4.3主轴驱动系统.ppt

4.3主轴驱动系统,数控机床的主轴驱动不同于进给驱动，主轴的工作运动通常为旋转运动。直流主轴驱动系统早期的数控机床多采用直流主轴驱动系统。交流主轴驱动系统自20世纪70年代末80年代初，在数控机床主轴驱动中开始采用交流主轴驱动系统。现代数控机床多采用交流主轴驱动系统配备伺服驱动器或普通交流异步电动机配备变频器。主轴交流异步电动机多采用鼠笼式感应电动机。,1.具有较大的调速范围并能进行无级调速输出功率大2.2250kw，结构上不能采用永磁式，一般采用感应式宽的调速范围1：1001000恒转矩，1：10恒功率调速2.具有足够高的精度和刚度由于数控机床精度较高,主轴的转速又很高,因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高.,一、数控机床对主轴的基本要求：,一、数控机床对主轴的基本要求：,3.具有良好的抗震性和热稳定性电动机、主轴及传动件都是热源。为使数控机床在长时间、大负荷的工作条件下仍可保持良好的工作状态和加工精度，主要要具有良好的抗震性和热稳定性。因此，要进行循环润滑和冷却等。4.具有自动换刀、主轴定向功能为实现刀具的快速及自动装卸。主轴上还必须设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。5.具有与同步控制的功能加工螺纹，要求主轴驱动与进给驱动实行同步控制，以保证转速与的比例关系。,二、交流电动机,目前交流主轴驱动中均采用鼠笼式感应电动机。鼠笼式感应电动机由固定的、有三相绕组的定子和可以旋转的、有笼条的转子构成。定子的三相对称绕组通入三相交流后，有电动机气隙中产生旋转磁场，这一点与同步电动机相同。,二、交流电动机,鼠笼式感应电动机转子的结构比较特殊，在转子铁心上开有许多槽，每个槽内装有一根导体，所有导体两端短接在端环上。如果去掉铁心，转子绕组的形状像一个笼型，所以叫做笼型转子，,三、变频器在机床上的应用,四、主轴定向控制,1.主轴定向控制的作用主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置，对M06和M19指令有效。,（1）刀具交换,(2)镗孔退刀,(2)镗孔退刀,2.主轴定向控制的实现方式,主轴定向准停控制分为：机械和电气两种（1）V型槽定位盘准停装置（机械准停）,（2）磁性传感器和编码器准停装置（电气准停）,1）磁传感器准停,（2）磁性传感器和编码器准停装置（电气准停）,1）磁传感器准停,2）编码器主轴准停,电气准停,采用电气准停控制有如下特点：不需要机械部件，简化机械结构主轴在高速时直接定向，不必采用齿轮减速，缩短准停时间可靠性增大，定向控制采用电子部件，没有机械损件定向控制的精度和刚性高，满足自动换刀的要求,二、主轴分段无极变速及控制,（1）分段无级变速原理数控机床采用无级调速主轴机构，可以大大简化主轴箱。但低速段输出转矩常无法满足强切削转矩的要求。如单纯追求无级调速，必然增大主轴电动机功率，主轴电动机与驱动装置的体积、质量及成本都会大大增加，电动机的运行效率会大大降低。因此数控机床常采用14挡齿轮变速与无级调速相结合的方案，即分段无级变速。,主轴驱动工作特性,采用齿轮变速与不采用齿轮变速主轴的输出特性.采用齿轮变速虽然低速的输出转矩增大,但降低了最高主轴转速.因此通常用数控系统控制齿轮自动变挡,同时满足低速转矩和最高轴转速的要求.一般数控系统均提供24挡变速功能,1、数控机床主轴的自动换档,数控系统可使用M41M44代码进行齿轮的自动变挡.首先需要在数控系统参数区设置M41M444挡对应的最高主轴转速,这样数控系统根据当前S指令值判断挡位,并自动输出相应的M41M44的指令至可编程控制器(PLC),控制更换响应的齿轮挡,然后数控装置输出响应的模拟电压,如图-26示.例如M41对应的最高主轴转速为1000r/min,M42对应的最高主轴转速为3500r/min,主轴电动机的最高转速为3500r/mi