主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

柳仲達(dá)竇煒唐勇仝曉田許竟楠槐建明

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)2不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍3現(xiàn)代機(jī)床主軸發(fā)展趨勢(shì)4常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹5機(jī)電學(xué)院主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述Title主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

Title數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求

機(jī)電學(xué)院主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對(duì)零件的加工精度有較大的影響。

機(jī)電學(xué)院數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求1、調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速

2、恒功率范圍要寬

3、具有4象限驅(qū)動(dòng)能力

4、具有位置控制能力

5、具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低

6、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性機(jī)電學(xué)院主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動(dòng)器和主軸電動(dòng)機(jī)。數(shù)控機(jī)床主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速則是由主軸驅(qū)動(dòng)器完成。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器或主軸伺服驅(qū)動(dòng)器控制的方式。

直流電動(dòng)機(jī)工作原理-.Flv直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)-.Flv直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)畫(huà)-.Flv交流異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)畫(huà)-.Flv多極交流發(fā)電機(jī)-.Flv機(jī)電學(xué)院推出了交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，標(biāo)志著新一代驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)始

直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

良好的調(diào)速性能輸出力矩大過(guò)載能力強(qiáng)精度高控制原理簡(jiǎn)單易于調(diào)整性能超過(guò)直流交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)70-8080初目前機(jī)電學(xué)院交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

Title

感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（如籠型電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)）Title永磁交流主軸電機(jī)系統(tǒng)

Title開(kāi)關(guān)磁阻型主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)電學(xué)院不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍1普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱這是最經(jīng)濟(jì)的一種方法主軸配置方式，但只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，經(jīng)齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強(qiáng)，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產(chǎn)品比較單一，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]有太高的要求，配置在數(shù)控機(jī)床上也能起到很好的效果；它的缺點(diǎn)是噪音比較大，由于電機(jī)工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場(chǎng)合。

機(jī)電學(xué)院不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍2普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配簡(jiǎn)易型變頻器可以實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速，主軸電動(dòng)機(jī)只有工作在約500轉(zhuǎn)/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車(chē)床很容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況，一般會(huì)采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因?yàn)槭艿狡胀妱?dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。這種方案適用于需要無(wú)級(jí)調(diào)速但對(duì)低速和高速都不要求的場(chǎng)合，例如數(shù)控鉆銑床。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的簡(jiǎn)易型變頻器較多。機(jī)電學(xué)院不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍3普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器目前進(jìn)口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調(diào)節(jié)，一般還具有無(wú)反饋矢量控制功能，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的低速特性有所改善，配合兩級(jí)齒輪變速，基本上可以滿足車(chē)床低速（100—200轉(zhuǎn)/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動(dòng)機(jī)速度的限制。這是目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床比較常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)電學(xué)院不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍三菱電機(jī)CNC簡(jiǎn)介.Flv4專(zhuān)用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時(shí)都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進(jìn)給的功能，是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。提供通用變頻器的廠家以國(guó)外公司為主，如：西門(mén)子、安川、富士、三菱、日立等。中檔數(shù)控機(jī)床主要采用這種方案，主軸傳動(dòng)兩擋變速甚至僅一擋即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在100—200r/min左右時(shí)車(chē)、銑的重力切削。機(jī)電學(xué)院不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍5伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有響應(yīng)快、速度高、過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)定向和進(jìn)給功能，當(dāng)然價(jià)格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的2--3倍以上。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動(dòng)換刀、剛性攻絲、主軸C軸進(jìn)給功能等對(duì)主軸位置控制性能要求很高的加工。機(jī)電學(xué)院不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍6電主軸

電主軸是主軸電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動(dòng)器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅(qū)動(dòng)器。電主軸由于電機(jī)和主軸合二為一，沒(méi)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，大大簡(jiǎn)化了主軸的結(jié)構(gòu)，并且提高了主軸的精度，但是抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，一般在10KW以下。由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一般在10000r/min以上。目前安裝電主軸的機(jī)床主要用于精加工和高速加工

.機(jī)電學(xué)院現(xiàn)代機(jī)床主軸電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)1、現(xiàn)代機(jī)床主軸發(fā)展趨勢(shì)是逐漸由傳統(tǒng)機(jī)床主軸向電主軸過(guò)渡。傳統(tǒng)機(jī)床主軸是通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而工作的，電主軸的主要特點(diǎn)是將電機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電源直接驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)、主軸的一體化功能。與傳統(tǒng)機(jī)床主軸相比，電主軸具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。由于主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，省去了皮帶、齒輪、聯(lián)軸節(jié)等中間變速和傳動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、效率高、噪聲低、振動(dòng)小和精度高等特點(diǎn)。而且利用交流變頻技術(shù)，電主軸可以在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，以適應(yīng)機(jī)床工作時(shí)各種工況和負(fù)載變化的需要。機(jī)電學(xué)院現(xiàn)代機(jī)床主軸發(fā)展趨勢(shì)電主軸是將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。電主軸實(shí)際是指電主軸系統(tǒng)，由電主軸、驅(qū)動(dòng)控制器、編碼器、潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置等組成。電主軸系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床三大高新技術(shù)之一(高速電主軸、數(shù)控系統(tǒng)、送給驅(qū)動(dòng))。隨著數(shù)控技術(shù)及切削刀具的飛躍發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)械制造裝備都在不斷向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，電主軸已成為最能適應(yīng)上述高性能工況的數(shù)控機(jī)床核心功能部件之一，尤其是在多軸聯(lián)動(dòng)、多面體加工、并聯(lián)機(jī)床、復(fù)合加工機(jī)床等諸多先進(jìn)產(chǎn)品中，電主軸的優(yōu)異特點(diǎn)是機(jī)械主軸單元不能替代的。電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。機(jī)電學(xué)院現(xiàn)代機(jī)床主軸發(fā)展趨勢(shì)電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。電主軸所融合的技術(shù)：(1)高速軸承技術(shù)(2)高速電機(jī)技術(shù)(3)潤(rùn)滑(4)冷卻裝置(5)內(nèi)置脈沖編碼器(6)自動(dòng)換刀裝置(7)高頻變頻裝置機(jī)電學(xué)院現(xiàn)代機(jī)床主軸發(fā)展趨勢(shì)2、主軸電機(jī)另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)主要是向高效、大功率主軸電動(dòng)機(jī)發(fā)展。為提高機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)的切削速度、快速響應(yīng)能力和控制精度，大多數(shù)CNC機(jī)床都選擇集成式主軸AC感應(yīng)主軸電動(dòng)機(jī)代替以往的由皮帶或齒輪減速的分離式主軸電動(dòng)機(jī)，而最近隨著技術(shù)的進(jìn)步，新開(kāi)發(fā)出一種含稀有材料的永久磁鐵集成式主軸電動(dòng)機(jī)，由于它能更高效、大功率地傳遞扭矩，所以大有取代感應(yīng)式集成主軸電動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)據(jù)。據(jù)介紹，這種含鈮的永久磁鐵集成式主軸電動(dòng)機(jī)與通用的感應(yīng)式集成主軸電動(dòng)機(jī)相比．具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)傳遞扭矩大用兩種功率為N=7．46kW，轉(zhuǎn)速n=600Or／min的電動(dòng)機(jī)所作的比較性試驗(yàn)表明，通用的感應(yīng)式集成主軸電動(dòng)機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)矩為95N·nl。而含稀有材料的永久磁鐵型集成式主軸電動(dòng)機(jī)則能傳遞160N·nl的轉(zhuǎn)矩。機(jī)電學(xué)院現(xiàn)代機(jī)床主軸發(fā)展趨勢(shì)(2)易于對(duì)使用中產(chǎn)生的溫升進(jìn)行在線控制，且使用簡(jiǎn)單的氣冷方式即可對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻。無(wú)須安裝昂貴的冷卻器。(3)由于電動(dòng)機(jī)選用特殊的永久磁鐵材料制成，所以磁性強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，這樣可使主軸孔直徑增大，大大提高機(jī)床的加工能力?，F(xiàn)在的機(jī)械加工工藝要求的主軸轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，高轉(zhuǎn)速也越來(lái)越成為衡量一個(gè)產(chǎn)品水平的標(biāo)志，成為商家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，誰(shuí)先采用了更高轉(zhuǎn)速的主軸，誰(shuí)便在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中擁有了一張硬牌。趨勢(shì)就是：以專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)的高質(zhì)量的電主軸取代各機(jī)床廠家自己生產(chǎn)的傳統(tǒng)主軸，電主軸將會(huì)像直線導(dǎo)軌一樣成為機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)部件。機(jī)電學(xué)院常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

日本發(fā)那科公司-Flv1

FANUC（法那科）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

從80年代開(kāi)始，該公司已使用了交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已被交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所取代。目前三個(gè)系列交流主軸電動(dòng)機(jī)為：S系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.5～37KW；H系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.5～22KW；P系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍3.7～37KW。該公司交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)為：①采用為處理器控制技術(shù)，進(jìn)行矢量計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)最佳控制。②主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動(dòng)機(jī)電流非常接近正弦波性。③具有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入接口等功能。機(jī)電學(xué)院常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹2

SIEMENS（西門(mén)子）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SIEMENS公司生產(chǎn)的直流主軸電動(dòng)機(jī)有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個(gè)系列，與這四個(gè)系列電動(dòng)機(jī)配套的6RA24、6RA27系列驅(qū)動(dòng)裝置采用晶閘管控制。80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個(gè)系列的交流主軸電動(dòng)機(jī)，功率范圍為3～100KW。驅(qū)動(dòng)裝置為6SC650系列交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置或6SC611A（SIMODRIVE611A）主軸驅(qū)動(dòng)模塊，主回路采用晶體管SPWM變頻器控制的方式，具有能量再生制動(dòng)功能。另外，采用為處理器80186可進(jìn)行閉環(huán)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制及磁場(chǎng)計(jì)算，從而完成矢量控制。同過(guò)選件實(shí)現(xiàn)C軸進(jìn)給控制，在不需要CNC的幫助下，實(shí)現(xiàn)主軸的定位控制。西門(mén)子電機(jī)新產(chǎn)品1LE1.flv機(jī)電學(xué)院常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹3

DANFOSS（丹佛斯）公司系列變頻器

該公司目前應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上的變頻器系列常用的有：VLT2800，可并列式安裝方式，具有寬范圍配接電機(jī)功率：0.37KW-7.5KW200V/400；VLT5000，可在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行精確的滑差補(bǔ)償，并在3ms內(nèi)完成。在使用串行通訊時(shí)，VLT5000對(duì)每條指令的響應(yīng)時(shí)間為0.1ms，可使用任何標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)與VLT5000匹配。Danfosswmv.flv機(jī)電學(xué)院常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

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HITACHI（日立）公司系列變頻器

HITACHI公司的主軸變頻器應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上通常有：L100系列通用型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW，V/f特性可選恒轉(zhuǎn)矩/降轉(zhuǎn)矩，可手動(dòng)/自動(dòng)提升轉(zhuǎn)矩，載波頻率0.5HZ-16HZ連續(xù)可調(diào)。日立SJ100系列變頻器，是一種矢量型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW，載波頻率在0.5HZ-16HZ內(nèi)連續(xù)可調(diào)，加減速過(guò)程中可分段改變加減速時(shí)間，可內(nèi)部/外部啟動(dòng)直流制動(dòng)；日立SJ200/300系列變頻器，額定輸出功率范圍為0.75KW-132KW，具有2臺(tái)電機(jī)同時(shí)無(wú)速度傳感器矢量控制運(yùn)行且電機(jī)常數(shù)在/離線自整定。機(jī)電學(xué)院常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹5

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