主轴电机的选择

Pm：最高转速时的输出功率（KW），约为连续额定输出的1.2倍。
• 现以FANUC8/8000i主轴电动机为例，计算其加速时间。 假定折算到电动机轴上的负载惯量JL=0.0056（Kgm2）。 该电动机技术参数如下：
• Jm=0.0028（ Kgm2 ） • Pf：11 1.213.2(K W ) • Pm：7.51.29(K W ) • nb：1500（rpm） • nf：6000（rpm） • nm：8000（rpm）
J J H L J J 1 1 J J 1 L 1 H R R 1 a a 2 2 J J 1 1 H L G G L H 2 2 J J 2 L 2 L J 2 J H 2 H J s J s J w J w
主轴电机的选择
选择主轴电动机功率的原则
• 应按以下几条原则，综合考虑来选择主轴电动机的功率： • ①所选择的电动机应能满足机床设计的切削功率的要求。 • ②根据要求的主轴加减速时间计算出的电动机功率不应超
过电动机的最大输出功率。 • ③在要求主轴频繁启动、制动的场合，必须计算出平均功
率，其值不能超过电动机连续额定输出功率。 • ④在要求有恒表面速度控制的场合，恒表面速度控制所需
• （2）铣削
• 铣削速度为 V c D n (m m /m in )
– D：铣刀直径（mm）；n：主轴转速（r/min）。
• 进给速度为 F m F t N n (m m /m in )
– Ft：铣刀每个刀齿进给量（mm/r）；N：铣刀齿数。
• 切削能力为 Q W d F t N n /1 0 0 0 ( c m 3 /m in )
• JL：低档时折算到电动机轴上的负载惯量（Kgm2） • J1：与电动机轴直接相连的轴的惯量（ Kgm2 ） • J1L：低速档电动机侧齿轮的惯量（ Kgm2 ） • J1H：高速档电动机侧齿轮的惯量（ Kgm2 ） • J2L：低速档主轴侧齿轮的惯量（ Kgm2 ） • J2H：高速档主轴侧齿轮的惯量（ Kgm2 ） • JS：主轴的惯量（ Kgm2 ） • JW：工件的惯量（ Kgm2 ） • Ra：高速档主轴最高转速与低速档主轴最高转速之比 • GL：低速档时主轴最高速度与电动机最高速度之比 • GH：高速档时主轴最高速度与电动机最高速度之比
• 因此要求主轴电动机的输出功率为：PM Ps /
– ：主轴传动效率。
加减速时间的计算
主轴电动机和主轴之间往往是通过齿轮等相联接，如图所 示。此时折算到电动机轴上的负载惯量按下述方法折算。
J2L J2H 主轴
工件
主轴电机
J1L
JS JW J1 J1H
• 如果通过离合器实现齿轮变速时，计算如下：
• 如果由齿轮换档实现变速时，计算如下：
J L J 1 J 1 L J 1 H G L 2 J 2 L J 2 H J s J w
J H J 1 J 1 H J 1 L G H 2 J 2 L J 2 H J s J w
– D：钻头直径（mm）；n：主轴转速（r/min）。
• 进给速度为 F mF rn(m m /m in)
– Fr：每转进给量（mm/r）。
• 切削能力为 Q D 2 F r n/1 0 0 0 (cm 3/m in ) 4
• 要求主轴输出功率为 PsQ/Mrd(kW)
– Mrd：每千瓦功率的切削能力 (cm3/minKW) ，通常选为20。
计算出不同速度时的电动机输出转矩 可根据提供的主轴电动机最大输出功率曲线，如图所示，分别计算出额定转速 nb，最高转速nm以及输出功率开始下降时的输出转矩。
T2P 1 n 0/06 003 10 4n P(N m )
式中，Leabharlann Baidu：各特定点的输出功率（KW）；n：各特定点的转速（r/min）。
• 切削能力为 Q d F r V c/1 0 0 0 (c m 3/m in )
– d：切削深度（mm）。
• 要求主轴输出功率为 PsQ/Mrt(kW)
– Mrt：每千瓦功率的切削能力 (cm3/minKW) ，通常选为20。
• 因此要求主轴电动机的输出功率为： PM Ps /
– :主轴传动效率。
要的切削功率和加速所需功率之和应在电动机能够提供的 功率范围内。
切削功率的计算
• （1）车削
• 车削的切削速度为 V c D n (m m /m in )
– D：工件直径（mm）；n：主轴转速（r/min）。
• 进给速度为 F mF rn(m m /m in)
– Fr：每转进给量（mm/r）。
– W：铣削宽度（mm）；d：铣削深度（mm）。
• 要求主轴输出功率为 PsQ/M rm(kW)
– Mrm：每千瓦功率的切削能力 (cm3/minKW) ，通常选为20。
• 因此要求主轴电动机的输出功率为： PM Ps /
– ：主轴传动效率。
• （3）钻削 • 钻削速度为 V cD n (m m /m in )
• 第二段（恒功率区：从nb~nf）：
J L J m n f2 n b 2
t2 0 .1 0 7 5 4
(s)
2 P f 1 0 0 0
• 第三段（输出衰减区：从nf~nm）： t 3 0 . 1 0 7 5 4 J L P m J m P f n 1 m 0 0 n 0 f n m n f P f P n m m P P m f n f L n P m / P f ( s )
P T
0
nb
nf nm
转速
（1）
（2）
（3）
• 计算加速时间
• 可分三段分别计算加速时间。
• 第一段（恒扭矩区：从0~基本速度nb）：
JLJmnb2
t10.10754
(s)
Pf1000
– 式中，JL：折算到电动机轴上的负载惯量（Kgm2）；Jm：电动 机转子惯量（ Kgm2 ）；Pf：加减速时输出功率（KW），约为 30分钟额定输出的1.2倍。