电主轴地工作情况原理.doc
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1、/电电主主轴轴的的工工作作原原理理 目前,随着电气传动技术(变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展和日趋完善,高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化,基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动,从而把机床主传动链的长度缩短为零,实现了机床的“零传动 ”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式,使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来,因此可做成“主轴单元”,俗称 “电主轴 ”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机,故也称为“高频主轴”( High FrequencySp
2、indle)。由于没有中间传动环节,有时又称它为“直接传动主轴”( Direct Drive Spindle)。 电主轴的优点 电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点,而且转速高、功率大,简化机床设计,易于实现主轴定位,是高速主轴单元中的一种理想结构。电主轴轴承采用高速轴承技术,耐磨耐热,寿命是传统轴承的几倍。 产品特性高转速、高精度、低噪音、内圈带锁口的结构更适合喷雾润滑。主要用途数控机床 机电设备 微型电机 压力转子 步进电机/电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的
3、新技术,它与直线电机技术、高速刀具技术一起,将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件,它包括电主轴本身及其附件:电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。 电主轴所融合的技术: 高速轴承技术:电主轴通常采用复合陶瓷轴承,耐磨耐热,寿命是传统轴承的几倍;有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承,内外圈不接触,理论上寿命无限; 高速电机技术:电主轴是电动机与主轴 融合在一起的产物,电动机的转子即为主轴的旋转部分,理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡; 润滑:电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑;也可以采用脂润滑,但相应的速度要打折扣。所谓定时,就是
4、每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量,就是通过一个叫定量阀的器件,精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑,指的是润滑油在压缩空气的携带下,被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要,太少,起不到润滑作用;太多,在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。 冷却装置:为了尽快给高速运行的电主轴 散热,通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂,冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。 内置脉冲编码器:为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹,电主轴内置一脉冲编码器,以实现准确的相角控制以及与进给的配合。 自动换刀装置:为了应用于加工中心,电主轴配备了自动换刀装置,包括碟形簧、拉刀油缸等; /高频变频装置: 要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转
5、的转速,必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机,变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。/ 什什么么是是电电主主轴轴?电电主主轴轴有有什什么么优优点点? 电主轴 概述 高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础和发展方向之一,是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围,其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。 高速主轴单元的类型主要有电主轴 、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。目前,随着电气传动技术(变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展和日趋完善,高
6、速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化,基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动,从而把机床主传动链的长度缩短为零,实现了机床的“零传动 ”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式,使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来,因此可做成“主轴单元”,俗称 “电主轴 ”(Electric Spindle,Motor Spindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机,故也称为“高频主轴”( High Frequency /Spindle)。由于没有中间传动环节,有时又称它为“直接传动主轴”( Direct Drive Spindle)。
7、电主轴 具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点,而且转速高、功率大,简化机床设计,易于实现主轴定位,是高速主轴单元中的一种理想结构。电电主主轴轴概概述述 主轴 是直接体现机床性能的关键部件。目前,数控机床大量采用内装变频电动机的主轴部件。它是一种机电一体化的功能部件,其电动机转子与主轴是一体的,无需任何机械连接。改变供电的频率,就可以实现主轴调速。 这种模块化、系列化的功能部件称为电主轴 。通常由具有设计和制造高速、高精度、变频调速电主轴丰富经验的专业公司提供,产品质量和供货容易获得保证。变频 电主轴 制造商通常提供不同结构和用途的系列产品。变频电主轴 按其轴承结构可分为滚
8、动轴承电主轴、静压轴承电主轴和磁浮轴承电主轴;按其变频范围可分为高速(301500Hz)和低速(1040/Gs 交交流流伺伺服服驱驱动动器器 Gs 系列交流伺服驱动器-让机床拥有非凡品质Gs 交流伺服驱动器是北京超同步科技有限公司自主研发、生产的新一代交流伺服驱动器,它完全继承Ga 驱动器的优点,同时在驱动技术和控制精度上有大幅度提高。是目前国内具有领先水平的交流伺服产品。该产品设计超前,功能全面,应用广泛,是各种数控机床驱动(主轴)首选的驱动产品。Gs 系列交流伺服驱动器采用双dsp 技术完全实现伺服电机的全闭环控制,集速度控制、位置控制、转矩控制于一体。作为机床动力轴驱动系统,可以方便地实
9、现高速、高精度铣削、车削、磨削等加工,在重切削方面比传统驱动更胜一筹;同时由于卓越的控制性能,完全有能力参与坐标轴的插补控制,完成刚性攻丝、螺纹切削、 c 轴控制等功能;还可以实现诸如多头铣床等设备的伺服同步驱动。Gs 系列交流驱动器接口丰富,操作简便,标准应用可免调试,给机床设计工程师的选型、设计、调试等工作提供极大的便利。方便地与国内外各大知名品牌的数控系统接口,使您的机床设计更灵活,充分张显竞争优势。Gs 系列驱动器作为大功率的伺服驱动单元,完全有能力和交流同步驱动器在重型机床的坐标轴控制方面进行角逐,同时其良好的性价比优势,更让我们相信她完全可以让您的立车卧镗、龙门设备等尽显非凡优势。
10、发布日期:2011-4-7 返 回 /友情链接友情链接伺伺服服电电机机与与步步进进电电机机区区别别 伺伺服服电电机机(伺伺服服系系统统)比比步步进进电电机机精精度度高高 步进电机属于伺服电机的一种,而伺服系统与步进电机才有区别。 伺服系统通常用在高精度微移动场合,以及高精度场合,而步进电机则使用在要求并不太高的场合,其二者的造价目前伺服系统略高于步进电机,但已经是越来越便宜了。 伺服系统其优越性远高于步进电机,只是造价目前看来还略高一些而已。 步步进进电电机机和和交交流流伺伺服服电电机机性性能能比比较较 步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统
11、中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一一、控控制制精精度度不不同同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6、 1.8,五相混合式步进电机步距角一/般为0.72 、 0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09;德国百格拉公司( BERGER LAHR)
12、生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、 0.72、 0.36、 0.18、 0.09、 0.072、 0.036,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500 线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17 位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072 个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。 二二、低低频频特特性性不不同同
13、 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能( FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。 三三、矩矩频频特特性性不不同同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转
14、速一般在300 600RPM。交流 伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为 2000RPM 或 3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输/出。 四四、过过载载能能力力不不同同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。 五五、运运行行性性能能不不同同 步进电机的控制为开环控制
15、,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。 六六、速速度度响响应应性性能能不不同同 步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200 400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA 400W 交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM 仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。
16、但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。FANUC 的伺服驱动装置 /(2007-06-23 14:08:37 阅读数:418 )一、前言一、前言 伺服装置是数控数控系统的重要组成部分。伺服技术的发展建立在控制理论、 电机驱动及电力电子等技术的基础上。上世纪 50 年代初,世界笫一台 NC 机 床的进给驱动采用液压驱动。由于液压系统单位面积产生的力大于电气系统 所产生的力(约为 20:1),而且惯性低、反应快,因此初期的 NC 系统的进给 伺服装置大多采用液压驱动装置。当时的日本富士通公司计算
17、机控制部(以后 发展为 FANUC 公司)从麻省理工学院学习了笫一台 NC 技术后,用电液脉冲电 机作为数控机床进给驱动系统。70 年代初期,由于石油危机,加上液压对环 境的污染以及系统笨重、效率低等原因,美国 GETTYS 公司开发出直流大惯量 伺服电机,这种伺服电机静力矩和起动力矩大,并在 NC 机床上得到了应用, 性能良好。另一方面,1974 年 FANUC 公司在开发新的低噪声、大扭矩电液脉冲电机 时,遇到了技术困难。而电液脉冲电机原先是使 FANUC 数控系统市场占有率 高到几乎接近独占鳌头的主要原因; 当时担任公司社长的稻叶先生反复思考, “我是技术人员,同时也是经营者。作为技术人
18、员,我作为电液脉冲电机的 发明者而感到自豪、自信;但是作为经营者,我必须反复自问:电液脉冲电 机就这样原封不动地持续下去而没有危机吗?通过调查,我确信有新的电机来 取代电液脉冲电机。”于是当即做出了“割爱”的果断决择:废弃使用多年 的电液脉冲电机驱动方案,同时转而从美国 GETTYS 公司引进大惯量直流伺服 电机制造技术,并立即进行商品化。从此,在世界最大的 CNCCNC 公司,开环的系统由闭环的系统取代;液压的 驱动系统由电气驱动系统取代。这件事,一直在 NC 业界传为美谈。在这之后, FANUC 又成功地把交流伺服电机应用在数控机床上,然后不断推出新的驱动装 置:如直线电机、高速内装电机、
19、直接驱动电机等,提高了数控机床的性能, 简化了数控机床的机械结构。 二、数控机床对驱动装置的要求二、数控机床对驱动装置的要求数控机床主要有两种驱动装置:进给伺服驱动装置和主轴驱动装置。这 两种驱动装置在很大程度上决定了数控机床的性能优劣。数控机床对进给伺服装置的要求数控机床对进给伺服装置的要求 机械特性的要求 要求伺服装置静态和动态的速降小、刚度大。伺服系统伺服系统的刚度与机床机 械构件的刚度有相同的意义,即在外部干扰力(切削力、重力等外力)作用下, 这些力从工作部件传到电机轴上产生的转角位置变化。用 C 表示单位外力矩 作用下的位移: /= T(1)式中,q 为工作部件角位移量,T 为外加扰
20、动力矩。要求 很小,甚至 为零,即通电之后,伺服装置处于闭环状态,要求任何外力不使机床的工作 部件发生位移(在限度以内)。数控机床加工中有时从插补运动过渡到某一轴 的直线运动或旋转运动,如果待工作的轴伺服刚性不好,加工精度同样得不 到保证,这是显然的。伺服刚性通常是以对扰动力矩的响应来综合调节系统。快速相应的要求 这在轮廓加工,特别对曲率大的加工对象进行高速加工时要求较严格。 调速范围的要求 这可以使数控数控机床适用于各种不同的刀具、加工材质;适应于各种不同 的加工工艺。在机床加工时,当工作部件处于停止状态,也即进给电机的速 度虽然为零,但要求伺服电机仍然具有转矩,这样才能“锁住”工作部件;
21、因此,进给伺服装置仍然处于“伺服”状态。从理论上说,进给驱动的调速 范围为无穷大。或者说,进给的调速范围越大越好。比如 FANUC 的 15 系统速 度范围可达 1,000,000,000:1。 输出转矩的要求 一定的输出转矩,并要求一定的过载转矩。机床进给机械负载的性质主 要是克服工作部件的摩擦力和切削阻力,因此主要是“恒转矩”的性质。数控机床对主轴驱动装置的要求数控机床对主轴驱动装置的要求 足够的输出功率 数控机床的主轴负载性质近似于“恒功率”,也就是当机床的主轴转速 高时,输出转矩较小;主轴转速低时, 输出转矩大; 即要求主轴驱动装置 也要具有“恒功率”的性质。可是当主轴电机工作在额定功
22、率、额定转速时, 按照一般电机的原理,不可能在电机为额定功率下进行恒功率的宽范围调速。 因此,往往在主轴的机械部分需增加一或二档机械变速档,以提高低速的转 矩,扩大恒功率的调速范围;或者降低额定输出功率,扩大恒功率调速范围。调速范围的要求 为保证数控机床适用于各种不同的刀具、加工材质,适应于各种不同的 加工工艺,要求主轴驱动装置具有一定的调速范围。对主轴的驱动装置,一/般较低的要求为 1:100,高的要求为 1:1,000 以上。 速度精度的要求 一般要求静差度小于 5%,更高的要求为小于 1%。如果速降过大,则加工 的质量就会受影响,比如光洁度就不好。 快速的要求 主轴驱动装置有时也用在定位
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