力矩电机技术在车铣b轴刀架上的应用

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1、力矩电机技术在车铣B轴刀架上的应用：介绍了车铣复合加工中心上的B轴刀架的两种动力传动方式，伺服电机直接驱动减速机结构形式和力矩电机直驱的结构形式。关键词：B轴伺服电机驱动力矩电机直驱0引言上世纪八十年代，奥地利的林茨机床公司（WFL）率先提出全工序加工的新概念,即在一次装卡中，完成工件的所有车、铣、钻、镗等不同工序的加工，也就是用一台设备完成从材料到成品的所有工序的加工。这种新的车铣复合加工概念的提出，促成了五轴复合车铣加工中心的产生。这种加工理念和新的五轴车铣中心在一些特殊零件的高精度加工中具有其不可替代的优势，已被广泛应用在航空、航天、船

2、舶等领域。在国外，车铣复合加工中心的技术已经成熟，而国内的类似产品却仍处在一个起步学习的阶段。车铣复合加工中心B轴功能部件的性能，在很大程度上决定了车铣复合加工中心精度和可靠性。所谓B轴，即绕Y轴旋转的伺服轴，带动装有刀具的车铣主轴旋转或固定，B轴和其它进给轴配合，实现机床的多轴联动功能，不仅可以钻斜孔或铣斜面，而且作为插补轴可进行空间曲面的加工（例如运用五轴插补铣削叶片）。开发出高刚性、高定位精度的B轴装置，是实现机床高效、高精、复合化的基础。影响B轴功能部件精度的一个重要因素，就是其动力传动精度。本文主要从B轴部件的传动方式上对影响其精度

3、的因素做以介绍。1伺服电机驱动的传动方式目前，国内车铣中心上常见的B轴动力传动机构基本上都是采用伺服电机直接驱动减速机的形式，其中动力传动主要由齿型带、齿轮或蜗轮蜗杆配合实现。这种驱动方式在传动过程中不可避免的产生了传动间隙，从而影响B轴的转位精度。通过伺服电机驱动，实现动力传动的方式所存在的缺点，首先是机械零件的加工误差问题，加工误差导致不可避免的传动间隙，成为制约提高B轴刀架定位精度的一个重要因素；其次是磨损问题，机械部件长期连续运行的磨损是不可避免的，尤其是涡轮蜗杆转台的耐用性是很大的问题，精度保持性很差；最后是速度与加速度问题，在加工

4、高速曲面时，如果旋转轴的速度低于曲面的加工，就会出现过切现象。为了避免上述这种由于机械传动环节过多，而带来的一系列症结，寻找一种新型的传动方式是保证机床具有高的动态灵敏度、高的加工精度和高的可靠性的关键。所谓的这种新型的传动方式就是要取消从电动机到工作部件之间的一切中间传动环节，使电动机和机床的工作部件合二为一，真正实现机床的“零传动”。2力矩电机直驱的传动方式随着高速加工技术的发展，市场上需要一种高精度、高加速度的旋转机构，而齿轮或蜗轮蜗杆传动是实现不了的。伴随着交流伺服技术的进步，直驱技术的不断发展，力矩电机的出现，使得这种高精度的“零传

5、动”的动力传动方式得以实现。目前，在车铣复合加工中心的B轴功能部件上，已出现了利用力矩电机直接驱动B轴转动的传动形式，同时利用反馈圆光栅直连，保证了B轴转动的高动态特性和高定位精度。以下图为例，说明采用力矩电机直驱的B轴结构形式。图1力矩电机直接驱动B轴结构图1、圆光栅2、连接法兰3、过渡套4、Y轴滑板5、力矩电机转子6、力矩电机定子7、B轴从图中可以看出，力矩电机装于Y轴滑板的座孔中，其定子6与滑板4固定，转子5通过过渡套3、连接法兰2与B轴7连接。力矩电机通电工作时，转子带动B轴转动，输出转速和扭矩，完成动力传动。由于由电机直接驱动B轴，

6、中间没有机械传动环节，所以在动力传动过程中保证了无传动间隙传动。同时，为控制力矩电机工作时产生的温升，在力矩电机外环配有水套，以实现电机的循环冷却，避免了温升对B轴精度的影响。延长轴后端配有高精度直联反馈光栅1，保证B轴的定位精度。采用力矩电机的转子直接驱动旋转部件的传动方式，在动力传动过程中没有中间的传动环节，是一种不接触的传动，没有反向间隙，没有磨损，同时配合高精度的编码器，可以实现编码器级别的精度，保证了B轴功能部件转动的高精度和快的响应速度。此外，采用力矩电机直驱的动力传动形式，不仅大大减少了零部件的数量，同时也使B轴部件的结构更加紧

7、凑，总体尺寸减小，更利于机床的整体布局。3结论在以科技创新为指导的背景下，柔性、复合、高精、高速化是世界机床业的发展方向。车铣复合加工中心就是先进加工理念的体现。作为车铣复合加工中心的核心部件——B轴装置，其性能直接决定了该机床的整体性能指标。采用力矩电机直驱形式的B轴刀架，真正实现了无间隙传动，保证了B轴传动的动态特性和定位精度。该结构形式的B轴刀架，为五轴车铣加工中心提供了一款高刚性、高定位精度的B轴装置，成为复合车铣加工中心的一个发展趋势。注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文