数控机床主旋转运动无级调速传动设计

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1、数控机床主旋转运动无级调速传动设计数控机床主旋转运动无级调速传动设计摘要：对主旋转运动无级调速设计类型、方案作了分析，并对带有分级变速机构的无级调速主传动设计，从理论上分析论证了主轴转速连续的条件。下面给出了一个具体的设计举例。关键词：无级调速；主旋转运动；分级变速数控机床主旋转运动无级调速传动设计1概述随着近代电机控制技术的不断发展，交流变频无级调速主轴电机使数控机床主传动实现无级调速，解决了直流电机长期运转产生整流火花和电刷磨损的难题，同时也省掉了一些不必要的浪费，节省了资源。曾为主要动力源的直流调速电机，在多数数控机床主旋转运动中逐渐被一些交流调速主轴

2、电机所取代。无级调速主传动系统按品种和工艺范围的不同，分为两类，一类是高速专能化数控机床，一类是通用化数控机床。这两类机床的主传动系统的设计有较大差别，传动方案也大不相同。下面就是我对上述两类机床进行的分析，给出设计方案及相关参数，对串联分级变速机构的主传动无级调速系统的设计方法，从理论上加以分析论述。最后给出一个设计示例。希望通过我的介绍以后大家对无级调速主传动系统有更加进一步的了解。数控机床主旋转运动无级调速传动设计2高速专能化数控机床主传动无级调速通过一些相关的资料我了解到：对要求主轴转速高，变速范围和恒功率区变速范围都较小的数控磨床、高精密数控车床等

3、,工作时除了高速外，切削深度和进给量相对都小，而切削功率和转矩也小，通常不必选用大功率的交流无级调速主轴电机，也不需要串联分级变速机构和增大恒转矩区的转矩。只要根据具体设计要求，选用合适的交流无级调速的主轴电机，任意的采用下列传动方案之一，都可以实现对高速专能化数控机床主传动实现无级调速的功能，下面我们分别来介绍这两种方案。2.1选用内装式主轴电机(即电主轴)所谓内装式主轴电机，就是主轴箱和电机融为一体，电机转子就是主轴，主轴是中空的，头部是标准结构，便于安装卡盘和刀具，电机座就是主轴箱体，可安装在床身上。除此外，无任何中间传动件，结构简单，传动精度和机械效

4、率都很高。主轴的实际工作转速高于电机的基本转速nd,nd＝1500r/min,小功率的nd＝2000r/min，这类机床的恒功率区变速范围小，通常都在3-5，内装式主轴电机完全能满足要求。目前国外这类数控机床和加工中心主轴最高转速可达到几万转，一般都在5000-6000r/min，我国因刀具技术水平限制，最高转速5000r/min，一般都在3500r/min左右，已有成套设备生产供应。2.2选用输出转换型主轴电机这种电机既能变频调速，又能切换绕组(即变级)分档变速，使电机本身的调速范围和恒功率区调速范围增大，以满足机床主轴较大变速范围的要求。若电机输出轴与机

5、床主轴之间采用多联V型带或齿型带降速传动，可实现低速增转矩功能。目前，皮带传动的小型机床转矩可达到245N·m，中型机床转矩大于490N·m，大型机床达到785-1177N·m。主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特点，早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42％，数控机床的钻镗铣床占33％，数控磨床、冲床占23％，其他只占2％。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要，对主轴传动提出了下述要求：主传动电动机

6、应有2.2～250kW的功率范围；要有大的无级调速范围，如能在1：100～1000范围内进行恒转矩调速和1：10的恒功率调速；要求主传动有四象限的驱动能力；为了满足螺纹车削，要求主轴能与进给实行同步控制；在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高精度定向停位控制，甚至要求主轴具有角度分度控制功能等等。   主轴传动和进给传动一样，经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动，而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代，目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见，说明我们

7、在这个领域的知识水平还很欠缺，大多采用进口产品，因此我们在这方面的发展潜能还是很大的，还有待我们去进一步完善和发展。   正如19.3.1数控机床主旋转运动无级调速传动设计节所述，交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式，而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则不同，交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式，这是因为，一方面受永磁体的限制，当电动机容量做得很大时，电动机成本会很高，对数控机床来讲无法接受采用；另一方面，数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能，采用成本低的异步电动机进行矢量闭

8、环控制，完全可满足数控机床主轴的要求。但对交流主轴电