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数控车床主轴的系统分类和特点
  • 发布时间:Update:2018-07-21 14:07:53
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数控车床主轴的系统分类和特点

全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速。目前,无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种,一般采用直流或交流主轴电机,通过带传动带动主轴旋转,或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。另外根据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装臵和串行数字控制的主轴驱动装臵两类。数控车床主轴维修模拟量控制的的主轴驱动装臵采用变频器实现主轴电动机控制,有通用变频器控制通用电机和专用变频器控制专用电机两种形式。

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臵方式,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。如果加工产品比较单一,对主轴转速没有太高的要求,配臵在数控机床上也能起到很好的效果;它的缺点是噪音比较大,由于电机工作在工频下,主轴转速范围不大,不适合有色金属和需要频繁变换主轴速度的加工场合。

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。

3、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。

4、专用变频电动机配通用变频器

一般采用有反馈矢量控制,低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出,有些还具有定向甚至分度进给的功能,是非常有竞争力的产品。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。

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臵控制性能要求很高的加工。

6、电主轴

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。

安装电主轴的机床主要用于精加工和高速加工,例如高速精密加工中心。另外,在雕刻机和有色金属以及非金属材料加工机床上应用较多,这些机床由于只对主轴高转速有要求,因此,往往不用主轴驱动器。

就电气控制而言,机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下,机床主轴的控制系统为速度控制系统,而机床伺服轴的控制系统为位臵控制系统。换句话说,主轴编码器一般情况下不是用于位臵反馈的(也不是用于速度反馈的),而仅作为速度测量元件使用,从主轴编码器上所获取的数据,一般有两个用途,其一是用于主轴转速显示;其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合(如螺纹切削加工,恒线速加工,G95转进给等)。

注:当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装臵以及标准主轴电机时,主轴可以根据需要工作在伺服状态。此时,主轴编码器作为位臵反馈元件使用。

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