[机械电子]主轴驱动及控制

在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得
很重要。
一、概述
主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统
中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通 过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的 切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理 想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的 精度对零件的加工精度有较大的影响。
通用性好的万能型车床、加工精度高 的精密 型车床 和加工 效率高 的专用 型车床 的特点 于一身 ，是国 内使用 量最大 ，覆盖 面最广 的一种 数控机 床。 11.马鞍车床
马鞍车床在车头箱处的左端床身为下沉 状，能 够容纳 直径大 的零件 。车床 的外形 为两头 高，中 间低， 形似马 鞍，所 以称为 马鞍车 床。马 鞍车床 适
备下列三种基本机能： 车刀 1.冷硬性－在常温时的硬度，又名耐磨 性。
2.红硬性－在高温下还能保持切削所需 的硬度 。
3.韧性－能
承受振动和冲击负荷的机能。
高速钢(又名风钢、锋钢或白钢)
高速钢是一种含钨和铬较多的合金 钢。近 年来我 国试制 成功了 B202无 铬高速
三、 不同类型的主轴系统的特点和 使用范围
1、普通笼型异步电动机配齿轮变速箱
这是最经济的一种方法主轴配置方式，
但只能实现有级调速，由于电动机始终工
作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴
低速下输出力矩大，重切削能力强，非常
适合粗加工和半精加工的要求。
2、普通笼型异步电动机配简易型变 频器
可以实现主轴的无级调速，主轴电动机只有
3、普通笼型异步电动机配通用变频 器
目前进口的通用变频器，除了具有
U/f曲线调节，一般还具有无反馈矢量控制
功能，会对电动机的低速特性有所改善，
配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床
பைடு நூலகம்
低速（100—200转/分钟）小加工余量的
加工，但同样受最高电动机速度的限制。
这是目前经济型数控机床比较常用的主轴
驱动系统。
合加工径向尺寸大，轴向尺寸小的零 件，适 于车削 工件外 圆、内 孔、端 面、切 槽和公 制、英 制、模 数、经 节螺纹 ，还可 进行钻 孔、镗 孔、铰 孔等工 艺
，特别适于单件、成批生产企业使用 。马鞍 车床在 马鞍槽 内可加 工较大 直径工 件。机 床导轨 经淬硬 并精磨 ，操作 方便可 靠。车 床具有 功率大 、转速 高
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10.数控车床 数控机床是一种通过数字信息，控制机 床按给 定的运 动轨迹 ，进行 自动加 工的机 电一体 化的加 工装备 ，经过 半个世 纪的发 展，数 控机床 已是现 代
制造业的重要标志之一，在中国制造 业中， 数控机 床的应 用也越 来越广 泛，是 一个企 业综合 实力的 体现。 数控车 床是数 字程序 控制车 床的简 称，它 集
四、常用的主轴驱动系统介绍
1、FANUC（法那科）公司主轴驱动系统 目前三个系列交流主轴电动机为： S系列电动机，额定输出功率范围1.5～37KW； H系列电动机，额定输出功率范围1.5～22KW； P系列电动机，额定输出功率范围3.7～37KW。
该公司交流主轴驱动系统的特点为：①采用为处 理器控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控 制。②主回路采用晶体管PWM逆变器，使电动机 电流非常接近正弦波性。③具有主轴定向控制、 数字和模拟输入接口等功能。
，刚性强、精度高、噪音低等特点。
12.仪表车床
仪表车床属于简单的卧式车床，一般来 说最大 工件加 工直径 在250mm以下 的机床 ，多属 于
仪表车床。仪表车床分为普通型、六 角型和 精整型 。这种 车床主 要由工 人手工 操作， 适用于 单件、 简单零 部件的 大批生 产。 编辑本段车刀
车刀是车床加工必不可少的部分。车刀 是由刀 头和刀 杆两部 门组成 。刀杆 一般是 碳素结 构钢制 成。刀 头是担 任切削 工作的 ，所使 用的材 料必需 具
4、专用变频电动机配通用变频器
中档数控机床主要采用这种方案，主轴传 动两挡变速甚至仅一挡即可实现转速在 100—200r/min左右时车、铣的重力切削。 一些有定向功能的还可以应用与要求精镗 加工的数控镗铣床，若应用在加工中心上， 还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻 丝的要求。
主轴驱动及控制
§6.1概述 §6.2主轴的分段无级调速及控制 §6.3主轴准停控制
数控机床主传动系统是用 来实现机床主运动的，它将主 电动机的原动力变成可供主轴 上刀具切削加工的切削力矩和 切削速度。典型数控机床主传 动系统外观如左图。
§ 6.1概述
数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，
它的性能直接决定了加工工件的表面质量，因此，
电主轴是主轴电动机的一种结构形式，
驱动器可以是变频器或主轴伺服，也可以
不要驱动器。电主轴由于电机和主轴合二
为一，没有传动机构，因此，大大简化了
主轴的结构，并且提高了主轴的精度，但
是抗冲击能力较弱，而且功率还不能做得
太大，一般在10KW以下。由于结构上的优
势，电主轴主要向高速方向发展，一般在
10000r/min以上。
5、伺服主轴驱动系统
伺服主轴驱动系统具有响应快、速度
高、过载能力强的特点，还可以实现定向
和进给功能，当然价格也是最高的，通常
是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以
上。伺服主轴驱动系统主要应用于加工中
心上，用以满足系统自动换刀、刚性攻丝、
主轴C轴进给功能等对主轴位置控制性能要
求很高的加工。
6、电主轴
二、数控机床对主轴驱动系统的要 求
机床主轴的工作运动通常是旋转运动，数
控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现
刀具与工件的快速的相对切削运动。
1、调速范围宽并实现无极调速
2、恒功率范围要宽
3、具有4象限驱动能力
4、具有位置控制能力
5、具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。
6、良好的抗振性和热稳定性
工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩
输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，
一般会采用两挡齿轮或皮带变速，但主轴仍然只
能工作在中高速范围，另外因为受到普通电动机
最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限
制。
这种方案适用于需要无级调速但对低速和高速都 不要求的场合，例如数控钻铣床。国内生产的简 易型变频器较多。