数控机床的主要功能部件剖析.ppt

数控机床的驱动装置 (伺服单元 略) 数控机床的驱动装置是数控装置与机床联系的纽带，它接受数控装置发出的脉冲信号，经过转换和功率放大后，驱动电机旋转,使机床工作台或主轴头实现进给运动。它在很大程度上决定了数控机床的成本、加工精度及可靠性。 对进给驱动装置的要求主要有： a、定位精度高，指令位移与实际位移之差要小； b、调速范围宽，为了加工不同尺寸和材料的零件的需要； c、电机负载特性要硬，当负载变化时，电机输出的速度基本不变； d、动态响应快。 一、步进电机 1、步进电机的结构原理 步进电机是一种能将数控装置输入的进给脉冲转化成角位移的特殊电机，它每接受一个进给脉冲步进电机就走一步，转过一定的角度。这个角度称为步距角，用α表示。 只要控制输入脉冲的数量，便可控制步进电机位移量大小。而控制输入脉冲的频率，便可控制步进电机的速度。 下面以反应式功率步进电机为例讲解其动作原理 所谓反应式就是电机转子上无绕组，步进运行靠定子绕组通入激磁 电流产生反应力矩而实现的。 在电机的定子上有三相绕组，故称三相步进电机。   此种通电方式在A相断电B相尚未接通时，转子齿不受磁场控制，转子转动不平稳。如果把通电方式改为A相通电后，再A–B两相同时通电.则定子附近转子上的1-4齿, 同时受到A﹑B两相磁极的吸引，1-4齿将位于A﹑B两相磁极之间。当以A→AB→B→BC→C→CA→A的顺序通电，步进电机每接受一个脉冲逆时针方向旋转15°，这种通电方式称为六拍控制方式。当步进电机定转子齿数不变, 控制方式改变时,步距角可以减小一半。 这种通电方式的特点是它在整个通电过程中, 始终有一相处于通电状态, 转子齿始终有磁场吸引。 2、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算(已知条件如下) α 、 步距角 α=0.9° t、 丝杠导程(或螺距)一般纵向丝杠导程取(6﹑8﹑10)mm ， 横向丝杠导程取(4～5)mm Z1、传动齿轮1 Z2、传动齿轮2 i、 传动比 i=Z1/Z2 脉冲当量:步进电机每接受一个进给脉冲,工作台移动的距离. 一般工作台纵向移动的脉冲当量在(0.005-0.01) 通常选0.01便于计算； 一般工作台横向移动的脉冲当量在(0.002-0.01) 通常选0.005。 举例 1):列出运动方程式 设 α°=0.9° t=6mm 代入数据 若A=80mm (中心距) m=2 A=m(Z1+Z2)/2 Z1+Z2=80 Z1/Z2=4/6 联立求解得 Z1=32 Z2=48 ∴Z1/Z2=32/48 3、主轴轴承的预紧 采用予紧方法,合理选择予紧量可以提高主轴部件的刚度和抗振性。 对滚动轴承间隙的调整,通常是使轴承内,外圈作相对的轴向位移实现的 常用的方法有: a、轴承内圈移动法； 结构简单,予紧量不易控制 二、主传动(变速)系统 数控机床的主传动变速系统可以是有级的，也可以是无级的。通常的主轴电机的恒功率的最高转速与额定转速之比为1︰3或1︰4，为了机床切削的需要,在主轴与电机之间还要串联一个变速箱其作用一是扩大调速比，二是提升恒扭矩段的力矩。变速箱内齿轮换挡，采用液压拔叉或电磁离合器来实现自动化。 近年来为了减化机械结构，逐渐趋向采用大功率的交流主轴伺服电机来提高低速时的恒扭矩来满足切削的要求。近年来由于技术的进步也有一些恒功率范围很宽的主轴伺服电机问世，特别是内装式电主轴的出现更加强化了这种趋势。 1) 交流主轴伺服电机的结构 交流伺服电动机的结构有鼠笼式感应电动机和永磁式同步电动机二种，而通常主轴电机采用鼠笼式感应电动机的结构，进给伺服电动机,常用永磁式同步电机的结构形式。 交流主轴伺服电机与普通三相异步电动机的结构有很多地方都很相似。交流主轴伺服电机的定子虽然也是三相绕组，但是它的磁路设计与普通异步电动机有很大的不一样。因为交流主轴伺服电机要求在不同转速下工作,各转速的磁损都要尽可能小。另外为了方便定子在空气中散热，定子的外面一般都没有机壳，另外，为了加强冷却效果,定子在轴向也设计了通风口。定子的外形一般都设计成四方形或六方形。便于电机在机床中的安装。在电机的尾端装有检测用的与转子轴同轴的脉冲编码器。交流主轴伺服电机有三种线，一种是电源线，一种是指令线，一种是码盘线，电源线向电机供应交流电，指令线控制电机的转速和位移量，码盘线将电机的实际运行状态参数