数控机床第5章 主轴驱动驱动(2015-08)ppt课件.ppt

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1、【教学重点】本章主要介绍主轴驱动系统的特性与连接方法；主轴有级变速、无级变速和分段无级变速的调速控制；主轴准停控制等内容。通过本章的学习，了解数控机床对主轴驱动系统的要求，熟悉典型主轴驱动系统的组成、产品与连接，掌握主轴调速、准停等控制方法【教学内容】5.1主轴驱动系统概述5.2数控系统与典型主轴驱动系统的连接5.3主轴分段无级变速与控制5.4主轴准停控制5.5新型电主轴系统简介【教学课时】4课时周德卿15.815.1主轴驱动系统概述5.1.1主轴驱动装置的结构与用途数控机床主轴是主传动运动的动力装置部分，它是机床上带动工件或刀

2、具旋转的轴。通常由主轴、刀具或工件夹紧装置和传动机械(齿轮或带轮)等组成，由主轴电动机驱动，如图5-1所示。主轴驱动与进给伺服驱动有很大差别,进给伺服驱动是以机床位置和速度控制为目标，通过机床各坐标轴联动使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，以完成零件轮廊插补加工。主轴驱动则是产生主切削运动的动力源，以调速和保障零件切削功率为主。如果主轴驱动加工工件旋转的就是车削加工；如果主轴驱动切削刀具作旋转的就是铣削加工，如图5-2所示。根据主轴装置变速方式的不同，主轴分为有级变速、无级变速和分段有级变速与无级变频调速相结合三种形式。其中

3、，有级变速主要通过不同减速比齿轮传动机构用手轮或电磁离合器倒换分档，从而得到不同的速度和转矩，多用于经济型数控机床。大多数数控机床则采用变频器，根据CNC的速度指令进行自动变速即无级变速，以满足切削工艺对主轴速度的变速要求。图5-3示出了某车床调速手柄与四档分区调速。周德卿15.82图5-1数控机床主轴的组成周德卿15.83图5-2车床和铣床主轴的配置周德卿15.84图5-3某车床调速手柄与四档分区调速周德卿15.855.1.2数控机床对主轴驱动系统要求(1)功率范围大。为满足生产率要求和各种机床的需要，主传动电动机功率应有2.

4、2～250kW的功率范围，电动机过载能力要强。(2)调速范围宽。为适应各种刀具、工序和各种材料要求，对主轴电机调速范围要求：额定转速以下，在1：100～1：1000范围内进行恒转矩调速；在额定转速以上至最高转速时，转速上升，力矩成比例下降，保持恒功率。在1：10范围内进行恒功率调速，并有四象限驱动能力。(3)低速大转矩输出。数控机床在进行低速大切削量(切削深度和宽度)加工时，要求主轴驱动系统有大的输出转矩。(4)运行稳定、响应快速。在正、反、停和加速过程中,能自动进行加减速控制，以减少对机械冲击保证零件表面切削质量，并且对指令信

5、号要有快速响应能力。(5)准停控制功能。为满足加工中心自动换刀以及某些特殊加工工艺的需要，要求主轴驱动系统有高精度的准停控制。(6)位置控制功能。为满足有刚性螺纹攻丝、主轴定位或定向准停(在0-360o范围内任意定位)要求时，就有了位置控制功能。特别是如果需要进行螺纹镗、铣或轴类零件的表面铣削加工时，主轴的旋转速度与角度(位置)必须时刻与基本进给坐标轴保持同步，并参与基本坐标轴的插补控制，这种更高要求的主轴位置控制称为“Cs轮廓控制”。此时的主轴驱动系统具有了伺服插补的功能，故可称之为伺服主轴。周德卿15.865.1.3主轴驱动

6、系统基本组成主轴驱动控制系统通常包括驱动控制器、主轴电动机、主轴传动机械、主轴速度检测反馈装置，如图5-4所示。图5-4数控车床主轴驱动系统与进给伺服系统基本组成图周德卿15.871.驱动控制器根据CNC轮廓插补指令中主轴速度指令，可以输出两种信号给主轴驱动控制器。一是，输出速度的模拟量电压信号如0～+/-10V给模拟主轴变频器(例如三菱FR-D740变频器)，进行u/f方式的通用变频器调速控制与功率放大，驱动普通鼠笼式交流异步电动机，其速度由外置光电编码器检测并反馈至CNC，构成闭环调速控制。二是，用数字通信总线例如Profi

7、bus或I/0Link串行异步通信总线，输出数字量控制信号给主轴矢量变频器，驱动由各系统制造商专门设计制造的高性能交流异步主轴电动机，其速度与位置仍由编码器检测反馈，由数字通信总线反馈传输至CNC，构成闭环的位置与速度控制。这种用数字串行通信总线传输控制信号的主轴，称之为数字串行主轴。显然，在调速性能与响应速度甚至位置控制等方面，矢量变频的数字串行主轴要比通用变频器模拟主轴要高得多，价格也高许多。但是，随着伺服控制技术与器件等性价比的提高，两者价格相差越来越少，为了普及型数控机床整体性能的提高，制造商与用户已改变观念，愈来愈多地

8、选择伺服主轴产品。周德卿15.882.主轴电动机当前主轴电动机有模拟主轴的鼠笼式交流异步电动机与数字串行主轴的交流异步电动机两类。鼠笼式交流异步电动机，工作频率只有几百Hz，如0～120Hz或0～300Hz等，最大转速3000-4000r/min；采用通用变频器