DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)

1、DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)綜述xx機(jī)床所精密機(jī)電有限公司xxxx雅式產(chǎn)業(yè)專網(wǎng)DDMotor(DirectDriveMotor,直接驅(qū)動(dòng)電機(jī))是伺服電機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，由其驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)是直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在加工中心上的又一次革命性應(yīng)用。具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，電機(jī)轉(zhuǎn)子直接與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)連接，電機(jī)定子則與安裝基座固定在一起，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它省卻了齒輪、蝸輪蝸桿等復(fù)雜的傳動(dòng)件，具有如下多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出扭矩大、噪聲低、速度和精確度高、控制輕易、維護(hù)方便，可靠性高等。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出，滿足加工中心機(jī)床用轉(zhuǎn)臺(tái)切削進(jìn)給的需要；電機(jī)具有很好的伺服剛性和動(dòng)態(tài)特性，可使轉(zhuǎn)臺(tái)加速度增大，

2、回轉(zhuǎn)速度大幅度進(jìn)步。由于DDMotor電機(jī)直接與轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載相連，因此在電機(jī)和負(fù)載之間實(shí)現(xiàn)了零”傳動(dòng)?；诖?，DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用于加工中心將是一種較好的選擇。目前，國(guó)外已有很多廠家生產(chǎn)和銷售此類電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)，如德國(guó)SIEMENSCytec;日本FANUC、津田駒等，中國(guó)也有部分單位購(gòu)買了配置有類似轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)床，主要用于齒輪加工等。DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)常見(jiàn)的基本結(jié)構(gòu)圖1所示為DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)所常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式示意圖，它主要由以下幾部分組成：(1)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子；(2)軸承；(3)編碼器；(4)轉(zhuǎn)臺(tái)及旋轉(zhuǎn)部分；(5)基座、外套及固定部分；(6)DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)所需要的密封和防塵結(jié)構(gòu)；(7)循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)

3、。圖1DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)所常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式關(guān)鍵部件的配置及選用1.直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前像SIEMENSFANUC等公司均有可用于轉(zhuǎn)臺(tái)的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其在功率、扭矩及轉(zhuǎn)速方面各有特色，安裝尺寸也各有不同，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。為滿足轉(zhuǎn)臺(tái)的使用要求，在電機(jī)的選擇上應(yīng)重點(diǎn)考慮以下三項(xiàng)內(nèi)容：1)最大扭矩最大扭矩需滿足負(fù)載和轉(zhuǎn)動(dòng)部分加速度的目標(biāo)要求。即：最大扭矩三移動(dòng)部分的慣量用標(biāo)加速度+負(fù)載扭矩。2)連續(xù)扭矩連續(xù)扭矩為轉(zhuǎn)臺(tái)在不過(guò)熱的情況下連續(xù)旋轉(zhuǎn)的扭矩，計(jì)算連續(xù)扭矩時(shí)應(yīng)考慮摩擦扭矩和切削扭矩。同時(shí)，假如轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜或者垂直使用而且沒(méi)有制動(dòng)或夾緊結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮重力產(chǎn)生的扭矩影響。由于電機(jī)的性能與機(jī)械結(jié)構(gòu)的熱態(tài)性能

4、及冷卻狀況有很大關(guān)系，選擇時(shí)須留有足夠余量。3)慣量為了充分發(fā)揮電機(jī)的性能，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小，需嚴(yán)格計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣量(包括負(fù)載的慣量)，滿足電機(jī)答應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求。轉(zhuǎn)臺(tái)的慣量和剛性是一對(duì)矛盾，只能依據(jù)用戶要求進(jìn)行取舍。在實(shí)際選用中，應(yīng)和電機(jī)廠家進(jìn)行交流，基于嚴(yán)密計(jì)算以確保得出最好的選擇。2.軸承DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)的支承通常采用交叉滾子軸承、推力/向心滾子軸承或推力角接觸球軸承。圖2分別為三種軸承的示意圖，實(shí)際設(shè)計(jì)選用時(shí)可根據(jù)安裝尺寸、載荷、壽命等來(lái)綜合權(quán)衡。圖2轉(zhuǎn)臺(tái)支承軸承示意圖（由左至右分別是a、b、c）圖2a為推力/向心滾子軸承。它能雙向承受軸向載荷和附加徑向載荷以及安裝力矩

5、，特別適于承受大傾覆力矩，具有較高旋轉(zhuǎn)精度。圖2b為交叉滾子軸承。該軸承的圓柱滾子在呈90°的V型溝梢轉(zhuǎn)動(dòng)面上通過(guò)間隔保持器實(shí)現(xiàn)了相互垂直方向的排列，一個(gè)軸承便能承受徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷及力矩負(fù)荷等所有方向的負(fù)荷。圖2c則為推力角接觸軸承。它能雙向承受軸向載荷和附加徑向載荷以及傾覆力矩，特別適于精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和高速回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。具承載能力及剛性相比上兩種軸承來(lái)講較弱，但其高速性能良好。3.編碼器DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)的電機(jī)不含編碼器，因此實(shí)際使用中須選用相匹配的編碼器，以確保電機(jī)的位置和速度反饋。在選擇上應(yīng)留意以下三方面題目。首先，需留意目標(biāo)精度及旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率，其最佳設(shè)置范圍為目標(biāo)精度

6、的1020倍。第二，需留意穩(wěn)定性。由于編碼器的溫度會(huì)在使用過(guò)程中隨機(jī)械本身溫度的升高而升高，導(dǎo)致精度的下降，必須選擇具有穩(wěn)定熱態(tài)功能的編碼器。最后，需留意與電機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)的匹配。轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)留意的題目1 .xx防塵結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有永磁性，假如工作臺(tái)加工區(qū)的金屬灰塵進(jìn)進(jìn)轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部，會(huì)被吸附到轉(zhuǎn)子上，影響電機(jī)的性能甚至?xí)?dǎo)致其失效，所以通常在設(shè)計(jì)中，需要采取迷宮結(jié)構(gòu)和氣密封相結(jié)合的方式，持續(xù)吹進(jìn)干凈干燥的氣體，以保證電機(jī)安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。在密封方面必須充分考慮，假如電機(jī)遭遇冷卻液進(jìn)侵，將引起其盡緣性的降低或退化。另外，轉(zhuǎn)臺(tái)上所采用的軸承和編碼器皆為精密運(yùn)動(dòng)件和檢測(cè)元件，使用中必須保證其密封

7、結(jié)構(gòu)的可靠性。圖3DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)例由左至右分別是a舍弗勒公司產(chǎn)品、b北京機(jī)床研究所研制的DD轉(zhuǎn)臺(tái)（結(jié)構(gòu)圖）、c北京機(jī)床所研制的DDM630轉(zhuǎn)臺(tái)用于TH63產(chǎn)品實(shí)例2 .循環(huán)冷卻轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，處理得不好，會(huì)影響轉(zhuǎn)臺(tái)和機(jī)床的精度穩(wěn)定性。為此，需要在轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)定子套上開(kāi)梢用于循環(huán)冷卻，工作時(shí)通進(jìn)循環(huán)冷卻水或油帶走熱量。電機(jī)扭矩的獲得與電機(jī)的冷卻相關(guān)聯(lián)，只有電機(jī)得到有效冷卻才能達(dá)到其標(biāo)定扭矩。但是過(guò)度冷卻又會(huì)產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，從而降低電機(jī)的盡緣性，因此推薦采用室溫跟蹤式冷卻系統(tǒng)。相對(duì)而言，水冷卻的效果比油冷卻的效果要好，油冷卻情況下電機(jī)的連續(xù)扭矩最大將會(huì)損失20%。但是水冷卻的情況下，須考慮防銹題目，因此需要根據(jù)不同的要求和側(cè)重點(diǎn)來(lái)作出選擇。3 .制動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)作為機(jī)床的工作臺(tái)，需要有分度及正確定位的功能。DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)安裝的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)與通常伺服電機(jī)相同，當(dāng)接到停止指令時(shí)由其動(dòng)態(tài)制動(dòng)電路來(lái)制動(dòng)電機(jī)。但由于DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)之間沒(méi)有減速和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速很高的電機(jī)，急停時(shí)會(huì)發(fā)生很小角度的過(guò)轉(zhuǎn)，因而在DDMotor轉(zhuǎn)臺(tái)中需要有另外的機(jī)械或者液壓鎖緊機(jī)構(gòu)以保證正確定位。在重切削情況下，也需