智能制造装备电气传动控制系统安装与调试 课件 项目2 数控机床主轴驱动系统的结构组成认识.ppt

项目2数控机床主轴驱动系统的结构认识数控机床对主轴驱动的要求主轴的传动结构主轴的配置方案1、数控机床对主轴驱动的要求机床主传动主要是旋转运动，无需丝杠或其他直线运动装置。（1）具有足够功率,满足切削要求要求主转动电动机应有2.2-250KW的功率范围，既要能输出大的功率，又要求主轴结构简单。（2）宽调速范围数控机床主轴的速度是由数控加工程序中的Ｓ指令控制的，要求能在较大的转速范围内进行无级连续调速，减少中间传动环节，简化主轴的机械结构，一般要求主轴具备1∶（100～1000）的恒转矩调速范围和1∶10的恒功率调速范围。1、数控机床对主轴的驱动要求（3）螺纹加工功能在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴与进给驱动实行同步控制，即主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功能。（4）准停功能在加工中心上自动换刀时，主轴须停止在一个固定不变的方位上，以保证换刀位置的准确以及某些加工工艺的需要，即要求主轴具有高精度的准停功能。1、数控机床对主轴的驱动要求（5）配合进给实现恒线速度利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求刀具切削的线速度为恒定值。2、主轴的传动结构（1）带有二级齿轮变速 主轴电动机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求。2、主轴的传动结构（2）带有定比传动 主轴电动机经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。带传动主要应用于小型数控机床，可以避免齿轮传动的噪声与震动。2、主轴的传动结构（3）由主轴电动机直接驱动 电动机与主轴用联轴器同轴连接。这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。但主轴输出扭矩小，电动机的发热对主轴精度影响大。近年来出现另外一种内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合二为一。其优点是主轴部件结构更紧凑，重量轻，惯量小，可提高启动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。3、主轴的配置方案方案1：机械调速方案设备配置：普通三相异步电动机+齿轮变速箱，当需要加工螺纹时，需要配置主轴编码器。方案1：机械调速方案最经济的一种方法，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作在额定转速，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精加工的要求。适合加工产品比较单一，对主轴速度没有太高要求。缺点是噪音比较大，电机工作在工频下，主轴转速范围不大，不适合有色金属和需要频繁变换主轴速度的加工场合。3、主轴的配置方案方案2：直流驱动方案设备配置：直流调速器+直流电动机，当需要加工螺纹时，需要配置主轴编码器。3、主轴的配置方案方案2：直流驱动方案设备配置直流电动机（需配测速发电机）+直流调速器+编码器优点性能优良，起动力矩大，响应快，低速性能好，调速范围广缺点：由于直流电机有机械换向机构，因此维护工作量较大。电机结构复杂，价格较贵；不能实现准停。应用场合适用于大型机床，小型机床较少使用说明如果不需要加工螺纹可以不配编码器3、主轴的配置方案方案3：变频驱动方案设备配置：变频器+三相交流电动机，当需要加工螺纹时，需要配置主轴编码器。3、主轴的配置方案方案3：变频器+三相交流电动机普通笼型异步电动机配简易型变频器可实现主轴的无级调速，主轴电动机只有工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床容易出现堵转的情况。一般会采用两档齿轮或皮带变速，但主轴仍然只能工作在中高速范围，调速范围受到较大限制。这种方案适合需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，例如数控钻铣床。国产的简易型变频器较多。3、主轴的配置方案普通笼型异步电动机配通用变频器进口的通用变频器，除具有V/F曲线调节，一般还具有反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本可满足车床低速（100-200转/分钟）小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。3、主轴的配置方案专用变频电动机配专用变频器一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能。中档数控机床主要采用这种方案，主轴传动两档变速甚至一档即可实现转速在100-200r/min左右时车、铣的重力切削。若应用在加工中心上，不很理想，必须采用其他辅助机构完成定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。3、主轴的配置方案方案4：伺服驱动方案设备配置：伺服驱动器+主轴伺服电机3、主轴的配置方案伺服主轴驱动系统伺服主