《主轴驱动系统》课件

数控机床第五章主轴驱动及控制 数控机床第五章主轴驱动及控制本 章 内 容 第 一 节 概 述第 二 节 主 轴 驱 动 装 置 的 工 作 原 理第 三 节 主 轴 分 段 无 级 调 速 控 制第 四 节 主 轴 准 停 控 制 数控机床第五章主轴驱动及控制第 一 节 概 述对 主 轴 驱 动 的 要 求 o较 宽 的 调 速 范 围 、 无 级 调 速o恒 功 率 范 围 要 宽o要 求 主 轴 在 正 、 反 向 转 动 时 均 可 进 行 自 动 加 减 速 控 制 ，要 求 在 有 四 象 限 的 驱 动 能 力 ， 并 且 加 减 速 时 间 短 。 o为 满 足 加 工 中 心 自 动 换 刀 （ ATC） 以 及 某 些 加 工 工 艺 的需 要 ， 要 求 主 轴 具 有 高 精 度 的 准 停 控 制 。 o在 车 削 中 心 上 ， 还 要 求 主 轴 能 具 有 旋 转 进 给 轴 （ C轴 ）的 控 制 功 能 。 数控机床第五章主轴驱动及控制第 二 节 主 轴 驱 动 装 置 的 工 作 原 理一 、 对 主 轴 电 动 机 的 要 求o电 动 机 的 输 出 功 率 要 大 。 o在 大 的 调 速 范 围 内 速 度 应 稳 定 ， 而 且 恒 功 率 的 速 度 范 围 宽 。 o在 断 续 负 载 下 电 动 机 转 速 波 动 小 ， 过 载 能 力 强 。o加 减 速 时 间 短 。 o电 动 机 温 升 低 。 o振 动 、 噪 声 小 。 o电 动 机 的 可 靠 性 高 、 寿 命 长 、 维 护 容 易 。o体 积 小 ， 重 量 轻 。分 类 ：主 轴 直 流 电 动 机 ： 励 磁 式 直 流 电 机 类 型 中 的 他 激 直 流 电 机 。主 轴 交 流 电 动 机 ： 鼠 笼 型 感 应 电 动 机 数控机床第五章主轴驱动及控制二 、 交 流 主 轴 电 动 机第 二 节 主 轴 驱 动 装 置 的 工 作 原 理 数控机床第五章主轴驱动及控制1、 交 流 主 轴 驱 动 系 统 调 速 ：转 速 公 式 ：调 速 方 法 ： 变 频 调 速 是 最 适 用 的 方 法 ， 主 要 有 ： 压 频 （ u/f） 调 速 矢 量 变 换 控 制 调 速三 、 交 流 主 轴 驱 动 装 置 spfn 160 1 ssn nns f 定 子 电 源 频 率p 磁 激 对 数S 转 差 率ns 定 子 旋 转 磁 场 转 速n 转 子 转 速 数控机床第五章主轴驱动及控制 Tn 10 20 30 40100020003000恒 转 矩 调 速 特 性 曲 线 1、 交 流 主 轴 驱 动 系 统 调 速 变 频 调 速 的 控 制 方 法 恒 转 矩 调 速 T=CTm I2cos 2 其 中 11111111 44.444.4 kfukfEm T不 变 ， 则 需u1/f1为 常 数k11： 定 子 每 相 绕 组 等 效 匝 数m ： 每 极 磁 通 量u 1： 定 子 相 电 压CT： 转 矩 常 数I2： 折 算 到 定 子 上 的 转 子 电 流Cos2： 转 子 电 路 功 率 因 数 数控机床第五章主轴驱动及控制 Tn 10 20 30 40100020003000 恒 Tm调 速 特 性 曲 线 1、 交 流 主 轴 驱 动 系 统 调 速 变 频 调 速 的 控 制 方 法 恒 最 大 转 矩 Tmax调 速 若 低 速 时 Tmax不 变 ， 则 需E1/f1为 常 数 数控机床第五章主轴驱动及控制1、 交 流 主 轴 驱 动 系 统 调 速 变 频 调 速 的 控 制 方 法 恒 功 率 调 速 10 20 30 40 50 6010002000 n T 数控机床第五章主轴驱动及控制三 、 交 流 主 轴 驱 动 装 置2、 交 流 主 轴 驱 动 特 性 曲 线 转 矩 与 转 速 的 关 系 曲 线功 率 与 转 速的 关 系 曲 线 数控机床第五章主轴驱动及控制第 三 节 主 轴 分 段 无 级 调 速 控 制一 、 概 述数 控 机 床 常 采 用 14挡 齿 轮 变 速 与 无 级 调 速 相 结 合 的 方 式 ，即 所 谓 分 段 无 级 变 速 的 方 式 ， 来 弥 补 电 动 机 低 速 段 输 出 力矩 无 法 满 足 机 床 强 力 切 削 的 要 求 ， 采 用 机 械 齿 轮 减 速 ， 增大 了 输 出 扭 矩 ， 并 利 用 齿 轮 换 挡 扩 大 了 调 速 范 围 。主 轴 驱 动 装 置CNC PLC M 齿 轮变 速 箱M41M42 数 控 系 统 通 过 程 序中 的 S代 码 来 控 制主 轴 电 动 机 的 驱 动调 速 电 路 ， 同 时 采用 开 关 量 信 号 （ 程序 上 用 M41 M44代码 ） 来 控 制 机 械 齿轮 变 速 自 动 换 挡 的 执 行 机 构 。 数控机床第五章主轴驱动及控制二 、 自 动 换 挡 的 实 现自 动 换 挡 执 行 机 构 是 一 种 电 机 转 换 装 置 ， 常 用 的有 液 压 拨 叉 和 电 磁 离 合 器 。o液 压 拨 叉 换 挡 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 机 构 。 到 位 ： 感 应 开 关 等 元 件 检 测 。 顶 齿 处 理 ： 微 电 机 缓 慢 旋 转 。o电 磁 离 合 器 换 挡 数 控 机 床 中 常 使 用 无 滑 环 摩 擦 片 式 电 磁 离 合 器 和牙 嵌 式 电 磁 离 合 器 。第 三 节 主 轴 分 段 无 级 调 速 控 制 数控机床第五章主轴驱动及控制第 三 节 主 轴 分 段 无 级 调 速 控 制液 压 拨 叉 换 挡 顶 齿 处 理 ：正 常 工 作 时 ， 离 合 器 脱 开 ，齿 轮 换 挡 时 ， 主 轴 M1停 止工 作 而 离 合 器 吸 合 ， 微 电动 机 M2工 作 ， 带 动 主 轴 慢速 转 动 。 同 时 ， 油 缸 移 动齿 轮 ， 从 而 顺 利 啮 合 。 数控机床第五章主轴驱动及控制第 四 节 主 轴 准 停 控 制一 、 定 义 主 轴 准 停 功 能 ： 又 称 主 轴 定 位 功 能 ， 当 主 轴 停 止 时 ，能 控 制 其 停 于 固 定 位 置 。二 、 控 制 方 式 机 械 准 停 、 电 气 准 停 磁 传 感 器 准 停编 码 器 准 停数 控 系 统 准 停