《第五章主轴运动的控制.ppt

第五章 主轴驱动及控制 第一节 概述 第二节 数控装置与主轴驱动装置的信号连接 第三节 主轴分段无级变速及控制 第四节 主轴准停控制 第五节 主轴与进给轴的关联控制 主要内容 主轴驱动的特点、工作特性曲线 数控装置与主轴驱动装置的信号连接 主轴分段无级变速 主轴准停控制 主轴与进给轴的关联控制方法 一、数控机床对主轴控制的要求 有较宽的调速范围 在较宽的转速范围内进行无级调速 恒功率范围要宽 具有四象限驱动能力--正反转均可加减速 具有高精度的准停控制 在车削中心上要求具有C轴功能 发展情况 早先采用直流主轴驱动系统。但由于直流电动机机械换向，使用和维护都比较麻烦，并且其恒功率调速范围较小。 随着微电子技术、交流调速理论和大功率半导体技术的发展，交流驱动进入实用阶段：现多采用鼠笼式感应交流电动机+矢量变换变频调速的主轴驱动系统。 二、主轴驱动的特点与工作特性曲线 (一) 主轴电动机必须具备下述功能 ? 输出功率大； ? 在整个调速范围内恒功率范围宽； ? 在断续负载下电动机转速波动小； ? 过载能力强、加速时间短； ? 电动机温升低； ? 振动、噪声小； ? 电动机可靠性高、寿命长、易维护； ? 体积小、质量轻。  (二) 直流主轴驱动装置 为输出较大功率，采用他磁式直流主轴电动机 调速：晶闸管、脉宽调制PWM PWM调速具有很好的调速性能，在数控机床特别是对精度、速度要求较高数控机床的进给驱动装置上广泛使用 三相全控晶闸管调速在大功率方面有优势，用于直流主轴驱动装置  （三） 交流主轴驱动装置 交流主轴电动机多采用鼠笼式感应电动机 结构简单 便宜 可靠 矢量变换控制 矢量变换控制是1971年德国Felix　Blaschke等人提出，基本思路：通过复杂的坐标变换，把交流电动机等效成直流电动机进行控制，因而可得到同样优良的调速性能。  (四) 主轴电动机特性曲线   某公司交流主轴驱动装置的特性曲线，其功率为5.5～7.5KW 第二节 数控装置与主轴驱动装置的信号连接 一、主轴伺服系统基本工作原理 二、主轴转速的控制及信号连接 三、开关量信号及控制 安川 VS-626MT主轴伺服系统内部工作原理框图——典型的交－直－交变频电路 主轴转速的四种控制方法 ? 模拟电压指定：0～±10V ? 12位二进制指定：共12根信号线 ? 2位BCD码指定：00～99 ? 3位BCD码指定：000～999 第三节 主轴分段无级变速及控制 一、概述 采用无级调速主轴机构，主轴箱虽然得到大大简化，但其低速段输出转矩常常无法满足机床强力切削的要求。 单纯追求无级调速，会增大主轴电动机的功率，从而使主轴电动机与驱动装置的体积、重量及成本大大增加。  当主轴采用齿轮减速后，虽然增大了低速输出力矩，但也降低了最高主轴转速。因此，通常采用齿轮自动换挡的方式，实现主轴分段无级变速，以达到同时满足低速转矩和最高主轴转速的要求。 一般来说，数控系统均提供4档变速功能的要求，而数控机床通常使用两档即可满足加工需要。  数控系统设置M41～M44代码进行齿轮自动换挡的功能 首先在数控系统参数区设置M41～M44四档对应的最高主轴转速 数控系统根据当前S指令值，判断应处的档 自动输出相应的M41～M44指令给可编程控制器(PLC)控制更换相应的齿轮档，数控装置输出相应的模拟电压  M41对应的主轴最高转速为1000r／min M42对应的主轴最高转速为3500r／min 当S指令在0～1000r／min范围时，M41对应的齿轮应啮合，S指令在1001～3500r／min范围时，M42对应的齿轮应啮合 数控机床换挡传动形式 目前常采用液压拨叉或电磁离合器来带动不同齿轮的啮合 为了防止变速箱换挡时出现的顶齿现象，现代数控系统均采用在换挡时，由数控系统控制主轴电动机低速转动或振动的方法来实现齿轮的顺序啮合 换挡时主轴电动机低速转动或振动的速度可在数控系统参数区中设定。 二、自动换挡控制 1．液压拨叉 变速机构 用一只或几只液压缸带动齿轮移动来实现变速 二位液压缸实现双联齿轮变速 三联或三联以上的齿轮换挡则需使用差动液压缸 下图所示为三位液压拨叉的原理图，其具有液压缸1与5、活塞2、拨叉3和套筒4，通过电磁阀改变不同的通油方式可获得三个位置 2．电磁离合器变档 电磁离合器是应用电磁效应接通/切断运行的元件 便于实现自动化操作 缺点:体积大，磁通易使机械零件磁化 数控机床主传动中使用电磁离合器,能简化变速机构: 通过安装在各传动轴上离合器的吸合与分离，形成不同的运动组合传动路线，实现主轴变速。  数控机床常使用的离合器 无滑环摩擦片式