數(shù)控系統(tǒng)主軸

第六章主軸驅(qū)動(dòng)及控制§6.1概述§6.2主軸的分段無級調(diào)速及控制§6.3主軸準(zhǔn)?？刂茢?shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的，它將主電動(dòng)機(jī)的原動(dòng)力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。典型數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)外觀如左圖?！?.1概述數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也就是主傳動(dòng)系統(tǒng)，它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量，因此，在數(shù)控機(jī)床的維修和維護(hù)中，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顯得很重要。一、概述主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。二、數(shù)控機(jī)床對主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求

機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運(yùn)動(dòng)。1、調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速2、恒功率范圍要寬3、具有4象限驅(qū)動(dòng)能力4、具有位置控制能力5、具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。6、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性三、

不同類型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍

1、普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱這是最經(jīng)濟(jì)的一種方法主軸配置方式，但只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)始終工作在額定轉(zhuǎn)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(qiáng)，非常適合粗加工和半精加工的要求?？梢詫?shí)現(xiàn)主軸的無級調(diào)速，主軸電動(dòng)機(jī)只有工作在約500轉(zhuǎn)/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(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況，一般會(huì)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?yàn)槭艿狡胀妱?dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。這種方案適用于需要無級調(diào)速但對低速和高速都不要求的場合，例如數(shù)控鉆銑床。國內(nèi)生產(chǎn)的簡易型變頻器較多。2、普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配簡易型變頻器3、普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器目前進(jìn)口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調(diào)節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會(huì)對電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動(dòng)機(jī)速度的限制。這是目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床比較常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。4、專用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器

中檔數(shù)控機(jī)床主要采用這種方案，主軸傳動(dòng)兩擋變速甚至僅一擋即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在100—200r/min左右時(shí)車、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應(yīng)用與要求精鏜加工的數(shù)控鏜銑床，若應(yīng)用在加工中心上，還不很理想，必須采用其他輔助機(jī)構(gòu)完成定向換刀的功能，而且也不能達(dá)到剛性攻絲的要求。5、伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有響應(yīng)快、速度高、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)定向和進(jìn)給功能，當(dāng)然價(jià)格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的2--3倍以上。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動(dòng)換刀、剛性攻絲、主軸C軸進(jìn)給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。6、電主軸

電主軸是主軸電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動(dòng)器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅(qū)動(dòng)器。電主軸由于電機(jī)和主軸合二為一，沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，大大簡化了主軸的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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。四、常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

1、FANUC（法那科）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

目前三個(gè)系列交流主軸電動(dòng)機(jī)為：S系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.5～37KW；H系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.5～22KW；P系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍3.7～37KW。該公司交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)為：①采用為處理器控制技術(shù)，進(jìn)行矢量計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)最佳控制。②主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動(dòng)機(jī)電流非常接近正弦波性。③具有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入接口等功能。2、SIEMENS（西門子）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

SIEMENS公司生產(chǎn)的直流主軸電動(dòng)機(jī)有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個(gè)系列，與這四個(gè)系列電動(dòng)機(jī)配套的6RA24、6RA27系列驅(qū)動(dòng)裝置采用晶閘管控制。1PH5和1PH6兩個(gè)系列的交流主軸電動(dòng)機(jī)，功率范圍為3～100KW。驅(qū)動(dòng)裝置為6SC650系列交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置或6SC611A（SIMODRIVE611A）主軸驅(qū)動(dòng)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(dòng)功能。另外，采用為處理器80186可進(jìn)行閉環(huán)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制及磁場計(jì)算，從而完成矢量控制。同過選件實(shí)現(xiàn)C軸進(jìn)給控制，在不需要CNC的幫助下，實(shí)現(xiàn)主軸的定位控制。3、DANFOSS（丹佛斯）公司系列變頻器

目前應(yīng)用于數(shù)控機(jī)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(jī)功率：0.37KW-7.5KW200V/400；VLT5000，可在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行精確的滑差補(bǔ)償，并在3ms內(nèi)完成。在使用串行通訊時(shí)，VLT5000對每條指令的響應(yīng)時(shí)間為0.1ms，可使用任何標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)與VLT5000匹配。4、HITACHI（日立）公司系列變頻器

HITACHI公司的主軸變頻器應(yīng)用于數(shù)控機(jī)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(zhuǎn)矩/降轉(zhuǎn)矩，可手動(dòng)/自動(dòng)提升轉(zhuǎn)矩，載波頻率0.5HZ-16HZ連續(xù)可調(diào)。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(nèi)連續(xù)可調(diào)，加減速過程中可分段改變加減速時(shí)間，可內(nèi)部/外部啟動(dòng)直流制動(dòng)；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(tái)電機(jī)同時(shí)無速度傳感器矢量控制運(yùn)行且電機(jī)常數(shù)在/離線自整定。5、HNC（華中數(shù)控）公司系列主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

HSV-20S是武漢華中數(shù)控股份有限公司推出的全數(shù)字交流主軸驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、可靠性高。采用的是最新專用運(yùn)動(dòng)控制DSP、大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計(jì)，具有025、050、075、100多種型號規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍。用戶可根據(jù)要求選配不同型號驅(qū)動(dòng)器和交流主軸電機(jī)，形成高可靠、高性能的交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。五、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類

主軸驅(qū)動(dòng)器主軸電動(dòng)機(jī)分類：按變速方式：有級、無級、分段無級按電源方式：直流、交流§6.2主軸的分段無級調(diào)速及控制

一、主軸無級調(diào)速方案二、分段無級調(diào)速的控制三、齒輪變速自動(dòng)換擋的操縱機(jī)構(gòu)一、主軸無級調(diào)速方案1、全段無級調(diào)速特點(diǎn)：需要大功率的主軸電動(dòng)機(jī)，使主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置的體積、重量、成本大大增加。2、同功率電動(dòng)機(jī)，分段無級調(diào)速特點(diǎn)：可展寬恒功率范圍，經(jīng)濟(jì)，但需要自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)。調(diào)速方式：二、分咽段無級司調(diào)速的匯控制數(shù)控機(jī)碰床常采渾用1度~4擋抓齒輪變坐速與無宵級調(diào)速貌相結(jié)合包的方式目，即分先段無級惰變速。闊采用齒線輪減速半雖然低寺速的輸儀出轉(zhuǎn)矩賓增大，喇但降低丸了最高純主軸轉(zhuǎn)教速。因露此通常帳均采用謝齒輪自耗動(dòng)變速繭，達(dá)到歲同時(shí)滿秩足低速怠轉(zhuǎn)矩和薯最高主刻軸轉(zhuǎn)速炭的要求拳。一般富說來，喂數(shù)控系癥統(tǒng)均提耽供4擋疏變速功年能的要懼求，而紋數(shù)控機(jī)耗床通常鹽使用2時(shí)擋即可扯滿足要甚求。三、齒輪編變速自動(dòng)牛換擋的操亂縱機(jī)構(gòu)主軸電京動(dòng)機(jī)犬變叨速齒輪梳傳遞撈主少軸變速方粘法液壓撥唇叉電磁離盾合器主軸換擋圓的控制§6.3寸主軸準(zhǔn)停喝控制當(dāng)主軸指停止時(shí)血，控制準(zhǔn)其停于歐固定位就置（定逮位于圓犬周上特爛定角度鹽）又稱“芳主軸準(zhǔn)示?！?、翻“主軸悅定位”萌、“主休軸定向粱”準(zhǔn)停指璃令：M汁19或血M06一、主軸誰定向的用肆途加工中心結(jié)自動(dòng)換刀精鏜后退社刀背鏜車床上工大件定位1、加工中華心自動(dòng)馬換刀(Au經(jīng)to點(diǎn)too羊lc盈han設(shè)gin洋g)在加工駛中心中賀，當(dāng)主溝軸停轉(zhuǎn)往進(jìn)行刀屠具交換圖時(shí)，主氣軸需停呢在一個(gè)虹固定不禾變的位伸置上，銷從而保除證主軸絡(luò)端面上傾的鍵也中在一個(gè)晌固定的掀位置，撲這樣，笛換刀機(jī)直械手在紐奉交換刀放具時(shí)，費(fèi)能保證責(zé)刀柄上顏的鍵槽曲對正主句軸端面殿上的定眠位鍵。2、精鏜窮孔后退刀(Fin婆ebo對ring菜)在精鏜情孔退刀掌時(shí)，為睬了避免古刀尖劃洽傷已加同工表面承，采用夫主軸準(zhǔn)享?？刂茒W，使刀陽尖停在櫻一個(gè)固味定位置父（X軸忌或Y軸謙上），綢以便主易軸偏移確一定尺挎寸后，跪使刀尖然離開工爸件表面喊進(jìn)行退勺刀。3、背粱鏜（Co效unt斃erb智ori門ng）通過小孔輕鏜大孔，熟主軸準(zhǔn)停妨控制，使忘刀尖停在渠一個(gè)固定況位置（巡壽X軸或Y象軸上），臂以便主軸站偏移一定芹尺寸后，申使刀尖能植通過前壁纖小孔進(jìn)入怠箱體內(nèi)對仔大孔進(jìn)行煌鏜削。4、車床上巧工件定庸位用于工儀件定位賴，進(jìn)行乖自動(dòng)裝系載和卸夕載二、主軸田定向控制屆的實(shí)現(xiàn)方辣式（Me深thod耽s）機(jī)械準(zhǔn)停存（Mec跟hani高cal道orie序ntat彼ion）電氣準(zhǔn)停冶（Ele糧ctri賺cal物orie真ntat踢ion）1、V型和槽定位盤企—滾輪準(zhǔn)晉停裝置（Me拼chan點(diǎn)ical至ori眨enta界tion劑）M19→主軸減侍速→無觸肚點(diǎn)開關(guān)隊(duì)發(fā)信→煤主電機(jī)而停轉(zhuǎn)，秤慣性空夸轉(zhuǎn)→活北塞在電熊磁閥作揭用下，舌將滾輪腹推入V型槽，同眼時(shí)行程開避關(guān)發(fā)出應(yīng)諸答信號，跑準(zhǔn)停結(jié)束稅，可以進(jìn)攤行換刀等孝動(dòng)作。2、磁姑性傳感共器或編咐碼器準(zhǔn)近停（El姿ect供ron特ic名ori哪ent膀ati捉on）利用裝在拉主軸上的搬磁性傳感撫器或編碼詞器作為檢腸測元件，乳通過它們退輸出的反列饋信號，肢使主軸準(zhǔn)餡確地停在鵲規(guī)定的位羽置上。舉例FAN惡UC系蓋統(tǒng)中編賢碼器主洲軸定向息控制連蓮接圖電氣準(zhǔn)膛停特點(diǎn)1)不需要機(jī)捕械部件---移只需簡使單地連段接編碼備器或磁瘋性傳感銀器，即縣可實(shí)現(xiàn)禍主軸定訪向控制使。2)定向時(shí)間煩縮短---電尖氣準(zhǔn)停主究軸在高速撒時(shí)直接定袍向，不必最采用齒輪爺減速，定種向時(shí)間大遞為縮短。3)高可靠性---偶由于定傻向控制露采用電庸子部件置，沒有幼機(jī)械易者損件，脂不受外懷部沖擊竿的影響膊，因此眼，主軸司定向民控制的總可靠性擋高。4)定向控制扒的精度和四剛性高-捉--完全能時(shí)滿足自翅動(dòng)換刀況的要求芽。5）強(qiáng)電控制劈燕電路簡化---極強(qiáng)電控的制順序市由主軸畝定向命活令、完簡成信號嚇、主軸底高/低訂速信號喉組成。謝謝觀寧看/歡迎下載BY任