数控机床的主要功能部件分析课件

数控机床的主要功能部件数控机床的主要功能部件数控机床的主要功能部件数控机床的驱动装置数控机床的驱动装置 (伺服单元伺服单元伺服单元伺服单元 略略略略)数数数数控控控控机机机机床床床床的的的的驱驱驱驱动动动动装装装装置置置置是是是是数数数数控控控控装装装装置置置置与与与与机机机机床床床床联联联联系系系系的的的的纽纽纽纽带带带带，它它它它接接接接受受受受数数数数控控控控装装装装置置置置发发发发出出出出的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号，经经经经过过过过转转转转换换换换和和和和功功功功率率率率放放放放大大大大后后后后，驱驱驱驱动动动动电电电电机机机机旋旋旋旋转转转转,使使使使机机机机床床床床工工工工作作作作台台台台或或或或主主主主轴轴轴轴头头头头实实实实现现现现进进进进给给给给运运运运动动动动。它它它它在在在在很很很很大大大大程程程程度度度度上上上上决决决决定定定定了了了了数数数数控控控控机机机机床床床床的的的的成成成成本本本本、加工精度及可靠性。加工精度及可靠性。加工精度及可靠性。加工精度及可靠性。对进给驱动装置的要求主要有：对进给驱动装置的要求主要有：对进给驱动装置的要求主要有：对进给驱动装置的要求主要有：a a a a、定位精度高，指令位移与实际位移之差要小；、定位精度高，指令位移与实际位移之差要小；、定位精度高，指令位移与实际位移之差要小；、定位精度高，指令位移与实际位移之差要小；b b b b、调速范围宽，为了加工不同尺寸和材料的零件的需要；、调速范围宽，为了加工不同尺寸和材料的零件的需要；、调速范围宽，为了加工不同尺寸和材料的零件的需要；、调速范围宽，为了加工不同尺寸和材料的零件的需要；c c c c、电机负载特性要硬，当负载变化时，电机输出的速度基本不变；、电机负载特性要硬，当负载变化时，电机输出的速度基本不变；、电机负载特性要硬，当负载变化时，电机输出的速度基本不变；、电机负载特性要硬，当负载变化时，电机输出的速度基本不变；d d d d、动态响应快。、动态响应快。、动态响应快。、动态响应快。数控机床的驱动装置(伺服单元 略)2一、步进电机一、步进电机一、步进电机一、步进电机1 1 1 1、步进电机的结构原理、步进电机的结构原理、步进电机的结构原理、步进电机的结构原理 步步步步进进进进电电电电机机机机是是是是一一一一种种种种能能能能将将将将数数数数控控控控装装装装置置置置输输输输入入入入的的的的进进进进给给给给脉脉脉脉冲冲冲冲转转转转化化化化成成成成角角角角位位位位移移移移的的的的特特特特殊殊殊殊电电电电机机机机，它它它它每每每每接接接接受受受受一个进给脉冲步进电机就走一步，转过一定的角度。这个角度称为步距角，用一个进给脉冲步进电机就走一步，转过一定的角度。这个角度称为步距角，用一个进给脉冲步进电机就走一步，转过一定的角度。这个角度称为步距角，用一个进给脉冲步进电机就走一步，转过一定的角度。这个角度称为步距角，用表示。表示。表示。表示。只只只只要要要要控控控控制制制制输输输输入入入入脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的数数数数量量量量，便便便便可可可可控控控控制制制制步步步步进进进进电电电电机机机机位位位位移移移移量量量量大大大大小小小小。而而而而控控控控制制制制输输输输入入入入脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的频频频频率率率率，便可控制步进电机的速度。便可控制步进电机的速度。便可控制步进电机的速度。便可控制步进电机的速度。下面以反应式功率步进电机为例讲解其动作原理下面以反应式功率步进电机为例讲解其动作原理下面以反应式功率步进电机为例讲解其动作原理下面以反应式功率步进电机为例讲解其动作原理 所谓反应式就是电机转子上无绕组，步进运行靠定子绕组通入激磁所谓反应式就是电机转子上无绕组，步进运行靠定子绕组通入激磁所谓反应式就是电机转子上无绕组，步进运行靠定子绕组通入激磁所谓反应式就是电机转子上无绕组，步进运行靠定子绕组通入激磁 电流产生反应力矩而实现的。电流产生反应力矩而实现的。电流产生反应力矩而实现的。电流产生反应力矩而实现的。在电机的定子上有三相绕组，故称三相步进电机。在电机的定子上有三相绕组，故称三相步进电机。在电机的定子上有三相绕组，故称三相步进电机。在电机的定子上有三相绕组，故称三相步进电机。一、步进电机 当定子当定子当定子当定子A A A A相绕组通以直流电时，相绕组通以直流电时，相绕组通以直流电时，相绕组通以直流电时，A A A A相产生磁场，吸引在相产生磁场，吸引在相产生磁场，吸引在相产生磁场，吸引在A A A A相附近的相附近的相附近的相附近的1 1 1 1、3 3 3 3齿，转齿，转齿，转齿，转子子子子1 1 1 1、3 3 3 3齿与齿与齿与齿与A A A A相对齐，电机转子逆时针旋转相对齐，电机转子逆时针旋转相对齐，电机转子逆时针旋转相对齐，电机转子逆时针旋转30303030后停止。然后后停止。然后后停止。然后后停止。然后A A A A相断电，相断电，相断电，相断电，B B B B相通电。相通电。相通电。相通电。则定子则定子则定子则定子A A A A相磁场消失，而相磁场消失，而相磁场消失，而相磁场消失，而B B B B相产生磁场，此时，在相产生磁场，此时，在相产生磁场，此时，在相产生磁场，此时，在B B B B相磁场的作用下又吸引了最靠相磁场的作用下又吸引了最靠相磁场的作用下又吸引了最靠相磁场的作用下又吸引了最靠近近近近B B B B相的相的相的相的2 2 2 2、4 4 4 4齿。齿。齿。齿。2 2 2 2、4 4 4 4齿与定子齿与定子齿与定子齿与定子B B B B相对齐，转子又逆时针方向旋转相对齐，转子又逆时针方向旋转相对齐，转子又逆时针方向旋转相对齐，转子又逆时针方向旋转30303030后停止。后停止。后停止。后停止。按按按按ABCAB ABCAB ABCAB ABCAB 的顺序连续通电，则步进电机一步一步地沿逆时针方的顺序连续通电，则步进电机一步一步地沿逆时针方的顺序连续通电，则步进电机一步一步地沿逆时针方的顺序连续通电，则步进电机一步一步地沿逆时针方向不停地旋转。这种通电方式称为三拍控制。即三相三拍反应式步进电机。若向不停地旋转。这种通电方式称为三拍控制。即三相三拍反应式步进电机。若向不停地旋转。这种通电方式称为三拍控制。即三相三拍反应式步进电机。若向不停地旋转。这种通电方式称为三拍控制。即三相三拍反应式步进电机。若步进电机按步进电机按步进电机按步进电机按ACBACBAACBACBAACBACBAACBACBA的顺序通电，的顺序通电，的顺序通电，的顺序通电，则电机反向旋转。则电机反向旋转。则电机反向旋转。则电机反向旋转。当定子A相绕组通以直流电时，A 此此此此种种种种通通通通电电电电方方方方式式式式在在在在A A A A相相相相断断断断电电电电B B B B相相相相尚尚尚尚未未未未接接接接通通通通时时时时，转转转转子子子子齿齿齿齿不不不不受受受受磁磁磁磁场场场场控控控控制制制制，转转转转子子子子转转转转动动动动不不不不平平平平稳稳稳稳。如如如如果果果果把把把把通通通通电电电电方方方方式式式式改改改改为为为为A A A A相相相相通通通通电电电电后后后后，再再再再ABABABAB两两两两相相相相同同同同时时时时通通通通电电电电.则则则则定定定定子子子子附附附附近近近近转转转转子子子子上上上上的的的的1-41-41-41-4齿齿齿齿,同同同同时时时时受受受受到到到到ABABABAB两两两两相相相相磁磁磁磁极极极极的的的的吸吸吸吸引引引引，1-41-41-41-4齿齿齿齿将将将将位位位位于于于于ABABABAB两两两两相相相相磁磁磁磁极极极极之之之之间间间间。当当当当以以以以AABBBCCCAAAABBBCCCAAAABBBCCCAAAABBBCCCAA的的的的顺顺顺顺序序序序通通通通电电电电，步步步步进进进进电电电电机机机机每每每每接接接接受受受受一一一一个个个个脉脉脉脉冲冲冲冲逆逆逆逆时时时时针针针针方方方方向向向向旋旋旋旋转转转转15151515，这这这这种种种种通通通通电电电电方方方方式式式式称称称称为为为为六六六六拍拍拍拍控控控控制制制制方方方方式式式式。当当当当步步步步进进进进电电电电机机机机定定定定转转转转子子子子齿齿齿齿数数数数不不不不变变变变,控控控控制制制制方方方方式式式式改变时改变时改变时改变时,步距角可以减小一半。步距角可以减小一半。步距角可以减小一半。步距角可以减小一半。这这这这种种种种通通通通电电电电方方方方式式式式的的的的特特特特点点点点是是是是它它它它在在在在整整整整个个个个通通通通电电电电过过过过程程程程中中中中,始始始始终终终终有有有有一一一一相相相相处处处处于于于于通通通通电电电电状状状状态态态态,转转转转子齿始终有磁场吸引。子齿始终有磁场吸引。子齿始终有磁场吸引。子齿始终有磁场吸引。此种通电方式在A相断电B相尚未接通时，转子齿不受2 2、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算(已知条件如下已知条件如下已知条件如下已知条件如下)、步距角步距角步距角步距角 =0.9=0.9=0.9=0.9 t t t t、丝杠导程丝杠导程丝杠导程丝杠导程(或螺距或螺距或螺距或螺距)一般纵向丝杠导程取一般纵向丝杠导程取一般纵向丝杠导程取一般纵向丝杠导程取(6810)mm(6810)mm(6810)mm(6810)mm，横向丝杠导程取横向丝杠导程取横向丝杠导程取横向丝杠导程取(4(4(4(45)mm5)mm5)mm5)mm Z Z Z Z1 1 1 1、传动齿轮、传动齿轮、传动齿轮、传动齿轮1 1 1 1 Z Z Z Z2 2 2 2、传动齿轮、传动齿轮、传动齿轮、传动齿轮2 2 2 2 i i i i、传动比传动比传动比传动比 i=Z1/Z2 i=Z1/Z2 i=Z1/Z2 i=Z1/Z2 2、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算(已知条件如下)脉冲当量脉冲当量脉冲当量脉冲当量:步进电机每接受一个进给脉冲步进电机每接受一个进给脉冲步进电机每接受一个进给脉冲步进电机每接受一个进给脉冲,工作台移动的距离工作台移动的距离工作台移动的距离工作台移动的距离.一般工作台纵向移动的脉冲当量在一般工作台纵向移动的脉冲当量在一般工作台纵向移动的脉冲当量在一般工作台纵向移动的脉冲当量在(0.005-0.01)(0.005-0.01)(0.005-0.01)(0.005-0.01)通常选通常选通常选通常选0.010.010.010.01便于计算；便于计算；便于计算；便于计算；一般工作台横向移动的脉冲当量在一般工作台横向移动的脉冲当量在一般工作台横向移动的脉冲当量在一般工作台横向移动的脉冲当量在(0.002-0.01)(0.002-0.01)(0.002-0.01)(0.002-0.01)通常选通常选通常选通常选0.0050.0050.0050.005。举例举例举例举例 1):1):1):1):列出运动方程式列出运动方程式列出运动方程式列出运动方程式 设设设设 =0.9 t=6mm =0.9 t=6mm =0.9 t=6mm =0.9 t=6mm 代入数据代入数据代入数据代入数据 若若若若A=80mm(A=80mm(A=80mm(A=80mm(中心距中心距中心距中心距)m=2 A=m(Z)m=2 A=m(Z)m=2 A=m(Z)m=2 A=m(Z1 1 1 1+Z+Z+Z+Z2 2 2 2)/2 Z)/2 Z)/2 Z)/2 Z1 1 1 1+Z+Z+Z+Z2 2 2 2=80 Z=80 Z=80 Z=80 Z1 1 1 1/Z/Z/Z/Z2 2 2 2=4/6=4/6=4/6=4/6 联立求解得联立求解得联立求解得联立求解得 Z Z Z Z1 1 1 1=32 Z=32 Z=32 Z=32 Z2 2 2 2=48 Z=48 Z=48 Z=48 Z1 1 1 1/Z/Z/Z/Z2 2 2 2=32/48=32/48=32/48=32/48脉冲当量:步进电机每接受一个进给脉冲,工作台移动的距离.已知：已知：步进电机步距角步进电机步距角 =0.9 =0.90 0Z Zk k蜗杆头数蜗杆头数 Z Zk k=1=1Z Zw w蜗轮齿数蜗轮齿数 Z Zw w=60=60Z Z1 1传动齿轮传动齿轮1 1 Z Z2 2传动齿轮传动齿轮2 2 转台脉冲当量，取转台脉冲当量，取0.010.010 0一般为（或一般为（或0.0020.0020 00.0050.0050 0）求求Z Z1 1=?=?，Z Z2 2=?=?步进电机Z 1 Z 2ZwZk 图图b b 步进电机数控转台步进电机数控转台举例举例举例举例2 2 2 2：已知：步进电机步距角 =0.90步进电机列出运动方程式：列出运动方程式：将已知条件带入：将已知条件带入：若若A=60mmA=60mm，m=2,m=2,则，则，则则 z z1 1+z+z2 2=60=60联立：联立：z z2 2=36,z=36,z1 1=24=24结论：步进电机的进给系统使用齿轮传动，一是为了求得所需要的脉冲结论：步进电机的进给系统使用齿轮传动，一是为了求得所需要的脉冲 当量，二是可以起增大转矩的作用。当量，二是可以起增大转矩的作用。列出运动方程式：数控机床的主轴部件及主传动系统数控机床的主轴部件及主传动系统一、主轴部件一、主轴部件一、主轴部件一、主轴部件(典型车床及铣床主轴部件结构典型车床及铣床主轴部件结构典型车床及铣床主轴部件结构典型车床及铣床主轴部件结构,略略略略)1 1 1 1、主轴部件常用滚动轴承的类型主轴部件常用滚动轴承的类型主轴部件常用滚动轴承的类型主轴部件常用滚动轴承的类型 双双双双列列列列推推推推力力力力向向向向心心心心球球球球轴轴轴轴承承承承,接接接接触触触触角角角角为为为为60,60,60,60,球球球球径径径径小小小小,数数数数目目目目多多多多,能能能能承承承承受受受受双双双双向向向向轴轴轴轴向向向向载载载载荷荷荷荷，调调调调整整整整中中中中间间间间隔隔隔隔套套套套能能能能予予予予紧紧紧紧轴轴轴轴承承承承调调调调整整整整间间间间隙隙隙隙，允允允允许许许许转转转转速速速速高高高高。在在在在数数数数控控控控机机机机床床床床中中中中，轴轴轴轴承承承承一一一一般般般般都都都都要要要要同同同同时时时时承承承承受受受受轴轴轴轴向向向向载载载载荷荷荷荷和和和和径径径径向向向向载载载载荷荷荷荷的的的的联联联联合合合合载载载载荷荷荷荷的的的的作作作作用用用用。对对对对数数数数控控控控机机机机床床床床主主主主轴轴轴轴而而而而言言言言，主主主主轴轴轴轴通通通通径径径径，精精精精度度度度，刚刚刚刚度度度度及及及及加加加加速速速速度度度度，温温温温升升升升等等等等参参参参数数数数是是是是更更更更为为为为重重重重要要要要的的的的要要要要求求求求。所所所所以以以以大大大大接接接接触触触触角角角角的的的的角角角角接接接接触触触触球球球球轴轴轴轴承承承承不不不不论论论论在在在在主主主主传传传传动动动动还还还还是是是是进进进进给给给给传传传传动动动动中中中中均均均均有有有有广广广广泛泛泛泛的的的的使使使使用用用用。现现现现在在在在开开开开发发发发的的的的专专专专用用用用数数数数控控控控主主主主轴轴轴轴轴轴轴轴承承承承及及及及滚滚滚滚珠珠珠珠丝丝丝丝杠杠杠杠专专专专用用用用轴轴轴轴承承承承均均均均是是是是角角角角接接接接触触触触轴轴轴轴承承承承。双双双双列列列列推推推推力力力力向向向向心心心心球球球球轴轴轴轴承承承承,通通通通常常常常与与与与双双双双列列列列圆圆圆圆柱柱柱柱滚滚滚滚子子子子轴轴轴轴承承承承配配配配套套套套一一一一起起起起用用用用作作作作主主主主轴的前支承。轴的前支承。轴的前支承。轴的前支承。带带带带凸凸凸凸肩肩肩肩双双双双列列列列园园园园柱柱柱柱滚滚滚滚子子子子轴轴轴轴承承承承也也也也常常常常作作作作主主主主轴轴轴轴的的的的前前前前支支支支承承承承。其其其其滚滚滚滚子子子子是是是是空空空空心心心心的的的的；有有有有吸吸吸吸振，缓冲，起有效冷却的作用。振，缓冲，起有效冷却的作用。振，缓冲，起有效冷却的作用。振，缓冲，起有效冷却的作用。数控机床的主轴部件及主传动系统轴轴承承精精度度级级 B B级级(超超精精级级)C C级级(特特精精级级)D D级级(精精密密级级)E)E级级(高级高级)普通精度机床前轴承常用普通精度机床前轴承常用C C、D D级级,后轴承常用后轴承常用D D、E E级级轴承精度级 B级(超精级)C级(特精级)D级(精2 2 2 2、主轴滚动轴承的配置、主轴滚动轴承的配置、主轴滚动轴承的配置、主轴滚动轴承的配置 合理配置轴承对提高主轴部件的刚度合理配置轴承对提高主轴部件的刚度合理配置轴承对提高主轴部件的刚度合理配置轴承对提高主轴部件的刚度,精度精度精度精度,降低支承温升有很大的降低支承温升有很大的降低支承温升有很大的降低支承温升有很大的作用作用作用作用.图图图图a a a a后后后后端端端端定定定定位位位位,推推推推力力力力轴轴轴轴承承承承在在在在后后后后支支支支承承承承的的的的两两两两侧侧侧侧,主主主主轴轴轴轴热热热热变变变变形形形形向向向向前前前前伸伸伸伸.细细细细长长长长主主主主轴受轴向力容易弯曲变形轴受轴向力容易弯曲变形轴受轴向力容易弯曲变形轴受轴向力容易弯曲变形,但前支座简单。但前支座简单。但前支座简单。但前支座简单。图图图图b b b b两端定位两端定位两端定位两端定位,推力轴承分别布置到两支承的外侧。推力轴承分别布置到两支承的外侧。推力轴承分别布置到两支承的外侧。推力轴承分别布置到两支承的外侧。优优优优点点点点是是是是轴轴轴轴承承承承轴轴轴轴向向向向间间间间隙隙隙隙可可可可以以以以在在在在后后后后端端端端方方方方便便便便地地地地进进进进调调调调整整整整,对对对对主主主主轴轴轴轴热热热热变变变变形形形形敏敏敏敏感感感感,适适适适合合合合于短主轴。于短主轴。于短主轴。于短主轴。图图图图c,d c,d c,d c,d 都是前支承固定都是前支承固定都是前支承固定都是前支承固定.前支承刚度较高前支承刚度较高前支承刚度较高前支承刚度较高,主轴热伸长后另一端为自主轴热伸长后另一端为自主轴热伸长后另一端为自主轴热伸长后另一端为自由端由端由端由端,不影响主轴精度不影响主轴精度不影响主轴精度不影响主轴精度.图图图图c c c c推力轴承在前支承两侧推力轴承在前支承两侧推力轴承在前支承两侧推力轴承在前支承两侧,使主轴的悬伸长度增使主轴的悬伸长度增使主轴的悬伸长度增使主轴的悬伸长度增加加加加.影响主轴刚度影响主轴刚度影响主轴刚度影响主轴刚度,图图图图d d d d 两个推力轴承安排在前支承的内侧两个推力轴承安排在前支承的内侧两个推力轴承安排在前支承的内侧两个推力轴承安排在前支承的内侧,克服了图克服了图克服了图克服了图c c c c 的的的的缺点缺点缺点缺点,一般高速精密机床的主轴多采用该方案。一般高速精密机床的主轴多采用该方案。一般高速精密机床的主轴多采用该方案。一般高速精密机床的主轴多采用该方案。2、主轴滚动轴承的配置3 3 3 3、主轴轴承的预紧、主轴轴承的预紧、主轴轴承的预紧、主轴轴承的预紧 采采采采用用用用予予予予紧紧紧紧方方方方法法法法,合合合合理理理理选选选选择择择择予予予予紧紧紧紧量量量量可可可可以以以以提提提提高高高高主主主主轴轴轴轴部部部部件件件件的的的的刚刚度和抗振性。度和抗振性。度和抗振性。度和抗振性。对对对对滚滚滚滚动动动动轴轴轴轴承承承承间间间间隙隙隙隙的的的的调调调调整整整整,通通通通常常常常是是是是使使使使轴轴轴轴承承承承内内内内,外外外外圈圈圈圈作作作作相相相相对对对对的轴向位移实现的的轴向位移实现的的轴向位移实现的的轴向位移实现的 常用的方法有常用的方法有常用的方法有常用的方法有:a a a a、轴承内圈移动法；、轴承内圈移动法；、轴承内圈移动法；、轴承内圈移动法；结构简单结构简单结构简单结构简单,予紧量不易控制予紧量不易控制予紧量不易控制予紧量不易控制3、主轴轴承的预紧带带锁锁紧紧的的园园螺螺母母,右右端端的的园园螺螺母母限限制制了了轴轴承承内圈的移动；内圈的移动；带锁紧的园螺母,右端的园螺母限制了轴承内圈的移动；b b、修后座圈或隔套。、修后座圈或隔套。b、修后座圈或隔套。二、主传动二、主传动二、主传动二、主传动(变速变速变速变速)系统系统系统系统 数数数数控控控控机机机机床床床床的的的的主主主主传传传传动动动动变变变变速速速速系系系系统统统统可可可可以以以以是是是是有有有有级级级级的的的的，也也也也可可可可以以以以是是是是无无无无级级级级的的的的。通通通通常常常常的的的的主主主主轴轴轴轴电电电电机机机机的的的的恒恒恒恒功功功功率率率率的的的的最最最最高高高高转转转转速速速速与与与与额额额额定定定定转转转转速速速速之之之之比比比比为为为为1 1 1 13 3 3 3或或或或1 1 1 14 4 4 4，为为为为了了了了机机机机床床床床切切切切削削削削的的的的需需需需要要要要,在在在在主主主主轴轴轴轴与与与与电电电电机机机机之之之之间间间间还还还还要要要要串串串串联联联联一一一一个个个个变变变变速速速速箱箱箱箱其其其其作作作作用用用用一一一一是是是是扩扩扩扩大大大大调调调调速速速速比比比比，二二二二是是是是提提提提升升升升恒恒恒恒扭扭扭扭矩矩矩矩段段段段的的的的力力力力矩矩矩矩。变变变变速速速速箱箱箱箱内内内内齿齿齿齿轮轮轮轮换换换换挡挡挡挡，采采采采用用用用液液液液压压压压拔拔拔拔叉叉叉叉或电磁离合器来实现自动化。或电磁离合器来实现自动化。或电磁离合器来实现自动化。或电磁离合器来实现自动化。近近近近年年年年来来来来为为为为了了了了减减减减化化化化机机机机械械械械结结结结构构构构，逐逐逐逐渐渐渐渐趋趋趋趋向向向向采采采采用用用用大大大大功功功功率率率率的的的的交交交交流流流流主主主主轴轴轴轴伺伺伺伺服服服服电电电电机机机机来来来来提提提提高高高高低低低低速速速速时时时时的的的的恒恒恒恒扭扭扭扭矩矩矩矩来来来来满满满满足足足足切切切切削削削削的的的的要要要要求求求求。近近近近年年年年来来来来由由由由于于于于技技技技术术术术的的的的进进进进步步步步也也也也有有有有一一一一些些些些恒恒恒恒功功功功率率率率范范范范围围围围很很很很宽宽宽宽的的的的主主主主轴轴轴轴伺伺伺伺服服服服电电电电机机机机问问问问世世世世，特特特特别别别别是是是是内内内内装装装装式式式式电电电电主主主主轴轴轴轴的的的的出出出出现现现现更加强化了这种趋势。更加强化了这种趋势。更加强化了这种趋势。更加强化了这种趋势。1)1)1)1)交流主轴伺服电机的结构交流主轴伺服电机的结构交流主轴伺服电机的结构交流主轴伺服电机的结构 交交交交流流流流伺伺伺伺服服服服电电电电动动动动机机机机的的的的结结结结构构构构有有有有鼠鼠鼠鼠笼笼笼笼式式式式感感感感应应应应电电电电动动动动机机机机和和和和永永永永磁磁磁磁式式式式同同同同步步步步电电电电动动动动机机机机二二二二种种种种，而而而而通通通通常常常常主主主主轴轴轴轴电电电电机机机机采采采采用用用用鼠鼠鼠鼠笼笼笼笼式式式式感感感感应应应应电电电电动动动动机机机机的的的的结结结结构构构构，进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服电电电电动动动动机机机机,常常常常用用用用永磁式同步电机的结构形式。永磁式同步电机的结构形式。永磁式同步电机的结构形式。永磁式同步电机的结构形式。二、主传动(变速)系统16 交流主轴伺服电机与普通三相异步电动机的结构有很多地方都很相似。交流主轴伺服电机与普通三相异步电动机的结构有很多地方都很相似。交流主轴伺服电机与普通三相异步电动机的结构有很多地方都很相似。交流主轴伺服电机与普通三相异步电动机的结构有很多地方都很相似。交流主轴伺服电机的定子虽然也是三相绕组，但是它的磁路设计与普通交流主轴伺服电机的定子虽然也是三相绕组，但是它的磁路设计与普通交流主轴伺服电机的定子虽然也是三相绕组，但是它的磁路设计与普通交流主轴伺服电机的定子虽然也是三相绕组，但是它的磁路设计与普通异步电动机有很大的不一样。因为交流主轴伺服电机要求在不同转速下异步电动机有很大的不一样。因为交流主轴伺服电机要求在不同转速下异步电动机有很大的不一样。因为交流主轴伺服电机要求在不同转速下异步电动机有很大的不一样。因为交流主轴伺服电机要求在不同转速下工作工作工作工作,各转速的磁损都要尽可能小。另外为了方便定子在空气中散热，定各转速的磁损都要尽可能小。另外为了方便定子在空气中散热，定各转速的磁损都要尽可能小。另外为了方便定子在空气中散热，定各转速的磁损都要尽可能小。另外为了方便定子在空气中散热，定子的外面一般都没有机壳，另外，为了加强冷却效果子的外面一般都没有机壳，另外，为了加强冷却效果子的外面一般都没有机壳，另外，为了加强冷却效果子的外面一般都没有机壳，另外，为了加强冷却效果,定子在轴向也设计定子在轴向也设计定子在轴向也设计定子在轴向也设计了通风口。定子的外形一般都设计成四方形或六方形。便于电机在机床了通风口。定子的外形一般都设计成四方形或六方形。便于电机在机床了通风口。定子的外形一般都设计成四方形或六方形。便于电机在机床了通风口。定子的外形一般都设计成四方形或六方形。便于电机在机床中的安装。在电机的尾端装有检测用的与转子轴同轴的脉冲编码器。交中的安装。在电机的尾端装有检测用的与转子轴同轴的脉冲编码器。交中的安装。在电机的尾端装有检测用的与转子轴同轴的脉冲编码器。交中的安装。在电机的尾端装有检测用的与转子轴同轴的脉冲编码器。交流主轴伺服电机有三种线，一种是电源线，一种是指令线，一种是码盘流主轴伺服电机有三种线，一种是电源线，一种是指令线，一种是码盘流主轴伺服电机有三种线，一种是电源线，一种是指令线，一种是码盘流主轴伺服电机有三种线，一种是电源线，一种是指令线，一种是码盘线，电源线向电机供应交流电，指令线控制电机的转速和位移量，码盘线，电源线向电机供应交流电，指令线控制电机的转速和位移量，码盘线，电源线向电机供应交流电，指令线控制电机的转速和位移量，码盘线，电源线向电机供应交流电，指令线控制电机的转速和位移量，码盘线将电机的实际运行状态参数反馈到数控装置。线将电机的实际运行状态参数反馈到数控装置。线将电机的实际运行状态参数反馈到数控装置。线将电机的实际运行状态参数反馈到数控装置。交流主轴伺服电机与普通三相异步电动机的结构有很多地方172 2 2 2、交流主轴电机的的控制方法（脉宽调制控制法）、交流主轴电机的的控制方法（脉宽调制控制法）、交流主轴电机的的控制方法（脉宽调制控制法）、交流主轴电机的的控制方法（脉宽调制控制法）三三三三相相相相交交交交流流流流电电电电通通通通过过过过整整整整流流流流器器器器后后后后,获获获获得得得得一一一一个个个个恒恒恒恒压压压压的的的的直直直直流流流流电电电电输输输输入入入入逆逆逆逆变变变变器器器器,通通通通过过过过脉脉脉脉宽宽宽宽调调调调制制制制输输输输出出出出不不不不同同同同频频频频率率率率，电电电电压压压压的的的的交交交交流流流流电电电电通通通通到到到到电电电电动机动机动机动机,实现电机调速。实现电机调速。实现电机调速。实现电机调速。2、交流主轴电机的的控制方法（脉宽调制控制法）183 3 3 3、交流主轴电机的转矩，转速，功率特性、交流主轴电机的转矩，转速，功率特性、交流主轴电机的转矩，转速，功率特性、交流主轴电机的转矩，转速，功率特性 电机性电机性电机性电机性能能能能 交流主轴电机的交流主轴电机的交流主轴电机的交流主轴电机的(转速，力矩转速，力矩转速，力矩转速，力矩)，(转速，功率转速，功率转速，功率转速，功率)特性曲线反特性曲线反特性曲线反特性曲线反映它的性能，其特性曲线如图所示；映它的性能，其特性曲线如图所示；映它的性能，其特性曲线如图所示；映它的性能，其特性曲线如图所示；切削机床要求电机在计算转速以下的恒扭矩工作区具有粗切削机床要求电机在计算转速以下的恒扭矩工作区具有粗切削机床要求电机在计算转速以下的恒扭矩工作区具有粗切削机床要求电机在计算转速以下的恒扭矩工作区具有粗加工的能力。加工的能力。加工的能力。加工的能力。3、交流主轴电机的转矩，转速，功率特性 电机性能 194 4、主传动参数的确定、主传动参数的确定a)a)主传动的功率主传动的功率 主传动的功率根据切削功率主传动的功率根据切削功率N N切切和主传动运动链的机械效率按下式确定和主传动运动链的机械效率按下式确定:其中其中:P:PZ Z切削力的切向分力（切削力的切向分力（N,N,牛顿）牛顿）V V切切切削速度切削速度 （m/min m/min 米米/分）分）M M切切切削扭矩切削扭矩 （Ncm Ncm 牛顿牛顿厘米）厘米）n n主主主轴转速主轴转速 （r/min r/min 转转/分）分）N N机械机械机械效率机械效率 一般取一般取0.70.70.850.85 主主传传动动中中的的零零件件尺尺寸寸是是根根据据N N主主（功功率率）确确定定的的，如如果果主主传传动动功功 率率定定得得过过大大，则则主主传传动动的的零零件件，尺尺寸寸粗粗大大造造成成强强度度富富裕裕和和浪浪费费，而而定定得得过过小小，则则达达不不到到规规定定的的生生产产效效率率，甚甚至至造造成成零零件件的的损损坏坏。由由于于影影响响切切削削加加工工的的因因素素非非常常多多。目目前前仅仅依依靠靠理理论论计计算算确确定定功功率率还还很很困困难难。所所以以常常用用的的方方法法是是类类比比法法、实实验验（测测）法法和和理理论论计计算算法法几几种种方方法法相相结结合合的方法来确定。的方法来确定。4、主传动参数的确定b b）主传动调速范围）主传动调速范围 对对于于主主传传动动为为旋旋转转运运动动的的车车床床为为例例，主主轴轴转转速速n n(r/min)(r/min)，由由切切削削速速度度V V(m/min)(m/min)，工工件件加加工工直直径径d(mm)d(mm)来确定。来确定。而而 调速范围调速范围一一般般情情况况下下调调速速范范围围也也沿沿用用类类比比法法和和计计算算法法相相结结合合的的方方法法确定。确定。b）主传动调速范围C C C C）交流主轴电机）交流主轴电机）交流主轴电机）交流主轴电机(作主传动电机作主传动电机作主传动电机作主传动电机)主传动方案分析主传动方案分析主传动方案分析主传动方案分析举例：已知条件举例：已知条件举例：已知条件举例：已知条件 n n n n主主主主maxmaxmaxmax=1600 r/min=1600 r/min=1600 r/min=1600 r/min n n n n主主主主minminminmin=11.5 r/min=11.5 r/min=11.5 r/min=11.5 r/min M M M M主主主主maxmaxmaxmax=705.6 N.m (=705.6 N.m (=705.6 N.m (=705.6 N.m (主轴输出最大转矩主轴输出最大转矩主轴输出最大转矩主轴输出最大转矩)N N N Nmax max max max =5 KW (=5 KW (=5 KW (=5 KW (主轴输出最大功率）主轴输出最大功率）主轴输出最大功率）主轴输出最大功率）C）交流主轴电机(作主传动电机)主传动方案分析一、粗选电机一、粗选电机一、粗选电机一、粗选电机 额定功率额定功率额定功率额定功率 N N N Nmaxmaxmaxmax=7.5 KW=7.5 KW=7.5 KW=7.5 KW 额定转速额定转速额定转速额定转速 n n n nn n n n=1500r/min n=1500r/min n=1500r/min n=1500r/min nmaxmaxmaxmax=2400r/min=2400r/min=2400r/min=2400r/min二二二二 、确定计算转速、确定计算转速、确定计算转速、确定计算转速n n n n计计计计.确定机电调速范围确定机电调速范围确定机电调速范围确定机电调速范围 n n n n计计计计传递满功率时的主轴最低转速传递满功率时的主轴最低转速传递满功率时的主轴最低转速传递满功率时的主轴最低转速 n n n n计计计计=9552 N=9552 N=9552 N=9552 Nmax max max max/M/M/M/Mmaxmaxmaxmax 将已知条件代入将已知条件代入将已知条件代入将已知条件代入 n n n n计计计计=95527.5/705.6 102 r/min=95527.5/705.6 102 r/min=95527.5/705.6 102 r/min=95527.5/705.6 102 r/min 就是说主轴在就是说主轴在就是说主轴在就是说主轴在102 r/min102 r/min102 r/min102 r/min1600 r/min1600 r/min1600 r/min1600 r/min之间都可以传递满功率。之间都可以传递满功率。之间都可以传递满功率。之间都可以传递满功率。R R R R主主主主 恒功率恒功率恒功率恒功率 =15.7=15.7=15.7=15.7 一、粗选电机主轴在主轴在11.5 r/min11.5 r/min102 r/min102 r/min之间是恒扭矩输出之间是恒扭矩输出 电动机的恒功率转速段为电动机的恒功率转速段为1500r/min1500r/min2400r/min2400r/min 电动机的转速小于电动机的转速小于1500r/min1500r/min以下时，为恒扭矩段。以下时，为恒扭矩段。主轴主轴102 r/min102 r/min时，对应的电机转速为时，对应的电机转速为1500r/min1500r/min电动机传递恒扭矩时的最低转速为：电动机传递恒扭矩时的最低转速为：电机恒功率段电机恒功率段 2400/1500=1.6 2400/1500=1.6电机恒扭矩段电机恒扭矩段 1500/1698.87 1500/1698.87电机总调速范围电机总调速范围 R R电总电总=R=R电机恒功率电机恒功率RR电机恒扭矩电机恒扭矩=1.68.87=14.1=1.68.87=14.1主轴在11.5 r/min102 r/min之间是恒扭矩输主轴要求的主轴要求的:也也就就是是说说主主轴轴电电机机必必须须串串联联一一个个调调速速范范围围达达到到9.99.9的的变变速速箱箱才才能满足已知条件的要求。能满足已知条件的要求。主主 轴轴 转转 速：速：11.5r/min-102r/min-1600r/min11.5r/min-102r/min-1600r/min电机对应转速：电机对应转速：169r/min-1500r/min-2400r/min169r/min-1500r/min-2400r/min R R电总电总小小主轴要求的:R电总小