数控主轴系统与控制.ppt

7. 4 高速主轴的动平衡控制 基于喷液式动平衡系统的高速主轴动平衡 西安交通大学开发的喷液式动平衡系统： 7. 4 高速主轴的动平衡控制 10800r/min时高速主轴的动平衡过程 7. 4 高速主轴的动平衡控制 优点： 结构简单、重量轻、体积小、易安装、成本低廉； 自锁能力强，安全性高； 具备较大的平衡能力，旋转力矩大； 平衡调整精度高，响应较快。 西安交通大学正在研制新型压电式动平衡装置 由上式可见，定子电压不变时，随f1的上升，气隙磁通Φm将减小。又从转矩公式 式中 CT—转矩常数； I2—折算到定子上的转子电流； cos φ 2 —转子电路功率因数。 f 减小导致电机允许输出转矩Te下降，严重时可能发生负载转矩超过最大转矩，电机就带不动了，即所谓堵转现象。 当电压U1不变，减小f 1时，f 上升会造成磁路饱合，激磁电流会上升，铁芯过热，功率因数下降，电机带负载能力降低。 故在调频调速中，要求在变频的同时改变定子电压U1，以维持 f 接近不变，由U1，f 1不同的相互关系,而得出不同的变频调速方式、不同的调速机械特性。 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 由转子电流与主磁通作用而产生的电磁转矩公式可知，T与φ、I2成正比。要保持T不变，即要求U1/f1为常数，可以近似地维持φ 恒定。此时的机械特性曲线族如图所示。 (1)? 恒转矩调速 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 为了在低速时保持最大转矩Tm不变，就必须采取E1/f1=常数的协调控制，显然，这是一种理想的保持磁通恒定的控制方法。恒Tm调速的机械特性如图所示。 (2)? 恒最大转矩（Tm）调速 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 恒功率调速，是在额定频率以上进行调速。 因电机绕组是按额定电压等级设计的，不可能超过额定电压，因此定子电压不可能与频率成正比地提高。 若频率上升，额定电压不变，那么气隙磁通φm将随着f1的升高而降低，转矩也减小，特性变软。如图所示，得到近似恒功率的调速特性。 （3） 恒功率调速 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 在伺服系统中，直流伺服电机具有优良的调速性能，其根本原因是被控制量只有电机磁场f 和电枢电流Ia，且这两个量是独立的。其电磁转矩与磁通和电枢电流分别成正比关系。 交流主轴电动机的电磁转矩与磁通和转子电流不是独立的，磁通是由励磁电流产生，励磁电流是定子电流和转子电流的合成电流。 如果能够模拟直流电机，求出交流电机与之对应的磁场与电枢电流，分别而独立地加以控制，就会使交流电机具有与直流电机近似的优良特性。 (4) 交流主轴电动机的矢量变换 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 将交流电动机模拟成直流电动机，用对直流电动机的控制方法来控制交流电动机。 其方法是以交流电动机转子磁场定向，把定子电流分解成与转子磁场力向相平行的磁化电流分量Id 和相垂直的转矩电流分量Iq ，分别对应直流电动机中的励磁电流If 和电枢电流Ia 。在转子旋转坐标系上，分别对磁化电流分量、和转矩电流分量进行控制，以达到对实际的交流电动机速度控制的目的。 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 矢量变换控制原理框图 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 * 7. 1 概述 7. 2 直流主轴电动机及其速度控制 7. 3 交流主轴电动机及其速度控制 7. 4 高速主轴的动平衡控制 7. 4 高速主轴的动平衡控制 转子的不平衡是由于转子质量分布不均匀，旋转时产生的惯性离心力的分布相对于转轴不对称而无法完全消除造成的。 离心力可以表示为： ——偏心质量/kg； ——矢径/m； ——转子旋转角速度/rad/s。 在平衡技术中，用 来表示转子的不平衡量，并以符号 U 表示。 U为一矢量，其方向与半径矢量 相同。 如果用系统的质量 M 去除转子的不平衡量 U，即得到转子的单位质量的不平衡量，叫做转子不平衡率 ，表示的是转子的不平衡程度。 一、主轴不平衡的基本概念 7. 4 高速主轴的动平衡控制 机床主轴不平衡的主要因素 主轴设计存在不对称； 主轴材质分布不均匀； 主轴加工和装配的过程中存在误差； 刀具结构或者磨损产生不平衡。 动平衡去重点 7. 4 高速主轴的动平衡控制 2. 主轴不平衡量的种类 1) 静不平衡 主轴的不平衡量仅在重心G处偏离轴线方向的状态。 用一个通过主轴重心G的矢量