāo)變換器得到定子電流幅值的反饋信號(hào)轉(zhuǎn)差速度與實(shí)際轉(zhuǎn)速 相加后，可得到同步速度。為了控制氣隙磁通，理論上講可以在電動(dòng)機(jī)軸上安裝磁通傳感器直接檢測氣隙磁通，但這種方法不易實(shí)現(xiàn)，且在檢測信號(hào)中干擾信號(hào)較大，因此一般都使用間接磁通控制。 第第5章章5.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置 5-22矢量變換控制原理矢量變換控制原理 第第5章章5.3.4 交流主軸驅(qū)動(dòng)特性曲線 n 典型的交流主軸驅(qū)動(dòng)的工作特性曲線如圖5-23示.由于矢量變換控制的交流驅(qū)動(dòng)具有與直流驅(qū)動(dòng)相似的數(shù)學(xué)模型，下面以直流驅(qū)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。由工作特

49、性曲線可見，基速n0以左屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，通過改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)，其調(diào)速基本公式為 n= =Kifn最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為Mmax=CmImax5-23流主軸驅(qū)動(dòng)的工作特性曲線流主軸驅(qū)動(dòng)的工作特性曲線 第第5章章5.3.4 交流主軸驅(qū)動(dòng)特性曲線n基數(shù)n0以左的勵(lì)磁電流If不變，通過改變電樞電壓調(diào)速，其輸出的最大轉(zhuǎn)矩Mmax取決于電樞電流的最大值Imax。主軸電動(dòng)機(jī)的最大電流是恒定的，因此所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩也是恒定的，因此基速n0以右采用弱磁升速的方法調(diào)速，即采用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If的方法。它輸出的最大功率為Pmax=Mmaxnn在弱磁升速中，If減小K倍，相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)即增加K倍，電動(dòng)機(jī)所輸出最大轉(zhuǎn)矩

50、則因?yàn)榇磐ǖ臏p小而減小K倍，因此所能輸出的最大功率不變，因此稱為恒功率調(diào)速。n圖5-24 為某交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性曲線，其功率為5.55.7kW。通常主軸驅(qū)動(dòng)裝置的過載能力較強(qiáng)，可以30min內(nèi)過載30%左右運(yùn)行。 第第5章章5.3.4 交流主軸驅(qū)動(dòng)特性曲線5-24主軸驅(qū)動(dòng)的特性曲線主軸驅(qū)動(dòng)的特性曲線(a)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速功率曲線功率曲線 （b）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線轉(zhuǎn)矩曲線 第第5章章5.4 主軸分段無級(jí)調(diào)速及控制5.4.1 概述n 數(shù)控裝置可通過三種方式控制主軸驅(qū)動(dòng).一種是通過主軸模擬電壓輸出接口,輸出零到正負(fù)10V模擬電壓至主軸驅(qū)動(dòng)裝置,電壓的正負(fù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向,電壓的大小控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速.另一種是輸

51、出單級(jí)性010V模擬電壓至主軸驅(qū)動(dòng)裝置,通過正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)開關(guān)量信號(hào)指定正反轉(zhuǎn).第三種是選擇數(shù)控裝置輸出的12位二進(jìn)制代碼或2位BCD碼(3位BCD碼)開關(guān)量信號(hào)至主軸驅(qū)動(dòng),控制主軸的轉(zhuǎn)速.n不論采用哪一種方法,均可實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速.采用無級(jí)調(diào)速主軸機(jī)構(gòu),主軸箱雖然得到大大的簡化,但其低速段輸出轉(zhuǎn)矩常無法滿足機(jī)床強(qiáng)力切削的要求.如單純追求無級(jí)變速,勢必要正大主軸電動(dòng)機(jī)的功率,從而使主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置的體積,重量及成本增加. 第第5章章5.4.15.4.1 概述概述圖圖5-25二擋齒輪變速的二擋齒輪變速的M（n）、）、(n) 曲線曲線因此數(shù)控機(jī)床常采用14擋齒輪變速與無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的方式,

52、即分段無級(jí)變速方式.圖5-25采用齒輪變速與不采用齒輪變速主軸的輸出特性.采用齒輪變速雖然低速的輸出轉(zhuǎn)矩增大,但降低了最高主軸轉(zhuǎn)速.因此通常用數(shù)控系統(tǒng)控制齒輪自動(dòng)變擋,同時(shí)滿足低速轉(zhuǎn)矩和最高軸轉(zhuǎn)速的要求.一般數(shù)控系統(tǒng)均提供24擋變速功能,而數(shù)控機(jī)床使用2擋即可滿足要求. 第第5章章5.4.2自動(dòng)變擋控制自動(dòng)變擋控制n數(shù)控系統(tǒng)可使用M41M44代碼進(jìn)行齒輪的自動(dòng)變擋.首先需要在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置M41M44 4擋對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速,這樣數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前S指令值判斷擋位,并自動(dòng)輸出相應(yīng)的M41M44的指令至可編程控制器(PLC),控制更換響應(yīng)的齒輪擋,然后數(shù)控裝置輸出響應(yīng)的模擬電壓,如圖-26示.

53、例如M41對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min,M42對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速為3500r/min,主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為3500r/min.當(dāng)S指令在01000r/min單位內(nèi)時(shí),M41對(duì)應(yīng)的齒輪嚙合;當(dāng)S指令在10003500r/min范圍內(nèi)時(shí),M42對(duì)應(yīng)齒輪嚙合.M42對(duì)應(yīng)的齒輪傳動(dòng)比為1:1,M41對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為1:3.5,此時(shí)主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩為主軸電動(dòng)機(jī)最大輸出的最大轉(zhuǎn)矩的3.5倍.不同機(jī)床主軸變擋所用的方式不同,控制具體實(shí)現(xiàn)可由可編程控制器完成.目前常采用液壓撥叉或電磁離合器帶動(dòng)不同齒輪的嚙合n對(duì)變速時(shí)出現(xiàn)的頂齒現(xiàn)象,現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均采用由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)的方法,實(shí)

54、現(xiàn)齒輪的順利嚙合.而變擋時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)的速度可在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)中設(shè)定. 第第5章章5.4.2 自動(dòng)變擋控制自動(dòng)變擋控制 某系統(tǒng)自動(dòng)變擋動(dòng)作的時(shí)序圖 第第5章章5.4.2 自動(dòng)變擋控制自動(dòng)變擋控制n1 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)讀到有擋變化的S指令時(shí),輸出響應(yīng)的M代碼(M41M44),代碼由BCD碼輸出或由而進(jìn)制輸出(由數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)確定),輸出信號(hào)送至可編程控制器.n2 50ms后,CNC發(fā)出M選通信號(hào)M strobe,指示可編程控制器讀取并執(zhí)行M代碼,選通信號(hào)持續(xù)100ms。保證50ms后讀取是為了使M代碼穩(wěn)定，保證讀取得數(shù)據(jù)正確。n3 可編程控制器接受到M strobe信號(hào)后，立即使M完成信號(hào)

55、無效，通知數(shù)控系統(tǒng)M代碼正在執(zhí)行。n4 可編程控制器開始對(duì)M代碼進(jìn)行譯碼，并執(zhí)行相應(yīng)的變擋控制邏輯。n5 M代碼輸出200ms后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置輸出一定的主軸蠕動(dòng)量，使主軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)，以解決齒輪頂齒問題。n6 可編程控制器完成變速后，置M完成信號(hào)有效，通知數(shù)控系統(tǒng)變擋工作已經(jīng)完成。n7 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置的每擋主軸最高轉(zhuǎn)速，自動(dòng)輸出新的模擬電壓使主軸轉(zhuǎn)速為給定的S值 第第5章章5.4.3自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)n現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用“主軸電動(dòng)機(jī)2擋變速齒輪傳遞主軸”結(jié)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床的變速齒輪箱比傳統(tǒng)機(jī)床的主軸箱簡單的多。變擋控制常采用液壓拔叉和電磁離合器兩種方法。 第第5章章5.4.

56、3自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)1 液壓拔叉變速n液壓拔叉是一種用一只或幾只液壓缸帶動(dòng)齒輪移動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)，最簡單的采用二位液壓缸實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒輪變速。對(duì)于三聯(lián)或三聯(lián)以上的齒輪變速，則需使用差動(dòng)液壓缸。圖5-28三位液壓拔叉的原理圖，它由液壓缸1和5，活塞桿2，拔叉3和套筒4組成，通過電磁伐改變不同的通油方式，可獲得拔叉的3個(gè)位置。（1）當(dāng)液壓缸1通入壓力油而液壓缸5卸壓時(shí)，活塞桿2帶動(dòng)拔叉3相左移至極限位置。（2）當(dāng)液壓缸5通入壓力油而液壓缸1卸壓時(shí)，活塞桿2和套筒4一起移至右極限位置。（3）但左右缸同時(shí)通入壓力油時(shí)，由于活塞桿2兩端直徑不同，使其相左移動(dòng)。又由于套筒4和活塞桿2截面住直徑不同，使套

57、筒4向右的推力大于活塞桿2相左的推力，因此套筒4被壓向液壓缸的右端，而活塞桿2緊靠套筒4的右面，拔叉處于中間位置。要注意每個(gè)齒輪到位后需要到位檢查元件（如感應(yīng)開關(guān)）檢查，檢查信號(hào)有效說明變擋已經(jīng)結(jié)束。對(duì)于主軸驅(qū)動(dòng)無級(jí)變速的場合，可采用數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動(dòng)機(jī)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)的方法，解決液壓拔叉移動(dòng)齒輪時(shí)可能產(chǎn)生得頂齒問題。 第第5章章5.4.3自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)5-28三位液壓的拔叉原理三位液壓的拔叉原理n液壓拔叉需要附加一套液壓裝置，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁閥動(dòng)作，在將壓力油分至相應(yīng)的液壓缸，因而增加了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。 第第5章章5.4.3自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變擋的實(shí)現(xiàn)2 電磁離合器變速n電磁

58、離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)行的元件，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，但它的缺點(diǎn)是體積大，磁通易使機(jī)械零件磁化。在數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)中使用電磁離合器能夠簡化變速機(jī)構(gòu)，通過安裝在各傳動(dòng)軸上離合器的吸合與分離，形成不同的運(yùn)動(dòng)組合傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。 n數(shù)控機(jī)床中常使用無滑環(huán)摩擦片式電磁離合器和牙嵌式電磁離合器。由于摩擦片式電磁離合器采用摩擦片傳遞轉(zhuǎn)矩，允許不停機(jī)變速。但如果速度過高，會(huì)由于滑差運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量的摩擦熱。牙嵌式電磁離合器由于將摩擦面加成一定的齒輪，提高了傳遞轉(zhuǎn)矩，減小了離合器的徑向軸向尺寸，使主軸結(jié)構(gòu)更加緊湊，摩擦熱減小。但牙嵌式電磁離合器必須在主軸轉(zhuǎn)速很低時(shí)轉(zhuǎn)速。 第第5章章5.5.主軸準(zhǔn)停

59、控制主軸準(zhǔn)?？刂?.5.1 概述n主軸準(zhǔn)停功能又稱主軸定向功能（Spindle Specified Position Stop），即當(dāng)主軸停止時(shí)，控制其停于固定的位置，這是自動(dòng)換刀所必須的功能。在自動(dòng)換刀的數(shù)控鏜銑加工中心上，切削轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能，見圖5-29當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，后再退刀，而要讓刀，刀具必須具有準(zhǔn)確功能，如圖5-30。 第第5章章5.5.1 概述概述圖圖5-29主軸準(zhǔn)停換刀主軸準(zhǔn)停換刀圖圖5-30軸準(zhǔn)停鏜背孔示意圖軸準(zhǔn)停鏜背孔示意圖 第第5章章

60、5.5.1 概述概述主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停，它們的控制過程是一樣的，如圖主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停，它們的控制過程是一樣的，如圖5-31示。示。5-31主軸準(zhǔn)?？刂浦鬏S準(zhǔn)停控制 第第5章章5.5.2 機(jī)械準(zhǔn)停機(jī)械準(zhǔn)停n圖5-32典型的端面螺旋凸輪準(zhǔn)停裝置。在主軸1上固定有一個(gè)定位滾子2，主軸上空套有一個(gè)雙向端面凸輪3，該凸輪和液壓缸5中活塞桿4相連接，當(dāng)活塞帶動(dòng)凸輪3向下移動(dòng)時(shí)（不轉(zhuǎn)動(dòng)），通過撥動(dòng)定位滾子2并帶動(dòng)主軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)定位銷落入端面凸輪的V形槽內(nèi)，便完成了主軸準(zhǔn)停。因?yàn)槭请p向端面凸輪，所以能從兩個(gè)方向撥動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停。這種雙向端面凸輪準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)，動(dòng)作迅速可靠，但是凸