13主轴驱动及控制

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1、柳州铁道职地技术醪浣教师备课教案首页课时授课计划编号：13授课口期授课时数授课班级13数控技术2013数控技术212课题敎控原理鸟疝用栈块五i轴驱幼及狡制教学目的了解就搜机床对？轴的狡制要朮；嚓握其狡制方注教学重点i轴的调速及i轴帝停狡制教学难点i轴的调速及i轴帝停披制课堂类型及教学方法讲殺课讲授、3、祈衬论、对比、多媒俸教営教具、挂图CAI谓件教学过程☆组织教学☆复习旧课提同夏习☆讲授新课☆组织教学☆复习旧课提同夏习☆讲授新课简单介殆毅狡机滦对空柚狡制的要朮简单介殆毅狡机滦对空柚狡制的要朮设置进给运动控制参数的目的？模块五主轴驱动及控制一

2、、概述(-)数控机床对主轴控制的要求(1)调速范围宽。调速范围一般要求达到1：100以上。(2)恒功率调速范围宽，并能提高足够的切削功率。(3)稳定、快速。要求主轴在正、反、停等过程中可进行自动加减速控制，并且加减速时间短，反应快速。(4)准停控制。为满足加工中心自动换刀以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有准停控制功能。(5)旋转轴功能。在车削中心上，要求主轴具有旋转进给(C轴)控制功能。(二)主轴系统的分类与特性1.主轴系统的分类根据变速方式的不同，主轴系统可分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式。其中，有级变速仅用于经济型数控机床

3、，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。2.主轴驱动的特性与直流电动机相比，鼠笼式交流异步电动机具有恒功率范围宽，体积小，结构简单，价格便宜，可靠性高等优点。但是在采用一般变频器调速时，其调速特性无法与直流电动机相比，因此必须采用矢量变频控制技术。亠,图6.1主轴电动机电路模型由上图得岀交流电动机转距速度特性方程为:(1)在基速〃0以下，采用调压调速，即在励磁电流严不变，①为常数的情况下，用改变电枢电压⑷的方法调速。这时输出的最大转矩Mmax取决于电枢电流最大值Imax,即Mmax=CM0/max而对一台主轴电动机来说，最大电流为恒定

4、，因此所能输出最大转矩是恒定的，而输出功率随转速升高而增加，因此基速nO以下称为恒转矩调速。对比鬲种调速方(1)基速斤0以上采用弱磁方法调速，即在保持电枢电压⑷不变的情况下，用改变励磁电流炉的方法来调速。这时减小K倍，①也减小K倍，相应的转速72增加K倍，最大转矩则因为磁通。的减小而减小K倍，因此所能输岀的最大功率Pmax=Mmaxn不变，这称为恒功率调速。主轴电机的工作特性曲线如图6.2所示。二、主轴的分段无级调速及控制以主轴功率3.7KW,最高转速6000r/min的数控机床为例，可有以下4种驱动调速方案。(1)全段无级调速。如果仅考虑

5、主轴功率和最高转速的要求，可选用额定功率3.7KW、额定转速1500r/min的主轴电动机，直接驱动主轴，工作特性曲线如图6.5(a)所示。(a)(b)由图可看出无法满足机床低速大转距要求的，为此，可选用额定功率7.4KW、额定转速1500r/min的主轴电动机，在1/2额定电压下无级变速驱动主轴，工作特性曲线如图6.6所示。(2)同功率电机，分段无级调速。选用与主轴要求同功率的3.7KW、额定转速1500r/min的主轴电动机。如果采用1:2齿轮减速驱动主轴，工作特性曲线如图6.5(b)所示。2.分段无级调速的控制多数数控系统均能够提供四

6、挡变速功能，而数控机床通常使用两挡即可满足要求。下图6.7所示为主轴分段无级调速的控制结构。1.齿轮变速自动换挡的操纵机构1)液压拨叉液压拨叉是一种用一只或几只液压缸带动齿轮移动的变速操纵机构。下图6.8所示为三位液压拨叉的原理图，通过电磁阀改变不同的通油方式可获得三个位置。tA/看囹锚•解,萨二::口]=寻I•-,—巴—■>—T—1—,—,——T■・—■・■遛：*I」卜声1—液压缸；2—活塞；3—拨叉：4一套筒；5-2)电磁离合器变速电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运行的元件。它便于实现自动化操作，但缺点是体积大，磁通易使机械零件磁化。

7、在数控机床主传动中，使用电磁离合器能够简化变速机构，通过安装在各传动轴上离合器的吸合与分离形成不同的运动组合传动路线，实现主轴变速。三、主轴准停控制主轴准停又叫主轴定位，即当主轴停止时，控制其停于固定位置。主轴准停是加工中心自动换刀所必需的功能。按主轴准停控制的实现方式，可分为机械准停和电气准停。1.机械准停控制机械准停控制一般采用V形槽轮定位盘准停结构，如图6.11所示。多数中高档数控系统均采用电气准停控制，电气准停通常有以下3种方式：(1)磁传感器准停(2)编码器型主轴准停(3)数控系统准停0A/看囹今祈衬论对此三种电九帝停狡制cz："

8、_伺服驰动I准停说图6.12磁传感器准停控制系统构成CNC装賈伺服驱动刀具主轴电动木准停启劝AJ准停完丿准停位置仟攀度反啬心J帯主轴

9、或帯传动褻揑系统帝停囹见课件图6.14编码器